一种同分异构体烷烃气体膜分离装置的制作方法

1.本实用新型涉及膜分离技术领域，更具体地说，是涉及一种同分异构体烷烃气体膜分离装置。


背景技术：

2.同分异构体烷烃分离是石油化工、煤化工等领域重要的分离过程，同时也是化工行业的能耗大户。同分异构的烷烃化合物，一般沸点都较为接近，通过精馏等技术能耗高，装置也较为庞大复杂。膜分离过程则利用了同分异构体分子动力学直径的差异来实现分离，该过程无相变，能耗低，较精馏等工艺科节省能耗50％
‑
70％，且设备占地小，易于维护，具有极大得我应用潜能。
3.目前，同分异构体烷烃膜分离技术还处于实验室阶段，未进行放大实践。在进行中试放大设计时，由于膜组件数量多，在装置出现异常时，难以判定出现异常的膜组件位置。因此，出现异常时，需要将装置停车，对膜组件进行检测；更换膜组件时，也须在停车状态下进行。该方法效率低，且难以实现装置的连续运行。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种同分异构体烷烃气体膜分离装置，本实用新型提供的同分异构体烷烃气体膜分离装置能够实现对单个膜组件分离性能的实时监测，并且在更换膜组件时，可不停车更换，保证了装置运行的连续性，为大规模膜分离同分异构体烷烃工业化提供了示范作用。
5.本实用新型提供了一种同分异构体烷烃气体膜分离装置，包括：
6.依次相连的减压阀a、换热器a、质量流量计a、减压阀b、换热器b、压力传感器a、温度传感器a、膜组件a、膜组件b、膜组件c、压力传感器b、温度传感器b、背压阀、缓冲罐、增压泵、压力传感器d和储罐；膜组件a的上端设有球阀a，膜组件b的上端设有球阀b，膜组件c的上端设有球阀c；膜组件a的下端设有球阀d，膜组件b的下端设有球阀e，膜组件c的下端设有球阀f；
7.分别与球阀a、球阀b和球阀c依次相连的质量流量计b、质量流量计c、压力传感器c、针阀a和真空泵；质量流量计c分别与球阀d、球阀e和球阀f相连；真空泵与缓冲罐相连。
8.优选的，所述减压阀a的进气端与引出混合丁烷的车间侧线出口相连。
9.优选的，所述储罐的气体出口与车间原料储罐的进气口相连。
10.优选的，所述同分异构体烷烃气体膜分离装置还设有导热油加热器，用于对换热器a、换热器b、膜组件a、膜组件b、膜组件c进行油浴加热。
11.优选的，所述温度传感器b和背压阀之间的设有球阀g，用于渗余气样品的取样。
12.优选的，所述真空泵与缓冲罐之间的设有球阀h，用于渗透气样品的取样。
13.优选的，所述膜组件a和膜组件b之间设有球阀i。
14.优选的，所述膜组件a和压力传感器b之间设有球阀j。
15.优选的，所述膜组件b和膜组件c之间设有球阀k。
16.优选的，所述膜组件b和压力传感器b之间设有球阀l。
17.本实用新型提供了一种同分异构体烷烃气体膜分离装置，包括：依次相连的减压阀a、换热器a、质量流量计a、减压阀b、换热器b、压力传感器a、温度传感器a、膜组件a、膜组件b、膜组件c、压力传感器b、温度传感器b、背压阀、缓冲罐、增压泵、压力传感器d和储罐；膜组件a的上端设有球阀a，膜组件b的上端设有球阀b，膜组件c的上端设有球阀c；膜组件a的下端设有球阀d，膜组件b的下端设有球阀e，膜组件c的下端设有球阀f；分别与球阀a、球阀b和球阀c依次相连的质量流量计b、质量流量计c、压力传感器c、针阀a和真空泵；质量流量计c分别与球阀d、球阀e和球阀f相连；真空泵与缓冲罐相连。与现有技术相比，本实用新型提供的同分异构体烷烃气体膜分离装置通过多个膜组件串联，扩大了处理量；并通过在膜组件两端同时设置真空管路及球阀，可实现对单个膜组件分离性能的实时监测；同时，在气体渗余侧设置球阀和支路，在更换膜组件时，可不停车更换，保证了装置运行的连续性；本装置构造简单、经济实用、操作方便，通过本装置的设计，为大规模膜分离同分异构体烷烃工业化提供了示范作用。
附图说明
18.图1为本实用新型提供的同分异构体烷烃气体膜分离装置的结构示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.本实用新型提供了一种同分异构体烷烃气体膜分离装置，包括：
