有机蒸气膜分离回收装置.doc

有机蒸气膜分离回收装置 日东电工株式会社 井上贤一、矶冈富、徐平 一、前言 目前世界各国均在强化大气环境保护法规，美国环保署 1995 年 7 月公布的大气污染治理措施中规定，要求大幅度削减苯、甲苯、二甲苯、乙苯、己烷等有害气体（ 4500 吨 / 年）和汽油蒸气等挥发性有机化合物（ VOC ）（ 43000 吨 / 年），而且对使用的 VOC 回收装置具体规定了回收率 95% 以上， VOC 排放浓度小于 1000ppm 以下等指标。美国的这些规定仅针对于汽油年处理量 1000 万桶，主要为油轮码头等大型设施，而在环境法规更为严格的德国、瑞士等国，不仅要求回收率高达 99.99% ，而且对一般的汽油加油站也实行同样规定。在日本，一些地方法规的基准是回收率 85% 和排放浓度 5% 以下。然而，随着能源及塑料工业的发展，作为 VOC 发生源的石油化工产品的市场需求日益增大。在这种背景下，各种可将 VOC 回收再利用的分离方法愈来愈受到人们的重视，冷凝法、吸收法、吸附法等已经实现了工业化。 本文介绍的膜分离法是一种近年开发的新技术。 二、有机蒸气分离膜 日东电工公司开发的有机蒸气分离膜是由芳香族聚酰亚胺基膜和硅橡胶表面涂层构成的复合膜。利用此膜，日东电工和日本钢管公司又共同开发成功了汽油蒸气回收装置。第一套工业装置于 1988 年投入使用，表 1 给出了目前正在运行的 9 套工业装置和 4 套中试装置的基本数据。另外几套用于各种气体回收的实验装置没能够实现实用化，故没有列在表 1 中。到今天为止，这些装置使用的分离膜还没有更换过，使用时间最长的已超过 9 年。 此外，日东电工还在制造和销售以处理含有一般有机溶剂的废气为目的的小型标准装置。 表 1 运行中的有机蒸气膜分离回收装置 装置类别 投运时间 气体发生源 处理对象气体 处理量 (Nm 3 /hr) 工 业 装 置 1988 汽油罐区 汽油 150 1989 汽油罐区 汽油 800 1990 石油产品贮罐 己烷 120 1991 汽油罐区 汽油 400 1992 地上汽油贮罐 汽油 900 1992 地上汽油贮罐 汽油 1350 1992 石油产品贮罐 己烷 20 1993 高分子树脂溶解槽 甲苯 5 1995 聚合生产线贮罐 替代氟里昂 38 实 验 装 置 1992 天然气 甲烷 40 1993 聚合气体塔槽 二氯甲烷 40 1933 聚合原料气 氯乙烯单体 43 1995 合成原料气 乙烯 6 注：处理量是指装置入口气体的设计流量。 本装置采用的有机蒸气分离膜为非对称、非多孔质断面结构，分离机理为溶解扩散机构，主要利用不同气体的向膜材质中溶解速度差实现分离，一般来讲，在高分子膜中，气体的沸点越高，透过速度越大。 气体分离膜组件型式常见的有中空纤维式、卷式和板框式，本文介绍有机蒸气分离膜采用卷式膜组件，特别是组件中的平膜支撑层采用高玻璃转化温度，高机械强度的芳香族聚酰亚胺，有效地抑制了气体冷凝液膨润膜表面引起的膜强度下降。 三、有机蒸气回收系统 排放气 表 2 小型有机蒸气回收装置参数 项 目 4 英寸膜装置 8 英寸膜装置 规 格 尺寸 , 米 0.7 0.95 1.6 1.8 2.0 1.8 重量 , 吨 0.3 1.5 膜型号 NTGS-2200-S4 NTGS-2200-S8 真空泵 罗茨式 罗茨式 电机功率 ,KW 1.5 3.7 进 气 条 件 供给气体 有机蒸气 / 氮气混合气 气体温度 , 通常 40(0 60) 供气量 Nm 3 /hr 通常 ,3 最大 ,5 通常 ,20 最大 ,40 性能 回收率 * 90 90 回收量 ,kg/hr 4 26 * ：己烷在通常条件下的数值（水温 25 ） 日东电工开发的小型有机溶剂气体回收装置的示意图如图 1 所示，其基本参数示于表 2 。供给气体经过滤器除尘后送入膜组件，被分离膜浓缩后的有机蒸气被真空泵吸引，在冷凝器中被冷凝成液体后回收。膜法分离的基本条件是要在分离膜两侧形成压力差，形成压力差一般有两种方式，一种是在进气侧使用压缩机的“加压方式”，另一种是在膜的透过侧用真空泵吸引的“减压方式”。当然也可两种方式并用。两种方式各有优缺点，但在本系统中考虑到有机蒸气的凝缩性和爆炸性，为操作安全和防止气体在膜组件中形成凝缩液体侵蚀膜设备，本系统采用减压方式。 膜法分离不能将有机蒸气以 100% 的纯度分离出来，只能将欲处理气体浓缩或稀释，因此系统中需设置液化回收系统。与深冷分离方法相比，膜法分离更适用于高浓度，小规模的 VOC 排放气处理系统。 四、应用实例 1. 己烷蒸气回收 图 2 为一套己烷蒸气 / 氮气混合气体回收装置。此装置自 1992 年投运以来，每天 24 小时操作，到目前为止仍在正常运行。该系统的运行结果如表 3 所示。 回收系统进气中，除己烷和氮气以外，还含有很多碳氢化合物蒸气，对己烷的回收率为 88% 。 表 2 己烷蒸气回收系统运行数据 取样部位 进气 1 排放气 2 回收液 3 温度， 35 35 35 流量， Nm 3 /hr 400 314 250kg/hr 组成 % 汽油 25 4.5 100 空气 75 95.5 0 注：回收率 =88% ，操作负压 =0.2atm 表 3 汽油蒸气回收系统运行数据 取样部位 进气 1 排放气 2 回收液 3 温度， 35 35 35 流量， Nm 3 /hr 400 314 250kg/hr 组成 % 汽油 25 4.5 100 空气 75 95.5 0 2. 汽油回收： 图 3 为日本钢管公司承建的汽油蒸气回收装置的示意流程，表 3 为该装置的运行数据。该装置自 1988 年投运以来，已正常运行 9 年，膜性能一直很稳定，还没有更换过膜元件。 五、结言 气体膜分离技术已经开始进入工业化阶段，较为成功的有于空气分离的氧 / 氮分离膜，被称为“膜干燥器”的除湿脱水膜、石油精制时的