炼油厂干气分离氢气装置的工艺设计

针对中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司炼油二厂干气分离项目的工艺特点,对3种气体分离技术(即膜分离法、深冷法和变压吸附法)进行了方案比选。对比后认为本项目采用膜分离法最优。本工作对该膜分离氢气装置进行了工艺设计,包括:生产方法及技术来源、工艺流程说明、生产控制及工艺指标、物耗和能耗等。

氢泵法分离氢气技术研究现状分析及优化建议

混氢天然气输送技术是近年发达国家提出的氢气输送新方案,该技术利用现有的天然气管道设施,有效避免了大规模输氢管网的建设投资,可以解决氢气规模化长距离运输的难题。电化学氢泵作为一种创新形式的氢气分离提纯装置,相较于传统的氢气分离手段,它对于长距离混输天然气下游用户分离氢气具有较大优势,剩余甲烷等气体可作燃料气继续使用。通过氢泵法分离得到高纯度产品氢气的同时可以对氢气进行压缩输出,进而一步实现氢气的提纯和压缩。

Pd-ZSM-5复合膜的制备及其氢气分离性能

为了能够在大孔氧化铝载体表面得到透氢性能良好的钯膜,利用二次生长法在多孔Al_(2)O_(3)载体上生长出一层连续完整的ZSM-5沸石分子筛修饰层,通过化学镀过程在ZSM-5沸石分子筛修饰的载体上沉积一层钯膜,从而得到Pd-ZSM-5复合膜。利用扫描电子显微镜(SEM)对载体、ZSM-5沸石分子筛修饰后的载体和Pd-ZSM-5复合膜的形貌进行详细分析,并通过X线能量色散光谱(EDX)对Pd-ZSM-5复合膜的表面和截面元素分布进行了研究。而且,为了确定该Pd-ZSM-5复合膜的H_(2)渗透性能,在623~773 K范围内,研究了操作温度、操作时间和测试压力对Pd-ZSM-5复合膜透氢性能的影响。研究结果表明,ZSM-5沸石分子筛修饰层能够有效改进载体的表面粗糙度和降低其表面孔径,有助于Pd膜的沉积。所制备的Pd-ZSM-5复合膜表面完整、致密,Pd膜层厚度约为5μm, ZSM-5沸石修饰层厚度约为3μm。当操作温度为773 K、渗透压力为0.1 MPa时,Pd-ZSM-5复合膜的H_(2)渗透通量和H_(2)/N_(2)渗透选择性分别为0.113 mol/(m·s)和468。而且,该Pd复合膜在773 K下,连续操作300 h后,其H_(2)渗透性能保持相对稳定。

氢气分离用聚苯并咪唑分离膜的研究进展

膜法氢气分离技术作为一种绿色分离技术,具有环保、节能、占地面积小、操作简单、运行成本低等优点,是一种极具竞争力的新型氢气净化分离技术。介绍了有机聚合物H_(2)/CO_(2)分离膜的分离机理,重点总结了氢气分离用聚苯并咪唑(PBI)分离膜,包括PBI均质膜、PBI共混膜、PBI混合基质膜及中空纤维膜的研究进展,并对氢气分离用PBI在混合基质膜开发、制膜工艺及工业应用方面的发展前景进行了展望。

WO_(3)催化剂用于电化学氢泵分离含氢气体的研究

利用偏钨酸铵前驱体静电纺丝-焙烧法设计制备了具有一维多孔纳米纤维形貌的非贵金属WO_(3)氢氧化催化剂,考察了焙烧温度对催化剂形貌和电化学性能的影响。一维多孔WO_(3)纤维催化剂显示出较高的氢氧化活性和电化学活性面积,其电化学活性面积达到商业化Pt/C催化剂的77.3%。使用非贵金属WO_(3)催化剂的电化学氢泵表现出较好的氢气分离性能,在模拟天然气制氢的H_(2)/CO_(2)混气中氢体积分数为75%、混气流量为20 sccm时,与Pt/C催化剂电化学氢泵的电流-电压曲线几乎重合。结果表明,非贵金属WO_(3)氢氧化催化剂用于电驱动氢分离具有可行性,极大地拓展了电化学氢泵在氢分离领域的规模化应用。

PIMs在氢气储存及分离领域的应用研究进展

简要介绍了自聚微孔聚合物(PIMs)的结构特点,综述了PIMs在氢气存储和分离方面的应用研究进展。分析了发展PIMs氢气分离膜材料所面临的挑战,并指出PIMs在氢气存储和分离领域的应用前景及发展趋势。

膜技术在氢气分离中的应用

气体膜分离技术具有装置简单、设备紧凑、固定投资少、操作费用低且环境友好无污染排放等优点,在氢气回收等领域广受青睐。概述了几种常见的膜分离过程的机理,综述了不同类型膜材料的气体分离性能,并对膜材料的优缺点进行了总结和展望。

微孔二氧化硅膜的制备、氢气分离以及水热稳定性研究

利用溶胶-凝胶法在Υ-Al2O3/α-Al2O3多孔支撑体上合成了微孔二氧化硅膜,并用IR、TG、FESEM、N2吸附以及气体渗透等手段对二氧化硅膜进行了研究.结果表明,200℃时H2的渗透率达到2.3×10-7mol·m-2·Pa-1·s-1,H2/CO2的分离系数为8.0,然而当二氧化硅膜长期暴露于潮湿环境时,由于水气与孔表面羟基相互作用引起二氧化硅膜孔结构的崩溃,最终导致H2渗透率和H2/CO2分离系数剧烈下降.

