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超滤技术在高效气液分离领域中的应用

关键字：超滤过滤滤芯高效超高效气液分离

摘要： 本文介绍了解决气体介质夹带液雾（用传统方法很难分离）的问题。将超滤技术（高效/超高效气液分离技术）应用于石化/化工生产中，可以有效地分离气体夹带的微小液体粒子。本文从原理、结构性能、典型应用等几个方面来阐述超滤技术在高效气液分离领域的应用。 & Y# o& F1 Y1 L% T

文章内容：4 e4 B5 b6 |7 w 一、前言% Y: x a0 ^$ D# ]# n! A2 ~ p+ F 长期以来，气体介质夹带液体杂质（特别是由于前面设备中或单元操作过程中形成的液雾）用传统方法很难分离，严重的影响了生产效率和产品质量。压缩机润滑油泄漏（包括有油活塞、喷油螺杆、甚至密封性能差的透平压缩机）使气体介质带油严重以及输送、传质等单元操作过程中形成液体雾化难以有效分离是化工生产的突出难题。合成氨生产中原料气中的油使变换（特别是全低变工艺）触媒、合成触媒中毒失效⑴⑵，油垢附着在管壁上或换热面上造成阻力增大、换热设备换热效率下降、能耗上升。带油的液氨进行深加工时易诱发重大事故。硝酸、硝铵生产中，氨气夹带的油类物质、硫化物使反应催化用的铂网中毒失效。合成氨生产中传统氨分不能彻底分离雾状的氨液和碳氨而使合成氨产量不能提高等等。 0 P* ?) @ I2 k 为了解决这个问题，西安超滤采用超滤技术及其高效、低阻、长寿命的过滤材料，开发出高性能的超高效气液分离装置。 + v7 g/ H7 u( ^9 Y9 s: @ 二、原理- {) c, \/ w0 @8 u6 v5 a) Q 超高效气液分离器为两级分离过滤装置，第一级滤材为烧结不锈钢丝毡，第二级滤材为三维超细玻璃纤维。该装置的核心部件第二级滤芯，主体材料为平均直径<1μm的超细玻璃纤维，其过滤属于以扩散、拦截、碰撞等综合机理共同作用的深层过滤，可有效捕集亚微米级粒子。滤芯为圆桶状组合滤床结构，滤床由预过滤层、超细纤维层、过渡层和重力沉降层组成，内设不锈钢网支撑架。气体由里向外流动，表面积逐渐扩大，成为区别传统滤芯与凝聚式滤芯的典型特征之一。呈悬浮状的液体、固体微粒进入主过滤层--超细纤维层，微小的油气溶胶粒子在密集纤维床的直接拦截、惯性碰撞与布朗运动等机理的综合作用下，被收集在一根根超细纤维丝上，并趋于集结、凝聚，最后随气体一起进入最外层的开孔型泡沫防扩散套。由于这个套具有很大的表面积和大量的蜂窝状孔隙，使凝聚长大的液滴汇集成液膜在重力沉降作用下落入集油槽排出，洁净的气体在低速下脱离滤芯汇集排出⑶。 1 r' k) O; g) W: k 综合以上特点可知，通过不同效率与极性材料的组合，可使滤芯兼有高效分水、除油、滤尘能力及优越的经济、技术综合指标（高效、低阻、容尘量大），滤芯寿命高达12000小时以上，其间不需任何维护且效率始终不变。9 N+ }+ b; n! ]5 x- D9 i 三、结构性能 w* Q# X3 }$ G! v# o3 r6 e 超高效气液分离装置是两种成功过滤技术与两类优良性能过滤材料的结合产物。预分离过滤器SF型采用国际最先进的具有超大容尘量和超低压差的不锈钢丝毡折叠滤芯，精密过滤器MF型采用德国原装凝聚式除油/除液滤芯，具体组合方式视应用场合而定。预分离过滤器主要用于清除较大游离液体、固体微粒和保护精密滤芯，具有效率高、阻力小、超长寿命、可清洗再生的特点。精密过滤器可有效捕集亚微米级粒子以进一步提高过滤效率。设备主要性能指标如下表： * Y! r N% n( G/ H5 H3 H/ c 0 l# e! D" _4 z# B9 q$ p 0 O- a9 m* x) ^+ Z5 q; W* f, f 过滤精度 4 _- m* S- S3 l7 O9 v1 J 分离效率 3 J5 M' a# K& X* }% ?' h) R) h+ Q 残余含油量 x6 m! x7 P2 v9 T F. U 初始阻力降 ! W; ^% O. d; E& |, T ' e. r4 k+ Q+ A- B SF 3μm 5 ~! Y9 r$ ^5 F A6 v ≥99% 7 G# R1 S2 _/ [) r ≤5mg/m3 & A" b* B0 ]2 ^$ \6 L- Y T) b 0.003MPa 0 P* N* p2 l9 _/ |7 |) \1 \9 H+ i+ Z % I0 M8 H1 I+ t! a- Z SF+MF 0.01μm 8 u" ?2 T( T, k# c3 O1 \6 t3 O w& l ≥99.99% / [& S' C* {2 m ≤0.1mg/m3 ) v' f& T4 _, x 0.012MPa 4 B; u& w: P" f* N i) [ 1 E- U% x( q' V$ ]: B6 B$ w $ j; I8 F' Q/ r! q- g% O 由于预过滤滤芯SF采用目前国际最先进的烧结不锈钢丝毡过滤介质，在相等精度、相同面积下比烧结粉末材料纳污能力高出3～6倍、透气性高出30～100倍。