21.依次相连的减压阀a、换热器a、质量流量计a、减压阀b、换热器b、压力传感器a、温度传感器a、膜组件a、膜组件b、膜组件c、压力传感器b、温度传感器b、背压阀、缓冲罐、增压泵、压力传感器d和储罐；膜组件a的上端设有球阀a，膜组件b的上端设有球阀b，膜组件c的上端设有球阀c；膜组件a的下端设有球阀d，膜组件b的下端设有球阀e，膜组件c的下端设有球阀f；
22.分别与球阀a、球阀b和球阀c依次相连的质量流量计b、质量流量计c、压力传感器c、针阀a和真空泵；质量流量计c分别与球阀d、球阀e和球阀f相连；真空泵与缓冲罐相连。
23.请参阅图1，图1为本实用新型提供的同分异构体烷烃气体膜分离装置的结构示意图；图中标号：1.减压阀a，2.换热器a，3.质量流量计a，4.减压阀b，5.换热器b，6.压力传感器a，7.温度传感器a，8.膜组件a，9.膜组件b，10.膜组件c，11.球阀a，12球阀b，13.球阀c，14.球阀d，15.球阀e，16.球阀f，17.压力传感器b，18.温度传感器b，19.背压阀，20质量流量计b，21.质量流量计c，22.压力传感器c，23.针阀a，24.真空泵，25.缓冲罐，26.增压泵，27.压力传感器d，28.储罐，29.导热油加热器，30.球阀g，31.球阀h，32.球阀i，33.球阀j，34.球阀k，35.球阀l。
24.在本实用新型中，所述减压阀a的进气端与引出气体的车间侧线出口相连；所述同
分异构体烷烃组成优选为正丁烷和异丁烷，其中异丁烷的质量分数优选为30％～90％。之后，减压阀a的出气端依次与换热器a、质量流量计a、减压阀b、换热器b、压力传感器a、温度传感器a、膜组件a、膜组件b、膜组件c、压力传感器b、温度传感器b、背压阀、缓冲罐、增压泵、压力传感器d和储罐相连。在本实用新型中，所述储罐的气体出口与车间原料储罐的进气口相连。在此基础上，实现该同分异构体烷烃气体膜分离装置的整体串联结构；其中，膜组件a、膜组件b、膜组件c同样采用串联连接，各膜组件内使用的膜优选为mfi分子筛膜。
25.在本实用新型中，所述减压阀a的作用是降低车间物料的压力；车间侧线物料经减压阀a后的压力优选为0.5mpa～0.7mpa，其物相为液相。
26.在本实用新型中，所述换热器a的作用是将液相物料进行汽化；经换热器a加热后，气体温度优选为40℃～50℃。
27.在本实用新型中，所述质量流量计a的作用是控制进入膜组件的物料流量；流量计a的流速优选设定为15l/min～25l/min。
28.在本实用新型中，所述换热器b的作用是将气体加热至运行温度；膜组件内气体温度的设定方法优选为通过设置导热油加热器的输出温度并根据温度传感器b的示数进行调整；所述换热器出口温度优选设定为60℃～100℃。
29.在本实用新型中，所述背压阀的作用是保持膜组件内渗余侧气体的压力；本实用新型通过调整背压阀的开度，根据压力传感器b的示数进行调整；所述膜组件内压力优选为0.05mpa～0.15mpa。
30.除此之外，膜组件a的上端设有球阀a，膜组件b的上端设有球阀b，膜组件c的上端设有球阀c；膜组件a的下端设有球阀d，膜组件b的下端设有球阀e，膜组件c的下端设有球阀f；在上述球阀a～f的控制下，本实用新型设计出针对膜组件a、b、c的分路；该分路最终连接到缓冲罐；具体包括：分别与球阀a、球阀b和球阀c依次相连的质量流量计b、质量流量计c、压力传感器c、针阀a和真空泵，同时所述质量流量计c分别与球阀d、球阀e和球阀f相连；所述真空泵与缓冲罐相连，实现使该分路最终连接到缓冲罐。
31.在本实用新型中，所述真空泵优选为无油真空泵，避免对气体的污染，并有利于气体的收集。在本实用新型中，所述真空泵的作用是使膜组件渗透侧保持低压，为膜分离过程提供驱动力，同时将渗透气输送至系统外；所述膜组件渗透侧真空度的设定方法优选为通过调整针阀a的开度，根据压力传感器c的示数进行调整；渗透侧的压力优选为8kpa～12kpa。本实用新型所涉及的压力值均为表压。
32.在本实用新型中，所述同分异构体烷烃气体膜分离装置优选还设有导热油加热器，用于对换热器a、换热器b、膜组件a、膜组件b、膜组件c进行油浴加热；在此基础上，各换热器、膜组件均采用油浴加热，导热油由所述导热油加热器提供并循环使用，以符合防爆要求，减少了安全隐患。
