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1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第期化工 炸 二氧化破膜分离技术及其进展 翻趁润氏渝麟肠鹅 王东亮王学松 中国科学院 大连化学物理研究所 主要介绍目前世界上凡个主要膜生产公司在二氧化碳膜分离方面的开发现状并就从天然气中分离 。 沼和 从 双伴生气中困收 的班健拢 、 流程设计 、 进料组成 、 压力 、 沮度 、 进料盘 、 渗透母 、 非渗透皿对 膜系 统渗透分离性能的影响进行了讨论 。 声 近几十年 , 膜分离技术在石油化工和其他 行业的应用得到迅速发展
2、。 预计到年膜分 离装置的梢售额将达到 亿美元 , 其中气体膜 分离增长最快 。 随着认需要量的增加和对含气流净 化要求的不断提高 , 从天然气 、 油田气 、 沼气 和烟道气等气源 中回收和分离 已成为很有 意义 的工业应用课题 。 尤其在三次采油过程 中 , 在超临界状态下 , 利用对原油高溶解 能力的特性 , 用 作为注入介质通入贫油 的 抽井 中来增加原油的产量称为 强化开采原 抽 , 将成为一种重要的方法 。 这 样 就 雷要大量 。 原油送出时 , 同时产生含量约 为的气流 , 在制备碳氢化合物 时 , 必 须将认脱除 , 同时还应该回收浓缩至以 上 , 重新注入到汕井 中 。 从
3、伴生气中回 收具有实际意义和应用价值 。 目前 , 分离的方法主要有以胺法为签 础的化学溶剂法 、 热碳酸钾法 、 物理溶剂法 、 萃取蒸馏法和精馏法等 。 若和不需要 分开 , 且的纯度要求不是特别高一般在 以下时 , 使用膜技术不但可以节省设备 投资 , 而且操作简单 , 费用低 。 从伴生 气和油田气中回收 以及从天然气 中分离 , 应用膜分离技术具有很大优势 。 膜分离技术开发现状 自年开展膜分离技术静 研究 , 开发了用于气体分离的醋酸纤维素膜 。 只 年组装了英寸英 寸卷 , 式分离器 , 进行了从和 混合器 中 分离 的现场中间试验 , 进料压力为一 。尽 曰么么禹韶泊“心日么泊
4、泊 口么泥卜么盛态盛么二“叙泊 沼盔边 ,么 月叼自启泊,心刀、态凌匕山八月泊函、山、么全奋八心、启刁、山“么孟、么月 盏么月么么 孟 、滋心、心泊、卜心、么洽、“盏八么 遴“ 曰卜 子 受到了涂料工业界 的欢迎 。 在今后 徐料工业的 发展 中 , 涂料工业协会将继续发挥作用 。 目前 , 涂料行业有一小部分企业拥有电子 计算机 , 但主要用于生产计划管理 、 财务管理 和人事管理 , 个别厂 用于生产控制和新产品开 发 。 在 “八 五 ” 计划期间 , 电子计算机将扩大 在生产控制 、 新产品开发等领域 中的应用 。 计 算机 的广泛应用 , 将大大提高涂料企业 的管理 水平 和生产水平
5、 。 据预测 , 年涂料工业产值将达到亿 元 , 比年增长 。“ 八五 ”计划 期间 , 年均增长率约为 。 利税额将达到亿元 , 比年增长倍 。 经济效益比现在有所搀 , 高 。 全员劳动生产率将提高到万元人 年, 比年提高宁 。 我 国经济的迅速发展和人民生活水平 的掇 高 , 对 涂料工业提出了更高的要求 , 徐料工业 在满足社会需求的过程中必将进一步 发 展椒 大 。 。 吕 年月修改和 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 现代化工年第卷 , 含量为 , 经