当用折叠式结构后，其过滤面积为圆桶式的4～6倍。滤芯连续工作时间（工作寿命）几乎比圆桶状烧结粉末滤芯高出十几倍甚至二三十倍。此外，由于该种材料强大的涡流能力和良好的表面渗流能力所表现出的高效气液分离效果，其主要性能指标及在系统中的重要性并不亚于后一级精密过滤器，对气体品质要求不高或投资有限的场合可以只用预过滤器一级过滤即可。! e. D6 n7 |+ U s; M1 f# N5 H; r3 P' O; y 四、应用0 }: j4 u! J, U2 v 超高效气液分离装置可以用于石化、化工如合成氨、硝酸、甲醇生产中原料气的净化分离，天然气的开采、贮运及深加工，柴油加氢尾气回收等工艺过程，用于高效分离清除有害物质或高效回收有用物质，典型运用举例如下：( i4 z A, m3 m 1. 合成氨原料气除油净化& \/ Q9 [! V# @$ P+ f/ ? AN系列超高效除油过滤器用于合成氨原料气除油净化，四川广宇化工股份有限公司年产4万吨合成氨，设备型号AN250/320，用于补充气除油净化：处理气量12000 Nm3/h，工作压力32MPa，安装于高压机出口总管（替代原老式油分）。1998年2月在四川广宇化工股份有限公司合成氨生产线上试用并取得了显著的成果。经多次检验分析结果如下：AN250/320排放油水量平均2250g/h（三次抽样平均值），理论油水量2436g/h（带油量170g/h，带水量2266g/h，进气含油量以5mg/m3计）。宏观分离效率=2250/2436=92.36%。 7 i# V3 P: _1 U5 O# A. ~0 H 改造前后比较：原油分年排放8～10吨油水，为理论量的45%～47%，AN250/320型除油器年平均排放16.2吨，为理论量的92.36%；原油分体积大，安装、维修不便，AN250/320型除油器体积小（仅为老式油分的十分之一），便于安装、维护；原油分对0.8μm以下粒径的气溶胶悬浮油粒已失去了分离的作用，而AN250/320型除油器对0.01～0.8μm的粒径的液体粒子及杂质仍能有效过滤分离⑷。 0 y, w y3 u* M/ n8 d, W 能有效的延长合成催化剂寿命，避免换热设备，塔内件结诟。提高换热效率，降低能耗。 # h% P( \+ g) q+ B* }9 H7 v 2. 天然气净化及回收凝析油 # S$ J, e1 o, i$ b TQ8000/6.3超高效气液分离组合装置应用于中科院大连化物所和长庆油田共同承担的九五重点科技攻关项目"天然气中空纤维膜干燥器"之前，该装置设计压力6.3MPa，处理气量8000Nm3/h，由螺旋分离器，前置、精密、超精密三级过滤器和升温换热器5级设备组成，自1998年9月3日工艺性试验起至11月16日稳定性试验完成止，通过该装置累计分离液体1000余公升，其中凝析油量约800公升。不仅起到了保护中空纤维膜干燥器之功效，而且通过对轻油组分的高效分离和宏观经济量回收，同时还可以产生可观的附加经济效益，并对我国长庆气田天然气资源组成和地质构成的重新认识产生深远影响⑸。& A1 _" k5 G( o2 s+ F$ _8 Z 有效延长中空纤维膜干燥器的寿命，并回收轻油组合，从而产生可观的经济效宜。 8 U5 [( ]6 @+ C( p1 u6 M7 o9 q 3. 柴油加氢尾气回收 3 v$ n2 z' e, G- U0 e& T* A8 i- [ o, B 超高效气液分离装置用于柴油加氢尾气回收的膜装置前作为预处理单元设备（TQ系列）。设备型号TQ4000/8.0 ，处理气量4000Nm3/h，设计压力 8.0MPa，由旋风分离器和三级过滤器组成整体撬装式设备安装于安庆石化总厂柴油加氢尾气回收膜分离器前。其技术性能指标为：过滤精度0.01μm，效率99.99999%，残余含液量0.03mg/Nm3。能延长中空纤维氢气提纯设备（膜装置）寿命，并回收尾气中的柴油。 1 j$ w' y; D- M7 h) ~# i 五、结论 ) ~9 {1 t2 c, ^% @; y! d8 m o 综上所述，以超滤技术为核心的高效气液分离装置，能有效去除气体中夹带的油雾、水雾和其他液雾，填补了国内工艺气体超滤净化分离设备的空白。用超高效气液分离装置替代原老式惯性分离装置（惯性折转、旋风分离、丝网除雾等），能彻底免除由于工艺气体油（硫）污染造成的触媒中毒⑹，能提高换热效率、提高氨净值，能从干天然气中分离凝析油等等。该项技术及设备适用于各种压力、流量和介质如氮氢气、氢气、氨气、二氧化碳气、甲醇气、天然气、水煤气等多种工艺气体。回收有用物质，去除有害物质，从而大幅度提高石化、化工工艺过程的分离效率和企业经济效益。