有機(jī)蒸氣膜分離回收裝置

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1、有機(jī)蒸氣膜分離回收裝置日東電工株式會(huì)社井上賢一、磯岡富、徐平一、前言目前世界各國(guó)均在強(qiáng)化大氣環(huán)境保護(hù)法規(guī)，美國(guó)環(huán)保署1995年7月公布的大氣污染治理措施中規(guī)定，要求大幅度削減苯、甲苯、二甲苯、乙苯、己烷等有害氣體（4500噸/年）和汽油蒸氣等揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）（43000噸/年），而且對(duì)使用的VOC回收裝置具體規(guī)定了回收率95%以上，VOC排放濃度小于1000ppm以下等指標(biāo)。美國(guó)的這些規(guī)定僅針對(duì)于汽油年處理量1000萬(wàn)桶，主要為油輪碼頭等大型設(shè)施，而在環(huán)境法規(guī)更為嚴(yán)格的德國(guó)、瑞士等國(guó)，不僅要求回收率高達(dá)99.99%，而且對(duì)一般的汽油加油站也實(shí)行同樣規(guī)定。在日本，一些地方法規(guī)的基準(zhǔn)是回

2、收率85%和排放濃度5%以下。然而，隨著能源及塑料工業(yè)的發(fā)展，作為VOC發(fā)生源的石油化工產(chǎn)品的市場(chǎng)需求日益增大。在這種背景下，各種可將VOC回收再利用的分離方法愈來(lái)愈受到人們的重視，冷凝法、吸收法、吸附法等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。本文介紹的膜分離法是一種近年開(kāi)發(fā)的新技術(shù)。二、有機(jī)蒸氣分離膜日東電工公司開(kāi)發(fā)的有機(jī)蒸氣分離膜是由芳香族聚酰亞胺基膜和硅橡膠表面涂層構(gòu)成的復(fù)合膜。利用此膜，日東電工和日本鋼管公司又共同開(kāi)發(fā)成功了汽油蒸氣回收裝置。第一套工業(yè)裝置于1988年投入使用，表1給出了目前正在運(yùn)行的9套工業(yè)裝置和4套中試裝置的基本數(shù)據(jù)。另外幾套用于各種氣體回收的實(shí)驗(yàn)裝置沒(méi)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)用化，故沒(méi)有列在表1中

3、。到今天為止，這些裝置使用的分離膜還沒(méi)有更換過(guò)，使用時(shí)間最長(zhǎng)的已超過(guò)9年。此外，日東電工還在制造和銷(xiāo)售以處理含有一般有機(jī)溶劑的廢氣為目的的小型標(biāo)準(zhǔn)裝置。表1運(yùn)行中的有機(jī)蒸氣膜分離回收裝置裝置類(lèi)別投運(yùn)時(shí)間氣體發(fā)生源處理對(duì)象氣體處理量(Nm3/hr)工業(yè)裝置1988汽油罐區(qū)汽油1501989汽油罐區(qū)汽油8001990石油產(chǎn)品貯罐己烷1201991汽油罐區(qū)汽油4001992地上汽油貯罐汽油9001992地上汽油貯罐汽油13501992石油產(chǎn)品貯罐己烷201993高分子樹(shù)脂溶解槽甲苯51995聚合生產(chǎn)線(xiàn)貯罐替代氟里昂38實(shí)1992天然氣甲烷40驗(yàn)裝置1993聚合氣體塔槽二氯甲烷401933聚合原料氣氯

4、乙烯單體431995合成原料氣乙烯6注：處理量是指裝置入口氣體的設(shè)計(jì)流量。本裝置采用的有機(jī)蒸氣分離膜為非對(duì)稱(chēng)、非多孔質(zhì)斷面結(jié)構(gòu)，分離機(jī)理為溶解擴(kuò)散機(jī)構(gòu)，主要利用不同氣體的向膜材質(zhì)中溶解速度差實(shí)現(xiàn)分離，一般來(lái)講，在高分子膜中，氣體的沸點(diǎn)越高，透過(guò)速度越大。氣體分離膜組件型式常見(jiàn)的有中空纖維式、卷式和板框式，本文介紹有機(jī)蒸氣分離膜采用卷式膜組件，特別是組件中的平膜支撐層采用高玻璃轉(zhuǎn)化溫度，高機(jī)械強(qiáng)度的芳香族聚酰亞胺，有效地抑制了氣體冷凝液膨潤(rùn)膜表面引起的膜強(qiáng)度下降。三、有機(jī)蒸氣回收系統(tǒng)排放氣表2小型有機(jī)蒸氣回收裝置參數(shù)項(xiàng)目4英寸膜裝置8英寸膜裝置規(guī)格尺寸,米0.7×0.95×1.61.8×2.0×

5、1.8重量,噸0.31.5膜型號(hào)NTGS-2200-S4NTGS-2200-S8真空泵羅茨式羅茨式電機(jī)功率,KW1.53.7進(jìn)供給氣體有機(jī)蒸氣/氮?dú)饣旌蠚鈿鈼l件氣體溫度,℃通常40(0～60)供氣量Nm3/hr通常,3最大,5通常,20最大,40性能回收率*9090回收量,kg/hr426*：己烷在通常條件下的數(shù)值（水溫25℃）日東電工開(kāi)發(fā)的小型有機(jī)溶劑氣體回收裝置的示意圖如圖1所示，其基本參數(shù)示于表2。供給氣體經(jīng)過(guò)濾器除塵后送入膜組件，被分離膜濃縮后的有機(jī)蒸氣被真空泵吸引，在冷凝器中被冷凝成液體后回收。膜法分離的基本條件是要在分離膜兩側(cè)形成壓力差，形成壓力差一般有兩種方式，一種是在進(jìn)氣側(cè)使用

6、壓縮機(jī)的“加壓方式”，另一種是在膜的透過(guò)側(cè)用真空泵吸引的“減壓方式”。當(dāng)然也可兩種方式并用。兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，但在本系統(tǒng)中考慮到有機(jī)蒸氣的凝縮性和爆炸性，為操作安全和防止氣體在膜組件中形成凝縮液體侵蝕膜設(shè)備，本系統(tǒng)采用減壓方式。膜法分離不能將有機(jī)蒸氣以100%的純度分離出來(lái)，只能將欲處理氣體濃縮或稀釋?zhuān)虼讼到y(tǒng)中需設(shè)置液化回收系統(tǒng)。與深冷分離方法相比，膜法分離更適用于高濃度，小規(guī)模的VOC排放氣處理系統(tǒng)。四、應(yīng)用實(shí)例1.己烷蒸氣回收?qǐng)D2為一套己烷蒸氣/氮?dú)饣旌蠚怏w回收裝置。此裝置自1992年投運(yùn)以來(lái)，每天24小時(shí)操作，到目前為止仍在正常運(yùn)行。該系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果如表3所示。回收系統(tǒng)進(jìn)氣中，除己烷

7、和氮?dú)庖酝?，還含有很多碳?xì)浠衔镎魵?，?duì)己烷的回收率為88%。表2己烷蒸氣回收系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)取樣部位進(jìn)氣1排放氣2回收液3溫度，℃353535流量，Nm3/hr400314250kg/hr組成%汽油254.5100空氣7595.50注：回收率=88%，操作負(fù)壓=0.2atm表3汽油蒸氣回收系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)取樣部位進(jìn)氣1排放氣2回收液3溫度，℃353535流量，Nm3/hr400314250kg/hr組成