一． 技術(shù)背景
聚丙烯是十分重要的工業(yè)原料，我國(guó)的聚丙烯工業(yè)起步于20世紀(jì)60年代，但發(fā)展很快，1999年我國(guó)的聚丙烯產(chǎn)量為266.4kt/a，與1990年的377.9kt相比，增長(zhǎng)了605.6%，近十年來(lái)我國(guó)聚丙烯消費(fèi)量以年均19.59%的速度增長(zhǎng)，超過(guò)了世界平均增長(zhǎng)水平，目前世界年產(chǎn)量將近7000萬(wàn)噸，我國(guó)年產(chǎn)量將近2000萬(wàn)噸。盡管我國(guó)的聚丙烯工業(yè)取得了迅猛的發(fā)展，生產(chǎn)能力和產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng)，但是仍不能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需要。可以預(yù)見的是，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，聚丙烯業(yè)仍將是一個(gè)快速增長(zhǎng)的行業(yè)。
伴隨著聚丙烯產(chǎn)能和消費(fèi)量的持續(xù)增長(zhǎng)，世界聚丙烯工業(yè)也在面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)：聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的丙烯和氮?dú)獾幕旌衔矚馀欧潘鶐?lái)的經(jīng)濟(jì)壓力和環(huán)境壓力。聚丙烯生產(chǎn)中丙烯原料費(fèi)用要占到整個(gè)生產(chǎn)成本的60%以上；而聚丙烯尾氣的丙烯濃度通常在10～50％左右，這些聚丙烯尾氣大部分都沒(méi)有進(jìn)行回收利用，或通過(guò)放空火炬放空直排，或直排大氣，有些用壓縮機(jī)壓縮后作為燃料利用，這樣利用價(jià)值較低，也不利于環(huán)保，因?yàn)槲矚庵写蟛糠质堑獨(dú)猓紵^(guò)程將大量氮?dú)饧訜?，?shí)際利用熱量較少，而火炬燃燒不但污染大氣，還要消耗大量霧化蒸汽。
隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的不斷重視，《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB31570-2015和《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB31571-2015等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)于2017年7月份開始正式實(shí)施，要求對(duì)有組織排放的尾氣進(jìn)行有效處理，處理后外排尾氣中的VOC含量<120mg/m3。
聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程中，通常會(huì)往大氣中排放主要成分是氮?dú)?、丙烯以及少量的丙烷、乙烯、乙烷、氫氣等的混合氣體——通常稱之為聚丙烯尾氣。尾氣中的丙烯及其它輕烴組分濃度通常在5～20％左右，尾氣排放造成的丙烯損耗大約為5~10kg/tPP。
由此可見，在新的環(huán)保形勢(shì)下，市場(chǎng)需要找到高效的尾氣回收工藝，能夠在最大程度上滿足聚丙烯企業(yè)的需要，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。
二． 典型案例
圖2-1 現(xiàn)有聚丙烯裝置存在的問(wèn)題
改造前的工藝流程如上圖2-1所示。低壓回收丙烯氣系統(tǒng)仍有兩股有組織排放的丙烯氣跑損，分別是閃蒸釜抽真空氮?dú)庵脫Q后期直排大氣的丙烯損耗和膜分離裝置排入火炬系統(tǒng)尾氣的丙烯損耗。不但造成大量丙烯損失，而且污染環(huán)境，特別是閃蒸釜氮?dú)庵脫Q排出的置換氣是直接外排大氣的。如果將這兩股有組織排放的尾氣全部回收處理，就能基本消除本體法聚丙烯裝置的所有有組織排放廢氣，丙烯單耗將會(huì)降至1005kg/tPP左右，對(duì)于青島石化來(lái)說(shuō)，這就意味著每年多回收丙烯840t左右，按丙烯價(jià)格6000元/t計(jì)，僅此一項(xiàng)，可為企業(yè)帶來(lái)每年500萬(wàn)元左右的經(jīng)濟(jì)效益。
