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摘 要：催化重整、催化裂化、加氢精制、PSA解吸等炼厂气中的氢气，通过膜分离技术回收，返回氢气管网作为加氢原料，其经济效益和社会效益非常可观。
关键词：膜法氢气提浓；原理；工艺流程
1 氢气膜分离技术原理
氢气膜是用聚酰亚胺等高分子材料制成的一种中空纤维膜，对于不同气体而言，它们在膜中的渗透速率大不相同，例如：H2O>H2>H2S>CO2>O2>Ar> CO>CH4>C2H6>N2。因此当具有一定压力的混合气体通过中空纤维膜分离器时，利用气体自身的压力作为推动力，通过“溶解一扩散一解吸”的机理，渗透速率较快的气体（氢气）透过膜后在设备的低压渗透侧富集，而渗透速率较慢的气体在进气高压侧富集。
气体透过纤维膜的流量表达式为：
Qi=Ji·A·ΔPi
其中，Qi——透过膜的气体流量，m3/h；
Ji ——渗透系数，m3/（m2·h·MPa）；
A ——膜面积，m2；
ΔPi ——膜两侧的分压差，MPa；
由表达式可知，要在渗透侧得到理想的气体流量，就需要膜分离设备本身应具备较高的气体选择性、分离系数和渗透系数；同时通过膜的混合气体还要有足够的压力，使膜两侧能够产生足够的分压差做为推动力。
2 工艺流程描述
某炼厂的变压吸附解析气与精制干气进入压缩机升压至1.2MPa，然后和加氢干气混合后作为原料气进入膜氢气回收界区。膜分离装置的工艺流程可分为预处理（过滤、加热）和膜氢气分离两部分。
原料气经过压力调节后进入高效过滤器，去除气体中夹带的固体杂质、油滴及水汽等，然后进入蒸汽加热器，将原料气加热至48～55℃，目的是保证进入膜分离的气体远离露点温度，使原料气中可能含有的液态物质不至在膜表面富集而影响气体分离效果，同时使膜分离器处于最佳的工作状态。
经过预处理后的原料气进入膜分离器，氢气以较快的速度透过膜丝，在低压渗透侧得到0.1MPa（G）、94%的高浓度氢气，返回氢气管网作为加氢原料；而其他组分的慢气在原料侧富集，通过自动调节阀送至界区外下游工段。
3 装置运转情况
该膜氢气回收装置经实际运行、检验后，渗透气中的氢气纯度、回收率均达到了设计要求。经过对系统运行、稳定性、指标等方面的长期观察，证明该氢气回收装置性能稳定，回收氢气纯度高，气量大，产量增效明显。部分运行数据见下表
装置运行的初期原料气中轻烃含量较高，为保证膜分离系统的安全运行，通过上游工艺及压缩机分离设备的调整，降低了原料气中的轻烃含量，减轻了膜装置中高效过滤器的运行负荷。
该膜分离装置根据设计要求和上、下游实际工况，为满足系统气量的波动同时又能达到指标要求，设计时将膜分离器分成若干组别。在实际生产过程中，装置的运行负荷大致在9500～15000NM3/h之间波动，因此通过合理调整膜分离器组的投运组数，与装置的进气量匹配，保证了系统在各种工况条件下均能达到设计要求的氢气纯度和回收率指标，体现了较高的操作弹性和系统可靠性。
4 經济效益核算
该膜分离氢回收装置设计处理能力为20000NM3/h，实际运行达到约15000NM3/ h，原料气氢气浓度65%～75%，产品氢纯度大于94%，氢气回收率达到93%，装置运行按照全年运转8000h计，氢气以1元/ NM3 计，则每小时回收的氢气折算成纯氢为：
15000×70%×93%=9765NM3/h
则全年预计可回收氢气的价值为：
9765×8000×1/10000=7812万元
该装置在投运后3个月左右即可收回投资，经济效益非常可观。
5 装置优势
通常情况下，膜法氢气提浓技术在中高压条件下应用较多，这样可以保证膜分离装置在运行时有足够的推动力。但是将炼厂气升压的过程，也增加了很大一部分能耗，经济效益不好。而在推动力比较低的情况下，为得到回收率较高且高纯度的氢气，就要求膜纤维丝本身要具备更高的渗透性能和选择性。
实践证明此低压膜分离氢回收系统很好的达到了预期的目标，不但节约了压缩机的能耗，也得到了高纯度、高回收率的氢气，给企业带来了很好的经济效益和社会效益。
6 结论
经过实际论证，该膜氢气分离系统的工艺简单、能耗低、操作弹性大，同时其产品氢的纯度高，回收率高，非常适用于低压条件下炼厂气中氢气的回收工艺。
参考文献
[1]王从厚，陈勇，尹中升.氢源与膜法提氢技术[J].分离信息荟萃，2005，（3）：90-91.
[2]Malder M，李琳（译）.膜技术基本原理（第2版）[M].北京：清华大学出版社，1999：201-202.
