醋酸裝置放空尾氣回收技術開發(fā)與應用

周 軍 朱廣勝

（兗礦國泰化工有限公司，山東 滕州 277527）

醋酸裝置放空尾氣回收技術開發(fā)與應用

周 軍 朱廣勝

（兗礦國泰化工有限公司，山東 滕州 277527）

通過對醋酸合成系統(tǒng)放空尾氣氣體成分的測定，在3 000 m3/h和5 000 m3/h工況下，模擬計算了采用膜分離純化系統(tǒng)分離回收放空尾氣各項工藝指標，并確定了關鍵設備的選型依據(jù)和工藝流程，據(jù)此建設了普里森膜分離純化尾氣裝置。裝置投用以來，運行穩(wěn)定，年可實現(xiàn)毛收益2 320萬元，減排CO2170×103m3，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

醋酸；放空尾氣；膜分離；純化；回收

在醋酸生產(chǎn)中，為保持合成系統(tǒng)CO分壓，防止液態(tài)催化劑沉淀失效，需要將反應系統(tǒng)中的反應氣（CO的體積分數(shù)約為70%）持續(xù)排放，以及時排出副反應所產(chǎn)生的CO2、CH4和H2等氣體。但3 000 m3/h（標準狀態(tài)）的CO排放至火炬焚燒，不僅浪費了價格昂貴的CO原料氣，還因CO燃燒后生成CO2造成了碳排放量的增加，對環(huán)境造成一定污染，因此，某公司開發(fā)了醋酸裝置放空尾氣回收技術，建設了1套醋酸尾氣膜分離CO純化裝置，回收CO后重新做為原料氣生產(chǎn)醋酸。

1 工藝流程與設備

1.1 工藝流程

按膜分離的基本原理，依照氣體滲透通過膜的速率快慢，H2O、H2、He、H2S、CO2等可稱為“快氣”；CH4及烴類、N2、CO、Ar等稱為“慢氣”[1]。 膜分離 CO工藝流程見圖1。

圖1 膜分離裝置工藝流程Fig 1 Process flow of membrane separation device

裝置可分為預處理（過濾和加熱）和膜分離2個部分[2-4]。穩(wěn)定流量的原料氣（醋酸放空尾氣）以2.8 MPa的壓力進入洗滌塔，洗去殘余的醋酸和甲醇，然后進入氣液分離器，除去氣體中夾帶的液體。從氣液分離器出來的氣體進入聯(lián)合過濾器脫除雜質，之后進入套管式換熱器將原料氣加熱至50℃，以使原料氣保持一定的溫度而不影響膜分離性能，用蒸汽調節(jié)閥與溫度變送器聯(lián)合實現(xiàn)原料氣溫度的調節(jié)、指示、報警及聯(lián)鎖，流量變送器則對原料氣的流量實現(xiàn)指示及報警。原料氣進入膜分離器進行分離，在低壓側得到富氫的滲透氣，直接排放到火炬，非滲透氣進入下游壓縮機工段提壓后返回醋酸合成工段。該系統(tǒng)設計有一個聯(lián)鎖導流閥對膜分離器進行保護。整個膜分離系統(tǒng)無轉動部件，控制回路及監(jiān)控點以DCS系統(tǒng)進行集中控制。

1.2 工況核算

醋酸裝置放空尾氣的體積流量為3 000 m3/h（標準狀態(tài)）、壓力 2.8 MPa、溫度 25℃，主要雜質CO2、H2、CH4、N2等的體積分數(shù)分別為 5.2%、14.6%、5.4%、4.6%。

考慮到醋酸擴產(chǎn)及普里森膜造價等因素，膜系統(tǒng)作為一個單元裝置設計，整體按體積流量5 000 m3/h設計，膜分離裝置按體積流量3 000 m3/h施工和安裝，預留出擴展接口和空間。基于5 000 m3/h和3 000 m3/h這2種工況的的模擬計算結果如表1所示。