改造前的聚丙烯工藝閃蒸釜粉料置換過(guò)程后幾次置換廢氣由于丙烯濃度較低、氮?dú)饬枯^大而難以進(jìn)入丙烯氣柜回收處理，受置換壓力限制也無(wú)法排入工廠火炬氣回收系統(tǒng)，因此不得不將這部分低濃度丙烯氣直排大氣。這股氣體的VOC濃度在0.5~20%左右，大大超過(guò)國(guó)家有關(guān)環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，每年排出的VOC量在200~300t左右。本項(xiàng)目的目標(biāo)是將這部分有機(jī)物全部回收，徹底消除外排廢氣造成的大氣污染。
改造前裝置丙烯回收系統(tǒng)回收丙烯后的不凝氣采用膜分離裝置回收，膜分離裝置排出的丙烯濃度在8~20%的尾氣排入火炬系統(tǒng)，丙烯濃度70%左右的提濃氣循環(huán)返回氣柜。這部分尾氣造成的丙烯損耗500t/年左右。
聚丙烯裝置氮?dú)庀牧恳脖容^高，主要氮?dú)馀欧趴谝彩情W蒸釜外排氣和膜分離尾氣，這部分氮?dú)庀拇蠹s在200Nm3/h左右，折合23Nm3/tPP左右。本項(xiàng)目的目標(biāo)是將這些廢氣全部經(jīng)過(guò)變壓吸附處理得到VOC濃度<0.1v%的凈化氮?dú)?，全部循環(huán)返回工藝裝置回收利用，從而大幅降低裝置氮?dú)鈫魏摹?
由于設(shè)備原因，目前聚丙烯裝置丙烯氣回收系統(tǒng)的壓縮機(jī)出口壓力難以達(dá)到2.1MPa（G）的設(shè)計(jì)壓力，只能維持在1.7MPa（G）左右的出口操作壓力，根據(jù)裝置實(shí)際運(yùn)行情況以及計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，在這樣的操作壓力和循環(huán)水冷后溫度下，丙烯單程回收率比較低，大量丙烯氣在丙烯氣回收系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，造成壓縮機(jī)和氣柜超負(fù)荷，夏季環(huán)境溫度高時(shí)，有時(shí)不得不將丙烯氣排放火炬系統(tǒng)，造成實(shí)際加工損耗大幅增加。與此同時(shí)，改造措施也客觀上增加了丙烯氣回收系統(tǒng)的負(fù)荷，這又進(jìn)一步增加了現(xiàn)有設(shè)施的負(fù)擔(dān)。
2016年，中石化青島石化希望對(duì)7萬(wàn)噸/年小本聚丙烯裝置排放出來(lái)的聚丙烯尾氣回收項(xiàng)目進(jìn)行改造，解決上述問(wèn)題，使聚丙烯裝置達(dá)到無(wú)VOC排放。采用了《間歇本體法聚丙烯裝置丙烯氣回收工藝》，對(duì)青島石化聚丙烯裝置進(jìn)行改造。
三． 總體技術(shù)方案
圖3-1 青島石化聚丙烯回收系統(tǒng)改造示意圖
本項(xiàng)目的主要方案詳見圖3-1，本次改造的主要內(nèi)容有：
1. 閃蒸釜采用連續(xù)汽提工藝，將置換出的丙烯氣全部排入氣柜回收處理，徹底消除閃蒸釜外排丙烯氣；
2. 新建PSA不凝氣回收裝置代替原有膜分離裝置，分離得到的低VOC濃度的凈化氮?dú)馊糠祷匮b置閃蒸釜系統(tǒng)回收利用，消除不凝氣回收裝置尾氣外排丙烯；
3. 在壓縮機(jī)循環(huán)水冷卻器后增加低溫冷卻器和制冷機(jī)組，降低丙烯氣壓縮機(jī)出口氣體冷后溫度，以提高丙烯氣回收系統(tǒng)丙烯單程回收率，降低壓縮機(jī)負(fù)荷。
四． 運(yùn)行結(jié)果
聚丙烯尾氣回收PSA裝置于2017年4月24日一次投產(chǎn)成功運(yùn)行，將丙烯濃度50%的聚丙烯尾氣分離，得到丙烯濃度0.00%的凈化氮?dú)猓ㄇ鄭u石化的化驗(yàn)分析的精度是0.01%），凈化氮?dú)馊糠祷亻W蒸釜代替新鮮氮?dú)猓缓┑拿摳綒夥祷貧夤袢肟?。整個(gè)PSA裝置無(wú)尾氣排放。
圖4-1 青島石化聚丙烯回收PSA裝置正面
聚丙烯尾氣，經(jīng)過(guò)PSA裝置分離后氮?dú)庵斜┖?lt;100mg/m3。下圖中表顯為1PPM。相比之前膜分離外排5~20%濃度的聚丙烯尾氣，VOC排放得到有效控制，滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
