謝玉明

摘要：收集乙二醇時(shí)采用的是通過(guò)乙二醇裝置進(jìn)行乙烯氧化反應(yīng)，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(jī)上游的循環(huán)氣并在蒸汽過(guò)熱爐中進(jìn)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(dá)23%的乙烯浪費(fèi)。所以隨著人們的不斷研究，將膜分離增設(shè)在揚(yáng)子石化乙二醇裝置中，能夠?qū)ρh(huán)氣中排放的乙烯進(jìn)行回收，從而減少損失。本文主要是從揚(yáng)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(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：膜分離;乙烯;回收;乙二醇裝置

引言：隨著各種化學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，氣體膜分離技術(shù)得到了顯著進(jìn)步，目前主要應(yīng)用在氫氣回收、二氧化碳回收等過(guò)程中。在眾多的分離技術(shù)中，膜分離技術(shù)以其設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、消耗能源少、運(yùn)行安全等多種優(yōu)勢(shì)脫穎而出，成為了目前被廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)技術(shù)。在回收乙烯的過(guò)程中應(yīng)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(diǎn)

基本原理

所謂的氣體膜分離過(guò)程主要是利用溶解擴(kuò)散的機(jī)理進(jìn)行，混合氣體首先會(huì)溶解在高分子層的一側(cè)表面，然后再利用高分子膜中存在的濃度梯度進(jìn)行擴(kuò)散，最后移至另一側(cè)并被另一側(cè)的表面進(jìn)行解吸。在計(jì)算分離系數(shù)α的過(guò)程中需要遵循一定的公式來(lái)進(jìn)行。D是氣體組分在高分子膜中的擴(kuò)散系數(shù)，S是氣體組分在高分子膜中的溶解系數(shù)，P是滲透系數(shù)。不同的氣體組分所對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)越大，溶解系數(shù)越小，滲透系數(shù)越小。

在利用揚(yáng)子石化乙二醇裝置的膜分離進(jìn)行乙烯單元回收時(shí)，主要采用高分子復(fù)合膜具有“反向”選擇性的特點(diǎn)，這種方式主要是為了利用“膜中不同氣體組分溶解擴(kuò)散能力不同”這種特點(diǎn)而達(dá)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(shí)現(xiàn)乙烯的分離。

優(yōu)點(diǎn)

在膜分離回收乙烯單元的過(guò)程中使用的設(shè)備都比較簡(jiǎn)單，對(duì)于相關(guān)技術(shù)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(jiǎn)單，所以技術(shù)人員在分離過(guò)程中不需要消耗太多的時(shí)間就可以完成，相比較其他技術(shù)而言容易實(shí)施;

膜分離回收乙烯單元時(shí)因?yàn)楣に嚵鞒毯?jiǎn)單，而且大部分情況下進(jìn)行氣體分離都是通過(guò)膜兩側(cè)的工藝氣體壓差來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以消耗的電能相對(duì)比較少;

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

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(yù)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(diào)節(jié)閥的控制下，進(jìn)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(jīng)過(guò)聚結(jié)過(guò)濾器，將氣體中原本帶有的固體雜質(zhì)和微小液滴進(jìn)行脫出，然后再經(jīng)過(guò)濾預(yù)處理之后就可以讓原料氣進(jìn)入膜分離部分。在膜分離部分可以觀察到一共有9臺(tái)膜分離器，而且這9臺(tái)膜分離器是以并聯(lián)的方式進(jìn)行連接的，因?yàn)榇嬖谝欢ǖ膲翰?，所以可以推?dòng)原料氣在滲透?jìng)?cè)得到富集乙烯組分的滲透氣進(jìn)入尾氣回收壓縮機(jī)入口，而那些沒(méi)有得到滲透的氣體（一般是指尾氣）便會(huì)在控制閥PV-8101的調(diào)節(jié)下，通過(guò)乙二醇裝置的原放空系統(tǒng)進(jìn)入蒸汽過(guò)熱爐進(jìn)行重新燃燒，這樣就能夠讓原本已經(jīng)浪費(fèi)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(biāo)

乙烯回收率

之所以在乙二醇裝置中增設(shè)膜分離，主要是為了能夠?qū)⒀h(huán)氣排放氣中的乙烯進(jìn)行回收，達(dá)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(guò)程中，乙烯回收率是衡量其運(yùn)行狀況的重要指標(biāo)。

