【摘要】所謂超濾技術,即一門新型的實用科學技術,隨着其不斷髮展和完善,已在諸多領域得到較爲廣泛的應用。超濾技術具有操作簡單、流程短、分離效果好、處理效率高、能耗低等特點,在化工工藝過程中得到廣泛的應用。隨着其技術的不斷完善,其所具有的高效、節能、環保等優勢將日益顯露,超濾技術的應用領域必將進一步擴展。
【關鍵詞】化工工藝;超濾技術;應用
1.化工生產現狀及超濾技術基本原理和結構
1.1化工工業生產現狀
長期以來,化工生產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、硝銨等生產過程中,油污能使各種觸媒中毒失效、換熱設備換熱效率下降、阻力增加。以西安超濾公司爲例,其採用超濾技術及高效、低阻、長壽命的過濾材料,開發出了各種高效氣液分離裝置。超濾技術成功解決了傳統慣性分離存在的缺陷,利用新技術、新材料在傳統慣性分離技術基礎上實現設備的結構、過濾分離材料的精度和材料極性有機結合,其效率可達99%~99.99%。
1.2粒子的形成及其分佈
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40%。其中極性粒子約爲1~10μm以上,非極性粒子約爲0.01~1μm。
傳統分離設備依靠慣性折轉、旋流,重力沉降,絲網除沫方式,僅對10μm~100μm範圍的液體粒子效果較好,而對於10μm以下的粒子分離效果較差,爲有效分離10μm以下的小粒子,須採用超濾技術進行高效氣液分離。
1.3分離機理
以西安超濾公司爲例,其推出超濾方法進行高效氣液分離,並首先確定了設備的結構、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,即根據不同的介質和工藝條件,確定採用過濾材料--濾芯種類及其組合。比如燒結不鏽鋼纖維氈濾芯(以下簡稱SF濾芯),可用於水、液氨等極性分子,而超細玻璃纖維濾芯(以下簡稱MF濾芯)則適用於潤滑油、凝析油等非極性分子。SF濾芯採用外進裏出的氣體流動方式,利用了該材料的極性和巨大的表面積,而MF濾芯採用裏進外出方式,利用過濾層的親油疏水性能及擴散、碰撞和攔截等綜合過濾機理(凝聚式過濾),在透過組合濾層時凝聚長大,最終在背風面依靠重力降落實現氣液分離。
1.4極性選擇與結構
介質的極性可以用偶極矩衡量,偶極矩等於分子正電中心或負電中心上的電量乘以兩個中心之間的距離所得的積。偶極矩爲零的分子都是非極性分子,他們的正負電中心都重合在一起。偶極矩不等於零的分子稱爲極性分子如H2O,NH3。極性分子之間存在取向、誘導和色散作用,這三種作用都是吸引作用。不同介質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鍵因素,比如分離極性粒子可採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採用兩級高效分離元件。超濾技術主要採用高效率低阻力纖維過濾材料,爲了提高過濾材料的連續使用壽命,我們採用瞭如下方法:
(1)增大孔隙率,採用更先進的材料,纖維更細,精度更高,孔隙率增大一倍,容塵量增大一倍,過濾材料連續使用壽命增加兩倍。
(2)增大過濾面積,採用摺疊式濾芯,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,結構設計上應保留傳統慣性分離技術的優點,最大限度發揮各種分離作用以達到最佳效果。
2.化工工藝過程中超濾技術的具體應用
2.1合成氨
高壓機後新鮮氣油分離
用途:除去新鮮氣中的油水塵等雜質,保護合成觸煤、降低能耗。
應用舉例:四川廣宇化工股份有限公司在新鮮氣管路上採用了兩級高效過濾器,每年排放油水16.2噸爲理論水量的92.36%,分離效率比原來的45~47%大大提高,自98年投產以來,一直執行良好。由於採用了超濾技術,大大改善了冷交換器的油污和積碳堵塞現象,進一步優化了操作條件,有效保護了合成塔觸媒。該公司是合成氨原料氣中最早使用超濾技術的用戶,使用過程中,充分顯示了超濾技術特點和強大生命力,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,爲合成氨工業全面推廣應用該項技術開闢了一條成功道路。
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。直接經濟效益明顯。應用舉例:湖南湘氮實業有限公司利用其原高壓氨分外筒,用超濾技術對內件進行改造,自2000年10月開始投入執行,取得很好的效果,透平循環機能正常運轉,合成塔進口氨含量降低1.4%,年產量氨增加18768噸,增收3500多萬元。
2.3循環機後油分離器
用途:除去氣體中夾帶的油水雜質,保護合成觸煤,降低能耗。
應用舉例:湖南湘氮實業,用於往復式循環機油分改造,自2001年1月投運以來,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,延長到現在的7-8個月,目前仍在高效低阻狀態下執行。
2.4變換氣後過濾器
用途:除去變換氣中的.油水雜質,保護變換觸煤。應用舉例:陝西化肥廠在新鮮氣壓縮機三段出口採用了二級超濾過濾器,自2000年4月投產以來,每小時平均排油水100餘公斤,有效保護低變觸煤。
2.5尿素
用途:除去CO2氣體中的油污,降低能耗,提高產品質量。
應用舉例:山東章丘第二化肥廠在CO2壓縮機後使用了超濾過濾器,使用後發現,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,蒸汽消耗量穩定,尿素產品顏色潔白。首臺CO2高效除油器的成功應用爲後續廠家改造起到了典範作用。
2.6硝酸
用途:除去氨氣中的油污,保護昂貴的觸煤鉑網,延長其工作壽命。
應用舉例:山東海化濰坊硝銨廠在銷酸氧化爐前氣氨過濾器採用了超濾過濾器,使用後,氧化爐鉑金屬絲網壽命延長,現已連續運轉2年多,同時過濾清洗週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,防治氨氣帶油進入硝銨中和工段,提高系統安全性能,防止意外。
應用舉例:蘭州化學工業公司化肥廠硝銨車間,在氨壓縮機氣氨檔板過濾器之後加裝了超濾過濾器,根據2000年8月份投產以來的情況看,氣氨中的油含量,由進口狀態的50-60ppm降至6-10ppm,完全滿足硝銨中和工段的要求,對系統的安全執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,保護中空纖維膜,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分離器後採用了SF+MF+SMF三級超濾技術,過濾精度達到了0.01μm,效率達到了99.99%,現已連續使用2年多,分離出大量含硫化氫、柴油和水混合液體,有效保護中空纖維膜,延長了膜的使用壽命。
2.9天然氣淨化及凝析油回收
用途:從氣體中分離出雜質,保護中空纖維膜,延長膜的使用壽命。長慶油田在天然氣中空纖維膜乾燥器前設定三級(下轉第84頁)(上接第16頁)超效過濾器,用於淨化氣體保護中空纖維膜,使用中意外發現分離出大量凝析油,現已推廣至工業大規模應用。
【參考文獻】
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