圖4-2 PSA裝置中凈化氮?dú)庵斜舛葯z測(cè)儀 單位ppm
青島石化聚丙烯車間運(yùn)行記錄顯示，聚丙烯尾氣中丙烯含量約為50%，經(jīng)過(guò)PSA裝置分離后，氮?dú)庵斜┖?.00%（化驗(yàn)分析精度為0.01%）
圖4-3 聚丙烯車間記錄PSA分離濃度值
圖4-4 聚丙烯車間記錄PSA分離濃度值
圖4-5聚丙烯車間記錄PSA分離濃度值
采用連續(xù)氮?dú)庵脫Q工藝（氮?dú)鈫魏?0Nm3/tPP）代替了原有的反復(fù)抽真空置換工藝，閃蒸釜置換用氮?dú)饬匡@著降低。
圖4-6閃蒸釜氮?dú)饬髁坑?jì)計(jì)量氮?dú)庥昧?
青島石化聚丙烯裝置改造以來(lái)，徹底解決了聚丙烯尾氣外排導(dǎo)致環(huán)保不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，同時(shí)大幅降低了丙烯和氮?dú)獾膯魏?，給周邊的環(huán)境保護(hù)起到了積極的作用，多次得到了中石化公司各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和環(huán)保部門的肯定。
在新環(huán)保形勢(shì)下，本項(xiàng)目的成功給其它小本體同行提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。目前國(guó)內(nèi)其它小本體裝置也正在緊鑼密鼓的推進(jìn)中。
圖4-7改造完成的流程示意圖
五． 經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益
1、聚丙烯尾氣回收的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀
盡管我國(guó)的聚丙烯工業(yè)取得了迅猛的發(fā)展，生產(chǎn)能力和產(chǎn)能大幅度提高，但在數(shù)量、質(zhì)量以及品質(zhì)等方面仍不能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需要，產(chǎn)能和消費(fèi)量仍然會(huì)保持高增速。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和隊(duì)聚丙烯樹脂的強(qiáng)勁需求，眾多聚丙烯廠家重視“總量發(fā)展”而忽視了“質(zhì)量發(fā)展”，丙烯單耗偏高，尾氣中烴濃度含量較高等問(wèn)題還比較嚴(yán)重，聚丙烯尾氣中帶走的丙烯和氮?dú)庠斐闪司薮蟮馁Y源浪費(fèi)。
與此同時(shí)，國(guó)家正在積極提倡綠色生產(chǎn)方式，倡導(dǎo)低投入、高產(chǎn)出、少排污、可循環(huán)的生產(chǎn)模式，大力開展再生資源回收利用，通過(guò)各種形式廣泛宣傳可持續(xù)發(fā)展的觀念，鼓勵(lì)和引導(dǎo)相關(guān)企業(yè)積極實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。
因此，有效且高效地回收聚丙烯尾氣，降低能耗，將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，也是實(shí)施環(huán)保戰(zhàn)略的重要舉措。
2、回收聚丙烯尾氣是環(huán)境保護(hù)的需要
目前，隨著聚丙烯產(chǎn)能和需求的進(jìn)一步增長(zhǎng)，這些聚丙烯裝置產(chǎn)生的聚丙烯尾氣大部分都沒(méi)有進(jìn)行回收利用，或通過(guò)放空火炬放空直排，或直排大氣，有些用壓縮機(jī)壓縮后作為燃料利用，在降低的利用價(jià)值之余，更對(duì)自然環(huán)境造成了極大的影響。尾氣在火炬中燃燒不完全會(huì)釋放出有毒有害氣體，在雷雨天氣更是可能引發(fā)“火雨”的現(xiàn)象，給附近的居民造成了極大的影響，也埋下了巨大的安全隱患。
