一、 前言
长期以来，气体介质夹带液体杂质（特别是由于前面设备中或单元操作过程中形成的液雾）用传统方法很难分离，严重的影响了生产效率和产品质量。压缩机润滑油泄漏（包括有油活塞、喷油螺杆、甚至密封性能差的透平压缩机）使气体介质带油严重以及输送、传质等单元操作过程中形成液体雾化难以有效分离是化工生产的突出难题。合成氨生产中原料气中的油使变换（特别是全低变工艺）触媒、合成触媒中毒失效，油垢附着在管壁上或换热面上造成阻力增大、换热设备换热效率下降、能耗上升。带油的液氨进行深加工时易诱发重大事故。硝酸、硝铵生产中，氨气夹带的油类物质、硫化物使反应催化用的铂网中毒失效。合成氨生产中传统氨分不能彻底分离雾状的氨液和碳氨而使合成氨产量不能提高等等。而采用超滤技术及其高效、低阻、长寿命的过滤材料，并使用高性能的超高效气液分离装置可以解决这个问题。 二、 原理
研究证明，速度变化（重力沉降）形成的雾滴粒径多在100μm以上，压力变化形成的雾化粒子粒径在10μm~100μm，温度变化形成的冷凝粒子粒径在0.01~10μm，且形成的1μm粒子的重量百分比高达40%。其中极性粒子约为1~10μm以上，非极性粒子约为0.01~1μm。如图所示：
传统分离设备依靠惯性折转、旋流，重力沉降，丝网除沫方式，仅对10μm～100μm范围的液体粒子效果较好，而对于10μm以下的粒子分离效果较差，为有效分离10μm以下的小粒子，须采用超滤技术进行高效气液分离。各种分离技术适用情况一览表：
分离技术 | 适用范围 |
重力沉降 | 液体粒子种类 | 粒子直径 |
速度变化形成的大液滴 | ≥300μm |
离心式分离 | 雾化粒子（压力变化） | ≥10μm |
除沫器 | 较大的冷凝粒子和雾化粒子 | ≥1～5μm |
高效过滤分离 | 大部分冷凝粒子和雾化粒子 | ≥0.3～10μm |
凝聚式过滤分离 | 符号图形 冷凝粒子 | ≥0.01μm |
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超高效气液分离器为两级分离过滤装置，第一级滤材为烧结不锈钢丝毡，第二级滤材为三维超细玻璃纤维。该装置的核心部件第二级滤芯，主体材料为平均直径<1μm的超细玻璃纤维，其过滤属于以扩散、拦截、碰撞等综合机理共同作用的深层过滤，可有效捕集亚微米级粒子。滤芯为圆桶状组合滤床结构，滤床由预过滤层、超细纤维层、过渡层和重力沉降层组成，内设不锈钢网支撑架。气体由里向外流动，表面积逐渐扩大，成为区别传统滤芯与凝聚式滤芯的典型特征之一。呈悬浮状的液体、固体微粒进入主过滤层--超细纤维层，微小的油气溶胶粒子在密集纤维床的直接拦截、惯性碰撞与布朗运动等机理的综合作用下，被收集在一根根超细纤维丝上，并趋于集结、凝聚，最后随气体一起进入最外层的开孔型泡沫防扩散套。由于这个套具有很大的表面积和大量的蜂窝状孔隙，使凝聚长大的液滴汇集成液膜在重力沉降作用下落入集油槽排出，洁净的气体在低速下脱离滤芯汇集排出。
三、 结构性能
超高效气液分离装置是两种成功过滤技术与两类优良性能过滤材料的结合产物。预分离过滤器SF型采用国际最先进的具有超大容尘量和超低压差的不锈钢丝毡折叠滤芯，精密过滤 器MF型采用德国原装凝聚式除油/除液滤芯，具体组合方式视应用场合而定。预分离过滤器主要用于清除较大游离液体、固体微粒和保护精密滤芯，具有效率高、阻力小、超长寿命、可清洗再生的特点。精密过滤器可有效捕集亚微米级粒子以进一步提高过滤效率。设备主要性能指标如下表：
淮海工学院体育部 | 过滤精度 | 分离效率 | 残余含油量 | 初始阻力降 |
SF | 3μ夏普sh8298um | ≥99% | ≤5mg/m3 | 0.003MPa |
SF+MF | 0.01μm | ≥99.99% | ≤0.1mg/m3 | 0.012MPa |
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由于预过滤滤芯SF采用目前国际最先进的烧结不锈钢丝毡过滤介质，在相等精度、相同面积下比烧结粉末材料纳污能力高出3～6倍、透气性高出30～100倍。当用折叠式结构后，其过滤面积为圆桶式的4～6倍。滤芯连续工作时间（工作寿命）几乎比圆桶状烧结粉末滤芯高出十几倍甚至二三十倍。此外，由于该种材料强大的涡流能力和良好的表面渗流能力所表现出的高效气液分离效果，其主要性能指标及在系统中的重要性并不亚于后一级精密过滤器，对气体品质要求不高或投资有限的场合可以只用预过滤器一级过滤即可。
四、 应用
超高效气液分离装置可以用于石化、化工如合成氨、硝酸、甲醇生产中原料气的净化分离，天然气的开采、贮运及深加工，柴油加氢尾气回收等工艺过程，用于高效分离清除有害物质或高效回收有用物质，典型运用举例如下：
