CN103342623A

CN103342623A - 一种中空纤维膜接触器分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔的方法及系统

Info

Publication number: CN103342623A
Application number: CN2013101632235A
Authority: CN
Inventors: 郭瑞丽; 王晓旭; 张建树; 张晓鹏
Original assignee: Shihezi University
Current assignee: Shihezi University
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2013-10-09

Abstract

一种中空纤维膜接触器分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔的方法及系统，属于膜吸收法分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔技术，该方法能够有效脱除混合气中乙炔气，从而达到分离纯化乙炔气的目的。裂解气通过减压阀进入中空纤维膜接触器膜内管程，与通过壳程的吸收液接触，乙炔气被吸收，吸收液经过膜接触器后进入解析塔，在高温下被解析，释放出乙炔，解析后的吸收液经过吸收液储槽，在吸收剂泵加压下进入吸收液换热器，将解析液冷却到室温，再进行循环利用。本方法可避免塔设备存在的液泛，雾沫夹带，鼓泡等问题，提供了更大的气液接触面积，更有利于两相之间进行传质，操作简单，尺寸易于控制，具有很好的应用前景。

Description

一种中空纤维膜接触器分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔的方法及系统

技术领域

本发明属于膜吸收法分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔气技术，具体涉及一种中空纤维膜接触器分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔的方法及系统。

背景技术

乙炔，俗称风煤，电石气，是一种重要的基本有机化工原料，可用于生产氯乙烯，丙烯腈等大宗化学品，还可以用于金属加工，焊接和切割等，曾有“有机化工之母”的美誉。

目前生产乙炔的工业方法主要有：电石法、甲烷部分氧化法、石油裂解法，另外有等离子体裂解煤法。

新型等离子裂解煤制乙炔技术克服了电石法和甲烷部分氧化法等传统工艺的许多缺点，具有流程短、反应和换热设备小、从根本上解决“三废”污染问题洁净转化的优点，且其单位电耗比电石法低30％～40％。从而等离子体裂解煤制乙炔是煤直接转化的一条有效途径，是一种可取代传统电石法制乙炔的潜在新工艺。

等离子裂解煤制乙炔反应过程中，根据煤在等离子体射流中裂解反应可知淬冷后乙炔热力学平衡组成为34％，副产大量H₂、烯烃烷烃(CH₄、C₂H₄、C₂H₆等)、CO、CO₂和极少量的硫化氢、羰基硫和磷化氢等气体混合物。因此从等离子裂解煤混合气中分离提纯乙炔气是下游工艺开展的前提和关键。

目前采用的变压吸附法对乙炔进行分离，即使采用国内最先进的变压吸附方法也只能将裂解气中乙炔的体积分数由10％左右提高到50％～60％，无法达到原料乙炔纯度99％以上的PVC生产要求；在工业上主要应用塔设备进行吸收分离，乙炔纯度可以达到99％以上，但设备占地面积大，安装不灵活，工艺操作复杂等，同时采用塔设备进行分离纯化乙炔时，气液两相直接接触，存在液泛，雾沫夹带，沟流，鼓泡等问题。

采用中空纤维膜接触器对气体进行分离纯化时，气体通过微孔在膜壁与吸收剂接触，气液两相不混溶，可以避免塔设备进行气体分离时存在的缺点，同时中空纤维膜接触器具有操作简单，可提供较大的气液接触面积，可以规模化操作，可以独立控制气液相流速等优点。

发明内容

本发明提供一种中空纤维膜接触器分离纯化乙炔的方法及系统，气体通过减压阀进入到膜接触器膜内管程，液体走膜外壳程与通过微孔到达膜壁的气体接触，从而对乙炔气进行吸收，吸收后的吸收液通过解析塔进行解析，将乙炔解析出来，再将吸收液进行冷却后再次进行循环利用。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

使用中空纤维膜接触器分离纯化等离子体裂解煤混合气中的乙炔气，将混合气通过减压阀进入中空纤维膜接触器的管程，平均流速为0.237～0.4739m/s；混合气通过中空纤维膜的微孔到达膜壁，与通过中空纤维膜壳程的吸收液接触，乙炔气被吸收剂吸收，吸收液的流速为0.00361～0.01672m/s，在吸收过程中气液两相不发生混溶，同时气液两相压力分别控制在膜的泡点压力范围之内，使气体不在液相中形成气泡，同时膜不被润湿。吸收液经过中空纤维膜接触器，完成吸收后到达解析塔，在温度为160～170℃的条件下进行解析，将乙炔释放再生，再生后的吸收液经过换热器冷却到室温后通过隔膜泵将吸收液循环利用。

在吸收过程中吸收剂为N-甲基吡咯烷酮，本法脱除乙炔的效率达到90％～99.77％。与塔设备脱除乙炔的方法相比，中空纤维膜接触器脱除乙炔能使气液两相分别稳定的维持在膜的内外两侧，气液两相通过微孔在膜壁接触，不混溶并且可以提供更大的气液接触面积，是一种全新的，更加有效的传质方法，可以有效地避免液泛，雾沫夹带，沟流，鼓泡等现象。

