趙宇

摘 要：傳統(tǒng)線性低密度聚乙烯裝置的排放氣回收系統(tǒng)存在很多問題，如烷類和烴類的回收率不足，原料損耗率較高等。目前，國內(nèi)外針對排放氣回收工藝的研究取得了很多進展，本文對幾種新的回收工藝進行了簡單的介紹，并且對比了一步冷凝法和兩部冷凝法的回收效果。通過不斷的優(yōu)化排放氣回收工藝，實現(xiàn)了烴類回收率的提高和氮氣的循環(huán)利用，在創(chuàng)造更好的經(jīng)濟效益的同時減小環(huán)境污染。

關鍵詞：線性低密度聚乙烯；回收系統(tǒng)；排放氣

1 前言

聚乙烯裝置排放氣中含有乙烯、乙烷、甲烷、氮氣及重組分丁烯-1、異戊烷等，而通常采用的壓縮冷凝法回收效率并不高，排放氣中的丁烯-1和異戊烷的回收效率會隨著回收氣中氮氣含量的提高而降低。通過對比分析現(xiàn)有各類氣體回收技術的特點，比較各種回收方法的優(yōu)缺點，在原有工藝的基礎上對回收裝置進行設備和技術的優(yōu)化升級，實現(xiàn)排放氣中各種烷類、烴類的高效回收和尾氣中的氮氣重復利用，達到減少原料損耗和節(jié)能減排的目的。

2 排放氣回收新技術分析

2.1 變壓吸附技術

變壓吸附（PSA）技術始于20世紀六十年代初，在七十年代基本實現(xiàn)了在工業(yè)化生產(chǎn)中的應用，并于八十年代開發(fā)利用高吸附分離性能的沸石分子篩，變壓吸附技術得到飛速發(fā)展，具有啟動時間短、能耗較低和節(jié)約成本、自動化程度高的突出優(yōu)點。不同氣體在同一吸附劑上的吸附特性存在差異，選擇合適的吸附劑就能實現(xiàn)對混合氣體中不同吸附能力的各種氣體分離提純的目的。由氣體吸附定律可知，當某種吸附劑吸附同一種氣體時，壓力越高，吸附量越大；溫度越高，吸附量越小。因此，在氣體回收過程中通常采用高壓或低溫下吸附，然后降壓或升溫解吸，達到吸附劑循環(huán)利用的目的。比較常見的PSA工藝流程如下：排放氣經(jīng)低壓冷凝回收一部分液體，后利用壓縮機升壓并高壓冷凝至-10℃回收更多的液體，回收的共聚單體和吸附劑送回反應進料系統(tǒng)，多余的排放氣送至火炬燃燒處理。

2.2 無動力深冷分離技術

無動力深冷分離技術是無動力回收氨技術在聚乙烯排放氣回收系統(tǒng)中的成功應用。通過增加深冷分離設備，在提高共聚單體和異戊烷的回收率的同時，可將以往線性聚乙烯裝置的氮氣消耗總量下降了三成，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟效益一百多萬，同時能耗也大大的降低，實現(xiàn)了裝置的清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排利益最大化。所謂無動力深冷分離回收技術，是指在不需要任何額外動力的情況下，利用火炬氣尾氣倉的原有壓力能，通過多通道循環(huán)膨脹制冷，充分冷卻液化后深度分離回收剩余的丁烯-1和異戊烷。該回收技術的主要流程如下：利用尾氣自身壓力能，采用透平膨脹機絕熱膨脹，使得冷卻降溫至-130℃液化，進而在氣液分離器中分流。考慮到聚乙烯回收氣裝置中管道和分離罐的耐低溫特性，設備內(nèi)的管道材質(zhì)通常為碳鋼，也有局部的管線使用耐低溫性能不足的低溫鋼，因此無動力回收的冷凝液體溫度要控制在-37℃左右，分離罐的壓力不能超過0.3MPa左右。通過增加無動力深冷回收裝置吸收后，乙烯的回收率達到了72%，而丁烯-1和異戊烷的回收率高達99.9%以上。共聚單體和異戊烷的回收率大大提高后，裝置的單耗隨之大幅降低，經(jīng)濟效益的提升十分可觀。

2.3 有機蒸汽膜分離技術

傳統(tǒng)工藝通常不會在排放氣回收單元中設置膜回收系統(tǒng)，而國內(nèi)的一些改裝裝置即便增設膜回收系統(tǒng)，對重烴類的回收效率依舊不高。有別于傳統(tǒng)氣相膜擴散選擇性控制，新型氣體蒸汽滲透膜的理論原理是溶解擴散機理，氣體在膜兩側的分壓差產(chǎn)生了分離推動力，而混合氣體中的不同組分在通過滲透膜時呈現(xiàn)出不同的滲透速率，從而實現(xiàn)氣體分離的目的。常見的有機蒸汽膜是三層結構：第一層起結構作用的是無紡布支撐膜材料；中間層實現(xiàn)分離層增強的是耐溶劑的多孔膜；表面分離層采用橡膠態(tài)薄膜。生產(chǎn)出來的平板有機膜經(jīng)卷制后形成螺旋卷式膜組件，可以滿足工業(yè)大規(guī)模使用的要求。當膜系統(tǒng)與吸收系統(tǒng)、精餾裝置、反應裝置等耦合使用以后，有機蒸汽中的回收率可以達到95%以上，而氮氣更是可以純化到99%以上，實現(xiàn)真正的氮氣高純循環(huán)使用。

3 一步冷凝法與兩步冷凝法的比較

聚乙烯裝置排放氣回收通常采用的是兩步冷凝法，即先經(jīng)低壓冷凝器回收一部分液體，再經(jīng)壓縮機升壓后高壓低溫狀態(tài)冷凝尾氣回收更多的液體。壓縮機出口的壓力和液體回收量呈線性正比關系，當壓縮機出口壓力升高，原料回收率提高，冷凝劑的消耗隨之下降；而壓縮機功率隨著出口壓力的升高而增加，冰機的功率下降使冷卻水消耗增加?？梢?，壓縮機出口壓力的升高可以降低單體及冷凝劑的消耗量，但功率的增加致使能耗增加是無法避免的。

一步冷凝法與兩步冷凝法最大的區(qū)別在于一步冷凝步法不設置低壓冷凝器。采用一步冷凝法時，在相同壓力下液體回收量與低壓冷凝器的設置與否無關，而壓縮機功率和循環(huán)水的消耗會因為低壓冷凝器的缺失而升高，但冰機的電能損耗會降低，按照折算系數(shù)綜合計算后，發(fā)現(xiàn)一步冷凝法較兩步冷凝法節(jié)約能量和資源。此外，在相同壓力下，一步冷凝法回收的液體量較兩步冷凝法要多。因此，基本可以得出以下結論：一步冷凝法既可節(jié)約能量，又能降低物耗，明顯優(yōu)于兩步冷凝法。

4 結論

為了響應國家低碳和節(jié)能減排的號召，在線性低密度聚乙烯排放氣回收的原有工藝基礎上進行技術和設備的升級換代和改造，通過增設無動力深冷回收裝置和增加膜回收系統(tǒng)，采取一步冷凝法等措施可以大大降低物料的損耗和排放損失，在節(jié)能減排工作中取得不錯的成效，取得十分可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。

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