Novolen聚丙烯裝置膜回收單元存在問題及控制策略

李向榮

Novolen聚丙烯裝置膜回收單元存在問題及控制策略

李向榮

（國家能源集團寧夏煤業有限責任公司烯烴二分公司，寧夏 銀川 750021）

烯烴二公司Novolen聚丙烯裝置膜回收單元在運行過程中，易發生三乙基鋁殘留物積累吸附在過濾袋表面，造成過濾器孔洞阻塞等問題，致使后續工段壓縮機被迫停車。對聚丙烯裝置膜回收單元做了概述，介紹了膜回收單元運行情況和分析出膜回收單元存在問題的原因，然后制定了相應控制策略并進行了整改，最后發現整改后的工藝可取得較好的經濟效益。

膜回收單元；存在問題；存在問題；整改措施

1 工藝背景及說明

Novolen 工藝是由 BASF 公司開發成功的，現歸 Novolen Technology Holdings 公司(簡稱 NTH)所有。目前世界上采用Novolen 工藝的生產裝置有 25 套，總生產能力約為 4.70 Mt·a-1[1]。國內四套 Novolen 工藝聚丙烯裝置有寧波臺塑、福建聯合、錦西石化、神華寧煤，均將脫氣倉尾氣送往膜回收單元回收烴類和氮氣，丙烯回收系統有閃蒸、壓縮、冷凝、膜回收四部分組成[2-3]。膜回收單元的作用是將凈化倉頂部排出的氣相中的丙烯和氮氣進行分離回收，主要由壓縮機、冷卻器、干燥器、冷凝器、氣液分離罐、加熱器、膜分離等設備組成。從凈化倉（D-33311和D-34311）送出的凈化氣首先經過壓縮機壓縮，水冷后進干燥器脫水，然后經深冷處理進入氣液分離罐進行氣液分離。分離出的液相丙烯送到載氣分離塔進行單體回收，分離出的氣體進入膜分離系統將其中的氣相丙烯從氮氣中分離出來。在膜分離系統中，烴類對膜的滲透性要大于氮氣對其滲透性，因此，可通過膜系統將氣流分離成純氮氣和富丙烯氣流。其中分離出的富丙烯氣流循環流回壓縮機入口，分離出的氮氣送至凈化倉底部，剩余的少量的尾氣排入火炬燃燒[4-5]。整個膜回收單元回收丙烯的純度可達到98％，回收率高達90％以上；回收氮氣純度達到99.5％，回收率大于60％以上。

聚丙烯裝置膜回收單元的工藝氣進入入口過濾器（F-33401A/B），除去氣體中可能夾帶的顆粒后進入壓縮機（C-33401），經壓縮機壓縮后進入冷卻器（E-33401）降溫。在氣液分離器（D-33402）中分離出大部分凝結水，除水后的氣相進入干燥塔（T-33401A/B）充分脫水，氣相通過吸附劑吸附除去少量殘留的水，使工藝氣露點溫度低于-40 ℃，再經過冷箱深冷（E-33404）后氮氣和少量烴類進入膜分離系統，分離得到少量烴類和高純度氮氣。

有機蒸汽膜分離技術是20世紀90年代興起的新型膜分離技術，可用于分離和回收碳氫化合物[5]。分離有機蒸氣的膜與氫氣等小分子氣體分離膜不同，前者使用橡膠態聚合物，而后者為玻璃態聚合物。膜分離原理是根據不同氣體分子在膜中的溶解擴散性的差異來完成分離的。在橡膠態聚合物膜中可凝性有機蒸氣與惰性氣體相比，前者有較大的溶解度，被優先滲透，如丙烯和氮氣混合物通過膜變成滲透流和非滲透流，從而達到丙烯提濃分離的目的[6]。采用有機蒸氣膜回收系統，先使低濃度的丙烯得到富集，再經過壓縮/冷凝回收，即不凝氣中丙烯的回收過程是壓縮/冷凝/膜分離組合工藝[7]。膜技術的分離過程就如同“篩子”篩選東西，只不過選材更為挑剔。與傳統分離技術相比具有耗能低，一次分離效率高，過程簡單，不污染環境等優點。

