气体分离膜降本减排优势凸显

“H2分离是气体膜分离技术应用最成熟的市场，氢气分离膜+变压吸附组合工艺是H2分离最适宜的模式。随着节能降耗、VOCs脱除和CO2减排等方面的要求不断提升，还会有更多种类的气体分离膜产品和工艺应用在石化行业中。”中国膜工业协会石油和化工膜技术应用专业委员会秘书长党延斋日前向记者介绍了气体分离膜技术的发展状况。

“在气体膜分离技术中，氢气分离膜技术占有很大比重，也是开发应用最早、技术最成熟的气体膜分离技术。”党延斋介绍说，氢气分离膜的优点和缺点都很明显，一句话概括就是“提浓不提纯”。具体来说，由于氢气分离膜是利用不同气体分子在膜中的渗透速率不同来实现分离与回收，所以H2收率较高，在91%左右，但产品纯度低，收率也不稳定，受进料组分变化影响也比较大。

“在实际应用过程中，一般使用氢气分离膜+变压吸附(PSA)组合工艺，先用氢气分离膜将炼厂中降压的干气从20%~30%提浓到60%~70%后，再使用变压吸附技术进行提纯。对炼油过程产生的多股富氢气体采用组合技术，不仅可以达到持续分离气体的目的，还可以很大程提高气体分离的经济性，降低工艺H2制取成本，同时减少CO2排放。”党延斋说。

他向记者介绍了中石油大连石化分公司对富氢资源进行回收利用获得可观经济效益的例子。“大连石化的富氢资源较多，包括年产220万吨重整PSA解吸气、年产80万吨柴油加氢脱硫气、年产420万吨轻烃回收干气等装置都产生富氢气体。大连石化实施了富氢回收改造项目，采用氢气分离膜+PSA组合工艺将这些富氢气体中的H2回收后作为工艺用氢使用。改造项目全部投资1亿元，成本回收期仅为半年。”党延斋说。

该项目改造实施后，不仅原有的10万Nm3/h制氢装置停工备用，还实现了烟气减排17万Nm3/h。同时，回收H2还使燃料气氢浓度降低，燃料加热炉运行更稳定;富氢回收单元投产也使氢量的变化快速反应至氢网，使氢网压力控制更为平稳。

“我国炼油能力在3亿吨/年左右，从脱硫工艺到生产柴油、汽油、润滑油等产品都离不开加氢。初步计算，我国炼油行业一年大约需要150亿~200亿m3H2，如果全部通过煤制氢装置来制取，大概会排放上千万吨的CO2，将对我国的碳减排带来很大压力。因此炼化企业应当充分利用富氢资源，并根据自身条件，选择适应的氢气分离膜+PSA组合工艺进行论证、改造。”党延斋说。

此外，党延斋还表示，空分制氮的能耗也很大，如果先用气体分离膜将N2提浓到95%~97%后再进行空分制氮，可以降低空分能耗。同样，这种思路也可以用在富氧气体制备上。

除了氢气分离膜，目前有机蒸气膜在石化行业的VOCs脱除和有机单体回收工艺中也有一些应用。

党延斋表示，当前有机蒸气膜应用在VOCs脱除中主要面临着两大问题：一是由于水凝气引起的脱除效果下降的问题;二是短时间气体流量超过设计负荷所带来的脱除效果下降的问题。“推进有机蒸气膜在VOCs脱除领域的应用，必须解决这两个问题。”党延斋说。

他还指出，除了氢气分离膜和有机蒸气膜，随着节能降耗、VOCs脱除和CO2减排等方面的要求不断提升，其他种类的气体分离膜在石化行业也有很好的发展空间。如H2S/CH4分离膜、更高性能的O2/N2分离膜、用于碳捕集的CO2/N2分离膜、合成气提纯及IGCC电厂中使用的CO2/H2分离膜，以及更优异的烯烃/烷烃分离膜，这些也都是气体分离膜技术潜在的发展方向。