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超滤技术在化工工艺过程中的应用

责任编辑:西安超滤作者:admin人气: 发表时间:2016-10-21 15:19:00

一、公司简况
西安超滤公司位于国家级西安高新技术产业开发区内,是国内专业从事流体分离与净化设备开发、生产、经营的高新技术产业,经过多年的实践与探索,目前,西安超滤公司已在流体分离与净化领域具备了国内领先的研发、生产能力,其产品广泛应用于气动、化工、石油、天然气、能源、军工、气体分离、果蔬保鲜、环保工程等领域,成为同行业中科技创新、规模经营、集团化运作能力最强,品种最全,技术水平最高的企业之一。
二、问题的提出及其基本原理和结构
2.1问题的提出
长期以来,化工生产过程中突出的难题是气体中夹带的微小液滴和油雾难以分离,在合成氨、尿素、硝酸、硝铵等生产过程中,油污能使各种触媒中毒失效、换热设备热效率下降、阻力增加,更有甚者,由于气氨中油含量超标引起重大爆炸事故的发生,合成生产中传统的氨分不能彻底分离雾状液氨而影响氨产量。
西安超滤公司采用超滤技术及其高效、低阻、长寿命的过滤材料,开发出了各种高效气液分离装置。从理论和实践上成功解决了精度、结构与极性的有效结合。
2.2粒子的形成及其分布



研究证明,速度变化(重力沉降)形成的雾滴粒径多在100μm以上,压力变化形成的雾化粒子粒径在10 ~100μm,温度变化形成的冷凝粒子粒径在0.01~10μm,其中极性粒子为1~10μm,非极性粒子约为0.01~1μm。如图所示:
传统惯性分离器对分离10~100μm范围的液体粒子效果较好,但对于10μm以下的小粒子分离效果较差,为有效分离10μm以下的小粒子,则须采用精滤或超滤的方法进行高效气液分离。西安超滤公司推出的该项技术已在化工工艺过程中成功推广应用,并获得国家实用新型专利和国家科技部科技型中小企业技术创新基金无偿资助。
2.3分离机理
我公司率先推出以精滤或超滤技术进行高效气液分离,并首先确定了精度、结构与极性三位一体的思路,即根据不同的介质和工艺条件,确定采用滤芯种类及其组合。如初滤为烧结不锈钢纤维毡滤芯,可用于水、液氨等极性分子,而超细玻璃纤维滤芯则适用于润滑油、凝析油等非极性分子,前者气体流动方式为外进里出,利用了该材料的极性和巨大的表面积,而后者气体则里进外出,利用过滤层的亲油疏水性能及扩散、碰撞和拦截等综合过滤机理,属于凝聚式过滤结构。
2.4极性选择与结构
介质的极性可以用偶极矩衡量,偶极矩等于分子正电中心或负电中心上的电量乘以两个中心之间的距离所得的积。偶极矩为零的分子都是非极性分子,他们的正负电中心都重合在一起。偶极矩不等于零的分子称为极性分子如H2O、NH3。极性分子之间存在取向、诱导和色散作用,这三种作用都是吸引作用。不同介质的极性大小不同,其凝聚力也不相同,因此选择不同的分离材料也是影响分离效果的关键因素。如分离极性粒子可采用单级高效分离元件,而分离油气溶胶粒子或乳化油粒子则必须采用两级高效分离元件。
西安超滤公司研制、开发的过滤器在结构设计上保留和发展了传统分离器的优点,最大限度利用各种分离作用的综合效应。
 
