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膜分离技术在聚丙烯装置丙烯回收系统中应用
摘要: 间歇式液相小本体聚丙烯生产中产生含大量丙烯、 氮尾气, 在常见冷凝法回收基础上使用一个新分离法, 即以有机膜分离法深入回收尾气中丙烯, 该法以膜两侧气体压差为推进力, 经过溶解、 扩散、 脱附等过程, 利用各组分传输速率差异来实现尾气中丙烯气体充足回收。
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本身特点, 在间歇式操作过程中造成丙烯跑损严重, 其中关键方面有: 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不凝气排放带走丙烯; ④非正常操作而造成放火炬和放空。在有尾气回收及其它工艺操作条件很好时其每吨聚丙烯产品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。大量丙烯单体被白白浪费掉, 以一个年产2万吨聚丙烯装置为例, 丙烯单价0.22万元, 则年损耗丙烯量在吨左右, 累计440万元左右。
一、 我厂聚丙烯装置生产现实状况
我厂聚丙烯装置采取间歇式液相本体聚合工艺, 因为工艺条件所限, 相对连续法聚合工艺其丙烯利用率较低, 通常为89-92%。现在小本体聚丙烯丙烯利用率考评指标为90%, 加权平均数为91%。我企业为92 %, 从以上数据能够看出, 我企业聚丙烯装置生产情况在同类装置中处于较高水平。我厂聚丙烯装置丙烯消耗高关键原因是: 尾气回收过程中不凝气排放带走大量丙烯。不凝气排放时, 夹带丙烯气体含量在50%左右, 即每排放一立方米不凝气体, 就会排放掉对应体积丙烯气体, 这不仅浪费了宝贵丙烯资源, 而且会给环境造成巨大污染。所以, 降低这部分丙烯气体排放, 低成本、 无污染地回收驰放气体中丙烯, 不仅能取得较高经济效益, 而且还能产生良好社会效益。
二、 膜分离技术原理及在丙烯尾气回收中应用　
基础原理: 有机蒸汽膜法回收系统关键采取“反向”选择性高分子复合膜。在一定渗透推进力作用下, 依据不一样气体分子在膜中溶解扩散性能差异, 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, 从而达成目。
膜分离和冷凝法相结合来净化和回收有机蒸汽,是90年代以来开发新技术, 正逐步应用于石化行业中, 可有效回收不凝气中丙烯单体。膜法分离回收丙烯气体步骤是一个与压缩、 冷凝相结合过程, 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丙烯经过膜分离后,再进入气柜,经压缩、 冷凝而得到回收。
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、 试压完成, 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企业协调安排下, 车间一次试车成功, 投入运行。
㈢ 工艺步骤说明:

本步骤关键分为原料气预处理部分及膜分离部分。来自丙烯储罐尾气,经过过滤器过滤掉可能含有固体颗粒物和液滴后进入膜组件。膜组件由两级进行串联,第一级可依据尾气流量和膜组件处理量进行多个并联。第二级通常由一个膜组件已足够。当尾气经一级膜分离后,其排放侧出口丙烯浓度达不到排放浓度要求 (通常为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。而氮气等小分子量气体在排放侧被排入放空系统。
㈣ 膜回收装置厂家提供工艺参数和控制参数
新增一台容积流量为12.5 m3/min压缩机, 更换一台换热面积为160 m2冷凝器。膜回收装置是根据原料气流量: 500 Nm3/h, 渗透气420 Nm3/h, 尾气80 Nm3/h规模进行设计。
1、 分液罐压力: 1.95MPa（此值可依据现场工况调整）
2、 渗透气超压报警: 0.2MPa
3、 膜前温度超高报警: 50℃
4、 联锁停车: 膜前温度达成55℃