1.合成氨
1.1高压机后新鲜气油分离
用途：除去新鲜气中的油水尘等杂质，保护合成触煤、降低能耗。
应用举例：四川广宇化工股份有限公司在新鲜气管路上采用了两级高效过滤器，每年排放油水16.2吨为理论水量的92.36%，分离效率比原来的45～47%大大提高，自98年投产以来，一直运行良好。由于采用了超滤技术，大大改善了冷交换器的油污和积碳堵塞现象，进一步优化了操作条件，有效保护了合成塔触媒。该公司是合成氨原料气中最早使用超滤技术的用户，使用过程中，充分显示了超滤技术特点和强大生命力，使多年来长期得不到解决的合成氨新鲜气带油问题得到了解决，为合成氨工业全面推广应用该项技术开辟了一条成功道路。
1.2氨分离改造
用途：高效氨分离，从气体分离出雾状液氨，能降低入塔氨含量，降低能耗。直接经济效益明显。
应用举例：湖南湘氮实业有限公司利用其原高压氨分外筒，用超滤技术对内件进行改造，自2000年10月开始投入运行，取得很好的效果，透平循环机能正常运转，合成塔进口氨含量降低1.4%，年产量氨增加18768吨，增收3500多万元。
鹿回头传奇1.3循环机后油分离器
用途：除去气体中夹带的油水杂质，保护合成触煤，降低能耗。
应用举例：湖南湘氮实业，用于往复式循环机油分改造，自2001年1月投运以来，排放油水量明显比以前增加，合成触煤的寿命已由改造前的3个月左右，延长到现在的7-8个月，目前仍在高效低阻状态下运行。
1.4变换气后过滤器
用途：除去变换气中的油水杂质，保护变换触煤。
应用举例：陕西化肥厂在新鲜气压缩机三段出口采用了二级超滤过滤器，自2000年4月投产以来，每小时平均排油水100余公斤，有效保护低变触煤。
2.尿素op07
用途：除去CO2气体中的油污，降低能耗，提高产品质量。
应用举例：山东章丘第二化肥厂在CO2压缩机后使用了超滤过滤器，使用后发现，一、二段分解加热器的油污垢情况大大改善，提高了传热效果，蒸汽消耗量稳定，尿素产品颜洁白。首台CO2高效除油器的成功应用为后续厂家改造起到了典范作用
3.硝酸
用途：除去氨气中的油污，保护昂贵的触煤铂网，延长其工作寿命。
应用举例：山东海化潍坊硝铵厂在销酸氧化炉前气氨过滤器采用了超滤过滤器，使用后，氧化炉铂金属丝网寿命延长，现已连续运转2年多，同时过滤清洗周期比原布袋过滤器长，
减少了不少工作量。
注：空气系统亦需要注意加装空气过滤器，除去空气中的杂质（铁粉、油污等），保护触煤，延长寿命。
4.硝铵
用途：除去氨气中夹带的油污，防治氨气带油进入硝铵中和工段，提高系统安全性能，防止意外。
应用举例：兰州化学工业公司化肥厂硝铵车间，在氨压缩机气氨档板过滤器之后加装了超滤过滤器，根据2000年8月份投产以来的情况看，气氨中的油含量，由进口状态的50-60ppm降至6-10ppm，完全满足硝铵中和工段的要求，对系统的安全运行起到了重要的作用。
5.炼油厂尾气回收
安庆石化总厂柴油加氢尾气回收膜分离器前原旋风分离器后采用了SF+MF+SMF三级超滤
技术，过滤精度达到了0.01μm，效率达到了99.99%，现已连续使用2年多，分离出大量含硫化氢、柴油和水混合液体，有效保护中空纤维膜，延长了膜的使用寿命。
6.天然气净化及凝析油回收
用途：从气体中分离出杂质，保护中空纤维膜，延长膜的使用寿命。
长庆油田在天然气中空纤维膜干燥器前设置三级超效过滤器，用于净化气体保护中空纤维膜，使用中意外发现分离出大量凝析油，现已推广至工业大规模应用。
7.西安超滤正在就石化行业的炼厂气、裂解气等分离问题做前期选型和试用。
五、 结论
综上所述，以超滤技术为核心的高效气液分离装置，能有效去除气体中夹带的油雾、水雾和其他液雾，填补了国内工艺气体超滤净化分离设备的空白。用超高效气液分离装置替代原老式惯性分离装置（惯性折转、旋风分离、丝网除雾等），能彻底免除由于工艺气体油（硫）污染造成的触媒中毒，能提高换热效率、提高氨净值，能从干天然气中分离凝析油
等等。该项技术及设备适用于各种压力、流量和介质如氮氢气、氢气、氨气、二氧化碳气、甲醇气、天然气、水煤气等多种工艺气体。回收有用物质，去除有害物质，从而大幅度提高石化、化工工艺过程的分离效率和企业经济效益。
因为任何技术或产品都有其特定的适用范围和条件，所以超滤技术在应用中必须注意以下问题：
a、超滤技术不适用高浓度、高粘度的气固分离。聚氨酯薄膜
b、绝不能在低压大流量的条件下操作，高压条件下最好设置旁通，无条件设旁通时，则必须在操作中缓慢开启阀门，建立背压后方可全开阀门。开停车、处理事故时必须注意低压大流量气体正（反）方向冲击滤芯，导致滤芯破损。
于 薇
2004年4月15日
