膜分離技術(shù)論文范文
膜分離技術(shù)論文范文
膜分離技術(shù)被稱為“2l世紀(jì)的水處理技術(shù)”,現(xiàn)已受到越來越多的水處理工作者的關(guān)注。下面小編給大家分享一些膜分離技術(shù)論文范文，大家快來跟小編一起欣賞吧。
膜分離技術(shù)論文范文篇一
膜分離提純CO技術(shù)探討
摘 要：主要介紹了我公司CO產(chǎn)品氣的制備工藝，著重對膜分離提純CO技術(shù)的特點進行了探討，并對膜分離裝置產(chǎn)品氣的提純操作、維護進行了分析討論，同時對其應(yīng)用于公司其他生產(chǎn)裝置代替現(xiàn)有落后工藝的可行性進行了分析。
關(guān)鍵詞：低溫甲醇洗 膜分離 CO純度 CO回收率 羰基合成
一、引言
高純度CO是羰基合成工業(yè)的基本原料，廣泛應(yīng)用于醋酸、甲酸、甲酸甲酯、二甲基甲酰胺、碳酸二甲酯、聚碳酸酯、甲酸、醋酐等工業(yè)生產(chǎn)中[1，2]。目前高純CO制備技術(shù)主要有變壓吸附、膜分離法、深冷法、Cosorb法，根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，性價比差異較大，因此如何根據(jù)企業(yè)自身實際情況選擇合適的制備工藝是非常重要的。
我公司新建一套年產(chǎn)10萬噸甲胺/二甲基甲酰胺項目，因合成二甲基甲酰胺需要高純CO作為原料，根據(jù)公司生產(chǎn)狀況及膜分離易于操作、維護方便、易于安裝、壽命長、安全可靠、能耗低等優(yōu)點[3]，最終選擇低溫甲醇洗配套膜分離工藝制備CO。
膜分離原理是利用不同氣體混合物在通過高分子膜時，各種氣體在膜中的溶解度及擴散系數(shù)的差異，導(dǎo)致不同氣體在膜中的相對滲透速率不同而被分離[2]。
根據(jù)膜材料的不同可以分為無機膜和有機膜。無機膜一般有金屬膜和陶瓷膜;有機膜為高分子材料，一般由醋酸纖維、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物，其中聚酰亞胺和聚砜以其優(yōu)良的耐熱性及耐化學(xué)腐蝕性而應(yīng)用最廣[4]。
二、CO制備原理及工藝流程
1.制備原理
我公司從粗水煤氣中分離CO主要分三個部分：水煤氣的預(yù)處理、低溫甲醇洗、膜分離。
預(yù)處理部分采用廢鍋有效利用粗水煤氣中的熱量副產(chǎn)蒸汽，并使混合氣中的氨盡可能的脫除干凈。低溫甲醇洗部分利用甲醇在低溫下對酸性氣體的溶解度極大的特性，脫除粗煤氣中的H2S、COS、CO2、HCN、NH3、NO、芳香烴、粗汽油、水等組分，使氣體清潔干燥。膜分離部分是將經(jīng)過低溫甲醇洗后，主要成分為H2和CO的凈化氣，在膜分離器中進行分離，分離后的富氫氣經(jīng)壓縮后送往甲醇合成，CO作為產(chǎn)品氣直接送至二甲基甲酰胺裝置的合成工序。
2.工藝流程
從氣化工序來的6.2MPa、242℃的粗水煤氣，直接進入低壓蒸汽發(fā)生器，自身冷卻至202℃后進行氣液分離，分離出來的粗水煤氣經(jīng)冷卻降溫至40℃進入脫氨塔，在脫氨塔中粗水煤氣先進行氣液分離，氣體與洗滌水逆流接觸，塔頂出料氣氨含量降至2ppm后，送至原料氣冷卻器。
從粗水煤氣預(yù)處理脫氨塔來的6.0MPa、40℃的原料氣噴入少量甲醇后，進入原料氣冷卻器與洗滌塔頂?shù)膬艋瘹鈸Q熱，冷卻至-17℃，再經(jīng)原料氣氨冷卻器冷卻至-20℃左右進入原料氣分離罐，分離后的原料氣進入洗滌塔進行脫硫、脫碳，再經(jīng)貧甲醇洗滌后通過原料冷卻器升溫至30℃后，送至膜分離裝置。
從低溫甲醇洗裝置來的5.2MPa、30℃的凈化氣，經(jīng)自調(diào)閥減壓至4.2MPa后送至除霧器除去大部分可冷凝的液體和顆粒，再經(jīng)過濾器除去油霧及大于0.01mm的粒子，然后進入入膜加熱器，經(jīng)蒸汽加熱至40℃后進入膜分離器。經(jīng)過兩組膜分離器的分離后，在非滲透氣側(cè)得到純度大于98%的CO產(chǎn)品氣，送至二甲基甲酰胺裝置的合成工序，滲透氣側(cè)得到的富氫氣經(jīng)壓縮后送至甲醇合成。
三、膜分離器的生產(chǎn)性能探討
1.裝置簡介
我公司膜分離裝置由大連物化所設(shè)計，設(shè)計原料氣處理能力10582Nm3/h，得到CO產(chǎn)品氣4500 Nm3/h、純度98%。膜芯件為美國產(chǎn)普里森δ中空纖維，材料為聚酰亞胺，其形狀類似管殼式換熱器，原料氣從外側(cè)進入殼體，滲透速率較大的氣體穿過中空纖維進入管束內(nèi); 非滲透汽在中空纖維外側(cè)，經(jīng)過兩次分離得到高純度的產(chǎn)品氣。
2.膜分離生產(chǎn)探討
