一、前言
渣油轻质化是有效地利用石油资源、满足市场对轻质和中间馏分油不断增长需求的重要途径，自20世纪90年代后期以来，随着环保条例的日益严格，渣油加氢工艺受到愈来愈多的关注，但是随着加氢规模的日益扩大，炼厂对氢气的需求量也越来越大，氢气资源变得尤为重要。气体半渗透性膜分离技术的工业化始于20世纪40年代的第二次世界大战期间，膜分离系统是利用一种高分子聚合物薄膜来选择“过滤”进料气而达到分离气体的目的。膜分离法是不伴随相变化的节能式分离法，其基本原理是利用由于不同的气体组分在高分子聚合物中的溶解扩散速率不同，因而在膜两侧产生分压差，在这个分压差的作用下导致其渗透通过纤维膜壁的速率不同而分离。推动力（膜两侧相应组分的分压差）、膜面积及膜的分离选择性，构成了膜分离的三要素。依照气体渗透通过膜的速率快慢，可把气体分成“快气”和“慢气”。常见气体中，H2O、H2、 He、H2S、CO2等称为“快气”；而称为“慢气”的则有的CH4及其它烃类、N2、CO、Ar等。 1.膜回收设施的应用
渣油加氢脱硫装置采用固定床渣油加氢技术，主要任务是脱除渣油中的硫、氮和金属等杂质，降低残炭值，为下游催化裂化装置提供优质原料。加氢处理过程中提高系统的氢分压既可以提高加氢反应速度， 改善产品质量，又可以抑制焦炭生成，降低催化剂失活速度，提高装置运转周期，所以在设备和操作允许的范围内，应尽量提高反应器系统的氢分压。本装置反应器入口压力在操作初期和末期分别达到19.4MPa和19.8MPa，处于较高水平，所以提高系统氢纯度对氢分压的影响较大，为了保证系统的氢纯度要求，反应器系统要外排部分循环气，以释放系统运行期间累积的CH4等轻烃组分，设计外排释放气的量在操作初期和末期分别为3257NM3/h和32007NM3/h，这部分气体中初期和末期氢纯度分别达到92%和90%，如果不加以合理回收利用，氢气资源将大量被浪费掉。装置对这部分释放气采用膜分离技术进行氢气回收，回收后的氢气由压缩机压缩后返回反应系统使用，合理利用氢气，同时降低了装置的氢气消耗，
节约氢气。
2.膜回收设施工艺流程简述
膜分离的工艺流程非常简单，可分
为预处理和膜分离两部分。混合气体进
入膜分离器壳程后，沿纤维外侧流动，
维持纤维内外两侧在一适当的压力差，
则气体在分压差的驱动下，“快气”
（氢气）选择性地优先透过纤维膜壁在
管内低压侧富集而作为渗透气（产品
气）导出膜分离系统，渗透速率较慢的
气体（烃类）则被滞留在非渗透气侧，
压力几乎跟原料气的相同，经减压冷却
后送出界区。
对RHDS装置富含氢气的循环气释放
气进入膜分离界区，首先进入原料气预
冷器，将原料气温度冷却至43℃以下，渣油加氢
接着进入除雾器，除去大部分可冷凝的
液体和粒子，一液位变送器对除雾器的
液位实行液位指示、报警及联锁，除
雾器出来的气体进入两个串联的凝结型
联合过滤器，以进一步除去油雾及大于
0.01mm的粒子（两组并联便于更换过滤
器芯件），然后用一个加热器将原料气
加热至83℃，使原料气远离露点，以不
至于因氢气渗透后滞留气烃类含量升高
冷凝形成液膜而影响分离性能，用蒸汽
调节阀与温度变送器联合实现原料气温
度的调节、指示、报警及联锁，加热过
的气体经一管道过滤器进入膜分离器组
进行分离，在低压侧得到氢气纯度较高
的渗透气，非渗透气经减压后送到装置
低压脱硫系统。
该系统设计有一个联锁导流阀，
对膜分离器进行保护。当下列条件满足
时，导流阀将关闭以保护膜分离器：
A．除雾器高液位，LSHH；
B．原料气高、低温度，TSHH、
TSLL；
C．膜分离器两侧高压差；
D．紧急停车。
整个膜分离系统基本上无运动部
件，控制回路及监控点少，开停车方便
快捷，甚少维修，开工率极高。简单的
流程示意图如下：
三、膜回收设施设计情况
1.膜回收设施的设计数据
本装置设计外排释放气量在操作初
期和末期分别为3257NM3/h和32007NM3/
h，流量变化范围大，所以要求膜回收设
施在流量及压力变化时也能正常运行。
针对这个特点膜回收设施设计有4个大的
和2个小的膜分离器，随着流量变化，要
相应地增减膜分离器的投用数量或调整
操作压力。
针对工艺包中PFD物料数据表中的
要求，经与膜分离供应商的技术交流，
最终装置膜回收设施的设计数据如下：
表1膜回收设施设计进料及产品
数据（SOR/EOR）
从上表可以看出，在运转初期氢气
的回收率达到91%，运转末期氢气回收
率达到91.5%，氢纯度均达99%以上，完
全可以满足保持系统氢分压的要求，并
且设计的膜回收设施满足低负荷(SOR)下
正常操作，在高负荷(EOR)下操作弹性高
限为120%。正常操作条件下，膜的使用
寿命在十年以上。设计模拟结果表明，
对于渣油加氢脱硫装置释放气的氢气回
收处理来说，膜分离技术完全可以满足
技术要求。
2.回收效益分析
膜回收设施对反应器释放气中的H2
组分回收率达到90%以上，按每个操作
周期运行330天计算，可回收氢气约4000
吨，节约了大量的氢气，使装置氢耗下
降了0.1个百分点，提高了装置在同类装
置中的竞争力。
四、结束语
渣油加氢脱硫装置反应器释放气采
用膜分离技术回收氢气，在保证了反应
系统氢分压要求的基础上，进一步回收
了宝贵的氢气资源，实现了炼厂氢气的
全程合理利用，并且膜分离的操作及维
护费用低，使用寿命长，具有很好的使
用价值。
参考文献：
[1]《加氢处理工艺与工程》，中国石化出版社，
李大东主编。
[2]《含硫原油加工技术》，中国石化出版社，张
德义主编。
膜分离技术在氢气回收中的应用
邵振福1 张绍武2 1.大连天邦工程技术有限公司；2.大连欧科膜技术工程有限公司
【摘 要】介绍了渣油加氢脱硫装置应用膜分离技术，回收反应部分释放气中的H
2组分。膜设施对H
2
的回收率保持在90%以上，每个操作周期可以回收约
4000吨H
2
组分。
【关键词】释放气；膜；分离
项目原料气产品气尾气
流量NM/h3257/320072738/26662518/5354
温度℃614074.6/67.2
压力
MPa(g)
16.71 4.137≮1.1
组成Mol%
H91.48/90.0699.03/99.0151.82/45.79
H O0.11/0.12ppm0.08/0.0880/52ppm
NH0/41ppm0/47ppm0/3ppm
H S0/41ppm0/19ppm0/0.02
C 6.22/6.510.74/0.7135.19/35.44
C 1.28/1.840.1/0.127.56/10.41
C0.59/0.950.03/0.05 3.55/5.6
C0.22/0.390.01/0.02 1.36/2.27
C+0.09/0.0846/39ppm0.52/0.47
47
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