第５１卷第２期 化肥设计 Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ａｐｒ．２０１３ ・２０１３年４月 ４１・ 氢回收膜分离装置的优 匕操作 贾红 １６１０４１） （黑化集团有限公司，黑龙江齐齐哈尔摘要：针对二级中空纤维分离装置回收氢气浓度较低的问题，优化压力、温度、空速等操作参数，可将回收氢气的 浓度提高４％～５％，每年可增加收益４０万元。 关键词：二级中空纤维膜分离装置；氢回收分离膜渗透；压力；温度；空速；优化操作 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４—８９０１．２０１３．０２．０１３ 中图分类号：ＴＱ０２８．８ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—８９０１（２０１３）０２—００４１—０２ Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ＪＩＡ Ｈｏｎｇ （Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｔｄ．，Ｑｉｑｉｈａｅｒ Ｈｅｉ￣ｎｇｊｉａｎｇ １６１０４１ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ａｌｌｕｓｉｏｎ ｔｏ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｇａｓ ｗａｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌｏｗｅｒ ｉｎ ｓｅｃｏｎｄ ｃｌａｓｓ ｈｏｌｌｏｗ ｆｉｂｅｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ， ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ．ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｖｏｉｄ ｓｐｅｅｄ ｃａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｇａｓ ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ ｆｒｏｍ ４％ｔｏ ５％．ｔｈｅ ｂｅｎｅｆｉｔ ｃａｎ ｂｅ ａｄｄｅｄ ｂｖ ４０×１０ ＲＭＢ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｃｏｎｄ ｃｌａｓｓ ｈｏｌｌｏｗ ｆｉｂｅｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ；ｍｅｍｂｒａｎｅ ｏｓｍｏｓｉｓ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｒｅｃｏｖｅｒｙ／ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｖｏｉｄ ｓｐｅｅｄ；ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４—８９０１．２０１３．０２．０１３ 黑化集团有限公司合成氨装置于１９８８年３月建 成投产，其中使用大连物化研究所设计的二级中空纤 维膜分离装置，回收合成氨弛放气中的氢气，以供双 氧水装置使用。由于该膜分离装置已运行２０多年， 现回收氢气浓度平均值仅在９０％左右，不能满足双 氧水车间对氢浓度９８％的要求。为了节约资金，在 渗透系数增大，但同时纤维管强度下降，所以在生 产操作时，要综合考虑渗透压差和温度对渗透速率 的影响。一般情况下，温度和压差对应关系见表１。 表１温度和压差的对应关系 不更换膜设备的情况下，公司采取了优化操作指标 的办法来提高回收氢气的纯度，以满足双氧水生产 要求。 