膜技术在聚丙烯尾气回收装置中的应用

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1、1膜分离技术在聚丙烯装置上的应用小本体聚丙烯生产过程中，聚合反应生产的聚丙烯通常吸附有大量的丙烯气体。经氮气吹扫后，含丙烯的气体被送至气柜，经压缩、冷凝回收大部分丙烯。但由于受压缩能力和冷凝温度的制约，不凝气中仍含有部分丙烯单体。中原油田小本体聚丙烯装置现有聚合釜 4 台，年生产能力 1.8 万吨，丙烯尾气回收采用压缩、冷凝工艺，冷凝器尾气出口温度 3040 ，装置尾气回收罐上有瓦斯管网管线，回收罐上压力在 1.8 2.0MPa，这种工艺一方面没有充分利用压缩机出口提供的压力，来进 一步回收丙烯；另一方面造成不凝气中丙烯含量在 50%以上。为尽可能回收丙烯，2004 年 3 月采用膜回收系 统

2、对装置进行了改造，实施后，不凝气中丙 烯回收率可达90以上。该套系统操作简单 ，占地面 积少，施工周期短，经济效益明显。1、 原工艺流程的问题我厂聚丙烯闪蒸岗位的丙烯气体进入气柜贮存，经压缩机压缩，压力由 0.10Mpa（表压）升到 1.9Mpa（表压）， 经冷凝器冷凝后，大部分气相丙烯冷凝成液相丙烯回收利用,在实际压缩过程中，为了确保系 统压力正常，必 须不断排放氮气等不凝气体，不凝气中丙烯含量在 55%左右。 2、 膜分离技术2.1 膜分离基本原理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完成分离，可凝性有机蒸汽（如乙烯、丙烯、重

3、烃等）与惰性气体（如氢气、氮气等）相比，前者被优先吸附渗透，从而达到分离的目的。分离回收丙烯的有机蒸汽膜是橡胶态聚合物，丙烯与氮气相比，有较大的溶解度被优先渗透。丙烯和氮气混合物通过膜变成二个流：渗透流为富丙烯流；非渗透部分为富氮气流，从而达到丙烯提浓分离的目的。采用有机蒸汽膜法回收系统，使低浓度的烯烃得以富集，从而提高烯烃的回收率。2因而压缩冷凝膜组合工艺成为高效回收烯烃的最有效方法，它是一个零排放的“ 绿色工艺过程” 。2.2、膜分离技术工艺流程简述我们使用膜分离系统用于不凝气中丙烯的回收操作。膜分离系统由二个膜分离器并列组成，膜分离装置的进料气 为丙烯贮罐原排大气的不凝气。进料气首先经过

4、过滤器滤掉其中的机械杂质，然后进 入膜分离器进行分离回收，渗透侧的物料含有提浓的丙烯回收至气柜，非渗透侧气体，即尾气排入大气。 图 2 为 聚丙烯尾气不凝气回收丙烯应用膜分离技术改造后的工艺流程。改造后整套系统采用自动控制，关键部位均设有保护连锁。采用智能仪表对全套装置实行自动化控制，确保安全运行，实现自动操作。2.3 膜回收工艺特点（1）对于不凝气中丙烯单体有 90%以上的回收率。（2（ 在现有压缩/冷凝工艺不变条件下，可降低丙烯单体消耗。（3）投资回收期 46 个月左右。（4）膜回收系统采用撬装式结构，占地面积小。粗 过 滤 器液 相 丙 烯 出 装 置 V-307取 样 口混 合 气 体

5、 氮 气 放 空渗 透 气 去 气 柜 取 样 口精 过 滤 器 M-102膜 分 离 器 取 样 口虚 线 为 新 增 部 分 聚 合 部 分 来 的 排 放 气 体气 柜 压 缩 机图 1 膜分离技术实施后的简易流程图3（5）操作简便，系统采用自动化控制， 简便易学。（6（ 无传动和转动部件。系统采用压缩机提供的压力作为膜回收系统的推动力，不需额外增加动力源。（7）对装置原有回收工段无影响。膜回收系统以冷凝罐上原放空气为原料气，富集丙烯气返回压缩机入口，尾气放入原放空系统。（8）充分利用压缩机提供的压力，控制尾气回收罐上压力1.9Mpa，使丙烯气在现有的冷凝条件下最大程度的冷凝为液体，增加

6、液体丙烯的回收率。3、工艺条件3.1 膜分离技术工艺条件表 1 膜分离技术工艺条件聚合釜 聚合釜台数 4 台产能 1.8 万吨/ 年丙烯 90 V%氮气 7 V%丙烷 2 V%组成和浓度：其他 1 V%压缩机 压缩机台数 2 台压力（绝） 2.2 Mpa功率 37 kw/hr操作时间 24 hr/day冷凝罐放空压力 2.0 Mpa回收液体丙烯价值 8500 元 /吨4、 系统的防爆设计（1）危险环境区域的划分：2 区；（2）丙烯气体按传爆级别、引燃温度级别的分类为A 级 T2 组；（3）现场仪表的设计选型均不低于 dBT3；45、配套公用工程（1）电消耗膜回收系统无传动和转动部件，仅有控制系

7、统和电伴热耗电，电耗量 6kw。(2) 仪表风膜回收系统有两个气动调节阀，全年用风量可以忽略不记。 6、 膜分离系统的回收率的分析该套膜分离系统自 2004 年 3 月运行以来，分离性能稳定，达到了设计的运行标准，已运行达一年，现运行平稳 。 正常运行条件下冷凝后储罐排放气作为膜分离器的入口组成，其处理量变化范围（60m3/ h 110m3/h），在此条件下考察丙烯的回收率与经过膜分离器后的尾气关系。在运行过程中膜分离后的尾气浓度基本控制在 510左右，丙烯的回收率可以达到 90以上。 使用压缩/冷凝/膜分离系统之后，大量富含丙烯的渗透气返回气柜，这将增加一些压缩机的功耗，但对整个系 统没有影

8、响。7、经济效益分析1、膜分离系统应用设备及改造投资：56 万元。2、排放的不凝气中，丙烯含量占 50-60，按日产聚丙烯 50 吨计，可以估算出从不凝气中跑损的丙烯约 0.60.8 吨/天，全年 总计损失丙 烯约 220 吨。按回收率为 90计算，每年可多回收丙烯 198 吨。丙烯每吨大约 8500 元，则全年可减少损失 168 万元。3、投用膜分离系统后，装置用电单耗增加了 4KWH/吨，全年增加电耗 9.6 万元。由此可见，膜分离系统投用后，每年可 创造经济效益 158.4 万元，装置投 资回收期为 4 个月。8.结论丙烯膜分离系统回收了不凝气中的 90的丙烯，每年可增加丙烯 198 吨，可创经济效益约 158 万元，投资回 报期为 4 个月，聚丙 烯生 产成本降低，并且排放丙 烯量大大减少，保护了环境。