膜技術(shù)在煉廠氣中的氫氣分離回收中的應(yīng)用

由于利用特制的滲透膜收集氫技術(shù)能耗低、無二次污染、過程簡單，故將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到煉廠氣中的氫氣分離回收，對滿足日益增長的氫需求，下降制備的成本無疑有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。

混合氣體流經(jīng)特制的高分子膜時(shí)，由于不同的分子在膜中的擴(kuò)散系數(shù)的不同，會造成它們在膜中相對滲透速率的差異。如果在膜的兩側(cè)有壓力差，滲透速率相對快的分子會優(yōu)先透過膜而被富集。氫由于分子量低，滲透速率顯著高于排空尾氣中的其它組分。因此可以利用滲透膜來有效地實(shí)現(xiàn)煉廠氣中的氫氣分離回收。

隨著綠色環(huán)保的理念深入人心，對汽、柴油中硫、烯烴、芳烴等含量的要求也越來越苛刻。另一方面經(jīng)過多年的持續(xù)開采，現(xiàn)有原油市場中原油的硫化物和重質(zhì)烴的含量也逐漸增高，迫切需要對油品進(jìn)行加氫精制，氫的需求日益增長，而制氫成本卻在逐漸攀升。

在原油煉制加工過程當(dāng)中，有大量的富含氫的尾氣因缺乏合理有效的收集手段而不得不排空燃燒。如能做好煉廠氣中的氫氣分離回收，挑選這種原本無法利用的排空尾氣來制氫，將能有效提升成本競爭力。

這種膜濃縮氫技術(shù)的關(guān)鍵是膜組件，而濃縮膜材料的性能又直接決定著整套裝置的性能、應(yīng)用范圍以及使用年限。目前具備收集氫能力的材料可分為有機(jī)、無機(jī)以及金屬三大類材料，其中有機(jī)高分子膜的應(yīng)用最為廣泛。這種有機(jī)高分子膜又可進(jìn)一步分為玻璃態(tài)和橡膠態(tài)聚合物膜。玻璃態(tài)膜挑選性較高但通量較低，可用于優(yōu)先濃縮氫等非可凝性氣體。橡膠態(tài)膜特色與之正好相反，可用于優(yōu)先濃縮丙烷、丁烷等可凝氣體。

由于這種氣體濃縮模兩側(cè)存在壓力差，需要將其制成特定的形狀以抵御這種壓差，普遍的有中空纖維式、卷繞式及墊套式。目前較為普遍的為中空纖維膜收集器，其構(gòu)型類似于管殼式換熱器，承壓管殼內(nèi)由數(shù)萬根細(xì)小的中空纖維絲填充，類似于管束，可以在最小體積中提供最大分離面積。原料氣在壓力差驅(qū)動下，氣體氫將優(yōu)先進(jìn)入中空纖維絲富集，其余組分則排出。

利用膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)煉廠氣中的氫氣回收，約可利用85%~95%的氫，純度可達(dá)到92%~98%。針對我國催化裂化裝置和加氫裝置占比較大的實(shí)際，可以取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著燃料電池的普及，將來收集的氫的市場前景將更為可觀。