膜分離回收乙烯技術在乙二醇裝置上的應用

謝玉明

摘要：收集乙二醇時采用的是通過乙二醇裝置進行乙烯氧化反應，但是這種方式為了保證循環(huán)氣中氬氣的濃度，需要排放部分循環(huán)氣壓縮機上游的循環(huán)氣并在蒸汽過熱爐中進行燃燒，雖然這種方式能夠在一定程度上保證氬氣的濃度，但是也造成了高達23%的乙烯浪費。所以隨著人們的不斷研究，將膜分離增設在揚子石化乙二醇裝置中，能夠對循環(huán)氣中排放的乙烯進行回收，從而減少損失。本文主要是從揚子石化乙二醇裝置膜分離回收乙烯單元的原理和工藝流程等入手進行分析。

關鍵詞：膜分離;乙烯;回收;乙二醇裝置

引言：隨著各種化學技術的不斷發(fā)展，氣體膜分離技術得到了顯著進步，目前主要應用在氫氣回收、二氧化碳回收等過程中。在眾多的分離技術中，膜分離技術以其設備簡單、操作方便、消耗能源少、運行安全等多種優(yōu)勢脫穎而出，成為了目前被廣泛應用的一項技術。在回收乙烯的過程中應用這種模式，能夠減少大量的乙烯損耗。

一、膜分離回收乙烯單元的基本原理及優(yōu)點

基本原理

所謂的氣體膜分離過程主要是利用溶解擴散的機理進行，混合氣體首先會溶解在高分子層的一側表面，然后再利用高分子膜中存在的濃度梯度進行擴散，最后移至另一側并被另一側的表面進行解吸。在計算分離系數α的過程中需要遵循一定的公式來進行。D是氣體組分在高分子膜中的擴散系數，S是氣體組分在高分子膜中的溶解系數，P是滲透系數。不同的氣體組分所對應的D、S和P有所不同，一般情況下，氣體分子的尺寸越小，相對應的擴散系數越大，溶解系數越小，滲透系數越小。

在利用揚子石化乙二醇裝置的膜分離進行乙烯單元回收時，主要采用高分子復合膜具有“反向”選擇性的特點，這種方式主要是為了利用“膜中不同氣體組分溶解擴散能力不同”這種特點而達到可凝性蒸汽優(yōu)于惰性氣體被優(yōu)先吸附滲透的目的，最終實現乙烯的分離。

優(yōu)點

在膜分離回收乙烯單元的過程中使用的設備都比較簡單，對于相關技術人員的要求比較低，容易操作;

膜分離回收乙烯單元的工藝流程比較簡單，所以技術人員在分離過程中不需要消耗太多的時間就可以完成，相比較其他技術而言容易實施;

膜分離回收乙烯單元時因為工藝流程簡單，而且大部分情況下進行氣體分離都是通過膜兩側的工藝氣體壓差來實現的，所以消耗的電能相對比較少;

膜分離回收乙烯單元的過程中使用的膜組件都具有耐高壓、較高分離性能和耐有機溶劑的優(yōu)點。

膜分離回收乙烯單元的工藝流程

膜分離回收乙烯單元的工藝流程只要包括兩部分，一部分是原料氣預處理，另一部分是膜分離。所謂的原料氣主要是指在膜分離界區(qū)外調節(jié)閥的控制下，進入膜分離單元的2套氧化系統(tǒng)中的循環(huán)排放氣。這些原料首先需要經過聚結過濾器，將氣體中原本帶有的固體雜質和微小液滴進行脫出，然后再經過濾預處理之后就可以讓原料氣進入膜分離部分。在膜分離部分可以觀察到一共有9臺膜分離器，而且這9臺膜分離器是以并聯(lián)的方式進行連接的，因為存在一定的壓差，所以可以推動原料氣在滲透側得到富集乙烯組分的滲透氣進入尾氣回收壓縮機入口，而那些沒有得到滲透的氣體（一般是指尾氣）便會在控制閥PV-8101的調節(jié)下，通過乙二醇裝置的原放空系統(tǒng)進入蒸汽過熱爐進行重新燃燒，這樣就能夠讓原本已經浪費的乙烯得到二次回收，從而減少乙烯的損耗。

二、膜分離回收乙烯單元指標

乙烯回收率

之所以在乙二醇裝置中增設膜分離，主要是為了能夠將循環(huán)氣排放氣中的乙烯進行回收，達到降低乙烯損耗，提高乙烯回收率的目的。在膜分離回收乙烯單元的過程中，乙烯回收率是衡量其運行狀況的重要指標。

