膜分离回收乙烯技术在乙二醇装置上的应用

谢玉明

摘要：收集乙二醇时采用的是通过乙二醇装置进行乙烯氧化反应，但是这种方式为了保证循环气中氩气的浓度，需要排放部分循环气压缩机上游的循环气并在蒸汽过热炉中进行燃烧，虽然这种方式能够在一定程度上保证氩气的浓度，但是也造成了高达23%的乙烯浪费。所以随着人们的不断研究，将膜分离增设在扬子石化乙二醇装置中，能够对循环气中排放的乙烯进行回收，从而减少损失。本文主要是从扬子石化乙二醇装置膜分离回收乙烯单元的原理和工艺流程等入手进行分析。

关键词：膜分离;乙烯;回收;乙二醇装置

引言：随着各种化学技术的不断发展，气体膜分离技术得到了显著进步，目前主要应用在氢气回收、二氧化碳回收等过程中。在众多的分离技术中，膜分离技术以其设备简单、操作方便、消耗能源少、运行安全等多种优势脱颖而出，成为了目前被广泛应用的一项技术。在回收乙烯的过程中应用这种模式，能够减少大量的乙烯损耗。

一、膜分离回收乙烯单元的基本原理及优点

基本原理

所谓的气体膜分离过程主要是利用溶解扩散的机理进行，混合气体首先会溶解在高分子层的一侧表面，然后再利用高分子膜中存在的浓度梯度进行扩散，最后移至另一侧并被另一侧的表面进行解吸。在计算分离系数α的过程中需要遵循一定的公式来进行。D是气体组分在高分子膜中的扩散系数，S是气体组分在高分子膜中的溶解系数，P是渗透系数。不同的气体组分所对应的D、S和P有所不同，一般情况下，气体分子的尺寸越小，相对应的扩散系数越大，溶解系数越小，渗透系数越小。

在利用扬子石化乙二醇装置的膜分离进行乙烯单元回收时，主要采用高分子复合膜具有“反向”选择性的特点，这种方式主要是为了利用“膜中不同气体组分溶解扩散能力不同”这种特点而达到可凝性蒸汽优于惰性气体被优先吸附渗透的目的，最终实现乙烯的分离。

优点

在膜分离回收乙烯单元的过程中使用的设备都比较简单，对于相关技术人员的要求比较低，容易操作;

膜分離回收乙烯单元的工艺流程比较简单，所以技术人员在分离过程中不需要消耗太多的时间就可以完成，相比较其他技术而言容易实施;

膜分离回收乙烯单元时因为工艺流程简单，而且大部分情况下进行气体分离都是通过膜两侧的工艺气体压差来实现的，所以消耗的电能相对比较少;

膜分离回收乙烯单元的过程中使用的膜组件都具有耐高压、较高分离性能和耐有机溶剂的优点。

膜分离回收乙烯单元的工艺流程

膜分离回收乙烯单元的工艺流程只要包括两部分，一部分是原料气预处理，另一部分是膜分离。所谓的原料气主要是指在膜分离界区外调节阀的控制下，进入膜分离单元的2套氧化系统中的循环排放气。这些原料首先需要经过聚结过滤器，将气体中原本带有的固体杂质和微小液滴进行脱出，然后再经过滤预处理之后就可以让原料气进入膜分离部分。在膜分离部分可以观察到一共有9台膜分离器，而且这9台膜分离器是以并联的方式进行连接的，因为存在一定的压差，所以可以推动原料气在渗透侧得到富集乙烯组分的渗透气进入尾气回收压缩机入口，而那些没有得到渗透的气体（一般是指尾气）便会在控制阀PV-8101的调节下，通过乙二醇装置的原放空系统进入蒸汽过热炉进行重新燃烧，这样就能够让原本已经浪费的乙烯得到二次回收，从而减少乙烯的损耗。

二、膜分离回收乙烯单元指标

乙烯回收率

之所以在乙二醇装置中增设膜分离，主要是为了能够将循环气排放气中的乙烯进行回收，达到降低乙烯损耗，提高乙烯回收率的目的。在膜分离回收乙烯单元的过程中，乙烯回收率是衡量其运行状况的重要指标。