（作者单位：大连迈泰克科技开发有限公司）
关键词：膜法氢气提浓；原理；工艺流程
1 氢气膜分离技术原理
氢气膜是用聚酰亚胺等高分子材料制成的一种中空纤维膜，对于不同气体而言，它们在膜中的渗透速率大不相同，例如：H2O>H2>H2S>CO2>O2>Ar> CO>CH4>C2H6>N2。因此当具有一定压力的混合气体通过中空纤维膜分离器时，利用气体自身的压力作为推动力，通过“溶解一扩散一解吸”的机理，渗透速率较快的气体（氢气）透过膜后在设备的低压渗透侧富集，而渗透速率较慢的气体在进气高压侧富集。
气体透过纤维膜的流量表达式为：
Qi=Ji·A·ΔPi
其中，Qi——透过膜的气体流量，m3/h；
Ji ——渗透系数，m3/（m2·h·MPa）；
A ——膜面积，m2；
ΔPi ——膜两侧的分压差，MPa；
由表达式可知，要在渗透侧得到理想的气体流量，就需要膜分离设备本身应具备较高的气体选择性、分离系数和渗透系数；同时通过膜的混合气体还要有足够的压力，使膜两侧能够产生足够的分压差做为推动力。
2 工艺流程描述
某炼厂的变压吸附解析气与精制干气进入压缩机升压至1.2MPa，然后和加氢干气混合后作为原料气进入膜氢气回收界区。膜分离装置的工艺流程可分为预处理（过滤、加热）和膜氢气分离两部分。
原料气经过压力调节后进入高效过滤器，去除气体中夹带的固体杂质、油滴及水汽等，然后进入蒸汽加热器，将原料气加热至48～55℃，目的是保证进入膜分离的气体远离露点温度，使原料气中可能含有的液态物质不至在膜表面富集而影响气体分离效果，同时使膜分离器处于最佳的工作状态。
经过预处理后的原料气进入膜分离器，氢气以较快的速度透过膜丝，在低压渗透侧得到0.1MPa（G）、94%的高浓度氢气，返回氢气管网作为加氢原料；而其他组分的慢气在原料侧富集，通过自动调节阀送至界区外下游工段。
3 装置运转情况
该膜氢气回收装置经实际运行、检验后，渗透气中的氢气纯度、回收率均达到了设计要求。经过对系统运行、稳定性、指标等方面的长期观察，证明该氢气回收装置性能稳定，回收氢气纯度高，气量大，产量增效明显。部分运行数据见下表
装置运行的初期原料气中轻烃含量较高，为保证膜分离系统的安全运行，通过上游工艺及压缩机分离设备的调整，降低了原料气中的轻烃含量，减轻了膜装置中高效过滤器的运行负荷。
该膜分离装置根据设计要求和上、下游实际工况，为满足系统气量的波动同时又能达到指标要求，设计时将膜分离器分成若干组别。在实际生产过程中，装置的运行负荷大致在9500～15000NM3/h之间波动，因此通过合理调整膜分离器组的投运组数，与装置的进气量匹配，保证了系统在各种工况条件下均能达到设计要求的氢气纯度和回收率指标，体现了较高的操作弹性和系统可靠性。
4 經济效益核算
该膜分离氢回收装置设计处理能力为20000NM3/h，实际运行达到约15000NM3/ h，原料气氢气浓度65%～75%，产品氢纯度大于94%，氢气回收率达到93%，装置运行按照全年运转8000h计，氢气以1元/ NM3 计，则每小时回收的氢气折算成纯氢为：
15000×70%×93%=9765NM3/h
则全年预计可回收氢气的价值为：
9765×8000×1/10000=7812万元
该装置在投运后3个月左右即可收回投资，经济效益非常可观。
5 装置优势
通常情况下，膜法氢气提浓技术在中高压条件下应用较多，这样可以保证膜分离装置在运行时有足够的推动力。但是将炼厂气升压的过程，也增加了很大一部分能耗，经济效益不好。而在推动力比较低的情况下，为得到回收率较高且高纯度的氢气，就要求膜纤维丝本身要具备更高的渗透性能和选择性。
实践证明此低压膜分离氢回收系统很好的达到了预期的目标，不但节约了压缩机的能耗，也得到了高纯度、高回收率的氢气，给企业带来了很好的经济效益和社会效益。
6 结论
经过实际论证，该膜氢气分离系统的工艺简单、能耗低、操作弹性大，同时其产品氢的纯度高，回收率高，非常适用于低压条件下炼厂气中氢气的回收工艺。
参考文献
[1]王从厚，陈勇，尹中升.氢源与膜法提氢技术[J].分离信息荟萃，2005，（3）：90-91.
[2]Malder M，李琳（译）.膜技术基本原理（第2版）[M].北京：清华大学出版社，1999：201-202.
（作者单位：大连迈泰克科技开发有限公司）