一种提氢新的工艺方法.pdf

一种提氢新的工艺方法。含有水贮槽，洗氨塔、高压水泵、气液分离器，套管式换热器、中空纤维膜分离器，水贮槽是个圆柱形除盐水贮槽，水贮槽与洗氨塔相联结，洗氨塔与气液分离器相联结，气液分离器与套管式换热器相联结，套管式换热器与中空纤维分离器相联结，中空纤维分离器是由五根结构相同分离器组成，采用二并三串形式连接等。该提氢新的工艺方法采用了中空纤维膜对不同结构分子的选择性渗透的原理，具有工艺流程先进、简单，动力设备投入少、操作灵活、方便安全等优点。提纯后氢气浓度达85％-90％，在国内同类产品是最高的。

权利要求书

一种提氢新的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种氢的提取，特别是一种合成氨生产过程中合成放空气，采用中空纤维膜回收氢新的工艺方法。
背景技术
随着社会进步和工业快速的发展，直接带来了环境的污染，影响人类的生存环境，世界上只有一个地球，环境的污染已引起世界各国政府的关注，我国的改革开放优惠政策，加快了我国工业的崛起，同时也带来了环境污染，并引起我国各级政府的高度重视，节能减排已立入国策，使人民具有节能减排的思想意识，保护环境就是保护家园。特别是化工企业更应具备高度的环保意识和责任感，对生产化工产品的污染源，要做到节能减排，特别是传统的提氢工艺，在合成氨生产中要确保合成岗位的正常运行，必须对生产过程中产生的惰气进行排放，以保证稳定的H2：N2，大量的氢气和一定浓度的氨随着惰气被排放。仅仅是被当作燃料送吹风气锅炉中燃烧，大量的氨通过吹风气锅炉的进口水封被带入水中，流入江河，造成环境严重污染，同时又浪费了能源，破坏了生态平衡。
发明内容
本发明的目的在于克服以上不足，提供一种提氢新的工艺方法，采用中空纤维膜分离器装置，将其中的氢气分离出来，工艺既简单又方便、安全性能又好，达到了高效节能减排的效果，不污染环境，保持了生态平衡。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：含有水贮槽，洗氨塔、高压水泵、气液分离器，套管式换热器、中空纤维膜分离器，水贮槽是个圆柱形除盐水贮槽，水贮槽与洗氨塔相联结，洗氨塔与气液分离器相联结，气液分离器与套管式换热器相联结，套管式换热器与中空纤维分离器相联结，中空纤维分离器是由五根结构相同分离器组成，采用二并三串形式连接，膜分离器的芯部是由数以万计的中空纤维管组合而成，高压水泵一端与水贮槽相联结，另一端与洗氨塔上端相联结。
来自合成系统的合成放空气(简称“驰放气”)，由H₂、N₂、NH₃、CH₄和Ar气组成，其压力(表压)为25～30MPa，通过中空纤维膜分离器将其中的氢气分离出来。驰放气首先经薄膜调节阀01减压至9～13MPa，然后进入洗氨塔，气体在洗氨塔中与高压水泵打进的水贮槽的除盐水在洗氨塔的填料层中逆流接触，气相中的氨(NH₃)被水吸收后变成氨水，由塔底排出送至尿素车间或水处理岗位，脱氨后的气体由塔顶排出后，进入气液分离器。使水洗过程中产生的雾沫得到了分离。水洗目的主要是净化驰放气，除掉其中的氨，水洗后气体的氨含量应低于200ppm。洗氨塔吸收过程，是个放热物理化学过程。因此，塔底氨水温度较高，约60℃左右。塔顶排出来的气体通常在25℃左右。由于水洗过程气液两相平衡，使得塔顶出来的原料气中水含量处于饱和状态。在气液分离器以后的管路及膜分离器中遇冷降温会出现水雾。进入中空纤维膜分离器后，会造成膜分离器性能下降。因此，气液分离器排出来的气体必须经过加热处理。加热器为套管式换热器，热源为0.4MPa蒸汽。原料气在套管式换热器中被加热到35℃～45℃，此时原料气中的水含量远离饱和点，以防止原料气进入膜分离器后产生水雾，影响分离性能。经过水洗、加热后的原料气送入中空纤维膜分离器中进行分离，分离器是由五根中空纤维膜分离器组合而成，每根分离器均用阀门切断或接通，根据不同的处理量改变回收氢气的纯度和回收率。
