加氢基本操作法2

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扬州石化加氢装置循环氢弛放气膜回收氢气方案 Page- 1 -

扬州石化加氢装置循环氢弛放气

膜回收氢气

初步方案

九江紫环科技发展有限公司

二００五年五月

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1．技术说明

美国AIR PRODUCTS AND CHEMICALS Inc 所属的PERMEA是世界气体膜分离领域的开拓者。PERMEA及其普里森?气体膜分离技术从1977年推出第一套商业化装置以来已成功地走过了二十年的历程。九江紫环科技发展有限公司是AIR PRODUCTS AND CHEMICALS Inc在中国石化唯一的普里森?代理公司，拥有普里森?

系统设计、监制及售后服务的工程技术力量。目前，在世界范围内普里森?膜已有二百多套普里森?氢气膜系统在运行，其中有六十余套在石油化工行业中应用。经验证明：普里森?膜分离技术与深冷、变压吸附（PSA）等技术相比，具有投资省、占地少、起动快、甚少维修、稳定可靠等特点。是有着光明前景的高新技术 ，甚至有人将膜技术的应用称之为“第三次工业革命”。

膜分离的基本原理就是利用各气体组分在高分子聚合物中的溶解扩散速率不同，因而在膜两侧分压差的作用下导致其渗透通过纤维膜壁的速率不同而分离。推动力（膜两侧相应组分的分压差）、膜面积及膜的分离选择性，构成了膜分离的三要素。依照气体渗透通过膜的速率快慢，可把气体分成“快气”和“慢气”。常见气体中，H2O、H2、 He、H2S、CO2等称为“快气”；而称为“慢气”的则有的CH4及其它烃类、N2、CO、Ar等。

普里森?分离器的外壳类似一管壳式换热器，内装数万根细小的中空纤维丝。中空纤维的优点就是能够在最小的体积中提供最大的分离面积，使得分离系 统紧凑高效，同时可以在很薄的纤维壁支撑下，承受较大的压力差。混合气体进入膜分离器壳程后，沿纤维外侧流动，维持纤维内外两侧一适当的压力差，则气体在分压差的驱动下，“快气”（氢气）选择性地优先透过纤维膜壁在管内低压侧富集而作为渗透气（产品气）导出膜分离系统，渗透速率较慢的气体（烃类）则被滞留在非渗透气侧，压力几乎跟原料气的相同，经减压冷却后送出界区。 2．工艺流程简述

在炼厂加氢装置中，由于加氢反应的氢气过量及转化率的影响，总有一部分氢气在循环，也就是循环氢，但有于H2S、CH4等气体的累积，到一定程度后影响加氢反应，必然要定期排放一部分循环氢，造成宝贵氢源浪费，普里森?膜分离器能有效的将这股定期排放循环氢中H2S、CH4等气体排除，而将氢气回收，从而避免了定期排放一部分循环氢,节约了宝贵氢源，每年可获得可观效益。

膜分离的工艺流程非常简单，可分为预处理和膜分离两部分。 含氢尾气由7.8MPa（G）进入膜分离界区，首先原料气进入除雾器（X-101），除去大部分可冷凝的液体和粒子。一液位变送器对除雾器的液位实行液位指示、报警及联锁。除雾器出来的气体进入两个串联的凝结型联合过滤器(X-102)，以进一步除去油雾及大于0.01?m的粒子（两组并联便于更换过滤器芯件）；一加热器(E-101 )将原料气加热至75?C，使原料气远离露点，不至因氢气渗透后滞留气烃类含量升高冷凝形成液膜而影响分离性能，用一蒸汽调节阀(TV-101)与温度变送器(TT-101)联合实现原料气温度的调节、指示、报警及联锁；温度变送器(TT-101)和 温度变送器(TT-102)联合对加热器前后的温差实行报警联锁；加热过的气体经一管道过滤器进入膜分离器组(M-101)进行分离，在低压侧得到氢气

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纯度为98%以上、压力为2.6MPa(G)的渗透气；非渗透气经减压到指定压力后送到用户燃料的管网。