五、 膜回收装置投用后工艺分析
1、 膜回收工作负荷
因为现有压缩机只有55 KW（膜回收设计压缩机功率103KW）, 原料气、 渗透气、 尾气流量达不到设计数值。在现有压缩机下原料气流量最大只能达成230 Nm3/h, 通常只能在150 Nm3/h左右运行。膜回收装置投用后, 气柜下降速度只有以前3/5, 增加了压缩机开机时间。以前月份压缩机开机时间见下表, 膜回收投用后压缩机开机时间一个月通常在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（）
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
439.4
52.8
492.2
6月
442.4
15
457.4
7月
382.6
95.5
478.1
8月
303.7
160.8
464.5

2、 膜回收9月运行统计及运行效果（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/Hr
NH3/Hr
℃
℃
MPa
MPa
%
%
%(V)
%(V)
%(V)
%(V)
%(V)
%(V)
%
11
282.9
22.198
25.47
34.115
1.849
0.73
78.9
20
53.601
46.399
1.858
98.142
55.946
44.054
99
12
226.7
0.1
23.4
23.2
1.842
1.26
100
15
63.74
36.26
2.335
97.665
53.23
46.77
99
14
247.179
19.487
18.364
18.584
1.897
1.40
66.8
25
44.921
55.079
1.132
98.868
54.62
45.38
99
14
269.451
33.297
15.236
17.631
1.901
1.01
65.2
30
37.812
62.188
2.086
97.914
55.438
44.562
99

3、 膜回收工艺参数调整
因为现有压缩机只有55 KW, 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: 0.2MPa
3、 膜前温度超高报警: 50℃
4、 联锁停车: 膜前温度达成55℃
5、 膜前压力不低于0.5 MPa, 最好在1.0-1.2 MPa
6、 要求三个切液点30分钟切一次液
7、 确保膜前温度（TI102）比电伴热前温度（TI101）高约1～6℃。
经过调整工艺控制（现只开两支膜）, 能够确保膜正常平稳运行。
六、 膜回收装置运行得到结论
1 从膜运行负荷上来说, 因为现有压缩机只有55 KW, 不能达成膜运行最好效果。
2 回收率在98%左右, 比厂家要求回收率高（厂家要求回收率为90%）。
3 经过这一段运行, 发觉丙烯收率比以前有升高。
4 因为回收了大部分R-15不凝气排放带走丙烯, 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18898 Nm3。
渗透气累积量=原料气进口累积量-尾气累积量=143588-18898=124690 Nm3
渗透气累积量=124690 Nm3, 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
所以膜回收装置每个月大约能多回收丙烯50吨。
年经济效益=50×12×2200=132万元
八、 膜回收装置现存在问题
经过这一段使用, 发觉还有以下问题没有处理:
1、 现有压缩机功率小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聚合釜回收量。现膜回收投用后, 渗透丙烯气又回到气柜, 气柜（1000 m3）很不轻易抽下来, 现在气柜下降速度只有以前3/5, 不利于抢产。
2、 三个切液点冬天轻易冻, 液没地方切, 原设计上没有设计切液地沟。
3、 冬天克拉玛依气温很低, 三个电伴热不能够完全满足膜运行要求, 冬天运行时还需要增加伴热线。
4、 因为原设计压缩机没有到位, 现有压缩机不能做到长久满负荷运转。

九、 膜回收装置运行经验
1、 膜前压力0.9-1.2是膜运行适合范围。
2、 R-15立刻返料（通常不要超出80cm）。
3、 膜回收装置三个切液点要立刻切液（30min一次）。
4、 渗透气压力要多做观察与调整, 原料气温度与膜前温度要多观察与调整。
5、 要立刻处理好膜回收装置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损耗, 丙烯回收率达成95%以上, 在现有条件下, 每个月多回收了50吨丙烯, 年经济效益显著。
2、 膜回收装置与现有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。

参看文件:
1、 大连欧科膜技术工程企业《膜法回收操作规程》
2、 玉门油田分企业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应用》
3、 金陵石油化工企业设计院刘钰明《气体膜分离技术在尾气回收丙烯系统中应用》