有机蒸汽分离膜在石油和化工行业中的应用

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1、·14·新膜过程研究与应用研讨会论文集2008年12月有机蒸汽分离膜在石油和化工行业中的应用马艳勋，张鑫巍，栗广勇(大连欧科膜技术工程公司，大连116021)摘要：介绍有机蒸汽分离膜的分离原理，并分别介绍了有机蒸汽分离膜在石油化工行业、聚氯乙烯行业、汽油贮运过程及天然气领域中的应用．关键词：有机蒸汽；膜分离；气体分离；回收中图分类号：TQ028．8文献标识码：A在许多领域内的生产过程中都有不凝气和驰放气的排放，其中很多都含有有机蒸汽组分如乙烯、丙烯、氯乙烯、汽油和其它烃类化合物．目前的处理方法大多是破坏法，

2、直接排到火炬烧掉，造成了资源的浪费．能够回收合利用这些有价值的组分有着重要的意义．上世纪末出现的有机蒸汽分离膜技术，为这些有机组分的回收提供了有效的办法，并在实际的工业应用中获得了巨大的成功．目前在国内外已经有270多套的有机蒸汽回收装置，主要是回收乙烯、丙烯、氯乙烯等单体，炼厂气和天然气中的重烃，油气中的汽油组份．目前国内也建立了80多套有机蒸汽回收的装置，其中90％的装置都是由大连欧科膜技术工程公司完成的．1有机蒸汽分离膜的原理气体膜分离技术是一种基于溶解扩散机理的新型气体分离技术，其分离的推动力是气体

3、各组分在膜两侧的分压差，利用气体各组分通过膜时的渗透速率的不同来进行气体分离的⋯1．气体分离膜的溶解扩散机理如图1所示．原料侧气体溶解在膜表面；沿着浓度梯度在膜内扩散；气体在膜的渗透侧解析．组分A的通量：，一￡△!生幽：△二垒盥婴：△!JA—Z组分A的渗透系数：PA=DASA式中，户捌，A为组分A在原料侧的分压；Pperm,A为组分A在渗透侧的分压；DA为组分A的扩散系数；SA为组分A的溶解系数．收稿R期：2008—10—10选择性：aA／B--一瓦PA=(瓮)(囊)?：：··乞。嚣●．■’‘三_‘：：啵·

4、：矗图1气体分离膜的溶解扩散机理有机蒸汽膜分离过程是溶解选择性控制，分子量大、沸点高的有机蒸汽如乙烯、丙烯、氯乙烯、重烃等在膜内的溶解度大，在有机蒸汽膜内的渗透速率快，在膜的渗透侧富集，从而实现与分子量小、沸点低的气体如氮气、氢气、甲烷的分离．有机蒸汽分离膜为三层复合结构，如图2所示．表面为无缺陷的橡胶态分离层；中间为耐溶剂的微孔支撑层，提供所需的机械强度；无纺布为膜的载体层．工业上应用的有机蒸汽分离膜为平板膜，卷制成如图3所示的卷式膜组件．原料气进入到组件内在膜片问进行流动，原料侧和渗透侧的隔网提供流动的

5、通道．各种烃类等有机蒸汽组分优先透过膜，在论文集马艳勋等：有机蒸汽分离膜在石油和化工行业中的应用·15·原料一分离层一微7L支撑联一无纺布图2有机蒸汽分离膜结构渗透气渗透气(有机蒸汽富集气)图3有机蒸汽分离卷式膜组件膜的渗透侧富集，从组件的中心管汇集流出．氮气等轻气体被截留在尾气侧．2有机蒸汽分离膜在石油化工行业的应用在以乙烯、丙烯等原料为石油化工生产过程，在原料的精制、反应过程和产品的纯化往往会产生含大量有机蒸汽组分的驰放气．如在环氧乙烷合成过程中，为了防止氩气等惰性气体累积而产生的排放气，聚丙烯和聚乙烯

6、过程中聚合反应和聚合物纯化过程的排放气等【引．下面根据各个应用过程分别加以介绍．2．1环氧乙烷合成过程中乙烯的回收在乙烯气相反应合成环氧过程中，乙烯的单程转换率一般都小于100％，未反应的乙烯单体经循环压缩机送到反应器内，进一步反应．在此循环过程中为了防止氩气和其他惰性气体的累积，将一部分循环气作为驰放气排掉，来控制反应系统中氩气和其他杂质的浓度，防止累积．在此股排放气中含有25％左右的乙烯，从而造成大量的乙烯损失⋯3．以生产规模为10万t／aEOE计算，每年损失乙烯约300t．采用有机蒸汽膜可以同时实现排

7、掉惰性气体和回收乙烯单体．循环排放气进人膜分离单元，渗透侧得到富集乙烯气流，通过原装置尾气压缩机返回反应系统继续合成环氧乙烷，实现乙烯的回收．而膜的截留侧为富集的氩气等惰性组分，排放到原放空系统．在此回收过程中由于富乙烯的气流返回到原尾气压缩机的入口，会增加其工作负荷，所以在膜过程的设计要充分考虑设备能力的限制．一般情况下，膜可以使乙烯单体的回收率达到85％以上．当采用甲烷致稳时，在回收乙烯同时，可回收40％～50％的甲烷．目前国内已经有8套环氧乙烷装置采用有机蒸汽膜分离技术，除一套进口装置外，其余的7套装

8、置都是由大连欧科膜技术工程公司提供的，为环氧乙烷装置的节能降耗起到了积极的作用．2．2聚烯烃过程中烃类的回收在聚烯烃的聚合反应过程中为了防止惰性气体在反应器内的累积，将一部分气体作为驰放气排掉，此股气中含有一定量的烯烃单体和其它的烃类，造成了烃类的损失．同时聚合生成树脂粉料中吸附了一定量的烃类，需要在脱气仓内精制过程，用氮气将粉料中吸附的烃类除去，从而产生了含有大量烃类的脱仓尾气．2．2．1聚合反应过程中烃类的回