膜技术在聚乙烯生产过程中的应用

肖波

肖波（中国石油大庆石化塑料厂，黑龙江大庆163000）

摘要：本文介绍了有机蒸汽分离膜的分离原理，重点介绍了有机蒸汽分离膜在聚乙烯装置上的应用，针对不同聚乙烯专利技术，分别进行了叙述。同时重点介绍了中国石油大庆石化分公司聚乙烯装置膜回收改造情况。

关键词：有机蒸汽；膜分离；气体分离；回收

1概述

在聚烯烃行业中，单体的精制、聚合过程和产品纯化过程中经常含有大量的有机蒸汽组分（Volatileorganiccomponents简称VOCs），如乙烯、丙烯、氯乙烯和其它烃类化合物的不凝气或弛放气排出。目前传统的处理方法主要有吸附、吸收、低温深冷和焚烧，以减少有机蒸汽的排放。

20世纪末出现的有机蒸汽分离膜技术，为这些有机蒸汽的回收提供了更为有效的办法，并已在实际的工业应用中获得了一定成功。本文将重点阐述有机蒸汽分离膜在聚乙烯过程中的应用。

2有机蒸汽分离膜的介绍

2.1基本原理。气体膜分离技术是一种基于溶解扩散机理的新型气体分离技术，其分离过程的推动力是气体中各组分在膜两侧的分压差，利用气体中各组分通过膜时的渗透速率的不同，从而达到分离目的。

有机蒸汽膜分离过程是溶解选择性控制，分子量大、沸点高的有机蒸汽如乙烯、丙烯、氯乙烯、重烃等在膜内的溶解度大，在有机蒸汽膜内的渗透速率快，在膜的渗透侧富集，从而实现与分子量小、沸点低的气体如氮气、氢气、甲烷的分离。

图1气体分离膜的溶解扩散机理

2.2膜结构及组件形式。有机蒸汽分离膜为三层复合结构，如图2所示。表面为无缺陷的橡胶态分离层；中间为耐溶剂的微孔支撑层，提供所需的机械强度；无纺布为膜的载体层。

工业上应用的有机蒸汽分离膜为平板膜，卷式膜组件。原料气进入到组件内在膜片间进行流动，原料侧和渗透侧的隔网提供流动的通道。各种烃类等有机蒸汽组份优先透过膜，在膜的渗透侧富集，从组件的中心管汇集流出。氮气等气体被截留在尾气侧。

3有机蒸汽分离膜在聚乙烯过程中的应用

从低压放空气中回收烃类和氮气。在Unipol、Phillips、Hostalen聚乙烯工艺中，合成的聚乙烯树脂需要在脱气仓中用氮气精制，脱出粉料中夹带的烃类，产生的脱仓尾气中含有大量的烃类。目前采用压缩冷凝的办法来回收其中的烃类。但受热力学平衡的限制，在不凝气中仍然含有大量的烃类和几乎全部的氮气，被送到火炬烧掉。采用压缩冷凝与有机蒸汽膜分离单元的有机结合可以实现不凝气中烃类的回收和氮气的纯化。

（1）Unipol工艺。目前国内有10余套Unipol工艺生产聚乙烯的装置。结合该工艺的实际情况，嵌入有机蒸汽膜单元的流程示意图见图3。

一级膜分离单元的作用是将压缩冷凝过程产生的不凝气中的烃类（主要是丁烯－1和异戊烷）在膜的渗透侧提浓，然后返回到现有的压缩机入口，通过压缩冷凝进一步加以回收。二级膜分离单元的作用是纯化氮气，将氮气的纯度提高到98％以上，返回到脱气仓重复利用，渗透侧的气体排放到原有的火炬系统。

中国石油大庆石化分公司年生产能力6万吨，运行8000小时，装置于1988年2月8日建成投产，开车一次成功。2001年7月，装置进行了脱瓶颈改造，解决了装置生产的瓶颈问题，使装置的年生产能力提高到7.8万吨，为原设计生产能力的130％。

2008年3月，大庆石化分公司与大连欧科公司合作进行脱仓气尾气项目的膜回收项目改造。表1为该装置原脱气仓尾气的工艺条件。现该装置目前只采用一级膜分离过程，主要回收丁烯-1和异戊烷。

原脱仓尾气是经过压缩冷凝后的不凝气，其中一部分由于出料，另一部分直接排放到火炬，损失了大量未冷凝的丁烯-1和戊烷。嵌入膜分离单元后，是将膜单元尾气侧的一部分气体排放到火炬，通过比较两种情况下去火炬损失的烃类，就可以反应出嵌入膜单元后增加的回收量，具体的结果见表2。

从表2的数据可以看出，膜回收单元的嵌入可以回收原不凝气中80％以上的丁烯-1，膜单元的单级回收率更高达90%以上。

（2）Phillips工艺。Phillips工艺生产HDPE过程中，树脂脱气的驰放气中含有大量的异丁烷和氮气。采用压缩冷凝和膜分离单元相耦合的办法可以实现在循环水冷却的情况下实现回收95％以上的异丁烷，同时得到纯化的氮气。

一级膜分离单元的作用分离和富集异丁烷，二级膜分离单元的作用是纯化氮气。根据Phillips工艺的特点，采用图4所示的流程，系统的性能见表3。

从表3可以看出，在采用循环水冷的条件下由于膜分离单元的嵌入，仍然可以实现异丁烷的高回收率，同时回收50％以上纯度为99％的氮气。

小结

有机蒸汽分离膜装置为撬装式设备，操作过程简单，投资回报期一般在6～18个月，并且很容易与传统的分离过程相结合。经过大连欧科公司在国内近五年的应用推广，使得有机蒸汽分离膜技术在国内的各个领域得到了广泛的应用，并且为厂家带来了可观的经济效益和显著的社会效益，随着认识和交流的不断深入，有机蒸汽分离膜技术必将发挥更大的作用。