膜分離技術(shù)在聚丙烯裝置尾氣回收中的應(yīng)用

李 燁，黃金剛，趙 東

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750021）

膜分離技術(shù)在聚丙烯裝置尾氣回收中的應(yīng)用

李 燁，黃金剛，趙 東

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750021）

闡述了膜分離技術(shù)的基本原理以及其在寧夏石化公司采用意大利Basell公司的Spheripol-Ⅱ代聚丙烯工藝技術(shù)的10×104t/a聚丙烯裝置尾氣回收系統(tǒng)中的應(yīng)用，膜回收系統(tǒng)平均回收液相丙烯40 kg/h，回收氣相丙烯55 kg/h，排放尾氣6 kg/h，平均回收率在93.5%以上，達(dá)到設(shè)計(jì)的90%以上指標(biāo)。對使用前后回收情況進(jìn)行對比分析，在應(yīng)用膜回收技術(shù)后裝置取得了較好的經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益，每年可節(jié)約375萬元。

聚丙烯；膜分離技術(shù)；經(jīng)濟(jì)效益

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)石油能源供應(yīng)日趨緊張，導(dǎo)致我國對外的原油進(jìn)口依賴性日益增長。社會倡導(dǎo)人們養(yǎng)成綠色低碳的生活方式，國家指引經(jīng)濟(jì)走向有質(zhì)量、有效益、可持續(xù)發(fā)展的道路。對資源的再利用和環(huán)境的保護(hù)成為越來越重要的研究課題。在節(jié)約資源方面，傳統(tǒng)的工業(yè)回收工藝已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求，比如冷卻回收，萃取回收，壓縮回收等均屬于高耗能回收工藝，而且?guī)矶挝廴?，尋找高效率、低能耗和無污染的工業(yè)回收技術(shù)是發(fā)展的要求，比如膜回收就是一種新的工業(yè)回收技術(shù)。

膜回收技術(shù)具有高效、節(jié)能、環(huán)保、分離精度高等特性，已廣泛的應(yīng)用于水處理、化工、電子、加油站、油庫、煉油廠等環(huán)境，它已經(jīng)成為相關(guān)行業(yè)提高產(chǎn)品品質(zhì)和提高生產(chǎn)效率、開發(fā)新產(chǎn)品、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級換代的關(guān)鍵技術(shù)。膜分離技術(shù)具有適用范圍廣，操作靈活、簡便，運(yùn)行平穩(wěn)、能耗低，操作彈性大、占地面積小，運(yùn)行費(fèi)用低，易于維護(hù)，便于放大等諸多優(yōu)點(diǎn)[1-3]。

寧夏石化公司10×104t/a聚丙烯裝置采用意大利Basell公司的Spheripol-Ⅱ代聚丙烯工藝技術(shù)，可生產(chǎn)不同牌號的均聚物產(chǎn)品30多種，裝置運(yùn)行5年，為了進(jìn)一步降低本公司的丙烯單耗、回收丙烯、減少環(huán)境污染，經(jīng)過研究論證，在現(xiàn)有裝置的基礎(chǔ)上增設(shè)有機(jī)膜回收系統(tǒng)，回收尾氣中的丙烯。

1 10×104t/a聚丙烯裝置的現(xiàn)狀

本公司10×104t/a聚丙烯裝置采用的是巴塞爾二代雙環(huán)管工藝技術(shù)，裝置連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行過程中有排放氣三處，包括輕組分汽提塔（T-701）排放氣、高壓丙烯回收系統(tǒng)（T-301）頂排放氣和汽蒸器廢氣排放點(diǎn)。三路排放氣中的丙烯含量較高，不凝氣組成（體積分?jǐn)?shù)）分析結(jié)果（見表1、表2）。其中，輕組分汽提塔（T-701）排放氣流量為35 kg/h，高壓丙烯回收系統(tǒng)（T-301）排放氣流量為45 kg/h，汽蒸器廢氣排放大部分為非烴類組分。

