国家绿色低碳先进技术成果丨含烃石化尾气的膜法梯级耦合分离和综合利用技术
- 2024/4/26 9:07:13
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- 来源：中国环保产业协会
- 关键词:石化尾气处理膜分离器
为更好推动科技成果转化和产业化应用，落实《关于构建市场导向的绿色技术创新体系的指导意见》，加速绿色低碳技术升级，科技部社发司委托中国环境保护产业协会组织编制了《国家绿色低碳先进技术成果目录》，并于2023年9月11日正式公布。为持续宣传推广《国家绿色低碳先进技术成果目录》成果，引导绿色低碳技术发展，中国环保产业协会将陆续在官微推送目录成果信息，敬请关注。
节能减排与低碳领域
01.技术名称
含烃石化尾气的膜法梯级耦合分离和综合利用技术
02.适用范围
石油化工、油气工程、精细化工等领域；工艺副产、有组织排放的含烃石化尾气，非爆炸性混合体系，具备石化常规公用工程支撑，主要回收氢气和可凝性组分；规模不限，可嵌入上下游工艺，也可独立运行。
03.技术内容
3.1基本原理
建立连续超薄涂层工艺生产兼具高通量和高选择性的有机气体分离膜和膜分离器，以自主开发的非理想分离状态模型实现精确过程设计，以自主开发的梯级耦合流程设计方法将膜分离、吸附、深冷等气体分离技术优化整合，协同强化，实现含烃石化尾气的高收率、高纯度综合回收和减排。主要优势包括：综合回收能耗显著降低，回收产品纯度高，操作弹性大，可处理多源、复杂组分废气。膜法梯级耦合分离技术可实现能源的梯级利用和资源的梯级回收，打破单一技术发展瓶颈，达到提高产品回收率、减少排放量、降低回收能耗的多重目标。
图 1 多源含烃石化尾气梯级耦合分离工艺示范装置
3.2技术创新性
(1)提出基于三角坐标—矢量分析的多技术耦合拓扑结构设计策略，建立以膜为核心，吸附、冷凝等多技术优势互补的梯级耦合路线，充分利用分离过程“双向富集”效应，降低能耗，提高收率，成功解决多来源、多组分原料多目标回收的难题。
(2)含烃石化尾气的高价值资源综合回收率可达到95%以上，氢气产品纯度可超过99%，轻烃产品纯度符合各种产品的质量要求。
图 2 含烃石化尾气的多技术耦合循环级联回收优势
04.节能与温室气体减排效果
对典型多源含烃石化尾气，资源综合回收率可达到95%以上，综合回收单耗小于0.10 kW·h/m3尾气，对于有组织排放的含烃石化尾气，通过回收最高可减少VOCs排放约99.5%。与传统路线相比，单耗降低约30%；与国外同类型的串联组合技术相比，单耗降低20%～30%。
以千万吨级炼化企业建设综合型膜法耦合分离装置为例，每年可回收约1.67亿标方氢气，折合减排二氧化碳约7.5万t，回收轻烃、石脑油约10万t，折合减排二氧化碳约3万t(氢气当燃料，减排当量为0.95kg/m3，制氢的排放当量为1.40 kg/m3；轻烃、石脑油作为化工原料的减排系数为0.20)。
05.技术示范情况
氢回收型膜法梯级耦合分离技术，在中石油大连石化、辽阳石化、辽河石化等企业建成并稳定运行。
大连某石化厂，2014年开始运行，规模83000m3/h，年效益>3.28亿元，兼具高收率(>92.0%)、高纯度(>99.0%)和低单耗(<0.5kW·h/m3)，每年可减排二氧化碳15.7万t。
辽阳某石化炼油厂，2018年开始运行，规模40000m3/h，年效益>9000万元，每年可减排二氧化碳7.6万t。
辽阳某石化芳烃厂，2019年开始运行，规模18000m3/h，年效益>3000万元，0.2 kW·h/m3超低能耗，每年可减排二氧化碳6.8万t。
辽河某石化，2019年开始运行，规模10000m3/h，年效益>2400万元，每年可减排二氧化碳4.8万t。
06.投资估算
氢回收型膜法梯级耦合分离装置，配套千万吨炼油规模的设备投资约5000万元(其他规模炼厂可以按比例折算)，装置寿命15～20年，氢气分离膜组件寿命5～10年。
综合回收型膜法梯级耦合分离装置，配套千万吨炼油规模的设备投资约1.5亿元(其他规模炼厂可以按比例折算)，装置寿命15～20年，氢气分离膜组件寿命5～10年，有机蒸汽膜组件3～5年。
VOCs减排型膜法梯级耦合分离装置，配套1000m3/h有组织排放尾气规模的设备投资约800万元，装置寿命15～20年，有机蒸汽膜组件3～5年。
07.投资回收期
氢回收型膜法梯级耦合分离装置，投资回收期不超过0.8年。综合回收型膜法梯级耦合分离装置，投资回收期不超过1.0年。
VOCs回收减排型膜法梯级耦合分离装置，投资回收期需根据有组织排放尾气中回收物的丰度和价值，一般在2～3年。
08. 技术成果转化推广前景
氢气是炼化企业仅次于原油的第二成本，因此氢回收型膜法梯级耦合分离装置必将是炼化企业降低炼油成本的标配装置，目前在中石油和中石化下属炼油企业已经有较好的推广，未来地方炼化和民营企业将是推广的重点。轻烃也是重要的化工原料，但是含烃石化尾气往往需要作为整个炼化厂的燃料，因此，综合回收型膜法梯级耦合分离装置的推广需结合企业自身的燃料供应情况，对于燃料气富余或者有替代源的企业，可以大力推广。
VOCs减排是石化行业可持续发展过程中必须解决的问题，膜法梯级耦合分离装置在减排的同时最大限度地回收高价值组分，因此，该类型装置也有望成为石化及其他企业的标配装置。按照目前国内的炼油总量，如果80%的炼油产能配套氢回收型或者综合回收型膜法梯级耦合分离装置，年可实现二氧化碳减排400万t以上。
原标题：国家绿色低碳先进技术成果 |(八十五)含烃石化尾气的膜法梯级耦合分离和综合利用技术
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