膜分离技术在炼油厂富氢气体回收装置中的应用

气体膜分离技术利用混合气体通过高分子聚合物膜时的选择性渗透原理,气体分子首先被吸附并溶解于膜的高压侧表面,借助浓度梯度在膜中扩散,最后从膜的低压侧解吸出来。膜分离装置利用不同气体的分压差作为推动力,使H2等快气在膜的低压侧富集,CH4等慢气在膜的高压侧富集,尾气以原有压力输送到界外。长庆石化膜分离系统流程主要由预处理和膜分离过程两部分组成。压缩机来的原料气先经除雾器除去较大水滴和油滴,再由三级串联过滤器除去粒径大于0.01μm的颗粒物。经过套管式加热器加热至需要温度,使原料气温度远离露点。原料气经预处理后,进入膜分离器,在压力差推动下,氢气实现分离,膜分离尾气(非渗透气)减压后并入燃料气管网。富氢气体回收装置与现有加氢裂化低分气回收系统同时投用,可回收氢气6000~7000m~3/h(标准),不但减少氢气排放损耗,而且将低负荷运行的天然气制氢装置停掉,全厂平均能耗下降2kg标油/t。     

炼厂氢气资源优化浅谈

随着炼厂氢气耗量的不断增加,需要选用低廉的制氢原料,采用合理的制氢工艺技术,满足炼厂氢气需求.比较变压吸附、膜分离、深冷分离三种氢气提纯分离技术,对加氢等装置尾气中低浓度氢进行回收利用,能够合理利用氢气资源,有效降低生产成本.某炼厂选用焦化干气制氢后,与轻油制氢相比,原料成本下降,氢气纯度提高.根据各用氢装置的用氢压力、用氢量进行匹配,采用从高压到低压的一次通过式流程,只设置一台新氢压缩机,氢气逐级利用.不仅提高了氧气资源利用率,而且有效降低了炼厂综合能耗.采用PRISM膜分离器,从高达10MPa压力的冷高压分离器排放尾气中回收提纯氧气,回收提纯的氢气再回到新氢压缩机的三级人口升压后循环使用.废氧进行胺液脱H2S处理后,采用PSA技术进行废氢回收利用,PSA副产品解吸气升压后作为制氢装置的原料,节约了生产成本.     

有杆泵井下油水分离系统设计

有杆泵井下油水分离系统由单作用液流泵、液一液旋流分离器和原油提升泵三部分组成。工作时,经旋流分离器分离,分离后的污水直接注入注水层,低含水原油经原油提升泵采出地面,达到了节能降耗的目的。在分析有杆泵井下油水分离系统工作原理的基础上,介绍了泵流量的理论计算公式。     

火炬气回收综合利用

火炬气主要是装置在正常运行或事故状态下排放的可燃气体,主要成分为碳氢化合物和氢气,属易燃易爆、有毒有害气体,通常将火炬气引到高空燃烧后直接排放大气,火炬中燃掉的烃类气体数量可观。火炬气系统作为炼化企业储运系统的重要组成部分,既是保证装置生产不可缺少的安全设施,也是回收炼厂气作为燃料的节能设施。福建联合石油化工有限公司火炬气引入某公司火炬气回收装置,通过将火炬气的压缩机入口过滤器由篮式过滤器改造为前置分离器、利用高效多管旋风分离以除去杂质、火炬气精脱硫系统增加精脱塔、燃料气缓冲罐后新增精脱硫塔、燃料气压缩机二级分液罐增加液位开关阀等措施,进行提压、分离提浓、精制、热值调节等工艺处理后,将合格燃料气和氢气送回燃料气和氢气管网,达到熄灭火炬、实现零排放、保护环境的目的 。     

炼油厂富氢气体回收装置投用对氢网运行的影响

随着对燃油清洁性要求的不断提高,炼油厂对氢气的需求不断增加,含氢尾气量随之增加,回收炼油厂尾气中的氢气是降低炼油厂制氢成本的重要措施之一。通过对大连石化公司氢网运行现状、12套加氢装置用氢需求和产氢装置情况,氢网压力等级及氢气平衡,膜分离气体分离的工艺原理,以及该公司新建的变压吸附+膜分离耦合气体分离工艺及具体的工艺流程进行介绍,对富氢气体回收装置投用和标定情况,以及投用后对氢网的影响进行了分析。富氢气体回收装置投用后,燃料气中的氢气含量从30%～90%大幅下降到15%～30%,有利于加热炉稳定运行。PSA解析气由进入燃料气或者作为制氢原料改为进入富氢回收装置,提高了氢气回收率。停用了一套制氢装置,每年可节约液化气13×10~4t,大幅降低了制氢成本。改善了PSA单元的操作条件,延长了吸附剂使用寿命。对富氢气体回收装置投用后出现的氢气产品中的CO_2含量升高、富氢气体回收装置适合的进料类型、原料切液等问题进行了探讨。     