6、分离后 , 。中 含量降为 。 同时对进料量 、 进 料压力和温度等操作参数对分离性能 的影响进 行了实验考察 。 年在建立了 第二套英寸膜分离装置 , 用于净化高压油井 中喷 出的碳氢化合物气流 , 把进料 中的浓 度由提高到 , 碳氢化合 物的 纯度 大大增加 。 已开发了 英寸膜分离装置 , 用于从油田气和伴生气中回收 。 在 现 场安装了个 英寸膜组件 , 对含量从一 , 不同进料压力 、 进料量 、 回收纯 度和损失量进行了实验 。 结果表明 , 膜分 离技术具有投资省 、 操作费用低等优点 。 二 使用分离器对从天 然气和伴生气中分离和回收 。进行了现 场试验 , 进料压力一 ,
7、含量 一 , 操作温度约 。 结 果 卜表 明 , 分离 伴生气时用二级膜系统 , 回收的纯度 为 , 非渗透气 中含量小于 , 碳氢 化合物的回收率大于 。 址开发的醋 酸 纤维素非对称膜组装的卷式分离器 , 最近用于 脱除天然气中的 酸性气体和石 , 回收 伴生气中的及分离沼气 中的和 。 该系统在 之压力下, 把浓度 由提高到 , 由提高到 , 同时也能把天然气中含量 由减少 到 。 从年开始开发渗透 分离性能较好的乙基纤维素非对称分离 膜 。 年用英寸的卷式分离器作 现场 中间 试验 , 主要分离和混合气 。 考察了进 料星 、 压力等因素对回收纯度的影响 。 该系统 在合适的进料流速
8、下 , 的浓度由提高 到 以上 , 从而增加了 。的纯度。 年 叉开发了处理含量在一 、 压力为 刘一天然气流 的分 离装置以 及从 卫 伴生气回收的膜装置 。 流程设计 利用膜法从 天然气 、 油田气和伴全 气中分离和回收 , 其工艺流程受以下 几个 因素的影响进料气流的组成 、 温度和压力 非渗透气 中含量的要求 渗透气流中 止纯 度的要求碳氢化合物或 。回收率 的要求 回次率的要求 。 图为用膜法从伴生 气中回收 的工艺流程 。 级腆组件件 循循环跳组件件件二级级 浪浪浪浪浪浪浪浪浪组件件 图用膜分离器从伴生气 中 回收的工艺流程 进料气流经压缩机压缩 , 通过硅胶脱水 , 而后进入三相
9、分离器 , 脱除气流 中的杂质和液 体 , 经处理后 的气体进入一级膜组件 , 脱除大 量的 , 直到非渗透气流的露点温度接近膜 组件的操作温度 。 如果进料气流 中分压较 高 , 而要求回收的纯度又不太高 时 , 利用 一级膜组件就可达到要求 。 经一级膜组件后 , 渗透气直接进注入压缩机 , 非渗透气流进入露 点控制器 , 通过降低温度使部分碳氢化合物冷 凝 , 将气流的露点温度进一步降低 , 升温后进 入二级膜组件 , 该组件把来自一级膜组件的含 一的气流分离到 以下 , 同时 渗透气一侧的含量提高到一 , 然 后进入循环膜组件 , 一 进一步提纯至左右 , 同来 自一级膜组件的渗透气一
10、起 , 重新压缩后 作为 注入介质 , 从非渗透气中回 收碳 氢 化合 物 。 由于不同地区天然气的组成不同及对天然 气分离要求不同 , 故从天然气中分离 , 的冻 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第期化工 程设计也将采用不 同的形式 。 图给出用 分离器和吸附装置分离天然气中的 流 程 。 天然气 产品 进科气 励 用膜分离天然气或伴生气时 , 的 含量不同 , 其分离工艺和分离性能 也不同 。 图 给 出用同一个膜组件从天然气 中分离 , 当进料气中含量不同
11、时 , 渗透气和非渗透 气中含量 的关系 。 可以看出 , 当进料气流和非渗 透气流 中 含量低时 , 其渗透气中含量也低 。 在 此情况下 , 用单级膜组件不仅得不到高 纯度的 气流 , 而且碳氢化合物气流的损失也较 严 重 。 渗毋气 脸界 沪 广 围用膜技术和传 统吸附技术分离 天然气中的 含 尽 的天然气经压缩后进 入 分离器 , 分离后 的渗透气中的浓度可提高 到 , 非渗透气直接进入第二级 主 分离 、器 , 分离后 的渗透气含的经 压缩后 重新进入一级分离器 , 非渗透气中含有的 , 经吸附装置处理后 , 得 到天然气产品 。 如果天然气中含量较低 , 而要求制备 纯度高的天然气
