膜分离技术在聚丙烯装置丙烯回收系统中的应用

膜分离技术在聚丙烯装置丙烯回收系统中的应用1膜分离技术在聚丙烯装置丙烯回收系统中的应用摘要：间歇式液相小本体聚丙烯生产中产生的含大量丙烯、氮的尾气，在常用冷凝法回收的基础上使用一种新的分离法，即以有机膜分离法进一步回收尾气中的丙烯，该法以膜两侧气体的压差为推动力，通过溶解、扩散、脱附等过程，利用各组分传递速率的差异来实现尾气中丙烯气体的充分回收。关键词：小本体有机蒸汽膜丙烯尾气回收率间歇式液相小本体聚合工艺因生产工艺自身的特点，在间歇式操作过程中造成丙烯跑损严重，其中主要方面有：①聚合釜投料时加三剂过程中向大气泄压和反吹，以及反应结束后的催化剂加料斗向大气反吹操作；②闪蒸置换过程中排大气泄压及抽真空操作；③R-15不凝气排放带走的丙烯；④非正常操作而造成的放火炬和放空。在有尾气回收及其它工艺操作条件较好时其每吨聚丙烯产品的净丙烯消耗量只能控制在1.08-1.12，即丙烯利用率为89-92%，这是由其工艺特点所决定的。大量的丙烯单体被白白浪费掉，以一个年产2万吨的聚丙烯装置为例，丙烯单价0.22万元，则年损耗丙烯量在2000吨左右，合计440万元左右。一、我厂聚丙烯装置的生产现状我厂聚丙烯装置采用间歇式液相本体聚合工艺，由于工艺条件所限，相对连续法聚合工艺其丙烯利用率较低，一般为89-92%。目前全国小本体聚丙烯丙烯利用率考核指标为90%，2002年加权平均数为91%。我公司为92%，从以上数据可以看出，我公司聚丙烯装置生产情况在全国同类装置中处于较高水平。我厂聚丙烯装置丙烯消耗高主要原因是：尾气回收过程中不凝气排放带走的大量丙烯。不凝气排放时，夹带的丙烯气体含量在50%左右，即每排放一立方米的不凝气体，就会排放掉相应体积的丙烯气体，这不仅浪费了宝贵的丙烯资源，而且会给环境造成巨大污染。因此，减少这部分丙烯气体的排放，低成本、无污染地回收驰放气体中的丙烯，不仅能取得较高的经济效益，而且还能产生良好的社会效益。二、膜分离技术原理及在丙烯尾气回收中的应用基本原理：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。在一定的渗透推动力作用下，根据不同气体分子在膜中的溶解扩散性能的差异，可凝性有机蒸汽（如乙烯、丙烯、重烃等）与惰性气体（如氢气、氮气、甲烷等）相比，被优先吸附渗透，从而达到目的。膜分离和冷凝法相结合来净化和回收有机蒸汽,是90年代以来开发的新技术，正逐渐应用于石化行业中，可有效回收不凝气中的丙烯单体。膜法分离回收丙烯气体的流程是一个与压缩、冷凝相结合的过程，低压尾气丙烯经压缩、冷凝后,部分丙烯被液化,而随氮气等不凝气体排放的丙烯经过膜分离后,再进入气柜,经压缩、冷凝而得到回收。膜分离技术在聚丙烯装置丙烯回收系统中的应用2三、膜回收装置工程概况㈠施工9月1号膜回收开始动电器焊。9月4号膜回收系统连接氮气线。9月9号仪表连好膜回收装置仪表线路。9月9日管线吹扫、试压完毕，膜回收装置结束收尾工作。㈡试车：9月10号膜回收装置在厂家技术指导以及石化公司协调安排下，车间一次试车成功，投入运行。㈢工艺流程说明：本流程主要分为原料气预处理部分及膜分离部分。来自丙烯储罐的尾气,通过过滤器过滤掉可能含有的固体颗粒物和液滴后进入膜组件。膜组件由两级进行串联,第一级可根据尾气的流量和膜组件的处理量进行多个并联。第二级一般由一个膜组件已足够。当尾气经一级膜分离后,其排放侧出口的丙烯浓度达不到排放浓度的要求(一般为15%左右),开启二级分离膜进行分离。在膜组件内,丙烯气体经溶解、扩散、脱附等步骤渗透过膜组件到仅有微压的渗透侧,然后回收到气柜内,再经压缩、冷凝而得到回收。而氮气等小分子量的气体在排放侧被排入放空系统。㈣膜回收装置厂家提供的工艺参数和控制参数新增一台容积流量为12.5m3/min的压缩机，更换一台换热面积为160m2的冷凝器。膜回收装置是按照原料气流量：500Nm3/h，渗透气420Nm3/h，尾气80Nm3/h的规模进行设计。1、分液罐压力：1.95MPa（此值可根据现场工况调整）2、渗透气超压报警：0.2MPa3、膜前温度超高报警：50℃4、联锁停车：膜前温度达到55℃膜分离技术在聚丙烯装置丙烯回收系统中的应用3五、膜回收装置投用后的工艺分析1、膜回收的工作负荷由于现有压缩机只有55KW（膜回收设计压缩机功率103KW），原料气、渗透气、尾气的流量达不到设计数值。在现有压缩机下的原料气流量最大只能达到230Nm3/h，一般只能在150Nm3/h左右运行。