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分析超濾技術(shù)在化工工藝中的應(yīng)用論文
【摘要】所謂超濾技術(shù),即一門新型的實(shí)用科學(xué)技術(shù),隨著其不斷發(fā)展和完善,已在諸多領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用。超濾技術(shù)具有操作簡單、流程短、分離效果好、處理效率高、能耗低等特點(diǎn),在化工工藝過程中得到廣泛的應(yīng)用。隨著其技術(shù)的不斷完善,其所具有的高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢將日益顯露,超濾技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域必將進(jìn)一步擴(kuò)展。
【關(guān)鍵詞】化工工藝;超濾技術(shù);應(yīng)用
1.化工生產(chǎn)現(xiàn)狀及超濾技術(shù)基本原理和結(jié)構(gòu)
1.1化工工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀
長期以來,化工生產(chǎn)過程中突出的難題是氣體中夾帶的微小液滴和油霧難以分離,在合成氨、尿素、硝酸、硝銨等生產(chǎn)過程中,油污能使各種觸媒中毒失效、換熱設(shè)備換熱效率下降、阻力增加。以西安超濾公司為例,其采用超濾技術(shù)及高效、低阻、長壽命的過濾材料,開發(fā)出了各種高效氣液分離裝置。超濾技術(shù)成功解決了傳統(tǒng)慣性分離存在的缺陷,利用新技術(shù)、新材料在傳統(tǒng)慣性分離技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、過濾分離材料的精度和材料極性有機(jī)結(jié)合,其效率可達(dá)99%~99.99%。
1.2粒子的形成及其分布
研究證明,速度變化(重力沉降)形成的霧滴粒徑多在100μm以上,壓力變化形成的霧化粒子粒徑在10μm~100μm,溫度變化形成的冷凝粒子粒徑在0.01~10μm,且形成的1μm粒子的重量百分比高達(dá)40%。其中極性粒子約為1~10μm以上,非極性粒子約為0.01~1μm。
傳統(tǒng)分離設(shè)備依靠慣性折轉(zhuǎn)、旋流,重力沉降,絲網(wǎng)除沫方式,僅對10μm~100μm范圍的液體粒子效果較好,而對于10μm以下的粒子分離效果較差,為有效分離10μm以下的小粒子,須采用超濾技術(shù)進(jìn)行高效氣液分離。
1.3分離機(jī)理
以西安超濾公司為例,其推出超濾方法進(jìn)行高效氣液分離,并首先確定了設(shè)備的結(jié)構(gòu)、過濾分離材料的精度與過濾分離材料的極性三位一體的思路,即根據(jù)不同的介質(zhì)和工藝條件,確定采用過濾材料--濾芯種類及其組合。比如燒結(jié)不銹鋼纖維氈濾芯(以下簡稱SF濾芯),可用于水、液氨等極性分子,而超細(xì)玻璃纖維濾芯(以下簡稱MF濾芯)則適用于潤滑油、凝析油等非極性分子。SF濾芯采用外進(jìn)里出的氣體流動方式,利用了該材料的極性和巨大的表面積,而MF濾芯采用里進(jìn)外出方式,利用過濾層的親油疏水性能及擴(kuò)散、碰撞和攔截等綜合過濾機(jī)理(凝聚式過濾),在通過組合濾層時(shí)凝聚長大,最終在背風(fēng)面依靠重力降落實(shí)現(xiàn)氣液分離。
1.4極性選擇與結(jié)構(gòu)
介質(zhì)的極性可以用偶極矩衡量,偶極矩等于分子正電中心或負(fù)電中心上的電量乘以兩個中心之間的距離所得的積。偶極矩為零的分子都是非極性分子,他們的正負(fù)電中心都重合在一起。偶極矩不等于零的分子稱為極性分子如H2O,NH3。極性分子之間存在取向、誘導(dǎo)和色散作用,這三種作用都是吸引作用。不同介質(zhì)的極性大小不一樣其凝聚力也不相同。因此針對需分離粒子極性不同選擇不同的分離材料也是影響分離效果的關(guān)鍵因素,比如分離極性粒子可采用單級高效分離元件,而分離油氣溶膠粒子或乳化油粒子則必須采用兩級高效分離元件。超濾技術(shù)主要采用高效率低阻力纖維過濾材料,為了提高過濾材料的連續(xù)使用壽命,我們采用了如下方法:
(1)增大孔隙率,采用更先進(jìn)的材料,纖維更細(xì),精度更高,孔隙率增大一倍,容塵量增大一倍,過濾材料連續(xù)使用壽命增加兩倍。
(2)增大過濾面積,采用折疊式濾芯,在阻力相同情況下,流通面積增加一倍,納污量增加三倍,壽命增加三倍。此外,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)保留傳統(tǒng)慣性分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),最大限度發(fā)揮各種分離作用以達(dá)到最佳效果。
2.化工工藝過程中超濾技術(shù)的具體應(yīng)用
2.1合成氨
高壓機(jī)后新鮮氣油分離