表1 輕組分汽提塔（T-701）排放氣組成

表2 高壓丙烯回收系統(tǒng)（T-301）頂排放氣組成

由表1、表2分析，尾氣中丙烯的平均體積分?jǐn)?shù)約為90%。按照本公司10×104t/a的丙烯處理量來計(jì)算，每年尾氣中有2 300 t丙烯無法回收利用。

2 膜分離技術(shù)在10×104t/a聚丙烯裝置的應(yīng)用

本公司從大連歐科公司引進(jìn)全套膜技術(shù)系統(tǒng)用于尾氣中丙烯的回收。工藝流程主要分為原料氣預(yù)處理部分及膜分離部分。

2.1 工藝簡介

兩路排放氣E-301、E-701排放氣混合后，稱為膜分離單元的原料氣（見圖1）。原料氣經(jīng)過進(jìn)氣開關(guān)閥（XV-3601）進(jìn)入套管換熱器（E-308）和冷凝換熱器（E-309）進(jìn)行冷卻，冷卻后的氣液混合物進(jìn)入氣液分離器（V-314）進(jìn)行分離，液態(tài)烴通過計(jì)量泵（P-306）送往D-701。不凝氣進(jìn)入套管換熱器（E-308）與原料氣換熱，加熱后脫離露點(diǎn)的氣體進(jìn)入聚結(jié)過濾器（F-305），脫除氣體中含有的固體雜質(zhì)和微小液滴。差壓變送器PDIS-3601顯示氣體通過聚結(jié)過濾器的壓差，由此判斷過濾器濾芯阻塞情況，當(dāng)運(yùn)行差壓達(dá)到H時報(bào)警，當(dāng)運(yùn)行差壓達(dá)到HH時，聯(lián)鎖停車，需更換濾芯。聚結(jié)過濾器的液位計(jì)上裝有液位開關(guān)LS-3602，當(dāng)液位到達(dá)設(shè)定值HH時，聯(lián)鎖停車。

經(jīng)過濾預(yù)處理后的原料氣進(jìn)入膜分離部分。膜分離部分由2臺并聯(lián)的膜分離器（M-301、M-302）組成，原料氣在一定的壓差推動下，滲透側(cè)得到富集的丙烯氣體（亦稱滲透氣）返回壓縮機(jī)入口，未滲透氣體（亦稱尾氣）經(jīng)控制閥PV-3601，去裝置尾氣排放系統(tǒng)送至催化D-201回收利用。

膜分離器的原料氣和尾氣分別設(shè)有流量計(jì)對流量進(jìn)行測量。

膜分離單元設(shè)有兩塊溫度變送器。通過TI-3601對氣液分離器的溫度進(jìn)行監(jiān)測。通過TIAS-3602對膜前溫度進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)膜前溫度達(dá)到H時，報(bào)警原料氣溫度高。當(dāng)膜前溫度達(dá)到HH時，聯(lián)鎖停車。

膜分離系統(tǒng)上設(shè)有三塊壓力變送器，分別顯示膜分離器進(jìn)氣壓力（PIC-3601）、尾氣壓力（PI-3602）和氣液分離器操作壓力（PIC-3603）。

2.2 回收率R的計(jì)算

式中：V1－E-301 頂排放氣量，m3/h；V2-E-701 頂排放氣量，m3/h；V3-尾氣量，m3/h；C1-C2-E-301 頂排放氣 C3H6濃度，%（V）；C2-C2-E-701 頂排放氣 C3H6濃度，%（V）；C3-C2-尾氣 C3H6濃度，%（V）。

圖1 膜回收流程

2.3 回收效果評價

膜分離系統(tǒng)回收丙烯分液相丙烯和氣相丙烯兩種狀態(tài)。2015年4月24日14時試投用至29日9時共回收氣相丙烯726 m3，排放尾氣61 m3，回收液相丙烯約為3 450 kg。經(jīng)核算約回收氣相丙烯50 kg/h～60 kg/h，液相丙烯 35 kg/h～45 kg/h，排放丙烯量 5 kg/h～6 kg/h。

