《天然气化工工艺学》教学课件教案讲义PPT-第08章 天然气物理加工技术.ppt

聚合膜的渗透过程（续） (8.3.2) 当二元混合物渗透通过某一膜时，二种气体渗透常数不同，单位时间，单位面积透过量不同，反映这种差异程度的参数为分离系数。 P(P=DS)称为气体渗透常数，它是扩散系数和溶解度之积。对于一定的气体－聚合物，P为常数。 因气体在聚合膜中的溶解度服从亨利定律，即气体在膜中溶解质量分数ξ与此气体在气相中的分压力P成正比，其比例系数称溶解度S，即ξ＝SP，所以 * 二元混合物分离系数 (8.3.3) 如果αA/B=1，则yLA=yHA，yLB=yHB，表示完全不能分离气体； 如果αA/B1，则yLAyHA，yLByHB，表示A组分易渗透，而B组分难渗透； 如果αA/B1，则yLAyHA，yLByHB，表示A组分难渗透，而B组分易渗透； * 分离器低压侧分离组分的浓度 (8.3.4) A，?分别为膜的有效面积和有效厚度。令操作压力比pL/pH=? (8.3.5) 式中， F0?进料量，mol/s； F1?高压侧出口未透过气量，mol/s； F2?低压侧出口透过气量，mol/s； y0A?进料气中A组分的摩尔分数。 当A、B两组分进行渗透分离、经过一定时间后，在渗过侧A、B组分摩尔分数之比等于渗透量之比，即： * 分离器低压侧分离组分的浓度（续） (8.3.8) 由上式即可解出分离器低压侧分离组分的浓度。 (8.3.6) (8.3.7) 对分离器进出口作物料衡算可得： 令透过分率 ?＝F2/F0， 操作因子 ?＝?＋?－??，则可得到： * 8.3.3.2 膜分离制氦的膜材料和类型 薄膜渗透分离中的关键问题是膜的综合性能。工业上应用的薄膜必须具备以下要求：渗透率高，以保证产量并减少膜面积；对于所分离的组分具有高的选择性，即分离因子要尽量大以减少渗透级数，并使流程简化；具有化学、机械和热稳定性，使膜长期使用，性能不变。膜对气体的渗透性和选择性主要体现在渗透常数P上，渗透常数可通过试验求得。 为了使聚合膜适合气体分离要求，采用各种化学和物理处理方法以提高其选择和渗透性能。 薄膜的形式可考虑采用平膜和很细的中空纤维膜。两种膜形式最大不同点是： 中空纤维膜在耐压容器中的膜面积(膜的填充密度)非常大操作压力低(0.3MPa)。 * 中空纤维膜 中空纤维膜系采用直径为15～100μm 的空心纤维，混合气从供气口导入加压室，被分离的气体组分透过中空纤维膜，经纤膜内孔集于透过室中，再由取气口收集。加压室和渗透气室用隔板隔离。中空纤维的端都嵌在隔板上，使其在上述两室中不产生泄漏 。 图 8.9 PRISM分离器 * 1～4－压缩机；5～7－膜渗透器；8－气体洗涤器；9－干燥器 三级分离天然气制氦工艺 图 8.10 三级分离天然气制氦工艺示意图 * 8.3.4天然气膜分离制氦的工艺 各国对天然气膜分离法制氦研究很多，不断有新成果问世。美国Union Carbide公司用聚醋酸纤维平板膜分离器从天然气中提氦，经二级膜分离，氦浓度达82%左右。四川省化工研究所研制的聚碳酸酯中空纤维膜已用于威远天然气化工厂的粗氦精制。由于单级膜分离法所得氦的浓度不高，级数太多又失去了膜分离法经济的优点。 因此，将深冷分离方法和膜分离法结合起来的研究起来越多。如我国疏朝龙、庄震万及陈华、蒋国梁等都此进行了研究并得出了较好的结果。 * 《天然气化工工艺学》第8章 8 天然气物理加工技术 8.1 液化天然气技术 8.2 吸附天然气技术 8.3 天然气制氦 8.1 液化天然气技术 天然气物理加工技术包括天然气液化(liquefied natural gas， LNG)、吸附天然气(absorbed natural gas， ANG)以及通过低温冷凝和膜参透技术提取氦。 8.1.1概 述 (Introduction) 原料天然气经预处理，脱除C5+、H2S、CO2及水等组分和杂质后，经深冷到－162℃(在常压条件下)液化制成LNG。因LNG的体积仅为气态天然气的1/625，适合用船运输。 从天然气气田到用户的LNG工业系统见图8.1 * 图8.1 LNG工业系统简图 LNG工业系统总成本中原料天然气成本占15～20％，液化工厂(包括预处理、液化、装船等)成本占30～40％，LNG运输成本占10～30％(与运输距离有关)，接收站到用户成本占15～25％。 LNG工业系统 * 8.1.2 LNG装置的类型 (1) 调峰型 将天然气液化储存用于调节用气高峰，主要建设在远离天然气气源的地区。调峰有两种手段，一种是