氩气脱除量

在乙二醇装置中之所以进行循环气的排放，主要原因是为了脱除氩气、氮气等惰性气体，所以氩气的脱除量也是衡量膜分离回收乙烯单元运行状况的另一个重要指标。在乙二醇装置中，氩气的浓度很难被单独分析出来，一般都是对氩气和氧气的浓度和进行分析，所以在利用循坏气系统对线质谱仪中显示的氩气浓度进行分析和衡量时，只需要让氩气的浓度达到稳定便可以满足工艺的基本要求。

三、膜分离回收乙烯技术在乙二醇装置上的应用

每组膜组件处理的原料气量

在对乙烯单元进行回收的过程中，可以根据实际情况对原本的9组膜组件进行删减。在实际的处理过程中，每组膜组件处理的原料气量都在不断增大，同时乙烯回收率在明显减少，氩气脱除量在不断增大，但是为了保证膜组件的完好性，不能够无限制增大膜组件处理的原料气量，而且应该将原料气膜前压力和尾气侧压力控制在50KPa以内。

通过实际调查研究，可以发现当每组膜组件处理130Nm/h的原料气量并采用3组膜组件时，能够保证循环气系统中有稳定的氩浓度并让膜分离回收乙烯单元的回收率超过80%，所以在以后分离乙烯的过程中，也应该继续对每一组膜组件处理原材料的气量进行研究。

膜前压力

所谓的膜前压力主要是指利用膜的两个侧面存在的压力差来分离循环气体的每一个组分，在膜分离乙烯单元的过程中侧面压力主要处于23.5KPa左右，是原料气膜前压力的一个重要影响因素。

膜前温度

原料膜前温度和原料气各组分对膜的渗透性具有重要的联系，一般情况下，在一定的温度范围内，温度越高渗透性能就越好，相应的对气体流量也能够处理的更多。但是这个递增的过程是基于膜前问题低于45℃的情况进行的，达到45℃会发生高报警，超过50℃就会发生联锁停车，所以对于温度的处理一定要重视，最好选择30℃左右的膜前温度。

四、总原料气流量

通过研究，可以发现820Nm/h是总原料气的处理量，而且膜组件的数量在总原料气不断增大的过程中也在不断增大，这就能够保证乙烯有较高的回收率，也能够让氩气的脱除量逐渐增高。当投入6-7组的膜组件时，就能够让氩气的浓度在130Nm/h的原材料气量和820Nm/左右的原材料气流量的基础上达到稳定，但是因为尾气需要进入蒸汽过热炉进行重新燃烧，所以为了保证尾气的流量处于200Nm/h以下，应该选择5组膜组件进行投入，并将原材料气流量控制在600Nm/h～650Nm/h之间，这时选取2套氧化系统不但能够保持稳定的氩气浓度，还能够让尾气的排放量处于限值之下，这样即便尾气发生中断也不会让蒸汽过热炉熄灭，而且还能够让自身燃料的气流量控制在一个相对比较安全的范围内，从而让整个膜分离回收乙烯的过程更加安全可靠。

五、最佳工艺条件及运行效果

通过实际研究和上述的分析，可以发现在进行膜分离回收乙烯的过程中，一定要选择1100-1200KPa之间的膜前压力，并将膜前温度控制在30℃左右，600～650Nm/h左右的原材料气流量，并为了保证尾气量在200Nm/h以下选择投入5组膜组件。将这些要求全部满足的条件下，能够让乙烯的回收率超过80%达到86%左右，并在此基础上保证氩气浓度的稳定和平衡。当然，在后续的分离过程中，也应该继续进行探索，争取在保证氩气浓度稳定性的基础上让乙烯的回收率达到更高的标准，从而在减少能源损耗的基础上产生更多的经济效益。

结束语：总而言之，如果继续采用利用乙二醇装置对乙烯进行直接收集的方式，那么在排放出来的循环气体中就会存在大量的乙烯，将其在蒸汽过热炉中进行燃烧就会产生大量的能源损耗，造成很大的经济损失。所以在乙二醇装置中增设膜分离不但能够让氩气等惰性气体的浓度保持稳定和平衡，还能够将排放出来的乙烯气体进行回收，从而在减少乙烯损耗的基础上保证运行系统的安全性。

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