膜回收系统在乙二醇装置的应用

36万吨/年乙二醇装置的反应原理是在气相条件下乙烯在银催化剂上和氧气反应生成环氧乙烷, 采用荷兰壳牌技术。在乙烯气相反应合成环氧乙烷过程中, 超过10%的乙烯转化成环氧乙烷、二氧化碳和水, 未反应的乙烯经循环压缩机送到反应器, 再次参与反应。在此循环过程中为了防止氧气中氩气和其他惰性气体的累积, 需要连续排放部分循环气到燃料气管网来控制反应系统中氩气等惰性气体的累积。排放气中仍含有23%左右的乙烯, 从而造成乙烯的大量损失。为回收利用此部分烃类物质, 因此本装置增设了膜回收系统。

一、膜回收原理

膜是指分隔两相界面, 并以特定的形式限制和传递各种化学物质的阻挡层。它可以是均相的或非均相的, 对称的或非对称的, 固体的或液体的, 中性的或电荷的。其厚度可从几微米到几毫米。膜分离技术是基于化学物质通过膜的传递速度的不同, 以膜两侧的化学势梯度为推动力, 从而使不同化学物质通过膜而达到分离效果。

气体分离膜的原理是一种溶解扩散机理。气体首先溶解于膜的一侧表面, 然后沿着膜中浓度梯度扩散传递到膜的另一侧, 最后在膜的另一侧表面解吸。渗透系数P用来描述膜的渗透性能, 渗透系数为扩散系数D和溶解系数S的乘积。分离系数α衡量膜对于不同气体的分离性能, 分离系数是两种气体在膜内渗透系数 (P1和P2) 的比值。即α1/α2=P1/P2=[D1/D2][S 1/S2], 高分子材料的扩散系数随着气体分子尺寸的增大而减少, 如氮气的扩散系数要大于丙烯的扩散系数。然而溶解系数随着气体分子的可凝性增加而增加, 因此分子尺寸大的气体溶解系数大。气体的渗透能力主要是由扩散系数决定, 所以分子尺寸越小, 其渗透系数P越大。本回收系统采用具有“反向”选择性的高分子复合膜。在一定的渗透推动力作用下, 根据不同气体分子在膜中溶解扩散性能的差异, 可凝性有机蒸汽与惰性气体相比, 被优先吸附渗透, 从而达到分离的目的。

此处乙烯回收是通过处理原循环排放气, 将其中的惰性气体排放掉而使乙烯提浓后返回反应进料系统来实现的。膜回收技术的基本原理是利用了特殊的高分子膜对乙烯的优先透过性的特点, 让乙烯和惰性气体 (如氩气、氮气、氢气等) 的混合气在一定的压差推动下, 经选择性透过膜, 使混合气中的乙烯优先透过膜得以富集回收, 而氮气、氩气等则被选择性的截留, 从而达到分离的目的。

二、膜回收工艺流程简述

由图可以看出, 循环气入口缓冲罐的循环排放气在1.45MPa G压力下, 进入膜回收系统, 经过串联的两级膜分离器, 在一定的压差推动下, 两级膜组件的渗透侧得到富集的乙烯气体 (亦称渗透气) , 压力变为0.05MPa G后, 返回尾气压缩机入口, 经压缩机压缩后送至循环气系统再次利用。而未渗透气体 (亦称尾气) 压力变为0.4MPa G后, 经控制阀去燃料气管网系统。从而起到回收乙烯等烃类物质, 排放惰性气体的作用。

三、膜回收吸收前后数据对比

循环气设计排放量为948 kg/h, 经膜回收的气体为718.45 kg/h, 尾气排放为229.54。其中循环气中含有乙烯287.57 kg/h, 回收的气体中含有乙烯266.18 kg/h, 回收率达到92%以上。甲烷在循环气中含有460.46 kg/h, 回收的气体含有317.61 kg/h, 回收率达到68%以上。按照设计每年生产运行8000小时来计算, 一年可以回收乙烯2129.44吨, 甲烷可以回收2540.88吨。

结论

增设了膜回收系统后, 可以有效回收乙烯、甲烷等烃类物质。每年可以回收乙烯2129.44吨, 甲烷可以回收2540.88吨, 大大的降低了物耗, 节约了生产成本。

摘要：乙二醇装置反应采用气相循环的方式进行, 为防止氩气和其他惰性气体的累积, 保证反应的高选择性, 需将部分循环气排放至燃料气管网来控制反应系统中氩气等惰性气体的累积。但在此股排放气中仍含有23%左右的乙烯, 从而造成乙烯的大量损失。为回收利用这部分烃类物质, 增设了膜回收系统。经核算, 每年可节约乙烯1900多吨、甲烷1100多吨。

关键词：膜回收,乙烯,甲烷,氩气