三、超滤技术的应用
3.1合成氨
3.1.1高压机后新鲜气油分离
用途:除去新鲜气中的油水尘等杂质,保护合成触媒、降低能耗。
应用举例:四川广宇化工股份有限公司在新鲜气管路上采用了两级高效过滤器,每年排放油水16.2吨,为理论水量的92.36%,分离效率比原来的45~47%大大提高,自98年投产以来,一直运行良好。由于采用了超滤技术,大大改善了热交换器的油污和积碳堵塞现象,进一步优化了操作条件,有效保护了合成塔触媒。该公司是合成氨原料气中最早使用超滤技术的用户,使用过程中,充分显示了超滤技术特点和强大生命力,使多年来长期得不到解决的合成氨新鲜气带油问题得到了解决,为合成氨工业全面推广应用该项技术开辟了一条成功道路。
3.1.2 氨分离改造
用途:高效氨分离,从气体中分离出雾状液氨,能降低入塔氨含量,降低能耗。直接经济效益明显。
应用举例:湖南湘氮实业有限公司利用其原高压氨分外筒,用超滤技术对内件进行改造,自2000年10月开始投入运行,取得很好的效果,透平循环机能正常运转,合成塔进口氨含量降低1.4%,氨年产量增加18768吨,增收3500多万元(详见湘氮实业有关论文)。
3.1.3 循环机后油分离器
用途:除去气体中夹带的油水杂质,保护合成触媒,降低能耗。
应用举例:河北藁城化肥厂,用于活塞式循环机后油分离器改造,2000年初投运至今一直在正常使用。
3.1.4 变换工序进口过滤器
用途:除去变换气中的油水杂质,保护变换触媒。
应用举例:陕西化肥厂在新鲜气压缩机三段出口采用了二级过滤器,2000年4月投产,每小时平均排油水100余公斤,但阻力增加较快,经对滤饼分析,70%以上为单质硫。
3.2 尿素
用途:除去CO2气体中的油污,降低能耗,提高产品质量。
应用举例:山东章丘第二化肥厂在CO2压缩机后使用了超滤过滤器,使用后发现,一、二段分解加热器的油污垢情况大大改善,提高了传热效果,蒸汽消耗量稳定,尿素产品颜色洁白。首台CO2高效除油器的成功应用为后续厂家改造起到了典范作用
3.3 硝酸
用途:除去氨气中的油污,保护昂贵的铂触媒网,延长其工作寿命。
应用举例:山东海化潍坊硝铵厂在硝酸氨氧化炉前气氨过滤采用了超滤过滤器,使用后,氧化炉铂金属丝网寿命延长,现已连续运转2年多,同时过滤清洗周期比原布袋过滤器长,减少了不少工作量。
注:空气系统亦需要注意加装空气过滤器,除去空气中的杂质(铁粉、油污等),保护触媒,延长寿命。
3.4 硝铵
用途:除去氨气中夹带的油污,防治氨气带油进入硝铵中和工段,提高系统安全性,防止意外。
应用举例:兰州化学工业公司化肥厂硝铵车间,在氨压缩机气氨档板过滤器之后加装了超滤过滤器,根据2000年8月份投产以来的情况看,气氨中的油含量,由进口状态的50-60ppm降至6-10ppm,完全满足硝铵中和工段的要求,对系统的安全运行起到了重要的作用。
3.5 炼油厂尾气回收
用途:从气体中分离出杂质,保护中空纤维膜,延长膜的使用寿命。
安庆石化总厂柴油加氢尾气回收膜分离器前原旋风分离器后采用了SF+MF+SMF三级超滤技术,过滤精度达到了0.01μm,效率达到了99.99%,现已连续使用2年多,分离出大量含硫化氢、柴油和水的混合液体,有效保护了中空纤维膜,延长了膜的使用寿命。
3.6 天然气净化及凝析油回收
用途:从气体中分离出杂质,保护中空纤维膜,延长膜的使用寿命。
长庆油田在天然气中空纤维膜干燥器前设置三级超滤过滤器,用于净化气体保护中空纤维膜,使用中意外发现分离出大量凝析油,现已推广至工业大规模应用。
3.7 西安超滤正在就石化行业的炼厂气、裂解气等分离问题做前期选型和试用。
四、经验教训
任何技术或产品都有其特定的适用范围和条件,在使用超滤技术的过程中出现过这样或那样的问题,这不足为奇,有待今后进一步的探索和研究,但必须注意:
① 超滤技术不适用高浓度、高粘度的气固分离。
② 绝不能在低压大流量的条件下操作,高压条件下最好设置旁通,无条件设旁通时,则必须在操作中缓慢开启阀门,建立背压后方可全开阀门。开停车和处理事故时必须注意低压大流量气体正(反)方向冲击滤芯,导致滤芯破损。
 
附:主要用户业绩表
 
      
序号 单位名称 使用位置 产品规格 投运
日期
1 新疆化肥厂 循环机后油分 AN2560/32-HTNX 1998
2 四川广宇化工股份有限公司 合成氨新鲜气油分 AN250/32 1998
3 成都化肥厂 合成氨新鲜气油分 AN3200/32 1999
4 重庆涪陵化学工业总公司 合成氨新鲜气油分 AN0240/32 1999
5 云南沾益化肥厂 合成氨新鲜气、循环气油分改造 SF30/30+MF30/30
SF30/30+MF30/30
1999
6 大庆油田甲醇厂 甲醇新鲜气油分 AN1280/32-HTNX 1999
7 河北藁城化肥厂 合成氨循环气油分 AN1920/32-HTNX 1999
8 四川金象化工股份有限公司 硝酸气氨过滤器 AN1280/1.0
AN0320/2.5
1999
9 山东海化潍坊硝铵厂 硝酸氨氧化炉前气氨过滤 AN1920/1.0-HTNX 1999
10 陕西渭河化肥厂 低温甲醇洗(液体过滤器) HSF0030/35 1999
11 安庆石化总厂炼油厂 柴油加氢尾气收膜前分离 AN0045/2.5 1999
12 陕西化肥厂 氢氮压缩机三段出口 AN6400/2.5-HTCR 2000
13 兰州化学工业公司302厂 硝铵中和器前气氨过滤 AN2560/1.6-HTNX 2000
14 山东东风化肥厂 硝酸氨氧化炉前气氨过滤 AN960/1.0HTNX 2000
15 山东章丘第二化肥厂 尿素CO2压缩机后CO2过滤 AN240/10-HTCR 2000
16 山东峄山化工集团 尿素CO2压缩机后CO2过滤 AN240/10-HTCR 2000
17 湖南湘氮实业 合成氨氨分改造 SF30/30 2000
18 重庆富源化工公司 合成氨新鲜气油分改造 SF20/30+MF20/30 2000
19 云南开远解放军化肥厂 合成氨液氮洗后气压缩机三段出口 AN3200/2.5 2000
20 四川绵阳联星 合成新鲜气油分 AN0480/25-HTNX 2000
21 山东明水化肥厂 尿素CO2压缩机后CO2过滤 AN240/10-HTCR 2001
22 山东淄博新宇化工集团 甲醇新鲜气油分 SF15/30+MF15/30 2001
23 湖北双环科技 合成氨新鲜气油分 SF30/30+MF30/30 2001
24 湖北枝江三宁 合成新鲜气、循环气油分改造 SF20/30+MF20/30 SF30/30+MF30/30 2001
25 湖南湘氮实业 合成循环气油分改造 SF30/30+MF30/30 2001
26 山东淄博新宇化工集团 硝酸氧化炉前气氨过滤 AN0960/1.0-HTNX 待用
27 山东鲁西化工集团 尿素CO2压缩机后CO2油过滤器 AN0240/10-HTCR 待用
2001年11月