这种新工艺方法是靠中空纤维膜内、外两侧分压差为推动力，通过渗透、溶解、扩散、解析等步骤而实现分离，原料气进入膜分离后，中空纤维膜对氢气有较高的选择性，使中空纤维膜内侧形成富氢区气流，而外侧形成惰性气流。用这种方法：具有工艺流程简单，动力设备投入少，操作灵活、安全、方便等优点。提纯后氢气浓度达85％-90％，在国内同类产品中是最高的，氢返回氨合成系统达到节能降耗的目的。既可以大量回收有效的气体成份，同时回收了放空气中的氨，杜绝了对环境的污染，对套管式换热器排放的冷凝水流入到地池中，经过净化后的水，再循环用在其它地方使用，既节约水又不会造成二次污染。
本发明的有益效果是：该提氢新的工艺方法采用了中空纤维膜对不同结构的分子的选择性渗透的原理。用这种方法：具有工艺流程先进、简单，动力设备投入少、操作灵活、方便、安全等优点。提纯后氢气浓度达85％-90％，在国内同类产品是最高的。氢返回氨合成系统达到节能降耗的目的。既可以大量回收有效的气体成份，同时回收了放空气中的氨，杜绝了对环境的污染，不污染江河。将产生了良好的经济效益和社会效益，更好地为农业服务。
附图说明
下面是结合附图和实施例对本发明进一步说明
图中是一种提氢新的工艺方法工艺流程图
在图中：1.水贮槽、2.洗氨塔、3.高压水泵、4.气液分离器，5.套管式换热器、6.中空纤维膜分离器。
具体实施方式
在图中：水贮槽1是个圆柱形脱盐水贮存槽，水贮槽1与洗氨塔2相联结，洗氨塔2与气液分离器4相联结，气液分离器4与套管式换热器5相联结，套管式换热器5与中空纤维膜分离器6相联结，中空纤维膜分离器6是由五根结构相同分离器组合而成，采用二并三串形式连接，膜分离器的芯部是由数以万计的中空纤维管组合而成，高压水泵3一端与水贮槽1相联结，另一端与洗氨塔2上端相联结。
合成放空气(简称“驰放气”)首先经薄膜调节阀01减压至9-13MPa，然后进入洗氨塔2，洗氨塔2实际上是个填料塔，塔内下部设一鼓泡段，高压水泵3为驰放气水洗专用泵。高压水泵3将水贮槽1的脱盐水抽送到洗氨塔2的上方输进。氨水由塔底排出，驰放气由塔下方进入，脱氨后原料气由塔顶排出进入气液分离器4，气液分离器4经过改制创新后，提高了分离原料气在水洗中产生的雾沫夹带的效果，液体从气液分离器4底部手动定时排放去外界，气液分离器4上面设有液位上限报警装置，分离后的气体从顶部排出进入套管式换热器5中，加热介质为～0.4MPa的蒸气，原料气走管程，蒸气走壳程，原料气在套管式换热器中进行加热到35℃～45℃，温度的高低是通过薄膜调节阀调节控制蒸气量，经过水洗、加热后的原料气输入到中空纤维膜分离器6进行分离，中空纤维膜分离器6是采用了五根结构相同的膜分离器组合而成。膜分离器是本装置的主体，是核心部分。膜分离器芯部是由数以万计的中空纤维管组成。原料气由分离器下端侧口进入沿纤维束外表面向上流动，气体接触到中空纤维膜时便进行渗透、溶解——扩散，解析过程。由于中空纤维膜对各种气体的选择性不同，从而达到分离的目的。如氢气在膜表面渗透速率是甲烷、氮气及氩气等的几十倍。氢气进入每根中空纤维管内，汇集后从膜分离器下口排出，使氢气达到最佳分离效果，未渗透的尾气中含氢量极少，从膜分离器的上口排出，并回收到气体缓冲罐再利用。这样：既节约气源又不污染环境。