气体膜分离技术回收炼厂富氢干气中氢气的应用研究

李雅珍 郭琪

摘要：炼油厂在进行工作过程中会使用到大量的氢气，为了能够降低用氢成本，需要采用气体膜分离技术回收炼厂富氢干气中氢气，气体膜分离技术的应用能够有效减少氢气的使用量，并且该技术设计合理、操作弹性大、运行可靠、回收氢气的效率高等特点，为炼油厂获得廉价氢气提供了新的途径，但是由于富氢干气中的成分比较复杂，对气体膜的长周期运行造成影响，因此需要对气体膜分离技术的相关性问题进行研究，并提出合理地解决方法，提高膜的使用寿命，进而增长炼油厂的经济效益。

关键词：膜分离;回收氢气;应用研究

随着世界经济的快速发展和科学技术的不断进步，能源需求也以惊人的速度增长，传统能源的数量和质量已不能满足当代经济发展的需求，传统能源的提炼和新能源的发展正在不断探索中，氢能源在传统能源的深度加工中起着关键作用，炼油业是最大的氢消耗市场，其氢消耗约占全球氢消耗的90%，由于高质量原油的短缺，劣质原油的持续增长以及日益严格的环境保护法规，对油质的要求不断提高，加氢工艺已广泛用于精炼行业，并且炼油厂对氢气的需求正在增加。气体膜分离技术的优化和提高氢气利用率对节约能源，降低能耗，降低炼油生产成本具有重要的理论价值和实用价值。

1气体膜分离技术概述

膜技术是一种比较古老的技术，但是随着科学技术的发展，膜技术的应用逐渐扩大了应用范围，膜技术在自然界中尤其是生物体内广泛存在着，在现代经济和人们日常生活中扮演着非常重要的角色，膜技术是现代仿生技术研究中的一项重要内容。各种膜在使用过程中具有不同的特点：第一，工艺操作相对简单，所需要的设备较少，操作灵活。第二，分离系数大，动力及传动设备使用较少，能耗降低，占地面积较小，维修方便。第三，在使用过程中不会形成二次污染，因此不会对环境造成任何危害。

气体膜分离技术是膜分离科学与技术的重要组成部分，是一种高效的分离技术，气体膜分离技术与其他的分离技术相比有着非常明显的优势，在分离过程中能耗降低，容易实现分离过程，如果气源本身就具有一定的压力，那么在分离过程中的经济性就会更加明显。从宏观角度去分析，气体膜分离技术是一种物理分离过程，操作流程较为简单，所需要的费用较低。

气体膜分离技术在工业中的应用非常广泛，随着膜材料以及膜组件的不断深入研究，气体膜分离技术已经逐渐应用到各种领域，但是由于高效膜分离材料的品种比较缺乏，因此不断研究和发展新的气体膜分离技术已经成为世界高新技术领域中的研究热题。气体膜分离技术在回收炼厂富氢干气中氢气已经得到了充分的应用，减少氢气的消耗量，进一步实现氢气的节能效果。

2气体膜分离技术原理

气体膜分离技术就是依据膜的选择渗透作用，在外界能量的影响下，能够对组分中的混合物进行分离。气体膜分离技术是依靠气体压力来作为主要的推动力，将高分子聚合物薄膜对不同分子的选择渗透作用从而实现回收炼厂富氢干气中氢气，并进行提纯净化。在进行渗透过程中，气体分子会吸附在膜的表面，并且会溶解到膜中。由于聚合物链段会出现震动反应，其密度出现变化，在膜中形成孔穴，气体分子会通过孔穴进行扩散，溶解于聚合物中的气体分子能够从膜的一侧扩散到另外一侧，从而完成整个渗透过程。不同的分子膜溶解程度也会有所差异，因此所形成的孔穴尺寸和扩散步骤会存在差异性。通常情况下，根据相似相溶性的原理，膜大多是由有机高分子材料所形成的，因此有机气体的溶解性会比较强烈，更容易在膜中形成扩散。

3气体膜分离技术回收炼厂富氢干气中氢气的影响

3.1原料气流量对分离过程的影响

原料气流量越大说明渗透气的浓度越高，回收氢的总量就会越多，但是回收率却出现降低现象，这时可以考虑增加膜组件的数量来提高回收率，另外也可以采取提高操作温度，增大压差等方法增加回收率，如果渗透气浓度小于产品气所需要的浓度，想要提高回收率只能采用增大压差的方法。当原料气流量有所降低时，为了能够保证渗透器浓度以及膜组件性能的充分发挥，减少相应的模组件数量也是一个非常不错的方法。

3.2膜氢对加氢裂化装置的影响

随着技术的不断发展，膜氢引入PSA单元，连续重整氢气经过PSA提升以后，直接供给氢裂化心情使用，在实际运行中可以发现，膜氢引入PSA产品以后，氢气中的一氧化碳含量会有所上升，因此加氢裂化装置中对新氢的指标会有所降低，这主要是由于在一氧化碳和二氧化碳的条件下，加氢裂化反应会形成甲烷化反应，从而会影响加氢裂化装置的安全运行。

另外，循环氢纯度会出现下降，同时循环氢中空气的含量会逐渐上升，通过调整PSA装置操作，增加反应排放氢的措施，能够有效提高PSA产品氢纯度。

3.3对柴油加氢装置的影响

通过柴油加氢装置进行膜氢处理，由于在实际操作过程中并没有实现进一步提纯，导致氢气的纯度较低，如果直接供應柴油加氢装置以后，就会发生甲烷化反应，产生的甲烷会和膜氢中的惰性气体进行结合，使循环氢的纯度降低，导致系统中的氢气耗量增加。膜氢的改入能够降低了氢气纯度，装置新氢机入口氢气含量增加，需要进行全负荷运行，导致装置的节能效益不能充分发挥，从而增加了耗电量。

4结束语

通过气体膜分离技术回收炼厂富氢干气中氢气，有效提高氢气的利用率，减少氢气的能源消耗，为有效增加炼油厂的经济效益，在增设气体膜分离技术过程中，应当对原料气进行慎重选择，尽量选择含有较少成分的气体，避免影响气体膜分离技术的产氢质量。在进行分离过程中，需要进一步完善膜分离装置原料的处理措施，减少杂质对渗透膜的影响，从而保证渗透膜能够长周期运行，提高膜分离装置的经济效益。

参考文献：

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