该公司氢回收膜分离装置采取高、低压二级分 ２ 压力 弛放气减压后压力为１１～１２ ＭＰａ，１ 膜人口压 力为１１ ＭＰａ、１ 、２ 膜渗透气出口压力为２．８～３．０ 离，逐级深化分离。影响气体分离效果的因素很 多，笔者拟结合生产实践，着重分析温度、压差、压 力、空速等参数对膜分离效果的影响，并通过优化 调节，以找到最佳操作指标。 ＭＰａ、３ 膜尾气出口压力１０．７～１１ ＭＰａ、４ 膜渗透气 出口压力为０．６ ＭＰａ。由于气体渗透过膜的推动力 是靠压差。压差增大对渗透气浓度的影响甚微，而 回收率明显提高。但在相同压差下渗透压力较低 １温度和压差 膜分离器能够分离不同的气体，是因为各种气 体对聚砜纤维膜管壁的渗透能力不一样，不同气体 对聚砜膜渗透系数不同，气体相对系数愈大，愈易 通过纤维膜。气体的渗透速率除了与渗透系数有 关外，还与纤维管内外压差（即渗透压差）有关。其 中渗透系数的大小还受温度的影响，随着温度的升 时回收氢气的纯度高，回收率也高。因此，可以在 保持中空纤维膜内外压差不变的条件下，在设备进 出口压力指标上做适当调整，以找到最佳操作数 值，提高氢气纯度。 作者简介：贾红（１９７３年一），女，黑龙江望奎人，１９９２年毕业于黑龙 江省化学工业学校化工工艺专业，化工工艺工程师，现从事合成氨 装置的生产管理工作。 高，气体中ｉ组分（膜分离的弛放气中各种气体）的 ・４２・ 化肥设计 ２０１３年第５１卷 设备入口出口的气体压力比ｐ入 出及尾气量 对氢气纯度的影响见表２，ｐ人：ｐ出对氢气纯度的影 响见图１。 表２ 入口出口气体压力比及尾气量对氢气纯度的影响 合的流程，达到了既提高回收率，又可提高氢气纯 度的效果。膜渗透部分流程见图２。 尾气 图２膜渗透部分流程 ４最佳操作指标 通过分析、探讨及试验，综合压力、温度、尾气流量 几项指标及其相互影响，总结出最佳操作指标见表３。 表３压力、温度、尾气流量最佳操作指标 …ｌ ２ ４ ７ 出量／ｍ ３￣ｈ－ ９７７ ９５１ ０．５２ ０．５１ 三 ２２３ ２４９ ４５ ４８ ０．９５ Ｏ．９６ 图１ Ｐ入／ｐ 对氢气浓度的影响 从表２和图１可见，在保持中空纤维膜内外压 差不变的条件下，Ｐ＾：Ｐ出在２．５～９范围内对氢气 回收纯度影响显著，但Ｐ＾：Ｐ出大于９时对氢气纯度 影响显著减小。由于膜入口气量受合成弛放气量 ５ 结语 （１）探讨总结了氢回收装置提高回收氢气浓度 的最佳操作指标，经生产验证，依照上述指标操作 可以将提供给双氧水的氢气浓度提高４％一５％。 （２）公司２０１０年双氧水车间生产任务为２１ ５００ ｔ／ａ，提供给双氧水生产原料氢气纯度平均为９０％ 左右，现将氢气浓度提至９６％，可使双氧水产量提 高４％～５％，因此可增加双氧水产量２１ ５００×４％ ＝的影响，而且为了提高氢气浓度，故应将Ｐ＾：Ｐ出控 制在４—１１范围内。 ３ 空速 空速关系到中空纤维膜管内外侧的分压差，也 是控制产品氢气组分的重要因素之一。空速低则 回收氢气的浓度低，氢气回收率可提高。空速高则 回收氢气的浓度高，但回收率下降。分离器可串联 也可并联，串联可提高回收率，并联时可增加分离 器的空速并提高产品氢气纯度。该公司氢回收装 置膜渗透部分科学合理地采用了串联和并联相结 ８６０ ｔ／ａ，双氧水价格平均７００ ｔ，每年可增加收 益６０２ ０００元，除掉双氧水生产过程中氢气无价值 损耗２％，仍可为公司增收约４０万元。 收稿日期：２０１２—１０－２４ 河南煤化安阳永金化工２０万ｔ／ａ乙二醇项目投产 ２０１２年１２月２９日，河南煤化集团安阳永金化工公司２０万 ａ乙二醇项目成功产出粗乙二醇。１２月３１日，装置又顺利 产出浓度为９９．８２７％的乙二醇合格优等品。该项目总投资１３．５亿元，采用河南煤化自主煤基乙二醇合成技术，具有技术含 量高、成本低、原料来源广等特点，为煤制乙二醇产业的发展注入了新的动力，开辟了非油生产乙二醇的新途径。安阳永金乙 二醇项目投产后每年可实现销售收入ｌ２．５亿元。目前河南煤化集团新建的５个２０万 ａ乙二醇项目，已有安阳永金、濮阳永 金和新乡永金３个２０万ｔ／ａ项目６０万ｔ的产能投产。另外２个项目也在加快建设，有望在２０１３年全部建成投产。 （汪家铭）