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分析超濾技術在化工工藝中的應用論文
【摘要】所謂超濾技術,即一門新型的實用科學技術,隨著其不斷發展和完善,已在諸多領域得到較為廣泛的應用。超濾技術具有操作簡單、流程短、分離效果好、處理效率高、能耗低等特點,在化工工藝過程中得到廣泛的應用。隨著其技術的不斷完善,其所具有的高效、節能、環保等優勢將日益顯露,超濾技術的應用領域必將進一步擴展。
【關鍵詞】化工工藝;超濾技術;應用
1.化工生產現狀及超濾技術基本原理和結構
1.1化工工業生產現狀
長期以來,化工生產過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、硝銨等生產過程中,油污能使各種觸媒中毒失效、換熱設備換熱效率下降、阻力增加。以西安超濾公司為例,其采用超濾技術及高效、低阻、長壽命的過濾材料,開發出了各種高效氣液分離裝置。超濾技術成功解決了傳統慣性分離存在的缺陷,利用新技術、新材料在傳統慣性分離技術基礎上實現設備的結構、過濾分離材料的精度和材料極性有機結合,其效率可達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。
傳統分離設備依靠慣性折轉、旋流,重力沉降,絲網除沫方式,僅對10μm~100μm范圍的液體粒子效果較好,而對于10μm以下的粒子分離效果較差,為有效分離10μm以下的小粒子,須采用超濾技術進行高效氣液分離。
1.3分離機理
以西安超濾公司為例,其推出超濾方法進行高效氣液分離,并首先確定了設備的結構、過濾分離材料的精度與過濾分離材料的極性三位一體的思路,即根據不同的介質和工藝條件,確定采用過濾材料--濾芯種類及其組合。比如燒結不銹鋼纖維氈濾芯(以下簡稱SF濾芯),可用于水、液氨等極性分子,而超細玻璃纖維濾芯(以下簡稱MF濾芯)則適用于潤滑油、凝析油等非極性分子。SF濾芯采用外進里出的氣體流動方式,利用了該材料的極性和巨大的表面積,而MF濾芯采用里進外出方式,利用過濾層的親油疏水性能及擴散、碰撞和攔截等綜合過濾機理(凝聚式過濾),在通過組合濾層時凝聚長大,最終在背風面依靠重力降落實現氣液分離。
1.4極性選擇與結構
介質的極性可以用偶極矩衡量,偶極矩等于分子正電中心或負電中心上的電量乘以兩個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、誘導和色散作用,這三種作用都是吸引作用。不同介質的極性大小不一樣其凝聚力也不相同。因此針對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鍵因素,比如分離極性粒子可采用單級高效分離元件,而分離油氣溶膠粒子或乳化油粒子則必須采用兩級高效分離元件。超濾技術主要采用高效率低阻力纖維過濾材料,為了提高過濾材料的連續使用壽命,我們采用了如下方法:
(1)增大孔隙率,采用更先進的材料,纖維更細,精度更高,孔隙率增大一倍,容塵量增大一倍,過濾材料連續使用壽命增加兩倍。
(2)增大過濾面積,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,結構設計上應保留傳統慣性分離技術的優點,最大限度發揮各種分離作用以達到最佳效果。
2.化工工藝過程中超濾技術的具體應用
2.1合成氨
高壓機后新鮮氣油分離
用途:除去新鮮氣中的油水塵等雜質,保護合成觸煤、降低能耗。
應用舉例:四川廣宇化工股份有限公司在新鮮氣管路上采用了兩級高效過濾器,每年排放油水16.2噸為理論水量的92.36%,分離效率比原來的45~47%大大提高,自98年投產以來,一直運行良好。由于采用了超濾技術,大大改善了冷交換器的油污和積碳堵塞現象,進一步優化了操作條件,有效保護了合成塔觸媒。該公司是合成氨原料氣中最早使用超濾技術的用戶,使用過程中,充分顯示了超濾技術特點和強大生命力,使多年來長期得不到解決的合成氨新鮮氣帶油問題得到了解決,為合成氨工業全面推廣應用該項技術開辟了一條成功道路。
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。直接經濟效益明顯。應用舉例:湖南湘氮實業有限公司利用其原高壓氨分外筒,用超濾技術對內件進行改造,自2000年10月開始投入運行,取得很好的效果,透平循環機能正常運轉,合成塔進口氨含量降低1.4%,年產量氨增加18768噸,增收3500多萬元。
2.3循環機后油分離器
用途:除去氣體中夾帶的油水雜質,保護合成觸煤,降低能耗。
應用舉例:湖南湘氮實業,用于往復式循環機油分改造,自2001年1月投運以來,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個月左右,延長到現在的7-8個月,目前仍在高效低阻狀態下運行。
2.4變換氣后過濾器
用途:除去變換氣中的油水雜質,保護變換觸煤。應用舉例:陜西化肥廠在新鮮氣壓縮機三段出口采用了二級超濾過濾器,自2000年4月投產以來,每小時平均排油水100余公斤,有效保護低變觸煤。
2.5尿素
用途:除去CO2氣體中的油污,降低能耗,提高產品質量。
應用舉例:山東章丘第二化肥廠在CO2壓縮機后使用了超濾過濾器,使用后發現,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,蒸汽消耗量穩定,尿素產品顏色潔白。首臺CO2高效除油器的成功應用為后續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,保護昂貴的觸煤鉑網,延長其工作壽命。
應用舉例:山東海化濰坊硝銨廠在銷酸氧化爐前氣氨過濾器采用了超濾過濾器,使用后,氧化爐鉑金屬絲網壽命延長,現已連續運轉2年多,同時過濾清洗周期比原布袋過濾器長,減少了不少工作量。
2.7硝銨
用途:除去氨氣中夾帶的油污,防治氨氣帶油進入硝銨中和工段,提高系統安全性能,防止意外。
應用舉例:蘭州化學工業公司化肥廠硝銨車間,在氨壓縮機氣氨檔板過濾器之后加裝了超濾過濾器,根據2000年8月份投產以來的情況看,氣氨中的油含量,由進口狀態的50-60ppm降至6-10ppm,完全滿足硝銨中和工段的要求,對系統的安全運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,保護中空纖維膜,延長膜的使用壽命。
安慶石化總廠柴油加氫尾氣回收膜分離器前原旋風分離器后采用了SF+MF+SMF三級超濾技術,過濾精度達到了0.01μm,效率達到了99.99%,現已連續使用2年多,分離出大量含硫化氫、柴油和水混合液體,有效保護中空纖維膜,延長了膜的使用壽命。
2.9天然氣凈化及凝析油回收
用途:從氣體中分離出雜質,保護中空纖維膜,延長膜的使用壽命。長慶油田在天然氣中空纖維膜干燥器前設置三級(下轉第84頁)(上接第16頁)超效過濾器,用于凈化氣體保護中空纖維膜,使用中意外發現分離出大量凝析油,現已推廣至工業大規模應用。
【參考文獻】
[1]王保明,李大明.高效氨分離器氣液分離機理與應用[J].化肥設計,2001.
[2]江春元.運用超濾技術處理涂布廢水[J].中華紙業,2001.
[3]王本玉.全低變工藝改造實施中的幾個問題[J].化肥設計,1997.
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