膜分技术在甲醇弛放气中的应用

第37卷第5期化工设计通讯2011年10月Chemical Engineering Design Communications膜分技术在甲醇弛放气中的应用牛富蚤,建,李胜,极文越,石文嶂河南煤业化工集团新乡中新化工有限责任公司,河南新乡453800摘要:介绍了用膜分离方法从合成甲醇弛放气中回收氢气的情况关键词:氢回收;膜分离;弛放气中图分类号:TQ223.12+1文献标志码:B文章编号:1003-6490(2011)0507902Application of Membrane Separation Technology in Methanol Purge GasNIU Bao-yu, YAN Jian-guo, LI Sheng, XIAO Wen-chao, SHI Wen-feng( Xinxiang Zhongxin Chemical Co, Ltd. of Henan Coal Chemical Industry GroupXinxiang Henan 453800, China)Abstract: Introduce membrane separation technology applicated in hydrogen recovery frommethanol-synthesis purge gasKey words: hydrogen recovery; membrane separation: purge gas表1弛放气组成1概况氢回收装置是新乡中新化工有限责任公司气体量/m2/h13000~16000300kt/a甲醇项目所需的设备单元之一。氢回收气体压力/MPa装置是将甲醇弛放气组分进行分离,将其中的大气体温度/℃气体成分(摩尔分率)/%部分氢气分离出来并回收,送回合成气压缩机作为原料,调节合成气中的氢碳比,其余尾气送回5.921燃料系统。我公司采用的是美国普里森中空纤维26.474膜分离器(简称 PRISM)。公司有6根膜分离器,处理气量1300m3/h,最大16000m3/h,中空纤维膜分离的氢气回收H2O率可达95%,氢气纯度在90%以上。处理的弛CHIOH0.100放气组成见表1由表1得知,甲醇弛放气主要成分是氢气,2流程简述回收这部分气体不但可以改善环境,而且也是让原料气经水洗脱醇后以6.3MPa的压力和有用气体得到有效利用,因此回收氢气十分必要。40℃的温度进入膜分离装置界区,气体的设计对富氢产品气和非渗透气体的要求如下。流量为13000m3/h。此气体首先进入一气液分富氢产品气压力≥3.4MPa(绝)离器,气液分离器出来的原料气含有该温度、组非渗透气压力≥0.5MPa(绝)成下的饱和水蒸气。为避免水蒸气凝结,设有一渗透气H2回收率≥95%套管式加热器,将原料气加热至50℃,使原料产品气中H2含量≥90%(H2纯度气远离露点。原料气进入膜分离器,经一管道过产品气中N2含量≤8%滤器过滤,再进入 PRISM(C)膜分离器组(6根收稿日期:2011-04-18中国煤化工作者简介:牛宝玉(1984-),男,河南新乡人,助理工程师,主要从CNMHG化工设计通讯第37卷X2201A~F)进行分离。分离器由两组串联构作,严禁压力突升或突降,气流速度过大会冲坏成,每组由3根200×3000mm中空纤维膜分中空纤维膜。离器组成,采用并联形式连接。每个 PRISM(C)(2)膜分离器无论在开、停状态,还是运转膜分离器外型类似一管壳式热交换器,膜分离器中,严禁出现反压。壳体内部由成千上万根中空纤维组成的纤维束组(3)原料气加热升温,严格控制温度在40成,类似于管束。原料气从下端侧面进入70℃,不得超过80℃。PRISM(C)膜分离器。由于各种气体组分在透过(4)对控制仪表要做到经常检查、维护,使中空纤维膜时的溶解度和扩散系数不同,不同气控制仪表处在正常工作状态体在膜中的相对渗透速率不同,各组分中氢气的(5)每次停车再开时,必须要对分离器相对渗透速率最快,从而可将氢气分离提纯。在V2201进行排污,确保进入膜分离器的气体为干原料气沿 PRISM(C)膜分离器的长度方向流动净的气体。时,更多的氢气渗透进入中空纤维,在中空纤维芯侧得到压力为34MPa、纯度大约90%的氢产5技术特点品,氢产品返回甲醇合成装置。在壳程得到一富膜分离回收氢气装置与其他技术相比,具有含惰性气体的物流,称为非渗透气,其压力由以下显著的特点HV-2201控制至0.6MPa后去燃料气管网。流(1)易于操作。随时开停方便,无人操作。程示意如图1。(2)寿命长。超过十年。尾气④(3)易于安装。占地小,重量轻,易适应于弛放气①项处理2模分离高氢气③小或拥挤的场合。(4)连续开工可靠。不受过程条件变化影图1膜分离回收氢工艺流程示意响,具有耐各种杂质的能力。(5)适应范围宽。能抗许多化学污染。3主要设备(6)维护方便。膜系统无移动部件,无需检(1)加热器加热器(E2201)为一列管式换热器。加热介(7)安全可靠。生产中产品不合格时,系统质为0.6MPa的饱和蒸汽,原料气走管程,蒸将自动关闭,以保证产品质量汽走壳程,原料气被加热到40~70℃。6投资估算及效益分析(2)中空纤维膜分离器中空纤维膜分离器组(X2201A、B、C、D该项目总估算值20万元,其中设备投资17E、F)采用了6根结构相同的4200×3000mm膜万元,土建投资1万元,其他2万元。分离器。膜分离器是本装置的主体,是核心。膜如果每小时回收7200m3氢气,则每年可回分离器芯部由数以万计的中空纤维管组成。原料收有效气体约622×10m3。如果每吨精甲醇耗气由分离器下端侧口进入沿纤维束外表面向上流粗煤气2000m3(干基),每吨精甲醇耗原料煤动,气体接触到中空纤维膜时便进行渗透、溶1,4t,每吨粉煤按600元计,则每年可为企业增解、扩散、解吸。利用中空纤维膜对各种气体的效约186.6万元。选择性不同,从而达到分离的目的。如氢气在膜表面渗透速率是甲烷、氮气及氩气等的几十倍。7结语氢气进入每根中空纤维管内,汇集后从膜分离器膜分离技术适合我国以煤炭为原料的甲醇合上口排出,未渗透的尾气从膜分离器的下口排成装置。我公司自2011年3月试运行至今,达出。到了设计运行效果。由于本装置具有操作简单操作中注意事项可靠性高、使用寿命长等优点,不仅为企业节能减排、降本中国煤化工力的保障,(1)开、停车过程中升压与降压必须缓慢操也是企业长4CNMHG