近期國(guó)家對(duì)環(huán)保不斷重視，提出以環(huán)境承載力為基礎(chǔ)，以遵循自然規(guī)律為準(zhǔn)則，以綠色科技為動(dòng)力，倡導(dǎo)環(huán)境文化和生態(tài)文明，構(gòu)建經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的社會(huì)體系，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，對(duì)于全面落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，不斷提高資源環(huán)境保障能力，實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展具有重要意義。將生產(chǎn)和消費(fèi)活動(dòng)規(guī)制在生態(tài)承載力、環(huán)境容量限度之內(nèi)，通過(guò)生態(tài)環(huán)境要素的質(zhì)態(tài)變化形成對(duì)生產(chǎn)和消費(fèi)活動(dòng)進(jìn)入有效調(diào)控的關(guān)鍵性反饋機(jī)制，特別是通過(guò)分析代謝廢物流的產(chǎn)生和排放機(jī)理與途徑，對(duì)生產(chǎn)和消費(fèi)全過(guò)程進(jìn)行有效監(jiān)控，并采取多種措施降低污染產(chǎn)生量、實(shí)現(xiàn)污染無(wú)害化，最終降低社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)對(duì)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的不利影響。
有效回收聚丙烯尾氣，不僅能帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是可以極大的保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的社會(huì)。因此，聚丙烯尾氣的回收處理，是我國(guó)聚丙烯生產(chǎn)企業(yè)必須首要面對(duì)和解決的問(wèn)題。
六． 技術(shù)的推廣應(yīng)用價(jià)值
近幾年國(guó)內(nèi)聚丙烯供給能力雖已大大提升，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，國(guó)內(nèi)聚丙烯市場(chǎng)仍將保持強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭，消費(fèi)需求潛力巨大。隨著今年來(lái)各大聚丙烯企業(yè)的不斷擴(kuò)能和新裝置的陸續(xù)投產(chǎn)，國(guó)內(nèi)聚丙烯產(chǎn)能占據(jù)全世界總產(chǎn)能的份額將越來(lái)越大。
隨著新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的推行，在當(dāng)代節(jié)能減排的發(fā)展趨勢(shì)下，如何提高聚丙烯尾氣回收裝置的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，降低運(yùn)行能耗，是眾多聚丙烯產(chǎn)業(yè)的迫切需求，旨在實(shí)現(xiàn)有效回收聚丙烯尾氣，倡導(dǎo)綠色科技，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)，降低能耗，將是未來(lái)聚丙烯市場(chǎng)上的一個(gè)重要焦點(diǎn)，同時(shí)將造就聚丙烯行業(yè)一個(gè)新的盈利點(diǎn)和發(fā)展方向。
由此可見，在新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求下，本項(xiàng)目的提出符合市場(chǎng)的需求，能夠有效分離聚丙烯尾氣，降低設(shè)備投資，極大簡(jiǎn)化回收工藝，PLC系統(tǒng)全自動(dòng)控制，顯著降低能耗，能夠在最大程度上滿足聚丙烯企業(yè)的需要，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，會(huì)給聚丙烯市場(chǎng)及環(huán)保領(lǐng)域帶來(lái)積極的推動(dòng)作用。
轉(zhuǎn)化果平臺(tái)咨詢電話：4001817969