水合物氢气分离技术及相关动力学研究

水合物气体分离技术是根据不同气体分子生成水合物的条件不同而提出的。首次提出了利用水合物气体分离技术分离含氢气体的方法 ,并建立了一套水合物分离装置。对工业生产中典型含氢气体混合物 (CH4-H2 混合气、CO2 -H2 混合气 )进行了提纯实验。实验结果表明 ,水合物气体分离技术对氢气有较好的提纯效果 ,气液比是影响水合物反应速率的重要因素。利用简化的Englezos Skovborg水合物生长动力学模型对实验数据进行了计算 ,结果发现 ,表征反应的综合影响因子k并非定值 。

表面修饰的有机-无机杂化微孔SiO_2膜的制备及氢气分离性能

采用苯基三乙氧基硅烷(PTES)和1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了苯基修饰的有机-无机杂化SiO2膜材料.通过N2吸附、视频光学接触角测量、热重分析和红外光谱对膜材料的孔结构和疏水性能进行了表征,并深入研究了膜材料的氢气渗透和分离性能.结果表明,修饰后的膜材料具有微孔结构,孔径集中分布在0.4～0.6 nm.在温度为40℃,湿度为70%～80%的水热环境下陈化30 d后,膜材料仍保持微孔结构.苯基修饰后膜材料具有疏水性,当n(PTES)/n(BTESE)=0.6时,膜材料对水的接触角达到(125±0.4)°.氢气在膜材料中的输运遵循活化扩散机理,300℃时,膜材料的H2渗透率达到8.71×10-7mol.m-2.Pa-1.s-1,H2/CO2的理想分离系数达到5.53.

钴掺杂二氧化硅膜的制备、表征及氢气分离性能

采用正硅酸乙酯(TEOS)和Co(NO3)2.6H2O为前驱体通过溶胶-凝胶法制备掺钴微孔二氧化硅膜,研究钴在二氧化硅膜材料中的存在状态、膜材料孔结构以及膜材料的气体渗透和分离性能。结果表明钴元素以Si-O-Co的形式存在于SiO2骨架之中,掺杂Co 10%的微孔SiO2膜具有典型的微孔结构,其孔体积为0.119 cm3·g-1,平均孔径在0.52 nm左右且孔径主要分布在0.4～0.55 nm之间。氢气在膜材料中的输运低温下遵循Knudsen扩散机理,高于100℃时遵循活化扩散机理,300℃时膜材料的H2渗透率达到6.41×10-7 mol.m-2.s-1.Pa-1,H2/CO2分离系数达到6.61,高于Knudsen扩散的理想分离系数。

增强微孔二氧化硅氢气分离膜疏水性的研究现状

综述了提高微孔二氧化硅膜疏水性的方法以及微孔二氧化硅膜材料在氢气分离方面的应用。孔表面羟基是导致微孔二氧化硅膜亲水的主要原因,因此在溶胶-凝胶反应阶段用疏水基团来修饰溶胶,可以在最终材料的孔表面引入疏水基团,降低羟基浓度,从而提高其疏水性。修饰后的二氧化硅膜孔结构没有显著的变化,可以应用于氢气分离等领域。

利用氢气分离膜降低乙烯深冷系统制冷压缩机的功耗

针对传统乙烯过程中深冷脱氢工艺冷凝温度低、能耗大的问题,基于某800 kt/a乙烯的裂解气脱氢装置,提出了两级膜与深冷耦合回收乙烯裂解气中氢气的流程,利用Uni Sim Design软件对新流程进行了模拟分析,确定了两级膜面积分别为28000m^2和10110m^2。由于第一级膜分离装置回收了裂解气中的部分氢气,显著地减少了深冷系统中制冷压缩机的功耗和脱甲烷塔塔顶的乙烯损失,新流程深冷系统的制冷压缩机功耗为39496 k W,比原流程减少了8996k W,乙烯损失率由1.29%降低到0.46%。第二级膜分离装置实现了氢气回收的高纯度(99%)和高回收率(98.52%),获得的氢气产品可以直接并入氢网或用于对氢气浓度要求较高的加氢裂化装置中。

氢气分离膜材料的研究现状

膜法氢气分离技术作为一种绿色分离技术,具有环保、节能、占地面积小、操作简单、运行成本低等优点,是一种极具竞争力的新型氢气净化分离技术.本文概述了氢气分离膜的研究现状,总结了常用的氢气分离膜材料,重点介绍了聚合物氢气分离膜材料的研究进展,对氢气分离膜材料的发展进行了展望.