2 膜回收壓縮機組及運行情況介紹

烯烴二公司使用的壓縮機為回轉容積式的螺桿壓縮機，這種類型的壓縮機是一種旋轉的方式壓縮并排出氣體。這個作用相當于常用的往復式活塞壓縮機，壓縮機主要由陰陽兩個轉子組成。膜回收工藝流程見圖1所示，工藝氣通過單向閥后進入壓縮機，氣體在注油式壓縮機里被壓縮通過排出管道進入一級油分離器，大多數潤滑油被分離在一級油分離器底部。少部分含油氣體進入二級油分離器中，氣體進入下游工段，油被再次分離。潤滑油系統主要分兩路，一路通過注油管進入滑閥后的注入孔潤滑后回到轉子室；另一路通過主軸承、推力軸承、軸密封件等回到轉子室。

圖1 膜回收工藝流程圖

烯烴二公司聚丙烯裝置膜回收單元自投入運行以來，連續運行10～15天后三乙基鋁殘留物開始逐漸積累吸附在（F-33401A/B）布制濾袋表面，造成過濾器孔洞阻塞（如圖2a所示）。

工藝氣無法正常通過，導致工藝氣系統入口過濾器壓差（PDT34217）逐漸上漲。壓縮機為保證入口壓力穩定，壓縮機入口補氮閥（PV34231B）開始逐漸打開。凈化倉由于氣相無法進入下游系統，導致系統中含單體丙烯的工藝氣開始放火炬以保持凈化倉倉壓穩定，凈化倉過濾器（F-33311/F-34311）出口放火炬閥（PV33202B/ PV34202B）逐漸打開。同時由于膜回收壓縮機為濕式螺桿壓縮機，潤滑油與含少量三乙基鋁的工藝氣混合后噴入壓縮機螺桿表面，潤滑油中的氧化物與三乙基鋁接觸后反應生成結晶顆粒，附著于油系統過濾器上（如圖2b所示），致使潤滑油系統過濾器壓差上漲，潤滑油供油壓力降低，最終導致壓縮機供油壓力低被迫停車。停車后車間需對工藝氣入口過濾器（F-33401A/B）及油系統三組過濾器（F-33410A/B、F-33412A/B、F-33413A/B）進行24 h連續的工藝交出、過濾器的清理及系統置換，恢復正常工況后才能對膜回收單元開車。

3 原因分析

1）凈化倉工藝氣中殘存的三乙基鋁附著在布制濾袋上，積累后形成乳化物阻塞入口工藝氣過濾器，導致工藝氣無法通過過濾器濾袋，壓縮機入口補氮閥不斷開大, 導致壓縮機最終壓縮大量氮氣,而工藝氣無法吸入, 凈化倉壓力升高, 為控制凈化倉壓力, 工藝氣在凈化倉頂部放火炬, 造成回收丙烯量的減少產生大量浪費。

2）由于膜回收為濕式螺桿壓縮機，潤滑油給螺桿降溫潤滑的過程中與工藝氣中殘存的三乙基鋁接觸。而三乙基鋁化學性質活潑，氧化反應劇烈，在空氣中能自燃，遇水爆炸分解成氫氧化鋁和乙烷，與酸、鹵素、醇胺類接觸發生劇烈反應。當三乙基鋁遇油中氧化性物質，發生化學反應結晶生成顆粒狀物質，堵塞潤滑油系統過濾器，導致膜回收壓縮機潤滑油供、回油壓差（PDIAS-34243）低壓縮機螺桿及各潤滑點供油壓力不足，最終聯鎖壓縮機停車。

3）最初工藝氣過濾器設計使用纖維棉類過濾材質，此種材質易吸附低聚物、油氣、水汽等。運行一段時間后，濾袋達到飽和會堵塞過濾器濾網，使工藝氣無法通過過濾器（F-33401A/B）。吸附在濾芯上的三乙基鋁氧化物物質析出，逐漸聚集在過濾器底部和管線低點處。由于三乙基鋁化學性質活潑，在空氣中會自燃，遇水會爆炸，所以與三乙基鋁接觸后的濾芯難以處理，給濾芯的交出更換給工作帶來極大困難和安全隱患[8]。

4）通過對比凈化倉底部蒸汽加入量，發現一、二線凈化倉失活蒸汽流量計計量不準確，加入凈化倉的蒸汽流量存在偏低情況，粉料中殘存的三乙基鋁未徹底失活，所以才有殘存活性的三乙基鋁被帶至后系統。

4 制定控制策略并進行整改

1）針對凈化倉底部的失活蒸汽流量計計量不準確的問題，車間通過借助大檢修的停車機會，積極對（FIC33205/43205）的選型進行更改和處理，保證凈化倉失活蒸汽加入量準確可靠，為保證三乙基鋁在凈化倉內被蒸汽充分失活提供可靠的計量依據。

