摘 要
介紹中空纖維氮氫膜分離技術的應用情況；從技術來源、工藝路線、生產運行等方面進行總結；并對其技術經濟指標作了分析。
關鍵詞
中空纖維 氮氫膜 分離我廠合成氨生產能力10.5萬噸/年，尿素生產能力12萬噸/年，碳銨生產能力20萬 噸/年，另有一套5萬噸/年復合肥生產裝置和兩套1萬噸/年聯醇裝置。我廠于1997年7月采用中空纖維氮氫膜分離技術從塔后放空氣中回收氫氣。回收后的氫氣（滲透氣）返回合成氨裝置，用于增產氨。尾氣（非滲透氣）送造氣崗位經燃燒爐燃燒進行余熱回收，來生產低壓蒸汽，供造氣系統使用。
中空纖維氮氫膜分離裝置簡介
綜述
我廠中空纖維氮氫膜分離裝置是由中國科學院大連化學物理研究所，依據我廠的工況條件而提供的。該技術是利用氨合成時的高壓作為氮氫膜分離的推動力。本裝置分為予處理和膜分離兩部分。予處理包括放空氣的凈化（除氨）和加熱；膜分離用于分離和提濃氫氣，氮氫膜分離器是裝置的主體，它是由內裝數以萬計中空纖維絲的幾個分離器所組成。
工藝流程
來自合成系統的放空氣（簡稱原料氣）經氣動薄膜調節閥減壓至10.5~12.5MPa，由塔底進入凈氨塔，在塔中與高壓水泵打進的脫鹽水在填料層中逆流接觸，使進入氮氫膜前的原料氣中的氨含量降至200ppm以下。氣相中的氨被水吸收后可制得8％以上的稀氨水，由塔底排出，經調節閥送至碳化崗位，用于碳銨生產。凈氨后的原料氣由塔頂排出，先進氣液分離器除去夾帶的霧沫。為避免原料氣中飽和水汽在膜的表面上形成水霧而影響膜的滲透率，出分離器的原料氣再經過一個套管加熱器，用蒸汽將原料氣加熱到40~50℃后，經調節閥進入串聯的氮氫膜分離器組進行氣體分離。把每根分離器分離出的氫氣匯集于連通管內，經調節閥減壓后，送入壓縮機三入總管。從最后一個分離器出來的尾氣，需經調節閥減壓后送造氣余熱回收。
主要設備
表1 主要設備一覽表
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序號
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名稱
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規格及型號
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數量
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備注
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1
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氮氫膜分離器
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φ100×3000 (mm)
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5
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2
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凈氨塔
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φ325×6000 (mm)
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1
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絲網波紋填料
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3
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氣液分離器
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φ245×3000×20 (mm)
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1
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4
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套管加熱器
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φ108×1060×4 (mm)
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1
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5
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空氣貯罐
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φ1000×600×8 (mm)
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1
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自制
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6
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脫鹽水貯槽
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φ1000×1500×8 (mm)
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1
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自制
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7
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高壓往復泵
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3DP1
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2
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N＝4KW
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運行費用
本裝置的運行費用主要是設備折舊費，設備維修費，人工工資及電費、水費。氮氫膜使用壽命在五年以上，按五年計算。其它設備按十年計算，設備維修費一般按固定資產的4.5％計算。根據該裝置自動化程度高的特點，配操作工4人，計算依據為：每人每月工資450元；電價0.35元/kwh；脫鹽水成本2.1元/m3。
設備折舊費：
(50′ 2)÷10＋57÷10＝15.7萬元/年
設備維修費：
57×4.5％＝2.6萬元/年
人工工資：
450×4×12＝21600元/年＝2.16萬元/年
水費:
2.1×0.78×24×310=12187元/年＝1.22萬元/年
合計:15.7＋2.6＋2.16＋1.04＋1.22＝22.72萬元/年
經濟效益分析
1 增產的合成氨
按我廠合成放空氣量1900Nm3/h計，滲透氣中氫回收率按88％計，則每年可增產合成氨為：1900×0.58×88％×24×310÷1976＝3651噸/年按目前價格1400元/噸氨計,新增產值達511萬元.
2 回收的氨
由于本裝置中N2-H2膜對氨的嚴格要求,予處理部分可將合成放空氣中的氨全部回收,制取的稀氨水送至碳化崗位,用于碳銨生產。放空氣中氨含量按3.5％計，每年可回收的氨為：1900×3.5％×17÷22.4×10-3×24×310＝375噸/年新增產值52.5萬元。
3 節能效果
氮氫膜分離裝置投運后，通過加大放空氣量，來降低系統中惰性氣體含量，提高氨合成率，合成系統壓力下降了2~3MPa，6KV高壓的循環機電流下降10A，壓縮機功耗的降低，使噸氨電耗下降達30kwh，電費按0.35元/kwh計，我廠10.5萬噸/年合成氨生產能力，年節電315萬kwh，價值達110萬元。
綜上所述，年凈創收為673.5-22.72=650.78萬元。經濟效益十分顯著。