氬氣脫除量

在乙二醇裝置中之所以進行循環(huán)氣的排放，主要原因是為了脫除氬氣、氮氣等惰性氣體，所以氬氣的脫除量也是衡量膜分離回收乙烯單元運行狀況的另一個重要指標。在乙二醇裝置中，氬氣的濃度很難被單獨分析出來，一般都是對氬氣和氧氣的濃度和進行分析，所以在利用循壞氣系統(tǒng)對線質譜儀中顯示的氬氣濃度進行分析和衡量時，只需要讓氬氣的濃度達到穩(wěn)定便可以滿足工藝的基本要求。

三、膜分離回收乙烯技術在乙二醇裝置上的應用

每組膜組件處理的原料氣量

在對乙烯單元進行回收的過程中，可以根據實際情況對原本的9組膜組件進行刪減。在實際的處理過程中，每組膜組件處理的原料氣量都在不斷增大，同時乙烯回收率在明顯減少，氬氣脫除量在不斷增大，但是為了保證膜組件的完好性，不能夠無限制增大膜組件處理的原料氣量，而且應該將原料氣膜前壓力和尾氣側壓力控制在50KPa以內。

通過實際調查研究，可以發(fā)現當每組膜組件處理130Nm/h的原料氣量并采用3組膜組件時，能夠保證循環(huán)氣系統(tǒng)中有穩(wěn)定的氬濃度并讓膜分離回收乙烯單元的回收率超過80%，所以在以后分離乙烯的過程中，也應該繼續(xù)對每一組膜組件處理原材料的氣量進行研究。

膜前壓力

所謂的膜前壓力主要是指利用膜的兩個側面存在的壓力差來分離循環(huán)氣體的每一個組分，在膜分離乙烯單元的過程中側面壓力主要處于23.5KPa左右，是原料氣膜前壓力的一個重要影響因素。

膜前溫度

原料膜前溫度和原料氣各組分對膜的滲透性具有重要的聯(lián)系，一般情況下，在一定的溫度范圍內，溫度越高滲透性能就越好，相應的對氣體流量也能夠處理的更多。但是這個遞增的過程是基于膜前問題低于45℃的情況進行的，達到45℃會發(fā)生高報警，超過50℃就會發(fā)生聯(lián)鎖停車，所以對于溫度的處理一定要重視，最好選擇30℃左右的膜前溫度。

四、總原料氣流量

通過研究，可以發(fā)現820Nm/h是總原料氣的處理量，而且膜組件的數量在總原料氣不斷增大的過程中也在不斷增大，這就能夠保證乙烯有較高的回收率，也能夠讓氬氣的脫除量逐漸增高。當投入6-7組的膜組件時，就能夠讓氬氣的濃度在130Nm/h的原材料氣量和820Nm/左右的原材料氣流量的基礎上達到穩(wěn)定，但是因為尾氣需要進入蒸汽過熱爐進行重新燃燒，所以為了保證尾氣的流量處于200Nm/h以下，應該選擇5組膜組件進行投入，并將原材料氣流量控制在600Nm/h～650Nm/h之間，這時選取2套氧化系統(tǒng)不但能夠保持穩(wěn)定的氬氣濃度，還能夠讓尾氣的排放量處于限值之下，這樣即便尾氣發(fā)生中斷也不會讓蒸汽過熱爐熄滅，而且還能夠讓自身燃料的氣流量控制在一個相對比較安全的范圍內，從而讓整個膜分離回收乙烯的過程更加安全可靠。

五、最佳工藝條件及運行效果

通過實際研究和上述的分析，可以發(fā)現在進行膜分離回收乙烯的過程中，一定要選擇1100-1200KPa之間的膜前壓力，并將膜前溫度控制在30℃左右，600～650Nm/h左右的原材料氣流量，并為了保證尾氣量在200Nm/h以下選擇投入5組膜組件。將這些要求全部滿足的條件下，能夠讓乙烯的回收率超過80%達到86%左右，并在此基礎上保證氬氣濃度的穩(wěn)定和平衡。當然，在后續(xù)的分離過程中，也應該繼續(xù)進行探索，爭取在保證氬氣濃度穩(wěn)定性的基礎上讓乙烯的回收率達到更高的標準，從而在減少能源損耗的基礎上產生更多的經濟效益。

結束語：總而言之，如果繼續(xù)采用利用乙二醇裝置對乙烯進行直接收集的方式，那么在排放出來的循環(huán)氣體中就會存在大量的乙烯，將其在蒸汽過熱爐中進行燃燒就會產生大量的能源損耗，造成很大的經濟損失。所以在乙二醇裝置中增設膜分離不但能夠讓氬氣等惰性氣體的濃度保持穩(wěn)定和平衡，還能夠將排放出來的乙烯氣體進行回收，從而在減少乙烯損耗的基礎上保證運行系統(tǒng)的安全性。

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