乙烯膜分离技术在环氧乙烷乙二醇装置上的应用

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1、乙烯膜分离技术在环氧乙烷/乙二醇装置上的应用安东华（中国石油吉林石化分公司，吉林吉林132022）摘要：简要介绍了气体膜分离技术的基本原理、优点、工业应用领域。针对吉林石化公司乙二醇装置的工艺特点，采用气体膜分离的先进技术，回收工艺循环气排放中的乙烯，提高资源的利用效率，减少污染，实现清洁生产，可为同类装置或其他需回收有机气体的装置提供参考。关键词：乙烯，膜分离，环氧乙烷，乙二醇，回收1项目来源目前，世界上绝大多数环氧乙烷/乙二醇装置的生产工艺都有一个共同的特点：为了控制进入反应器气体中的惰性气体含量，必

2、须将一部分循环气放空。这部分气体量根据装置的规模和进料氧气的纯度有所不同，而处理的方式也不尽相同。吉林石化公司乙二醇装置原设计的处理方式是送废热锅炉焚烧。而这部分气体中含有较高浓度的原料乙烯，直接燃烧会造成对原料的浪费。因此，如何回收这部分排放气中的乙烯成为同行业研究的一项重要内容。有机膜分离技术因其在气体分离中的特点，成为环氧乙烷/乙二醇行业回收排放气中乙烯的—种选择。2膜分离技术简介2.1膜分离技术发展概况膜分离过程是一门新兴的多种学科交叉的高技术。目前，膜分离过程已成为工业上气体分离、水溶液分离、化

3、学产品和生化产品的分离与纯化的重要过程。迄今，气体膜分离技术的工业化虽然只有20多年的历史，但发展迅猛，各国都加强了对这项技术的研究。在早期发展中，膜法气体分离技术在炼油和石化行业中，在提浓和回收氢气等方面获得了广泛应用。进入20世纪90年代，随着高性能膜材料和先进制膜工艺的研究和开发，使其应用面不断扩大，从混合气中分离与有机组分的有机蒸汽膜法回收技术也随之兴起。气体膜分离技术的应用领域见表1。表1气体膜分离技术的应用领域分离对象应用领域氧/氮膜法富氧，膜法富氮氢/烽石油炼厂尾气氨回收氢/一氧化碳合成气调

4、比氢/氮合成氨弛放气氢回收二氧化碳/怪天然气和沼气脱二氧化碳水蒸气/痊天然气脱湿硫化氢/痊天然气脱硫化氢氨/绘从天然气回收氨痊/空气有机蒸汽脱除与回收水蒸气/空气空气脱湿用于膜分离的膜可以是固相的、液相的甚至是气相的，而大多数的分离都是固体膜，其中尤以有机高分离聚合物材料制成的膜及过程为主。有机高分子分离膜从形态结构上可以分为对称膜和非对称膜两大类，实际应用的气体分离膜绝大多数是非对称膜。非对称膜白一层薄的多孔或致密皮层（起分离作用）和一层厚得多的多孔层（起支撑皮层作用）组成，皮层厚度通常为0.1-0.5

5、um,传质阻力仅取决于皮层厚度，支撑层承受机械压力。有机高分子非对称分离膜又分相转化膜和复合膜两大类，复合膜的优点是可以分别优选不同的膜材料制备致密皮层和多孔支撑层，使它们的功能分别达到最佳化。工业上应用的气体分离膜绝大多数是复合膜，用于乙烯回收的分离膜就是复合膜。2.2膜分离技术原理物质选择透过膜的能力可分为两类，一类是借助外界的能量，物质发生白低位向高位的流动；另一种是以化学位差为推动力，物质发生由低位向高位的流动。气体膜渗透是利用特殊制造的膜与原料气接触，在膜两侧压力差驱动下，气体分子透过膜的现象。

6、由于各种气体在膜中溶解度和扩散系数的差异，导致不同气体分子透过膜的速率不同，渗透速率快的气体在渗透侧富集，而渗透速率慢的气体则在原料侧富集，从而达到使混合气体分离的目的。有机蒸汽膜法回收系统主要采用“反向”选择性高分子复合膜，根据不同气体分子在膜中的溶解扩散性能的差异，在一定的压差推动下，可凝性有机蒸汽（如乙烯、丙烯、重姪等）与惰性气体（如氮气、氨气、氢气、甲烷等）相比，被优先吸附渗透，从而达到分离回收的目的。图1是膜法有机蒸汽分离示意图。截留侧富Ar原料侧CJh/Ar渗透侧富CJIi图1膜法有机蒸汽分离

7、示意图实际应用时，必须将分离膜组装成膜器件，并与过滤器、阀、仪表、管路及其他必要元件装配在一起组成膜分离系统才能完成分离任务。目前工业上常用的膜器件主要有板框式、圆管式、螺旋卷式、中空纤维式和毛细管式五种类型。选择何种膜器件应根据需分离体系的具体情况和要求（如物料性质、压力特征、温度、杀菌和消毒的条件及金属构件、系统构型等）并结合膜器件的特点及适用的分离方法综合考虑。对膜组件的基本要求是应有尽可能高的膜装填密度，并使流体在膜表面上有合理的流速与分布，以减少膜表面的浓差极化和膜污染，同时组件的价格尽可能低，

8、并便于清洗和更换。螺旋卷式膜组件首先是为反渗透过程开发的，目前也广泛应用于超滤和气体分离过程。螺旋卷式膜组件是将制作好平板膜密封成信封状膜袋，在两个膜袋之间衬以网状间隔材料，然后紧密地卷绕在一根多孔的中心管上而形成膜卷，再装入圆柱形压力容器内构成膜组件；原料从一端进入组件，沿轴向流动，在驱动力作用下，易透过物沿径向渗透通过膜至中心管导出，得到渗透物，另一端则为渗余物；实际应用时，膜组件可串联或并联使用。其主要优点有：结构简单紧