膜分离技术在渣油加氢装置中的实践

膜分离技术在渣油加氢装置中的实践

牟豪 闫智斌

中国石油四川石化 四川 成都 611930

摘要：随着时代的发展，科学技术水平在不断的提升，各行各业的技术发展也在不断的更新，膜分离技术指的是在分子水平上，不同粒径分子的混合物在进行半透膜的通过时，实现选择性分离的一项技术。其中，半透膜也可以称为滤膜、分离膜，它的特点是在膜壁上布满了小孔。而据这些小孔的孔径大小可以将其划分为超滤膜、反渗透膜、微滤膜等，需要注意的是，膜分离技术采用的方式主要有死端过滤以及错流过滤两种。

关键词：膜分离技术；渣油加氢装置；实践探析

前言：随着科学技术的发展，膜分离技术的应用愈发广泛，且该技术具有无相态变化、能耗低、适应性强等特点，十分符合时代发展的需求，进而使该技术的发展越来越迅速。而膜分离技术在渣油加氢装置中的使用与实践，将循环氢的纯度进行了提升，以促进相关行业的健康持续发展。

1膜分离技术的相关概述

膜分离器是膜分离技术进行使用的关键所在，主要由芯部以及金属壳体构成，在运行过程中，渗透气走膜分离器的管程，而原料气则是走膜分离器的壳程。膜分离技术的基本原理是将膜两侧气体的分压差进行充分的利用，将其作为推动力，通过溶解、渗透、扩散、解析等相应步骤，利用中空纤维膜对于不同气体选择透过性的区别，促进分离目的的达成。

膜分离的最早出现在20世纪初，随着时间的推移，在20世纪60年代才迅速崛起，该技术在发展过程中兼具了浓缩、精制、分离、纯化的功能，它所具备的特点也十分广泛，主要包括了节能环保、分子过滤流程简单、高效、容易控制等。广泛被应用于医药、环保、食品、化工、仿生、能源、生物、水处理、石油以及冶金等行业的生产经营之中，能够在相关行业企业发展的过程中，为相关行业企业的发展带来很好的经济效益，是当前阶段，分离科学技术领域的重要手段之一，各行各业对于膜分离技术发展都是十分关注的。

该技术在使用时，还具有以下的工艺优势，首先就是可以在常温下进行操作，极适用于热敏性物质，其中的有效成分的损失也较少，生活中，果汁、抗生素类药物、蛋白以及酶浓缩、分离都十分适用；其次就是无化学变化，该技术是典型的物理分离技术，在进行分离的过程中是不需要添加添加剂或是化学试剂的，从而保证相关产品不受到污染；第三点就是该技术的适应性是极强的，在操作过程中，进行相应处理的规模可大可小，整个过程可以间断作用，也可以连续作业，易于操作控制，工艺也较为简单，可以促进其自动化发展的完善；第四点就是无相态变化，该技术在进行操作的过程中，保持原相态，对于能源的损耗极低，相应的成本费用仅为冷冻浓缩或是蒸发浓缩的1/8或1/3。第五点就是选择性好，该技术的使用，可以在分子级内进行相关物质的分离操作，具有普通滤材难以取代的特殊性能；最后一点就是能耗极低，该技术的操作仅需要电能的驱动，能源消耗非常低，十分有利于相关行业企业的可持续发展。

当前，随着我国膜分离技术的不断发展，许多专门研究相关技术的部门团体也在逐渐建立，他们带动了该技术的发展与更新，起到整个行业发展的标志性作用，进一步促进了相关企业的发展。随着时间的推移，膜分离技术完成了由实验室到工业生产进行大规模应用的转变，是一项具有高效节能特点的新型分离技术，且由于该技术本身的优势较强，所以，我国一定要加强对于膜技术完善与发展的相关研究，进而促进我国化学工业不断发展与进步。

2渣油加氢装置的相关概述

渣油是原油中相对分子量最大、结构最为复杂、沸点最高、杂原子含量最多的部分。渣油加氢的主要化学反应包括加氢脱金属、烃类的加氢裂化、加氢脱酸、不饱和键的加氢饱和以及加氢脱氮等。其中以加氢脱氮以及加氢脱硫为例为大家阐释，加氢脱氮反应的氮化合物有着碱性氮以及非碱性氮的区分，碱性氮包括喹啉、吡啶、二苯并吖啶以及吖啶，而非碱性氮中包含了咔唑、吡咯以及吲哚。其中C-N键的断裂，需要较强的酸性，但是如果过于强烈则会导致催化剂中毒、激烈生焦等情况的产生，放热反应QN等于650千卡/标米3。

而加氢脱硫的化学反应主要表现在，在氢气以及催化剂的共同作用下，通过加氢脱硫的反应，将各种含硫的化合物转化成为不含硫的硫化氢以及烃类，硫化氢从反应物中进行脱除，而烃类则留在产品中，放热反应Qs等于550千卡/标米3。

世界上第一套渣油加氢脱硫装置是在日本出光兴产公司千叶炼油厂出现的，在1967年进行投产。在20世纪80年代初，对于重燃料油的需求在不断减少，对于轻馏分油的需求变得更多，渣油加氢脱硫装置逐渐改变为缓和加氢裂化装置。而20世纪90年代以来，渣油加氢脱硫装置转向了RFCC装置原料油的生产，新建的，渣油固定床加氢装置，几乎都被用在了RFCC原料油的加氢预处理之中，截至2004年，渣油加氢装置达到57套。

3膜分离技术在渣油加氢装置中的实践流程

膜分离技术在渣油加氢装置中的实践流程主要划分为两大类，即膜处理以及原料气的预处理。原料气的预处理是将原料气先经过水冷器，冷去可凝液态，再进行气液分离，将气体中的液体油滴以及悬浮固液颗粒进行去除，而后进入到精密过滤器之中，进行粒径大于0.01μm颗粒物的去除，其中，残留油的分量要小于0.01ppm，之后再通过加热器进行加热，要加热到80摄氏度以上，以上进行描述的过程称为原料气的预处理，这个过程的目的是为了保证入膜气体的纯度，进而保证整个膜分离装置的长久稳定运行。

而膜分离指的是，在气体经过预处理之后，已经达到气体的入膜要求，进入到膜分离器中，在一般情况下，采用的是两端膜回收的形式，一段膜分离的尾气，要再经过二段膜的分离，进行氢气的回收。这种方式的渗透气压力分别是低压气以及高压气，随着压力差的推动，各组由于渗透速率的不同，导致渗透速率快的氢气在渗透侧被富集，氢浓度大于等于97.5%，渗透气进入了压缩机入口，而非渗透汽则被排出界区外，进到燃料气管网内。

而为了使气回收装置中的膜分离器性能被充分的发挥，将其使用寿命进行延长，要及时考虑到膜分离技术的特点，将生产过程中的温度、流量、压力以及液位等工艺参数进行调节、联锁、检测、报警以及显示，进而由操作室进行集中的控制，在温度超温、膜运行压差超压以及液位超高等情况出现时，进行联锁保护，使膜不会受到损害。

结论

综上所述，膜分离技术在渣油加氢装置中的应用，对于行业发展的促进作用是十分显著的，对于该技术的应用，保证了反应系统所需的高氢分压条件，并且能够将氢气进行充分的提纯，保证氢气的回收率。将循环氢的纯度进行了更进一步的提升，且膜分离技术具备节省能源、节约成本、易于操作和控制的优势，对于相关企业经济效益的提升具有极强的推动作用，因此，一定要加强在渣油加氢装置中对于膜分离技术的应用，进而促进整个行业的进步和发展。