附图说明

图1是聚四氟乙烯中空纤维膜分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔的工艺流程图

图2是膜组件示意图

具体实施方式

如图1所示，中空纤维膜接触器分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔系统包括中空纤维膜接触器1、加热槽2、解析塔3、解析液储槽4、吸收液储槽5、吸收剂泵6、吸收液换热器7。将含乙炔体积分数为7％～10％的等离子体裂解煤混合气通过减压阀在流量控制元件控制下送入到中空纤维膜接触器，混合气在中空纤维膜管程流动，平均流速为0.237～0.4739m/s；吸收剂在膜的壳程流动，流速为0.00361～0.01672m/s，吸收剂与通过中空纤维膜微孔到达膜壁的混合气接触，通过氢键与乙炔气结合，从而将乙炔气脱除；富含乙炔的吸收液经过加热槽加热到160～170℃后在解析塔进行解析，将乙炔释放再生，再生后的吸收液进入到解析液储槽，经过吸收液储槽，在吸收剂泵加压下进入吸收液换热器，将解析液冷却到室温后再进行循环利用。中空纤维膜接触器膜材料为亲水性材料如壳聚糖，或极疏水性的材料如聚四氟乙烯，吸收液为N-甲基吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺。

本法采用中空纤维膜接触器分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔，由于在吸收过程中，气液两相分别稳定的在膜内外侧流动，不发生混溶，因此避免了塔设备吸收乙炔过程中存在的雾沫夹带，液泛，沟流等问题。同时该工艺混合气中乙炔的脱除率可达到90％～99.77％，系统较易放大，操作简单，占地面积小，非常适合分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔，是一种很有前途的分离纯化乙炔的方法。

如图2所示，中空纤维膜接触器具有壳体11，壳体内装有中空纤维膜10，壳体底部设有气体进口13，顶部设有气体出口9，壳体底部侧面设有吸收液出口12，壳体顶部侧面设有吸收液进口8。等离子体裂解煤混合气在中空纤维膜接触器膜内管程流动，吸收液在膜外壳程流动。中空纤维膜接触器的内部每根膜内径为1mm～0.8mm，壁厚为1.3mm～1.5mm，膜丝的表面孔径为0.22μm～4.55μm，孔隙率＞52％，填充率为26％～37％。

Claims

1.一种中空纤维膜接触器分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔的方法及系统，其特征在于将含乙炔体积分数为7％～10％的等离子体裂解煤混合气通过减压阀送入到中空纤维膜接触器，混合气在中空纤维膜管程流动，平均流速为0.237～0.4739m/s；吸收剂在膜的壳程流动，流速为0.00361～0.01672m/s，吸收剂与通过中空纤维膜微孔到达膜壁的混合气接触，通过氢键与乙炔气结合，从而将乙炔气脱除；富含乙炔的吸收液经过加热槽加热到160～170℃后在解析塔进行解析，将乙炔释放再生，再生后的吸收液进入到解析液储槽，经过吸收液储槽，在吸收液泵加压下进入吸收液换热器，将解析液冷却到室温后再进行循环利用。

2.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜接触器分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔的方法及系统，其特征在于吸收液为N-甲基吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺，其操作温度为室温。

3.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜接触器分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔的方法及系统，其特征在于所说的中空纤维膜接触器材料为亲水性材料如壳聚糖或极疏水性材料如聚四氟乙烯。

4.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜接触器分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔的方法及系统，其特征在于它具有中空纤维膜接触器[1]，中空纤维膜接触器依次与加热槽[2]、解析塔[3]、解析液储槽[4]、吸收液储槽[5]、吸收剂泵[6]、吸收液换热器[7]相连，气体压力调节阀依次与中空纤维膜接触器[1]、减压阀相连。

5.根据权利要求4所述的一种中空纤维膜接触器分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔的方法及系统，其特征在于所说的中空纤维膜接触器具有壳体[11]，壳体内装有中空纤维膜[10]，在壳体顶端为气体出口[9]，低端为气体进口[13]，在壳体顶端侧面为液相进口[8]，壳体低端侧面为液相出口[12]。

6.根据权利要求5所述的一种中空纤维膜接触器分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔的方法及系统，其特征在于所说的中空纤维膜接触器内每根中空纤维膜内径为1mm～0.8mm，壁厚为1.3mm～1.5mm，膜丝的表面孔径为0.22μm～4.55μm，孔隙率＞52％，填充率为26％～37％。

7.根据权利要求5所述的一种中空纤维膜接触器分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔的方法及系统，其特征在于中空纤维膜接触器中的中空纤维膜通过环氧树脂胶封装。

8.根据权利要求4所述的一种中空纤维膜接触器分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔的方法及系统，其特征在于所说的解析塔，运行温度为160～170℃。

9.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜接触器分离纯化等离子体裂解煤混合气中乙炔的方法及系统，其特征在于中空纤维膜接触器的运行模式为不润湿模式，可通过调节气体流量控制元件，气体压力阀以及吸收液流量控制元件使气液两相压力维持在中空纤维膜组件的泡点压力范围，实现膜组件的不润湿模式。