十三氟辛基修饰的疏水有机-无机杂化二氧化硅膜孔结构、氢气分离及水热稳定性

采用1，2-双（三乙氧基硅基）乙烷（BTESE）和十三氟辛基三乙氧基硅烷（PFOTES）为前驱体，在酸性条件下通过溶胶一凝胶法制备了十三氟辛基修饰的有机一无机杂化SiO，膜材料。利用接触角测量、红外光谱、动态光散射和№吸附等测试技术分别对膜材料的疏水性、溶胶粒径和孔结构进行表征，并深入研究有支撑膜材料的氢气渗透、分离性能以及长期水热稳定性。结果表明，十三氟辛基修饰后的膜材料由亲水性变成了疏水性。当nrvorEs／nsnsr=0．6时膜材料对水的接触角达到f110．4±0．410．膜材料还保持微孔结构，孔径分布在0．5～0．8nm。氢气在修饰后的膜材料中的输运遵循微孔扩散机理，在300℃时．氢气的渗透率达到8．5×10-7 mol.m-2．s-1．Pa-l，HJC02，H2／CO和H2／SF6的理想分离系数分别为5．49，5．90和18．36，均高于相应的Knudsen扩散分离因子。在250oC且水蒸气物质的量分数为5％水热环境下陈化250h，氢气渗透率和HdCO，的理想分离系数基本保持不变，膜材料具有良好的水热稳定性。

质子交换膜氢泵高效分离低氢气体

提出质子交换膜氢泵的低氢气体分离方法,依据H2极高的电化学选择性解离传递实现常压下的H2分离,利用质子交换膜阻隔阴阳极间的气体渗透,建立了H2的回收率、氢泵能量效率与氢泵的操作电压、H2与CO2混气组成及流量之间的实验关联.在较低的H2含量范围内(进料中H2体积分数小于33.3%),H2回收率达到95%以上.混气中的H2含量越低,氢泵的能量效率越高(接近65%).进一步利用非氟质子交换膜的芳杂环主链空间位阻效应,实现了高纯度H2分离(H2纯度大于99.99%),降低了质子交换膜氢泵的制氢成本.

异丁基修饰的微孔二氧化硅膜制备及氢气分离性能

以正硅酸乙酯(TEOS)和异丁基三乙氧基硅烷(iTES)为前体,通过溶胶-凝胶法在酸性条件下制备异丁基修饰的二氧化硅溶胶,并采用浸渍提拉法在γ-Al_2O_3/α-Al_2O_3支撑体上制备异丁基修饰的微孔二氧化硅膜材料.分别通过动态光散射技术、接触角测量、红外光谱、核磁共振以及N_2吸附等测试手段对溶胶的粒径分布、膜材料的疏水性能以及孔结构进行表征,并深入研究异丁基修饰膜材料的氢气渗透和分离性能.结果表明,当摩尔比n(iTES)/n(TEOS)=0.6时,溶胶的平均粒径约为5.1nm,膜材料的孔径狭窄分布在0.45~0.8nm,其对水的接触角达到(114.0±0.5)°.H2在膜材料中的渗透率随测试温度的升高而增大,300℃时达到9.07×10^(-7) mol/(m^2·s·Pa),H_2/CO_2和H_2/CO的理想分离系数分别为6.79和15.37,双组份混合气体分离系数分别为7.09和15.72,均高于对应的Knudsen扩散分离因子,H2在膜材料中的输运主要遵循活化扩散机理.在250℃水蒸气物质的量摩尔分数为5%的环境中陈化200h后,异丁基修饰的SiO_2膜具有良好的水热稳定性.

SIFSIX-3-Ni膜的制备及氢气分离性质

利用(NH4)2SiF6修饰大孔玻璃基底后,在溶剂热条件下制备了SIFSIX-3-Ni膜,并研究了温度和浓度对制备SIFSIX-3-Ni膜的影响.能谱分析(XPS)结果表明大孔玻璃表面引入了氟元素. SIFSIX-3-Ni膜的粉末X射线衍射(PXRD)峰位置和模拟结果一致,表明成功制备出SIFSIX-3-Ni膜.从扫描电子显微镜(SEM)照片中观察到膜连续均匀,厚度约为20μm.热重分析(TGA)结果表明,活化前的膜没有客体分子.单组分测试结果表明,膜的H2, CO2和N2渗透量分别为6.83×10^-6, 7.42×10^-7和8.89×10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1, H2/CO2和H2/N2的理想分离比分别为9.20和7.68.在连续测试5 h后, H2, CO2和N2渗透量基本保持不变,表明SIFSIX-3-Ni膜具有很好的稳定性.

钻孔石墨烯用于氢气和氮气分离的分子动力学模拟(英文)

利用分子动力学模拟方法,发现不同孔径的钻孔石墨烯对氢气和氮气有很好的分离性.当挖去了10个碳原子,孔径为0.3725 nm时,分离效率可以达到100%.由结果可以预见,钻孔石墨烯将会在气体分离和纯化方面有应用潜力.

微孔二氧化硅氢气分离膜研究进展

作为宇宙中储量最多的元素，氢是极具应用潜力的能源载体，因而透氢分离膜材料的研究引起了极大的关注。综述了微孔二氧化硅透氢膜的制备、氢气渗透、分离效果以及水热稳定性的研究现状。