天然气新型气液分离器性能试验研究

为了解决天然气含有饱和水汽和少量烃降低输气效率、堵塞管线和设备等问题,利用旋风子、稳流元件、叶栅式分离元件、折流板式分离元件组合成新型天然气分离器。利用相位多普勒粒子分析仪对新型天然气分离器进出口粒子粒径与液态水含量的进行对比测试,以研究新型分离器的分离效率。结果表明:新型分离器具有良好的气液分离作用;在流量为10～64 m~3/h时,分离器的分离效率成抛物线形式,在33 m~3/h时分离器的分离效率降到最低值95.16%,主要原因是流量在33 m~3/h时,试验气液混合不均匀,导致内部流态紊乱,以至于试验测得分离效率相对偏低;在流量为10 m~3/h时分离器分离效率最高,为99.29%;分离器对该进口条件的气体中雾状液粒有较高的分离作用,且可以明显降低分离器出口气体中液粒的平均粒径;从进口到气相出口压力逐渐降低,总压降为950 Pa;流动区域速度梯度大不利于气液相分离,流动掺混会导致分离效率降低。     

窜气对旋风分离器性能影响的实验研究和数值模拟

旋风分离器是循环流化床锅炉的重要部件之一,窜气影响旋风分离器的性能。以冷态实验和数值模拟为基础,在筒体直径200 mm的旋风分离器、结合下料的立管直径分别为56 mm和80 mm的实验台上,研究了窜气对分离效率和阻力的影响规律。旋风分离器阻力随窜气速度的增大先升高而后降低,分离效率随窜气速度的增大而降低,窜气影响旋风分离器的锥段和立管内颗粒的流动。数值模拟结果也说明窜气减弱了旋风分离器和立管内的旋流强度。     

一个大胆的设想

西德有人提出了一个建立太阳能制氢基地和太阳能电站的设想,计划利用数目众多的太阳电池板把太阳能转变为电能,并电解水生产氢气。氢气通过燃烧用于发电,多余的氢气则贮存备用。为了实现这个设想,必须     

富氢气体中回收氢气技术

加氢裂化装置副产的富氢气体,氢气纯度为85.41％.原设计改入制气装置作为原料补充,但实际生产过程中,由于富氢气体中硫含量在20～500μL/L之间大幅波动,易造成制氢脱硫反应床层穿透,使转化催化剂发生硫中毒;富氢气体中氢气含量较高,易造成制氢加氢催化剂发生反硫化反应,使加氢催化剂失活.因此将这部分气体改入燃料气系统.结合长庆石化公司生产实际,利用现有生产负荷较低的PSA装置和溶剂再生装置,将加氢裂化富氢气体和重整装置的富氢气体混和后,再经脱轻烃、脱硫预处理,预处理后的富氢气体改进PSA装置提纯出99％(体积分数)的氢气,作为加氢裂化装置的补充氢源.氢气资源得到充分利用,既节约了制氢装置天然气用量,又提高了公司管网燃料气热值,还回收了部分液化气组分和硫磺,降低了环境污染,年实现经济效益600万元.     

电解水制氢厂站经济性分析北大核心CSCD

氢能是支撑智能电网和可再生能源发电规模化的最佳能源载体,发展电解水制氢是实现碳减排的重要技术路径。当前,电解水制氢成本较高,尚不具备在工业、交通、建筑等领域大规模应用的竞争力。本文对电解水制氢厂站的全生命周期成本进行研究,比较不同技术路线下电解水制氢的成本构成。结果表明,设备购置成本、电力成本和设备耐久性是影响电解水制氢综合成本的关键因素。碱性电解槽由于具有更低的设备购置成本,综合制氢成本低于质子交换膜电解槽。提高电解槽运行温度、开发高效率电解槽以及提高电解槽耐久性可显著降低电解制氢厂站的全生命周期电耗,从而降低制氢综合成本。分析表明,每降低制氢电耗1 k Wh/Nm^(3),可降低氢气平准化成本幅度为1.1 P元/Nm^(3)(P是电价,元/kWh);当电价更低时,氢气的平准化成本也相应降低,电价降低0.01元/kWh,氢气平准化成本的降幅为0.057元/Nm^(3)。     