33.在本实用新型中，所述温度传感器b和背压阀之间的设有球阀g，用于渗余气样品的取样；所述真空泵与缓冲罐之间的设有球阀h，用于渗透气样品的取样；即本实用新型的产品取样方法具体为：渗余气样品可在球阀g处取得，渗透气样品可在球阀h处取得。
34.在本实用新型中，所述膜组件a和膜组件b之间设有球阀i；所述膜组件a和压力传感器b之间设有球阀j；所述膜组件b和膜组件c之间设有球阀k；所述膜组件b和压力传感器b之间设有球阀l。
35.本实用新型在各膜组件两端均设置了抽真空气路，可实现单个膜组件的渗透量监控，当系统的通量异常时，可不停车逐个膜组件验证排查出出现异常的膜组件；并且，在更换膜组件时，可关闭与下一膜组件联通的球阀，打开通往渗余气收集罐的球阀，将须更换的膜组件从系统内抽出，同时可不停车，保证装置持续运行。
36.本实用新型提供了一种同分异构体烷烃气体膜分离装置，包括：依次相连的减压阀a、换热器a、质量流量计a、减压阀b、换热器b、压力传感器a、温度传感器a、膜组件a、膜组件b、膜组件c、压力传感器b、温度传感器b、背压阀、缓冲罐、增压泵、压力传感器d和储罐；膜组件a的上端设有球阀a，膜组件b的上端设有球阀b，膜组件c的上端设有球阀c；膜组件a的下端设有球阀d，膜组件b的下端设有球阀e，膜组件c的下端设有球阀f；分别与球阀a、球阀b和球阀c依次相连的质量流量计b、质量流量计c、压力传感器c、针阀a和真空泵；质量流量计c分别与球阀d、球阀e和球阀f相连；真空泵与缓冲罐相连。与现有技术相比，本实用新型提供的同分异构体烷烃气体膜分离装置通过多个膜组件串联，扩大了处理量；并通过在膜组件两端同时设置真空管路及球阀，可实现对单个膜组件分离性能的实时监测；同时，在气体渗余侧设置球阀和支路，在更换膜组件时，可不停车更换，保证了装置运行的连续性；本装置构造简单、经济实用、操作方便，通过本装置的设计，为大规模膜分离混合丁烷工业化提供了示范作用。
37.为了进一步说明本实用新型，下面通过以下实施例进行详细说明。
38.实施例1
39.针对同分异构体烷烃的分离过程，采用上述技术方案限定的同分异构体烷烃气体膜分离中试装置，具体工作过程如下：
40.车间侧线出口引出的混合丁烷(混合丁烷组成为正丁烷和异丁烷，其中异丁烷的质量分数为60％)依次经减压阀a(1)(压力为0.6mpa，物相为液相)、换热器a(2)(温度为45℃)气化后、经质量流量计a(3)设定流速为20l/min、减压阀b(4)进入换热器b(5)，换热器将气体加热到设定温度(90℃)后，经压力传感器a(6)、温度传感器a(7)依次进入串联的膜组件a(8)、膜组件b(9)、膜组件c(10)，膜组件内压力为0.1mpa，膜组件a、b、c两端均安装球阀(11～16)；
41.渗余气依次经压力传感器b(17)、温度传感器b(18)、背压阀(19)后进入缓冲罐(25)；
42.渗透气经质量流量计b(20)、质量流量计c(21)、压力传感器c(22)、针阀a(23)，由真空泵(24)抽送至缓冲罐(25)；渗透侧的压力为10kpa；
43.缓冲罐(25)内的气体则由增压泵(26)经压力传感器d(27)输送至储罐(28)；储罐(28)内的气体返回至车间原料储罐。
44.本实用新型的有益效果在于：设计了单个膜组件检测系统，可逐个膜组件进行检测；3个膜组件采用串联的形式连接，在膜组件两端均设置了抽真空气路，可实现单个膜组件的渗透量监控，当系统的通量异常时，可通过逐个膜组件验证排查出出现异常的膜组件；具体的，以膜组件a(8)为例，正常实验时将膜组件一端的球阀d(14)、球阀e(15)、球阀f(16)打开，即可进行实验；需检测单个膜组件a(8)时，将球阀d(14)关闭，打开球阀a(11)，读取质量流量计b(20)示数即可。
45.本实用新型的有益效果还在于：在进行更换膜组件时，可实现不停车更换；具体
的，在更换膜组件b(9)时，将球阀k(34)关闭，打开球阀l(35)；将膜组件b(9)卸下后，安装新的膜组件即可。
46.本实施例中，共更换了3次膜组件，装置连续运行了1000h，渗余气异丁烷浓度稳定在98％左右，渗透气正丁烷含量稳定在60％左右。
47.所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。