用途:除去新鮮氣中的油水塵等雜質(zhì),保護(hù)合成觸煤、降低能耗。
應(yīng)用舉例:四川廣宇化工股份有限公司在新鮮氣管路上采用了兩級高效過濾器,每年排放油水16.2噸為理論水量的92.36%,分離效率比原來的45~47%大大提高,自98年投產(chǎn)以來,一直運(yùn)行良好。由于采用了超濾技術(shù),大大改善了冷交換器的油污和積碳堵塞現(xiàn)象,進(jìn)一步優(yōu)化了操作條件,有效保護(hù)了合成塔觸媒。該公司是合成氨原料氣中最早使用超濾技術(shù)的用戶,使用過程中,充分顯示了超濾技術(shù)特點(diǎn)和強(qiáng)大生命力,使多年來長期得不到解決的合成氨新鮮氣帶油問題得到了解決,為合成氨工業(yè)全面推廣應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)開辟了一條成功道路。
2.2氨分離改造
用途:高效氨分離,從氣體分離出霧狀液氨,能降低入塔氨含量,降低能耗。直接經(jīng)濟(jì)效益明顯。應(yīng)用舉例:湖南湘氮實(shí)業(yè)有限公司利用其原高壓氨分外筒,用超濾技術(shù)對內(nèi)件進(jìn)行改造,自2000年10月開始投入運(yùn)行,取得很好的效果,透平循環(huán)機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn),合成塔進(jìn)口氨含量降低1.4%,年產(chǎn)量氨增加18768噸,增收3500多萬元。
2.3循環(huán)機(jī)后油分離器
用途:除去氣體中夾帶的油水雜質(zhì),保護(hù)合成觸煤,降低能耗。
應(yīng)用舉例:湖南湘氮實(shí)業(yè),用于往復(fù)式循環(huán)機(jī)油分改造,自2001年1月投運(yùn)以來,排放油水量明顯比以前增加,合成觸煤的壽命已由改造前的3個月左右,延長到現(xiàn)在的7-8個月,目前仍在高效低阻狀態(tài)下運(yùn)行。
2.4變換氣后過濾器
用途:除去變換氣中的油水雜質(zhì),保護(hù)變換觸煤。應(yīng)用舉例:陜西化肥廠在新鮮氣壓縮機(jī)三段出口采用了二級超濾過濾器,自2000年4月投產(chǎn)以來,每小時(shí)平均排油水100余公斤,有效保護(hù)低變觸煤。
2.5尿素
用途:除去CO2氣體中的油污,降低能耗,提高產(chǎn)品質(zhì)量。
應(yīng)用舉例:山東章丘第二化肥廠在CO2壓縮機(jī)后使用了超濾過濾器,使用后發(fā)現(xiàn),一、二段分解加熱器的油污垢情況大大改善,提高了傳熱效果,蒸汽消耗量穩(wěn)定,尿素產(chǎn)品顏色潔白。首臺CO2高效除油器的成功應(yīng)用為后續(xù)廠家改造起到了典范作用。
2.6硝酸
用途:除去氨氣中的油污,保護(hù)昂貴的觸煤鉑網(wǎng),延長其工作壽命。
應(yīng)用舉例:山東海化濰坊硝銨廠在銷酸氧化爐前氣氨過濾器采用了超濾過濾器,使用后,氧化爐鉑金屬絲網(wǎng)壽命延長,現(xiàn)已連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2年多,同時(shí)過濾清洗周期比原布袋過濾器長,減少了不少工作量。
2.7硝銨
用途:除去氨氣中夾帶的油污,防治氨氣帶油進(jìn)入硝銨中和工段,提高系統(tǒng)安全性能,防止意外。
應(yīng)用舉例:蘭州化學(xué)工業(yè)公司化肥廠硝銨車間,在氨壓縮機(jī)氣氨檔板過濾器之后加裝了超濾過濾器,根據(jù)2000年8月份投產(chǎn)以來的情況看,氣氨中的油含量,由進(jìn)口狀態(tài)的50-60ppm降至6-10ppm,完全滿足硝銨中和工段的要求,對系統(tǒng)的安全運(yùn)行起到了重要的作用。
2.8煉油廠尾氣回收
用途:從氣體中分離出雜質(zhì),保護(hù)中空纖維膜,延長膜的使用壽命。
安慶石化總廠柴油加氫尾氣回收膜分離器前原旋風(fēng)分離器后采用了SF+MF+SMF三級超濾技術(shù),過濾精度達(dá)到了0.01μm,效率達(dá)到了99.99%,現(xiàn)已連續(xù)使用2年多,分離出大量含硫化氫、柴油和水混合液體,有效保護(hù)中空纖維膜,延長了膜的使用壽命。
2.9天然氣凈化及凝析油回收
用途:從氣體中分離出雜質(zhì),保護(hù)中空纖維膜,延長膜的使用壽命。長慶油田在天然氣中空纖維膜干燥器前設(shè)置三級(下轉(zhuǎn)第84頁)(上接第16頁)超效過濾器,用于凈化氣體保護(hù)中空纖維膜,使用中意外發(fā)現(xiàn)分離出大量凝析油,現(xiàn)已推廣至工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用。
【參考文獻(xiàn)】
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[3]王本玉.全低變工藝改造實(shí)施中的幾個問題[J].化肥設(shè)計(jì),1997.
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