Ω型惯性气液分离器性能研究

借助数值模拟方法对Ω型气液分离器的内部流场状态进行预测,计算采用二维雷诺时均N-S方程,湍流模型采用标准k-ε模型,获知分离器内部流场分布特性,对不同间隙的Ω型气液分离器性能进行研究,并制作模型进行风洞实验,验证理论计算结果,得到该型气液分离器的阻力及效率特性。研究表明,Ω型气液分离器具有较高的气液分离效率,并且分离效率与叶片间距有很大影响,采用的Ω型叶片间距为18.2mm时,平均分离效率在90%以上。     

内置卧式气液分离器重力再循环制冷系统的实验研究

把卧式气液分离器放置在冷库内部,应用于重力再循环供液制冷系统中。在不同实验工况下,对比研究供液高度为0.8、1.0、1.2和1.6m下的重力再循环供液制冷系统和直接膨胀供液制冷系统的制冷量、压缩机功率、COP、蒸发温度和传热系数的变化。结果表明:冷库温度高于-16.5℃,内置卧式气液分离器重力再循环供液制冷系统的COP随供液高度的升高而增加,冷库温度低于-16.5℃时,供液高度为1.0m的重力再循环供液系统的COP最大;相同蒸发温度下,采用重力再循环供液制冷系统的冷库温度比采用直接膨胀供液制冷系统的冷库温度低8.0℃左右,内置卧式气液分离器重力再循环供液制冷系统能够达到更低的冷库温度;内置卧式气液分离器重力再循环供液制冷系统与直接膨胀供液制冷系统相比,冷库温度越低,系统制冷量、性能系数和蒸发器传热系数增加幅度越大,低冷库温度下的内置卧式气液分离器重力再循环供液制冷系统运行性能越好。     

端盖与旋流子对轴流旋风分离器的性能影响

为了研究轴流旋风分离器性能的结构影响因素,采用Fluent软件对装有不同内径端盖和不同种类旋流子的旋风分离器的流场进行了数值模拟,同时用Fluent中的DPM模型分析了不同尺寸及种类的旋风分离器对水颗粒的分离效果。结果表明：较小的端盖内径可以提高旋风分离器的分离效率,但是带来更大的阻力;旋流子叶片的螺旋角度是影响分离效率的主要因素,螺旋角度越大则分离效率越高,但是阻力也会随之增加;叶片数量不是影响阻力的主要因素。     

高压环境下液氧/氢的气-液平衡及其物理属性研究

在考虑氢气溶解的条件下,运用SRK状态方程计算了液氧/氢在超临界环境下达到气-液平衡时氢氧组分在各相中的摩尔分数以及液氧的蒸发热随液氧表面温度的变化情况;根据气-液平衡时各组分在各相中的摩尔分数,以甲烷为参比态气体,运用扩展对比状态理论(ECST)计算了气相及液相氢氧混合物的pVT属性、黏性及导热系数。结果表明,在高压环境下,有一部分氢气溶解于液氧中,且随着温度和压强的增加其溶解度增大;若考虑氢气溶解,则氢氧混合物的临界温度低于氧的临界温度且随环境压强的增加而减小,这时液氧的蒸发热小于其蒸发潜热,也小于不考虑氢气溶解所得蒸发热。当氢氧混合物达到气液平衡状态时,液相混合物的黏性及导热系数随温度升高逐渐减小,气相混合物的黏性及导热系数随温度升高逐渐增加,最终气相及液相混合物的传输属性在其临界点附近几乎相同。     

新能源制氢在传统炼化企业的应用

  目的  化石燃料和新能源电力在使用和发展中面临着问题与挑战。为解决传统炼化企业依赖化石燃料制氢中的碳排放问题,和新能源电力发展中的波动性问题提供建议,有必要对氢气制备技术的应用与发展,和传统炼化企业的氢气网络状况进行梳理。  方法  调研了氢气制备技术的应用与发展,尤其关注了关键技术电解水制氢技术的应用发展;分氢制备、氢使用、氢纯化三部分对传统炼化企业的氢气网络进行了深入剖析。  结果  通过总结,提出通过电解水制氢技术将富余的新能源电力与传统炼化企业氢网络相结合的设想。在传统炼化企业附近布置新能源电给,不但可以供炼厂日常用电,还可将因波动性大而无法直接利用的弃电部分,直接通过电解水制氢技术,制氢供传统炼化企业使用,有效降低传统炼化企业的碳排放强度。  结论  要解决化石燃料使用中的碳排放问题与新能源电力使用中波动性高的问题,实现新能源制氢在传统炼化企业的应用,还面临着诸多挑战。     