核算回收率（見表3）。

液相回收量按40 kg/h，氣相回收量按55 kg/h，排放量按6 kg/h。

按表3中第一組數(shù)據(jù)：

原料氣中丙烯=55×96.77%=53.22 kg/h

尾氣排放丙烯=6×95.84%=5.75 kg/h

回收氣相丙烯量=53.22-5.75=47.47 kg/h

回收率=（40+47.47）÷（95×96.4%）=95.51%

表3 丙烯回收率

由表3可知，經(jīng)過21 d的連續(xù)運(yùn)行，膜分離系統(tǒng)平均回收液相丙烯40 kg/h，回收氣相丙烯55 kg/h，排放尾氣6 kg/h，平均回收率在93.5%以上，達(dá)到設(shè)計(jì)的90%以上指標(biāo)，每年可回收丙烯量約為800 t，可以節(jié)約600萬元。

3 影響膜分離效果的因素

3.1 壓差

對于膜分離系統(tǒng)而言，壓力差越高，分離效果越好，當(dāng)壓力低于1.65 MPa時，部分液相丙烯進(jìn)入膜系統(tǒng)而吸附于分離層，導(dǎo)致膜內(nèi)件損壞。

3.2 溫度

對膜分離起決定性的作用。當(dāng)溫度升高時，丙烯的滲透性增加，回收率提高；但是過高的溫度會使膜層分離，損壞膜片。溫度低，丙烯的滲透性下降，溫度過低，會使部分液相丙烯吸附于分離層，導(dǎo)致膜件損壞。實(shí)踐證明膜的最佳使用溫度為20℃～25℃。

3.3 流量

由于單膜處理量的限制，排放氣體的流量將直接影響到丙烯的回收率。如果排放氣體量過大，會導(dǎo)致大量的丙烯無法處理而直接排放，同時膜的處理量也會增加，縮短了膜的使用壽命，所以合理的調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程中氣體的排放量與膜的處理量的匹配顯得尤為重要。

4 膜回收的不足

現(xiàn)有有機(jī)蒸汽膜分離裝置只能實(shí)現(xiàn)丙烯氣中氫氣、氮?dú)獾拿摮?，對丙烯氣中丙烷沒有脫除效果，所以膜分離長期運(yùn)行會使精制丙烯儲罐中丙烷大量聚集。丙烷雖不參與反應(yīng)，但會影響精制丙烯純度，進(jìn)而影響聚合反應(yīng)速率，增加了催化劑單耗。

5 結(jié)論

（1）應(yīng)用膜分離技術(shù)可回收尾氣中90%以上的丙烯，從而使10×104t/a聚丙烯裝置丙烯單耗下降1%。（2）由于排放丙烯量減少，對環(huán)境保護(hù)有積極作用。（3）本裝置膜分離技術(shù)的應(yīng)用對石化行業(yè)其他裝置有借鑒作用。

［1］王慧．膜分離技術(shù)在聚丙烯尾氣回收中的應(yīng)用［J］．化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2006，27（3）：57-58．

［2］孟志強(qiáng)．膜分離技術(shù)在聚丙烯裝置丙烯回收系統(tǒng)的應(yīng)用［J］．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009，（3）：97．

［3］于愛軍．膜分離技術(shù)在聚丙烯裝置的應(yīng)用［J］．化工管理，2012，（12）：91-94．

Application of membrane separation technology in the recovery of tail gas from polypropylene plant

LI Ye，HUANG Jingang，ZHAO Dong
（PetroChina Ningxia Petrochemical Company，Yinchuan Ningxia 750021，China）

This paper describes the basic principle of membrane separation technology and its application in the exhaust gas recovery system of 100 thousand tons/year polypropylene plant of Italy Basell Spheripol-Ⅱ,membrane recovery system with an average recovery of per hour of liquid phase propylene 40 kg,recovery of gas phase propylene 55 kg/h,exhaust gas 6 kg/h,the average recovery rate of more than 93.5%,reaching more than 90%of the design index.After the recovery of comparative analysis,in the application of membrane recycling technology after the device has achieved good economic and environmental benefits,can save 3.75 million yuan a year.

polypropylene；membrane separation technology；economic benefits

TQ325.14

A

1673-5285（2017）10-0126-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.10.033

2017－09-22