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氫氣分離/提純

專注于以氣體分離膜為核心技術的工業氣體分離與純化的科技型企業

商品名稱：氫氣分離/提純

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產品詳情

氣體分離膜工作原理

膜分離系統的工作原理就是利用一種高分子聚合物（通常是聚酰亞胺）薄膜來選擇“過濾”進料氣而達到分離的目的。當兩種或兩種以上的氣體混合物通過聚合物薄膜時，各氣體組分在聚合物中的溶解擴散系數的差異，導致其滲透通過膜壁的速率不同。由此可將氣體分為“快氣”（如 H₂O、H₂、He 等）和“慢氣”（如 N₂、CH₄及其它烴類等）。當混合氣體在驅動力－膜兩側相應組分分壓差的作用下，滲透速率相對較的快氣體優先透過膜壁而在低壓滲透側被富集，而滲透速率相對較慢的氣體則在高壓滯留側被富集。

典型的膜分離器含有數萬根纖維，兩端用環氧樹脂澆鑄密封。纖維束端部被切除，使其兩端露出纖維孔以讓氣體從一端移動到另端。纖維束封閉在一個合適的殼體中。該殼體用于保護纖維，并引導氣體正確流動。

氣體分子靠不同的分壓驅動滲透過膜纖維絲薄壁，影響滲透率因素是包括溶解性、擴散速度、氣體-聚合物配位狀況和不同氣體組分分子的滲透速率。滲透速率差別越大分離效率越好。

氣體分離膜性能描述

氣體分離用的所有種類膜的核心技術，都是添加了不同組分的改性高分子材料，其氣體分離的原理都一樣，膜的性能取決于各生產廠家膜材料配方和生產工藝。因此，不同膜有不同的分離效率，不同的耐壓及不同的使用壽命。

一般地，膜的性能可以用產氣量、回收率、膜的壽命來描述:

1) 產氣量：單根膜可以生產的產品氣體的量；

2) 回收率: 目標產品氣體的產量與原料氣體中相同組分含量比值的百分比。回收率高表示獲得相同量的產品氣體所需要的原料氣體量更少，運行就更經濟；

3) 膜的壽命:膜的使用耐久性與膜材料本身、分離系統設計合理性及運行維護等諸多因素有關。

膜的性能還與產生的產品氣體的純度、操作溫度和運行壓力等諸多因素相關。對于空氣分離制取氮氣的膜而言，氮氣回收率隨工作溫度的升高而降低，隨工作壓力的增加而稍有增加，而膜的產量隨溫度和壓力的升高而增加。因此，膜的運行必須是在定的溫度和壓力下才能達到較佳運行效果。

氣體分離膜結構-中空纖維膜

膜分離系統的核心部件是類似于管殼式換熱器的膜分離器，數萬根細小的中空纖維絲澆鑄成管束而置于承壓管殼內。混合氣體進入分離器后沿纖維的一側軸向流動，“快氣”不斷透過膜壁而在纖維的另一側富集，通過滲透氣出口排出，而滯留氣則從與氣體入口相對的另一端非滲透氣出口排出。

氣體分離膜結構-膜分離器設計和布置

膜分離器的設計

● 每個膜束易于安裝到壓力容器內

● 單向且耐用的、不同壓力的密封設計

● 軸向塞滿膜絲（而不是緊緊纏繞的配置）

● 壓力容器符合：美標、歐標、俄標、國標等標準

膜分離器的布置：聯和并聯

● 串聯布置易使能力增大或減小，保護后級分離器

● 并聯配置可以用于大流量隆低膜分離器內線速

氣體分離膜結構-中空纖維膜

1.外壓式: 工藝氣體處理膜----PO和P2、P3膜，從2至 8英寸等30余種規格。

　　　　天然氣處理膜------材質同P2，有從1到8英寸等數十種規格。

2.內壓式: 空分富氧制氮膜------P1，N1,2,3和P3 膜，從1到8英寸等多種規格。

氣體分離膜系統特點

靈活：當計劃或工藝中出現未預料變化時，膜系統可供操作的靈活性。若要滿足產量增大時，投入更多膜分離器即可。如若需減產，關掉分離器的控制閥門就能保持系統的回收率和純度。多方式整合可從滲透側得到不同的純度和流量。