膜回收装置投用后，气柜下降速度只有以前的3/5，增加了压缩机的开机时间。以前月份的压缩机开机时间见下表，膜回收投用后压缩机的开机时间一个月一般在700小时左右，比以前多230小时，压缩机几乎是满负荷运转。月份（2004）J-1/1开机时间（小时）J-1/2开机时间（小时）总开机时间（小时）5月439.452.8492.26月442.415457.47月382.695.5478.18月303.7160.8464.52、膜回收2004年9月的运行记录及运行效果（见下表）日期原料气流量尾气流量原料气温度膜前温度原料气压力膜前压力AV01开度AV03开度原料气尾气渗透气回收率丙烯浓度氮气浓度丙烯浓度氮气浓度丙烯浓度氮气浓度NH3/HrNH3/Hr℃℃MPaMPa%%%(V)%(V)%(V)%(V)%(V)%(V)%11282.922.19825.4734.1151.8490.7378.92053.60146.3991.85898.14255.94644.0549912226.70.123.423.21.8421.261001563.7436.262.33597.66553.2346.779914247.17919.48718.36418.5841.8971.4066.82544.92155.0791.13298.86854.6245.389914269.45133.29715.23617.6311.9011.0165.23037.81262.1882.08697.91455.43844.562993、膜回收工艺参数的调整由于现有压缩机只有55KW，原料气流量达不到设计要求，我们调整后控制参数是。1、分液罐压力：1.9MPa。2、渗透气超压报警：0.2MPa3、膜前温度超高报警：50℃膜分离技术在聚丙烯装置丙烯回收系统中的应用44、联锁停车：膜前温度达到55℃5、膜前压力不低于0.5MPa，最好在1.0-1.2MPa6、要求三个切液点30分钟切一次液7、保证膜前温度（TI102）比电伴热前温度（TI101）高约1～6℃。通过调整工艺控制（现只开两支膜），能够保证膜的正常平稳运行。六、膜回收装置运行得到的结论1从膜的运行负荷上来说，由于现有压缩机只有55KW，不能达到膜运行的最佳效果。2回收率在98%左右，比厂家要求的回收率高（厂家要求回收率为90%）。3通过这一段的运行，发现丙烯收率比以前有升高。4由于回收了大部分的R-15不凝气排放带走的丙烯，则增加了压缩机开机时间。5能耗与以前相比有所升高。七、膜回收装置的经济效益评价从10月1号膜回收装置试车成功到12月12号止，原料气进口累积量是143588Nm3,尾气累积量是18898Nm3。渗透气累积量=原料气进口累积量-尾气累积量=143588-18898=124690Nm3渗透气累积量=124690Nm3，渗透气中丙烯含量为60%计算得到纯丙烯为74814Nm3或纯丙烯=140吨所以膜回收装置每月大概能多回收丙烯50吨。年经济效益=50×12×2200=132万元八、膜回收装置现存在的问题通过这一段的使用，发现还有以下问题没有解决：1、现有压缩机的功率小55KW（膜回收设计压缩机功率103KW），在建膜回收装置前，气柜从最低到最高只能装3-4聚合釜的回收量。现膜回收投用后，渗透丙烯气又回到气柜，气柜（1000m3）很不容易抽下来，现在气柜下降速度只有以前的3/5，不利于抢产。2、三个切液点冬天容易冻，液没地方切，原设计上没有设计切液的地沟。3、冬天克拉玛依的气温很低，三个电伴热不能够完全满足膜运行的要求，冬天运行时还需要增加伴热线。4、由于原设计的压缩机没有到位，现有压缩机不能做到长期满负荷运转。膜分离技术在聚丙烯装置丙烯回收系统中的应用5九、膜回收装置的运行经验1、膜前压力0.9-1.2是膜运行适合范围。2、R-15及时返料（一般不要超过80cm）。3、膜回收装置的三个切液点要及时切液（30min一次）。4、渗透气压力要多做观察与调节，原料气温度与膜前温度要多观察与调节。5、要及时处理好膜回收装置的正常停车与非正常停车。十、总结1、膜回收装置投用后大大降低了丙烯资源的损耗，丙烯回收率达到95%以上，在现有的条件下，每月多回收了50吨的丙烯，年经济效益显著。2、膜回收装置与现有的丙烯尾气放空管线有机结合，建设工程量小3、装置占地面积小，无运动部件，维修量小。参看文献：1、大连欧科膜技术工程公司《膜法回收操作规程》2、玉门油田分公司炼化总厂聚丙烯车间聂宏甫《膜分离技术在聚丙烯装置丙烯回收系统中的应用》3、金陵石油化工公司设计院刘钰明《气体膜分离技术在尾气回收丙烯系统中的应用》