氬氣脫除量

在乙二醇裝置中之所以進(jìn)行循環(huán)氣的排放，主要原因是為了脫除氬氣、氮?dú)獾榷栊詺怏w，所以氬氣的脫除量也是衡量膜分離回收乙烯單元運(yùn)行狀況的另一個(gè)重要指標(biāo)。在乙二醇裝置中，氬氣的濃度很難被單獨(dú)分析出來(lái)，一般都是對(duì)氬氣和氧氣的濃度和進(jìn)行分析，所以在利用循壞氣系統(tǒng)對(duì)線質(zhì)譜儀中顯示的氬氣濃度進(jìn)行分析和衡量時(shí)，只需要讓氬氣的濃度達(dá)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(shù)在乙二醇裝置上的應(yīng)用

每組膜組件處理的原料氣量

在對(duì)乙烯單元進(jìn)行回收的過(guò)程中，可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)原本的9組膜組件進(jìn)行刪減。在實(shí)際的處理過(guò)程中，每組膜組件處理的原料氣量都在不斷增大，同時(shí)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(wú)限制增大膜組件處理的原料氣量，而且應(yīng)該將原料氣膜前壓力和尾氣側(cè)壓力控制在50KPa以內(nèi)。

通過(guò)實(shí)際調(diào)查研究，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)每組膜組件處理130Nm/h的原料氣量并采用3組膜組件時(shí)，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(guò)80%，所以在以后分離乙烯的過(guò)程中，也應(yīng)該繼續(xù)對(duì)每一組膜組件處理原材料的氣量進(jìn)行研究。

膜前壓力

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

膜前溫度

原料膜前溫度和原料氣各組分對(duì)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(nèi)，溫度越高滲透性能就越好，相應(yīng)的對(duì)氣體流量也能夠處理的更多。但是這個(gè)遞增的過(guò)程是基于膜前問(wèn)題低于45℃的情況進(jìn)行的，達(dá)到45℃會(huì)發(fā)生高報(bào)警，超過(guò)50℃就會(huì)發(fā)生聯(lián)鎖停車(chē)，所以對(duì)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(guò)研究，可以發(fā)現(xiàn)820Nm/h是總原料氣的處理量，而且膜組件的數(shù)量在總原料氣不斷增大的過(guò)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(dāng)投入6-7組的膜組件時(shí)，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(chǔ)上達(dá)到穩(wěn)定，但是因?yàn)槲矚庑枰M(jìn)入蒸汽過(guò)熱爐進(jìn)行重新燃燒，所以為了保證尾氣的流量處于200Nm/h以下，應(yīng)該選擇5組膜組件進(jìn)行投入，并將原材料氣流量控制在600Nm/h～650Nm/h之間，這時(shí)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(huì)讓蒸汽過(guò)熱爐熄滅，而且還能夠讓自身燃料的氣流量控制在一個(gè)相對(duì)比較安全的范圍內(nèi)，從而讓整個(gè)膜分離回收乙烯的過(guò)程更加安全可靠。

五、最佳工藝條件及運(yùn)行效果

通過(guò)實(shí)際研究和上述的分析，可以發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行膜分離回收乙烯的過(guò)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(guò)80%達(dá)到86%左右，并在此基礎(chǔ)上保證氬氣濃度的穩(wěn)定和平衡。當(dāng)然，在后續(xù)的分離過(guò)程中，也應(yīng)該繼續(xù)進(jìn)行探索，爭(zhēng)取在保證氬氣濃度穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上讓乙烯的回收率達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)，從而在減少能源損耗的基礎(chǔ)上產(chǎn)生更多的經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)束語(yǔ)：總而言之，如果繼續(xù)采用利用乙二醇裝置對(duì)乙烯進(jìn)行直接收集的方式，那么在排放出來(lái)的循環(huán)氣體中就會(huì)存在大量的乙烯，將其在蒸汽過(guò)熱爐中進(jìn)行燃燒就會(huì)產(chǎn)生大量的能源損耗，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。所以在乙二醇裝置中增設(shè)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?qū)⑴欧懦鰜?lái)的乙烯氣體進(jìn)行回收，從而在減少乙烯損耗的基礎(chǔ)上保證運(yùn)行系統(tǒng)的安全性。

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