该系统设计有一个联锁导流阀(DV-101)，对膜分离器进行保护。当下列条件满足时，DV-101将关闭：

A．除雾器高液位，LSHH；

B．原料气高、低温度，TSHH、TSLL；

C．膜分离器两侧高压差 D．紧急停车；

整个膜分离系统基本上无运动部件，控制回路及监控点少，开停车方便快捷，甚少维修，开工率极高。简单的流程示意图如下（虚线框内为卖方供货范围）：

联合过滤器 加热器 尾气 冷却器 80℃ 原料气 除雾器 膜分离器组 冷却器 H2 产品 压缩机

3．工艺数据

3．1 用户提供的原料气工况条件： 原料气来源 流 量（Nm3/hr） 温 度（℃） 加氢废氢回收 2000 40 H2 CH4 C2H6 C3 C4 N2 H2S 组分（%(mol)） 91.30 6.20 0.87 0.24 0.38 0.01 1.0 压 力（Mpa（G）） 7．8

3．2 根据用户提供的数据我们进行优化,将进膜分离装置气量定为2000Nm3/h并采用AEP-401SB3S膜一组进行的计算，结果如下： 流量Nm3/h 压力Mpa（G） 温度?C 组成（mol%） H2 原料气 2000 7.8 40 91.30 膜入口 2000 7.4 75 91.30 渗透气 1801 2.6 75 98.25 尾气 199 7.3 75 28.39 九江紫环科技发展有限公司

扬州石化加氢装置循环氢弛放气膜回收氢气方案 Page- 4 - CH4 C2 C3 C4 N2 H2S H2回收率（%） 6.20 0.87 0.24 0.38 0.01 1.0 6.20 0.87 0.24 0.38 0.01 1.0 96.90 0.98 893PPM 198PPM 251PPM 20PPM 0.63 53.43 7.94 4.23 3.59 824PPM 4.34

3．3 保证指标：若进入膜分离系统的原料气在提供的工况指标范围内，则膜分离系统的保证指标为：

产品气氢气纯度 H2回收率 97% 95% 二十多年的运行经验证明：正常操作条件下，普里森?膜的使用寿命在十年以上，氢回收装置的质量保证期为开车后一年或合同交货期后十八个月，以先到时间为准。 4.效益

定期排放一部分循环氢大约1000Nm3/h，氢气含量在90%,每年排放氢气为

W=(1000 × 0.9 ÷22.4) × 2 × 8000 = 642.86吨 采用膜分离后每年排放氢气为

W1=(199 × 0.2839 ÷22.4) × 2 × 8000 = 40.35吨 每年回收氢气=W－W1=602.51吨 按每吨氢气1.1万元计

折合人民币=602.51 × 1.1 = 662.8万元

整个项目投资202万元。3个半月收回投资，膜分离器使用寿命8-10年。 5．供货范围

九江紫环科技发展有限公司将提供普里森?膜分离系统的所有设备、仪表、管线、管件、阀门及其它所需的材料，并提供相关的设备和工艺设计及技术培训和技术服务。 5.1 主要设备

A. 除雾器（X—101）

总高度，mm 2200 内径，mm 325 内件 高效丝状除雾元件 设计压力，Mpa 8.6

材质

腐蚀裕度，mm

16MnR 3

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压力容器类别 设备单重，Kg 加工厂家 数量，台

B.联合过滤器（X—102）

型号 介质

设计压力，Mpa

设计温度，C 操作温度、压力 厂家 数量，台

C.加热器（E-101）

类型 加热介质 材质

设计压力，Mpa 壳程 管程

设备单重，Kg 加工厂家 数量，台

D. Prism?膜分离器组（M-101）

高，mm

公称直径，mm 芯件 壳体材质

设计压力，Mpa 腐蚀裕度，mm 压力容器类别 设备单重，Kg 壳体加工厂家

5.2 仪表及阀门

II 4

九江制氧机厂或其他用户认可厂家 1

MF0240/12+SMF0240/12 H2、C1、C2+、H2S 8.6

150

75C，7.8MPa

顺风派尼尔或杭州海人 4

套管式 低压蒸汽 不锈钢

2.5 8．6 500

九江制氧机厂或其他用户认可厂家 1

3000 100

美国产普里森?中空纤维 20＃钢 8.6 3 II 500

九江制氧机厂或其他用户认可厂家

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