實際生產(chǎn)中通過對操作參數(shù)的改變及調(diào)整，最終得到了純度較好、回收率較高的CO產(chǎn)品氣。下表將我公司CO制備裝置，設(shè)計參數(shù)與生產(chǎn)實際數(shù)據(jù)進行了對比，可以發(fā)現(xiàn)在初始運行時，膜的分離性能滿足設(shè)計要求是比較容易的，甚至優(yōu)于設(shè)計指標(biāo)。
為了使膜的性能更大的發(fā)揮，我們對生產(chǎn)參數(shù)進行部分調(diào)整試驗，從表一中數(shù)據(jù)可以看出，可以通過以下方法來提高產(chǎn)品純度：
2.1增大膜內(nèi)外壓差。增大壓差是最容易操作的方法，但是煤氣凈化氣中仍會存在一定的顆粒，使用一段時間后中空纖維孔堵塞或纖維部分斷裂，會導(dǎo)致產(chǎn)品純度下降、回收率下降等永久性故障。
2.2增大氣體在膜內(nèi)的停留時間。停留時間的長短體現(xiàn)在非滲透氣與滲透氣的流量上，停留時間與回收率成反比關(guān)系。
2.3提高原料氣中CO的含量。原料氣的純度調(diào)節(jié)較為困難，但卻是最有效果的，下表中如果原料氣CO含量在60%，那么CO產(chǎn)品氣純度及回收率都會有一定的提高。
2.4適當(dāng)降低回收率。我公司膜分離裝置的富氫氣(氣量6000 Nm3/h 、H2≥76%、CO≤23%)最終送去甲醇合成(甲醇合成正常生產(chǎn)時氣量120000 Nm3/h)，由于產(chǎn)品氣量相對較少，因此通過降低回收率的方法來提高CO純度，既可行又不影響后續(xù)生產(chǎn)。
3.膜材料的維護
膜分離技術(shù)的分離效果是可以肯定的，但是膜分離器對原料凈化氣的清潔度、操作工況的穩(wěn)定性要求較高。
3.1凈化氣清潔度
膜材料為聚酰亞胺，纖維束底部處采用ABS膠粘合，如果原料氣中甲醇含量超標(biāo)會引起ABS膠強度下降，影響膜分安全運行。聚酰亞胺膜對酸性氣體(CO2、H2S等)含量要求盡可能的低，固體顆粒及液體霧珠幾乎沒有。
3.2升壓速率
膜分離器在進氣之前，必須緩慢充壓，一般要求在0.15～0.2MPa/min，過快的升壓速率易造成膜絲的損壞。
3.3開、停車要求
膜分離器在頻繁開、停車狀況下使用壽命會大大縮短，根據(jù)經(jīng)驗，開、停車一次約減少10天壽命，因此開、停車采用什么樣的工況是必須注意的。
開始進凈化氣之前，最好將氮氣加熱至40℃度對膜進行預(yù)熱，待凈化氣溫度、流量穩(wěn)定后再用凈化氣緩慢充壓。當(dāng)需要停車時必須對膜分離器進行置換，并用干燥清潔的氮氣對膜分離器保壓，防止空氣進入或有液體粒子冷凝，達到對膜分離器的保護。
4.膜分離的擴展應(yīng)用
我公司現(xiàn)有一套200噸/年的羰基鐵粉生產(chǎn)線，此裝置需要高純度CO作為原料(200Nm3/h)?，F(xiàn)有工藝是將焦炭經(jīng)過燃燒后生成粗CO產(chǎn)品氣，經(jīng)雙豎管分離后再經(jīng)水洗塔、堿液塔洗滌脫除雜質(zhì)氣體后，送至電除塵器進一步脫除微小顆粒，經(jīng)壓縮工序加壓至20.0MPa后，送至合成塔進行羰基合成反應(yīng)，生成五羰基鐵，五羰基鐵經(jīng)裂解后生成高純度鐵粉。
從下圖可看出此裝置流程較復(fù)雜，設(shè)備配制較多，且運行中故障頻發(fā)，間歇生產(chǎn)運行影響產(chǎn)能，如果由現(xiàn)有的膜分離裝置制備CO，提供CO產(chǎn)品氣，在保證氣量穩(wěn)定、純度高的同時又可以大幅降低生產(chǎn)成本，實施此項技改只需要配置相關(guān)管線及閥門，就可以解放出造氣、洗滌工序的設(shè)備及人員，同時將有利于公司整個生產(chǎn)經(jīng)營。
四、結(jié)論
膜分離技術(shù)制備高純CO，在保證原料氣純凈的前提下，達到預(yù)期效果是比較容易的，再加之其操作簡單、占地面積小、故障率低、使用壽命長等特點，對于有低溫甲醇洗裝置的企業(yè)，選擇膜分離制備高純CO是較為理想的選擇。
參考文獻
[1]加藤順，小林博行.碳一化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)[M].金革等譯.北京;化學(xué)工業(yè)出版社，1990.
[2]劉來志，薛子文.羰基合成工業(yè)中分離提純CO的方法[J].化學(xué)工程師，2010.9;42-44
[3]任建新. 膜分離技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.
[4]陳勇，王從厚，吳鳴.氣體膜分離技術(shù)與應(yīng)用[M].北京;化學(xué)工業(yè)出版社，2004.
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