有机蒸气膜分离回收装置

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1、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

2、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

3、。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(Nm3/hr)工业装置1988汽油罐区汽油1501989汽油罐区汽油8001990石油产品贮罐己烷1201991汽油罐区汽油4001992地上汽油贮罐汽油9001992地上汽油贮罐汽油13501992石油产品贮罐己烷201993高分子树脂溶解槽甲苯51995聚合生产线贮罐替代氟里昂38实1992天然气甲烷40验装置1993聚合气体塔槽二氯甲烷401933聚合原料气氯

4、乙烯单体431995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0.7×0.95×1.61.8×2.0×

5、1.8重量,吨0.31.5膜型号NTGS-2200-S4NTGS-2200-S8真空泵罗茨式罗茨式电机功率,KW1.53.7进供给气体有机蒸气/氮气混合气气条件气体温度,℃通常40(0～60)供气量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

6、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

7、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，℃353535流量，Nm3/hr400314250kg/hr组成%汽油254.5100空气7595.50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，℃353535流量，Nm3/hr400314250kg/hr组成