緊湊：適合小或擁擠的工廠且最少的現場安裝時間、費用和潛在的施工誤差。現場準備期時間短，只需簡單混凝土支撐臺和公用工程。膜系統是撬裝結構，方便移動。

效果和經濟：在大多數應用中，膜系統有高回收率，其對氫氣和碳氫化合物的效率 80- 95%。膜系統的操作壓力基本等同精煉時的壓力，不需要附加壓縮能量來供分離過程。消耗很少的蒸汽(用于溫度控制)、儀表氣和吹掃的氮氣。此系統的開停車簡單，產品氣不需要冷卻和預處理。

低維護：膜分離器組沒有運動部件可監查、維護、替換。在合適的設計、安裝和操作條件下是免維護保養的。不過需要關注的是運轉時各種工藝條件和所能容忍的一些污染物，如：液態水、氨氣、硫化氫、碳氫化合物和芳香族。

壽命長：健全的設計和結構確保在行業應用的長壽命。

優勢

基本性能		深冷法	變壓吸附法	膜分離法
原理	分離介質		碳分子篩	中空纖維膜
原理	分離原理	將空氣液化，根據氧、氮沸點不同而分離	加壓吸附，減壓脫附	有壓滲透（不同滲透率〉
能耗	耗能部件	壓縮機、膨脹機加壓泵、加熱設備	空壓機	空壓機
	耗電KWh/Nm3	>0.62	0.4-0.6（平均）	0.4-0.6（平均）
	成本元/Nm3	>0.6	0.3	0.2-0.3
設備性能	氮產重Nm3/h	>500	＜1000	10-5000
	氮氣純度　%	99-99.999（穩定）	98-99.9（波動）	95-99.9（穩定）
	氮氣壓力　MPa		0.6（波劫〉	0.6-1.8
	露點　℃	-60－－70	-40	-60- -70
	啟動時間	20小時	30分	10分鐘以內
	維修量	運動部件多，維修量大，需定時大修。	換閥門易損，動作頻繁，有維修工作量和故障率存在。	無活動部件，甚少維修和保養。
	分離介質壽命		國產5年，進口10年。	中空纖維10年以上。
設備參數	工藝流程	復雜	一般	簡單
	設備狀態	只能固定	只能固定	固定、移動、室內外。
	廠房面積	最大	較小	小
	冷卻水	很多	無	無
	高度	局部12米	4-10米	4米
	電容量	最大	較小	最小
	外形尺寸	體積最大	體積較小	體積最小
	增容	增容困難	增容困難	分離膜并聯組裝，易增容。
	隨機開/停車	不能	一般	很容易
	基本投資	高	低	較低
	操作工人	需專人操作	無需專人操作	無需專人操作
	特殊要求	需專人安裝，安裝費高	尢	尢
	運行費用	較高	一般	較低

氣體分離膜適用行業及場景

? 合成氨馳放氣的氫氣分離回收

? 煉廠氣中的氫氣分離回收

? 重整氣的氫氣提純

? H₂/CO比例調節及CO純化

? 甲醇尾氣氫回收

? 天然氣脫水和酸性氣體包括脫除(二氧化碳和硫化氫)

? LNG閃蒸汽中氨氣凈化和提純

? 煤層氣中氦氣凈化和提純

? 各種原料氣中氦氣凈化和提純

膜分離系統在合成氨廠的應用

合成氨弛放氣中回收氫氣

合成氣在催化反應爐中合成氨過程中，由于其組份包含氫氣、氮氣、和惰性氣體像甲烷和氬氣；氨氣的轉換在合成首段并不完全，工藝要求此過程循環，引起惰性氣體的積累和馳放氨氣是導入合成氣經催化反應爐生產出。合成氣的成分是氫氣、氮氣和惰性氣體像甲烷和氬氣；氨氣的轉換在合成首段并不完全，因此需要循環反應，但這可導致惰性氣體的積累和馳放。這種弛放氣中含有大量的合成氣組份，也包括氨氣(未經液化)。若不回收，此將會是氨氣成本浪費。膜系統可處理該弛放氣，它回收氨氣為產品氣且氫氣返回合成氣回路。系統通常包括水洗塔，用于洗滌吸收氨氣。膜系統能回收此馳放氣中90%的氫氣，可以增加氨產品。系統能容易的的調整滿足生產波動的需求。