应用正交试验法进行惯性粒子分离器结构优化

采用正交试验的原理和数值模拟方法对某一惯性粒子分离器进行了试验和模拟,研究了惯性粒子分离器结构参数对粒子分离器分离效率以及总压损失的影响。由正交试验设计方法得到了粒子分离器的优化结构,结果表明:与原模型相比,优化后模型气固分离效率有了明显的改善,尤其是对于小粒径颗粒,在进口速度40 m/s的工况下,当粒子直径为20μm时,分离效率由76.5%提升至99.55%;而对于30μm颗粒,则可以实现全部分离的效果,对于其它工况和粒径情况,气固分离效率也有不同程度的提升。     

模糊内模控制在电解水制氢温度控制中的应用

[目的]为了改善传统比例-积分-微分（Proportion Integration Differentiation,PID）控制器对电解水制氢温度控制中过度依赖被控对象数学模型的问题,对模糊内模控制在电解水制氢温度控制中的应用进行了研究,并给出了模糊内模控制器的设计过程。[方法]首先分析了温度在电解水制氢过程中的重要性,列举了部分电解水制氢中常用的温度控制策略及优缺点;随后介绍了内模控制理论和模糊理论,并结合两种理论给出了模糊内模温度控制器的设计方法,用于实现电解水制氢温度的精确控制;最后进行了仿真验证实验。[结果]结果表明：采用的模糊内模控制方法相较于PID控制方法,在响应速度、抗干扰性和鲁棒性都有更好的控制品质,解决了传统PID控制器算法过度依赖被控对象数学模型的问题。[结论]文章所采用的控制算法正确并有效,可实际应用到电解水制氢的温度控制中。     

水合物法分离生物质气化气中CO2的研究

以生物质气化气中的CO2为研究对象,研究压力、气液比、四丁基溴化铵(TBAB)浓度和洗焦废水对CO2分离效率的影响。结果表明:CO2的分离效率(分离因子)随进气压力的增大先增大后减小;随气液比的增加先减小后增大;达到水合物形成的平衡压力后,随TBAB浓度的增大而减小。较低浓度的洗焦废水由于可增加气体的溶解速率并减少水合物的诱导时间而增加水合物的形成速率。在2.1 MPa、气液比14.63、TBAB物质的量浓度为0.29%时,CO2分离效率最高,分离后气相CO2气体含量由17.85%下降到8.71%,目标气体H2、CO损失率约为5%,水合物相中CO2含量达81.63%。     

绿氢-绿氨工艺流程的多稳态模拟和动态响应

绿氢-绿氨工艺是指利用可再生能源发电、电解水制氢得到的氢气为原料合成氨的工艺流程,其具有受天气条件影响、负荷波动大、工段间耦合性强的特点。为研究绿氢-绿氨工艺流程中发输变电、电解水制氢、储氢、电化学储能、合成氨等工段之间的系统集成和协同调度方案,利用新一代流程模拟软件AVEVA Process Simulation建立了稳态-动态双模式通用型绿氢-绿氨全流程工艺模型,并通过多稳态模拟的手段分析了系统对天气变化的动态响应。结果表明,合理设计和调度储氢和储能单元不仅可以显著稳定化工生产、合理消纳可再生电力,还能稳定网电补充,提高整体经济效益。     

无节流器轴流旋风气液分离器性能研究

采用数值模拟方法对无节流器轴流旋风气液分离器的内部流场状态进行了预测,得到不同壁面开槽尺寸无节流器轴流旋风分离器内部的流场特性,通过试验研究获取了分离器的阻力特性与效率特性,并对数值模拟结果进行了验证.结果表明:数值计算获得的阻力特性曲线与试验得到的阻力特性曲线基本重合,数值计算方法在获取旋风气液分离器阻力特性方面具有较高的精度;开槽尺寸对无节流器轴流旋风气液分离器的阻力特性影响不大,但对分离器的分离效率影响较大;在入口气流平均速度为3 m/s和4 m/s的条件下,当外壁开槽尺寸为30 mm时,分离器的平均分离效率最高,均在97.3%以上.