12、时 , 需要采用多级分离或同其 他传统分离过程联合使用 。 多级分离器的使用 不仅可以提高天然气的纯度 , 而且还可减少有 用气体的损失 。 操作参数对分离性能的影响 进料组成 的影响 表给出比较典型 的天然气和伴生 气的组成 。 表天然气和伴生气的典型组成 城 。 翻 尸 。 尸 。 一 东亩劲厄 一 一 非渗透气 图渗透气和非渗透气的组成同进 料气流中含量之间的关系 钾 进料气流中 之的含量还影响渗透过程 中 非渗透气流的露点温度 。 从油田气或伴 生气 中回收时 , 通过膜不断发生渗透 , 结果非渗透气流 中认含量越来越少 , 而碳 氢 化合物蒸气的含量逐渐升高 , 导致非渗透气流 的露
13、点升高 。 一 旦露点上升到和膜的操作温度 相同时 , 碳氢化合物就会在膜表面凝聚 , 产生 一层液膜 , 严重影响膜的渗透能力 , 严重时还 会侵蚀和塑化膜的表面 , 影响膜组件的正常分 离性能 。 尤其是当被污染的膜不能再生时 , 整 个膜系统遭到破坏 。 一般情况下 , 进 料 气中 铁含量越高 , 其露点升高越快 。 非渗透气的 露点同非渗透气中的含量基本成直线关茄 图 。 笋 山, 一 户气一 一卜 一 走 盯厂卜叭尸 舟 几卫 天然气 气 。 痕且 。 。 一 一 成 、一组、一 气体 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publ
14、ishing House. All rights reserved. 年第尝 。 于 企 、了 协 。 的 留日 。 之 公 卜 思 己 冻教翻 尸口甘,口 力匀介 口 创蛆簇 被 万一硕尸飞犷一不一而 非渗透气 恤 日 压力 咭 恤 , 图 王渗透率与压力的关系 圈不 同进料浓度下令渗透气皿点 国含盆的关系 在镇分离器的实际操作 中 , 因属点升高带 来的问题较汤解决 。 攀提高膜组件的祖度成对 进料气先进行低沮冷凝 一液体分离而后 升温 , 就可以避免由于露点温度升高而在膜表面发生 掖体冷凝 。 进料压力的影响 从天然气中分离时 , 进料压力一般为 一 砂 , 伴生气的进料 压 力由压 缩
15、机控制 。 由于是凝聚性气体 , 在膜 内的 榕解度系数较大 , 使该气体在膜内的渗透行为 同压力的关系与其他气体有所不 同 。 通过醋酸纤维素膜时 , 渗 透 率 随压力的增大而增加 , 而其他气体随压力的变 化不大 见图和 图 。 从 图可见 , 压力 对氏渗透率的影响要比对 的影响大得多 。 的这种特性 , 决定了在的回收过程中 , 渗透压差大是有利 的 , 但需考虑组件的耐压能 力和能量消耗 。 进料压力的变化也直接影响膜组件对混合 气体的分离纯度 、 回收率以及 达到分离纯度所 嘴耍的膜面积 。 图给出当进料气流中含 一 、 一 考一 一一一一一一一一 ,口口祠口助 口 口, 卜切
16、侧日 。 石 之 八久卜协 。 日 昌 哥助璐 介 图 玉力 压力对和 、渗透 率的誉 响 次 一日 剑嗽 “ ,。 卜气犷飞犷写厂愉产饰 回收率仲 图进料压力同回收率和分离纯度 的关 系 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第期现代化工 。 进料气量的增加 , 开始时渗透气 中含见增 加较快 , 当达 到某二值后 , 继续增加渗透量 , 渗透气中纯度增加缓慢 , 非渗透气中认 含量 随进 料量 的增加而增大 。 次 日 侧锐 “ 时 , 不同进料压力下 回收率和回收纯度的 关系 。 可以看出 , 在相同的回收率下 , 进料气 流压力增加可使渗透气 中的纯度增加 。 如果要求非渗透气中 。的浓度一定 时 , 进料气流压力增加会提高混合气体的