2）制定了詳細的蒸汽加入量計劃表(見表1和表2)，以保證蒸汽的加入量既能滿足一定負荷下粉料中殘存三乙基鋁的失活要求，又不至于使水蒸氣加入過量而導致過多的水被帶到膜回收單元，超出膜回收單元水蒸氣處理負荷，降低干燥床分子篩的使用壽命，若有水汽穿過干燥床最終導致膜回收冷箱設備的損壞。計劃在兩個月時間中對蒸汽加入量和現場膜回收聚結器排液次數進行統計，經過對比分析，最終將一線凈化倉蒸汽加入量由1.5 kg·h-1提升至4.0 kg·h-1，二線凈化倉蒸汽量由2.0 kg·h-1提升至6.0 kg·h-1。結果發現，這樣即保證了失活蒸汽不會太過量，使三乙基鋁在凈化倉內已被充分失活，又保證了每天水分離罐的排液次數控制在2次以內，這不僅減少不必要的勞動強度，還能防止冬季過量水聚集后凍堵閥門管線。

3）在查詢資料后發現燒結式過濾器相對纖維棉類過濾器具有更好的性能，在與設備技術組溝通并與廠家積極聯系后將工藝氣入口過濾器（F-33401A/ B）更換為耐腐蝕性強、過濾精度準確、耐熱性好、易于清洗、可重復利用的燒結式過濾器[9]。

表1 膜回收氣液分離器排水次數與一線凈化倉水蒸氣通入量

表2 膜回收氣液分離器排水次數與二線凈化倉水蒸氣通入量

5 經濟效益分析

1）2019年烯烴二分公司聚丙烯裝置膜回收單元平均運行周期為10～15天，每停一次膜回收單元就需要更換三套油濾芯和入口過濾器的濾袋，停車時間約為24 h，造成丙烯氣放火炬的浪費和大量現場人工操作。經過調整和優化整改后每小時可回收丙烯200 kg·h-1，按市場液相丙烯價格6 000元·t-1計算，每年可節約70萬元。

2）將膜回收工藝氣入口濾芯整改為燒結過濾器后，避免了纖維棉濾袋的使用量，燒結式過濾器耐熱性好，易于清洗、可重復利用，每年可節約濾袋成本3萬元。而且大量降低了停機后工藝交出時存在的安全風險。

3）通過優化整改膜回收單元，不僅每年可節約73萬元，而且降低了操作人員的勞動強度和避免了頻繁啟停設備對設備造成的損耗。

［1］黃華. Novolen工藝聚丙烯裝置改進措施[J]. 廣東化工, 2020, 47(10): 140-141.

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［3］杜艷影. 丙烯回收系統在間歇式聚丙烯裝置上的應用[J]. 遼寧化工, 2004, 33 (8): 483-486.

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［5］朱建軍. 膜分離技術在聚丙烯尾氣回收裝置中的應用[J]. 石油化工2002, 31 (8): 645-647.

［6］路桂杰. 小本體聚丙烯裝置尾氣膜回收技術[J]. 中國城市經濟, 2010 (5): 25-25.

［7］洪堅. 氣體罐區隱患治理及技術應用[J]. 石油化工安全環保技術, 2011, 27 (3): 22-26.

［8］包望飛. 聚丙烯裝置中三乙基鋁的化學危險性分析[J]. 中國化工貿易, 2018, 10(34):190.

［9］叢輪剛, 南海娟, 李剛, 等. 燒結金屬過濾技術在石油煉化一體化中的應用[J]. 當代化工, 2021, 50 (3): 729-734.

Problems and Control Strategies of Membrane Recovery Unit in Novolen Polypropylene Plant

（Olefin No.2 Branch of National Energy Group Ningxia Coal Industry Co., Ltd., Yinchuan Ningxia 750411, China）

During the operation of the membrane recovery unit of the Novolen polypropylene plant of the second olefin company, triethyl aluminum residues are prone to accumulate and adsorb on the surface of the filter bag, causing problems such as clogging of the filter holes, and the compressor in the subsequent section is forced to stop. In this article, the membrane recovery unit of the polypropylene plant was introduced as well as the operation condition of the membrane recovery unit, and the reasons for the problems in the membrane recovery unit were analyzed. Then, the corresponding control strategy was formulated and rectified. Finally, it was found that the rectified process achieved better economic benefits.

Membrane recovery unit; Problem; Control Strategy; Corrective measures

2021-08-04

李向榮（1986-），男，寧夏銀川人，現從事Novolen聚丙烯工藝管理工作。

TQ014

A

1004-0935（2021）11-1718-04