論超濾技術(shù)在化工工藝中的應(yīng)用

　【論文關(guān)鍵詞】化工工藝　超濾技術(shù)　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(jiǎn)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(guò)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(shì)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。
　　
　　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化工生產(chǎn)現(xiàn)狀
　　長(zhǎng)期以來(lái)，化工生產(chǎn)過(guò)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(guò)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(zhǎng)壽命的過(guò)濾，開(kāi)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(guò)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(duì)10μm～100μm范圍的液體粒子效果較好，而對(duì)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(guò)濾分離材料的精度與過(guò)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(guò)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(jiǎn)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(jiǎn)稱MF濾芯）則適用于潤(rùn)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(dòng)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(guò)濾層的親油疏水性能及擴(kuò)散、碰撞和攔截等綜合過(guò)濾機(jī)理（凝聚式過(guò)濾），在通過(guò)組合濾層時(shí)凝聚長(zhǎng)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(gè)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(duì)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(jí)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(jí)高效分離元件。超濾技術(shù)主要采用高效率低阻力纖維過(guò)濾材料，為了提高過(guò)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(guò)濾材料連續(xù)使用壽命增加兩倍。
　�。�2）增大過(guò)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(guò)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(jí)高效過(guò)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(lái)的45～47%大大提高，自98年投產(chǎn)以來(lái)，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(guò)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(lái)長(zhǎng)期得不到解決的合成氨新鮮氣帶油問(wèn)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(kāi)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(duì)內(nèi)件進(jìn)行改造，自2000年10月開(kāi)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(wàn)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(lái)，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(gè)月左右，延長(zhǎng)到現(xiàn)在的7-8個(gè)月，目前仍在高效低阻狀態(tài)下運(yùn)行。
　　2.4變換氣后過(guò)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(jí)超濾過(guò)濾器，自2000年4月投產(chǎn)以來(lái)，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(guò)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(tái)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(zhǎng)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(guò)濾器采用了超濾過(guò)濾器，使用后，氧化爐鉑金屬絲網(wǎng)壽命延長(zhǎng)，現(xiàn)已連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2年多，同時(shí)過(guò)濾清洗周期比原布袋過(guò)濾器長(zhǎng)，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)公司化肥廠硝銨車間，在氨壓縮機(jī)氣氨檔板過(guò)濾器之后加裝了超濾過(guò)濾器，根據(jù)2000年8月份投產(chǎn)以來(lái)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(duì)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(zhǎng)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(jí)超濾技術(shù)，過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)膜的使用壽命。長(zhǎng)慶油田在天然氣中空纖維膜干燥器前設(shè)置三級(jí)（下轉(zhuǎn)第84頁(yè)）（上接第16頁(yè)）超效過(guò)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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