膜分離系統在石化行業的應用

在石油化工工廠，膜系統回收氫氣和調整合成氣組份能達到最佳效果。膜分離器內通入高壓的石化氣體，利用膜系統選擇滲透性回收和純化有價值的氫氣或經非滲透分離出可利用的惰性副產品。

膜系統在石化工藝應用包括：從甲醇廠馳放氣中回收氫氣、合成氣比率調整、CO純化、加氫工藝的馳放氣及從PSA解析氣中回收氫氣。

加氫工藝馳放氣

膜系統回收的氫氣可應用于加氫過程及其它地方。膜系統被設計用來提升氫氣從純度60-70mol%上升到85-95mol%，回收率超過90%。若純度要求是浮動的，則膜系統在保證較高回收率情況下，能適應較大范圍的瞬時流量變化以穩定其它氫氣回收系統的波動。

從PSA解析氣中回收H2

通過壓縮PSA解析后氣體，分離器可回收達90以上%的氫氣和濃縮剩余的尾氣。

CO的收集（從含有氫氣的原料氣中提純CO）

此應用中膜系統可單級產85%的純化CO。若再要求高純度的CO，一個二級系統和往復壓縮機將改善效果，CO產品純度增加到95%或更高。膜分離器可像氫氣一樣脫除水，所以CO氣不用再干燥就可使用。

膜分離器在石化廠是如何工作

從工業氣中除去摻雜氣體，循環再利用有價值氣體，以節省成本。通過膜分離系統可以讓工藝氣體長時間混合，盡可能循環達到所需的反應量。

從甲醇馳放氣中回收氫氣

合成氣經催化反應生產出甲醇。合成氣的成分是氫氣、CO/CO2、和惰性氣體像甲烷、氮氣和氬氣；甲醇的轉換在合成首段并不完全，于是工藝要求此過程循環形成回路。此過程引起惰性氣體的積累和馳放。

這類馳放氣含有大量的合成氣組份，也包括甲醇(未經液化)。膜系統可處理該馳放氣，它分離出甲醇為產品并讓氫氣去合成氣循環回路。系統通常包括水洗塔用于清洗吸收馳放出的甲醇。

H2/CO 合成氣比率調節（合成氣）

分離器調整乙醇合成氣中H2/CO的比率。膜分離器正適合此類應用，且處理過的產品氣壓力基本上等同合成氣回路的壓力，H2/CO的比率可以很容易滿足此特殊工藝的要求。

膜分離系統在煉油行業的應用

在煉油過程中有許多工序都采用了膜系統，從提煉尾氣到干氣回收，膜系統顯示出非凡的操作性和經濟價值。膜系統利用選擇滲透性分離原理處理帶壓工藝氣體包括:氫氣提純，惰性副產品去除，氫氣回收等。

膜系統是煉油廠加氫工藝中回收氫氣的關鍵設備，它可以抑制氫氣循環回路中的惰性氣體組分的累積，這意謂著只需要很少的新生氫氣就可維持系統中氫氣的平衡，因此系統的的操作費用大幅降低。一般的膜系統都需要有預處理部分，其作用是去除原料氣中夾帶的液體和加熱進膜氣體。關鍵工藝參數有:壓力，溫度，污染物的去除,和膜滲透表面積(由系統設計時確定的的分離器數量而定)。

對膜分離器進行不同的配置，可以得到合適的氫氣純度和回收率。膜分離系統可按照用戶的操作和產能方面的特殊要求而定制。

在石油煉制過程中需要高價值的氫氣來實現加氫處理。氫化爐(含有惰性氣如甲烷和高碳烴的富氫氣)可產生高壓尾氣，去除了“惰性氣”的氫氣可循環使用，再增加少量的新氫氣就可滿足加氫工藝的要求。當原料氣進入分離器，快氣(氫氣)比其它重組分更快地滲透入中空纖維束絲的膜壁一側，與新氣一起返回至加氫工序。沒有穿過膜絲的氣體(非滲透氣)同樣含30%以下的氫氣，但含有甲烷和高碳氫化合物，它們被輸送至燃料管網。這些碳氫化合物可用渦輪膨脹機或冷凍系統回收利用。