1.3 設備選型

根據(jù)計算結果，考慮原料氣中含有醋酸等酸性腐蝕物質，除加熱器部分部件采用碳鋼材質外，其余設備均選用316L不銹鋼材質[5-6]。主要設備選型如表2所示。

表1 模擬計算結果Tab 1 Simulation results

表2 主要設備Tab 2 Main equipment

洗滌塔、氣液分離器、聯(lián)合過濾器的設計參數(shù)均為壓力3.5 MPa、溫度40～100℃，腐蝕裕度3 mm。

2 運行效果

該裝置自2010年9月份投入使用以來，運行工況穩(wěn)定，能夠實現(xiàn)長周期穩(wěn)定運行，年運行時間可達到8 300 h。裝置故障率低、維修簡單、設備維護費用較少。2010年10月，對該裝置進行了168 h性能考核，結果如表3所示。

由表3可以看出，膜分離系統(tǒng)運行穩(wěn)定，能夠滿足設計指標要求，CO回收率與原料氣量和原料氣中CO含量關聯(lián)度較大，在原料氣穩(wěn)定的情況下，回收的產(chǎn)品體積流量在2 000 m3/h左右。

3 結論及展望

通過對醋酸放空尾氣含量、氣體成分進行分析，選擇普里森膜分離系統(tǒng)回收放空氣中CO，技術上是可行的；通過對膜分離裝置模擬計算，為關鍵設備的選型提供了依據(jù)；168 h性能考核結果表明，裝置能夠穩(wěn)定運行，回收產(chǎn)品氣體積流量在2 000 m3/h左右，每年可減排 CO2170×103m3，按合成氣 1.45元/m3、年運行8 000 h計算，每年可實現(xiàn)毛收益2 320萬元，經(jīng)濟、環(huán)保效益明顯。

膜分離系統(tǒng)雖然實現(xiàn)了對醋酸裝置放空尾氣的回收利用，可順利分離尾氣中的H2、CO2，但不能夠有效脫出N2和CH4，造成惰性氣體在醋酸合成系統(tǒng)中積聚，需要定期放空置換來降低惰性氣體含量，會一定程度上減少膜分離系統(tǒng)運行效益，故需探索減少N2、CH4等氣體積聚的有效方法[6]；膜分離系統(tǒng)分離后的廢氣主要成分為H2和CO2，系甲醇合成的主要原料，可通過改造，將該廢氣送入甲醇合成系統(tǒng)做為反應氣體，實現(xiàn)變廢為寶。

[1]楊玉芬,陳啟虎,張永暉,等.化工新型分離技術的研究進展[J].化工中間體,2010（7）：9-13.

[2]范遠景,張東吟,吳林生,等.豬皮明膠的微濾、二級超濾聯(lián)合法膜分離純化工藝研究[J].中國食品工業(yè),2010（12）：36-38.

[3]張實,沈洪久.油氣的膜處理技術[J].中國科技縱橫,2010（18）：52.

[4]張佳,孫秀麗.聚偏氟乙烯膜的改性及其在水處理中的應用[J].河南科技：上半月,2010（12）：66-67.

[5]唐俊麗.膜分離技術在氮肥工業(yè)中的應用[J].廣州化工,2011,39（24）：3-4.

[6]黃良偉.膜分離技術在油氣回收系統(tǒng)的工業(yè)應用[J].石油化工安全環(huán)保技術,2011,27（6）：42-45.

Application and Development of the Vent Tail Gas Recovery Technique from Acetic Acid Installation

Zhou Jun,Zhu Guangsheng
（Yancon Cathay Coal Chemicals Co.,Ltd,Tengzhou,Shandong 277527）

Based on the determining of vent tail gas components from acetic acid synthesis system,various process parameters were simulation calculated using membrane purification system separation in vent tail gas recovery of 3 000 m3/h and 5 000 m3/h conditions,the key equipment selection basis and process flow were confirmed,whereby the prison membrane separation and tail gas purification device was built.Since the device had been put into use,the operation was stable,annual gross income could reach 23 200 thousand Yuan,the emission reduction of CO2was 170×103m3,so it has obvious economic benefit and social benefit.

acetic acid;vent tail gas;membrane separation;purification;recovery

TQ028.8

B DOI10.3969/j.issn.1006-6829.2012.03.019

2012-04-06