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國家綠色低碳先進技術(shù)成果丨含烴石化尾氣的膜法梯級耦合分離和綜合利用技術(shù)
導(dǎo)讀：含烴石化尾氣的膜法梯級耦合分離和綜合利用技術(shù)，建立連續(xù)超薄涂層工藝生產(chǎn)兼具高通量和高選擇性的有機氣體分離膜和膜分離器，綜合回收能耗顯著降低，回收產(chǎn)品純度高，操作彈性大，可處理多源、復(fù)雜組分廢氣。
為更好推動科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，落實《關(guān)于構(gòu)建市場導(dǎo)向的綠色技術(shù)創(chuàng)新體系的指導(dǎo)意見》，加速綠色低碳技術(shù)升級，科技部社發(fā)司委托中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會組織編制了《國家綠色低碳先進技術(shù)成果目錄》，并于2023年9月11日正式公布。為持續(xù)宣傳推廣《國家綠色低碳先進技術(shù)成果目錄》成果，引導(dǎo)綠色低碳技術(shù)發(fā)展，中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會將陸續(xù)在官微推送目錄成果信息，敬請關(guān)注。
節(jié)能減排與低碳領(lǐng)域
01.技術(shù)名稱
含烴石化尾氣的膜法梯級耦合分離和綜合利用技術(shù)
02.適用范圍
石油化工、油氣工程、精細化工等領(lǐng)域；工藝副產(chǎn)、有組織排放的含烴石化尾氣，非爆炸性混合體系，具備石化常規(guī)公用工程支撐，主要回收氫氣和可凝性組分；規(guī)模不限，可嵌入上下游工藝，也可獨立運行。
03.技術(shù)內(nèi)容
3.1基本原理
建立連續(xù)超薄涂層工藝生產(chǎn)兼具高通量和高選擇性的有機氣體分離膜和膜分離器，以自主開發(fā)的非理想分離狀態(tài)模型實現(xiàn)精確過程設(shè)計，以自主開發(fā)的梯級耦合流程設(shè)計方法將膜分離、吸附、深冷等氣體分離技術(shù)優(yōu)化整合，協(xié)同強化，實現(xiàn)含烴石化尾氣的高收率、高純度綜合回收和減排。主要優(yōu)勢包括：綜合回收能耗顯著降低，回收產(chǎn)品純度高，操作彈性大，可處理多源、復(fù)雜組分廢氣。膜法梯級耦合分離技術(shù)可實現(xiàn)能源的梯級利用和資源的梯級回收，打破單一技術(shù)發(fā)展瓶頸，達到提高產(chǎn)品回收率、減少排放量、降低回收能耗的多重目標(biāo)。
圖 1 多源含烴石化尾氣梯級耦合分離工藝示范裝置
3.2技術(shù)創(chuàng)新性
(1)提出基于三角坐標(biāo)—矢量分析的多技術(shù)耦合拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計策略，建立以膜為核心，吸附、冷凝等多技術(shù)優(yōu)勢互補的梯級耦合路線，充分利用分離過程“雙向富集”效應(yīng)，降低能耗，提高收率，成功解決多來源、多組分原料多目標(biāo)回收的難題。
(2)含烴石化尾氣的高價值資源綜合回收率可達到95%以上，氫氣產(chǎn)品純度可超過99%，輕烴產(chǎn)品純度符合各種產(chǎn)品的質(zhì)量要求。
圖 2 含烴石化尾氣的多技術(shù)耦合循環(huán)級聯(lián)回收優(yōu)勢
04.節(jié)能與溫室氣體減排效果
對典型多源含烴石化尾氣，資源綜合回收率可達到95%以上，綜合回收單耗小于0.10 kW·h/m3尾氣，對于有組織排放的含烴石化尾氣，通過回收最高可減少VOCs排放約99.5%。與傳統(tǒng)路線相比，單耗降低約30%；與國外同類型的串聯(lián)組合技術(shù)相比，單耗降低20%～30%。
以千萬噸級煉化企業(yè)建設(shè)綜合型膜法耦合分離裝置為例，每年可回收約1.67億標(biāo)方氫氣，折合減排二氧化碳約7.5萬t，回收輕烴、石腦油約10萬t，折合減排二氧化碳約3萬t(氫氣當(dāng)燃料，減排當(dāng)量為0.95kg/m3，制氫的排放當(dāng)量為1.40 kg/m3；輕烴、石腦油作為化工原料的減排系數(shù)為0.20)。
05.技術(shù)示范情況
氫回收型膜法梯級耦合分離技術(shù)，在中石油大連石化、遼陽石化、遼河石化等企業(yè)建成并穩(wěn)定運行。
大連某石化廠，2014年開始運行，規(guī)模83000m3/h，年效益>3.28億元，兼具高收率(>92.0%)、高純度(>99.0%)和低單耗(<0.5kW·h/m3)，每年可減排二氧化碳15.7萬t。
遼陽某石化煉油廠，2018年開始運行，規(guī)模40000m3/h，年效益>9000萬元，每年可減排二氧化碳7.6萬t。
遼陽某石化芳烴廠，2019年開始運行，規(guī)模18000m3/h，年效益>3000萬元，0.2 kW·h/m3超低能耗，每年可減排二氧化碳6.8萬t。
遼河某石化，2019年開始運行，規(guī)模10000m3/h，年效益>2400萬元，每年可減排二氧化碳4.8萬t。
06.投資估算
氫回收型膜法梯級耦合分離裝置，配套千萬噸煉油規(guī)模的設(shè)備投資約5000萬元(其他規(guī)模煉廠可以按比例折算)，裝置壽命15～20年，氫氣分離膜組件壽命5～10年。
綜合回收型膜法梯級耦合分離裝置，配套千萬噸煉油規(guī)模的設(shè)備投資約1.5億元(其他規(guī)模煉廠可以按比例折算)，裝置壽命15～20年，氫氣分離膜組件壽命5～10年，有機蒸汽膜組件3～5年。
VOCs減排型膜法梯級耦合分離裝置，配套1000m3/h有組織排放尾氣規(guī)模的設(shè)備投資約800萬元，裝置壽命15～20年，有機蒸汽膜組件3～5年。
07.投資回收期
氫回收型膜法梯級耦合分離裝置，投資回收期不超過0.8年。綜合回收型膜法梯級耦合分離裝置，投資回收期不超過1.0年。
VOCs回收減排型膜法梯級耦合分離裝置，投資回收期需根據(jù)有組織排放尾氣中回收物的豐度和價值，一般在2～3年。
08. 技術(shù)成果轉(zhuǎn)化推廣前景
氫氣是煉化企業(yè)僅次于原油的第二成本，因此氫回收型膜法梯級耦合分離裝置必將是煉化企業(yè)降低煉油成本的標(biāo)配裝置，目前在中石油和中石化下屬煉油企業(yè)已經(jīng)有較好的推廣，未來地方煉化和民營企業(yè)將是推廣的重點。輕烴也是重要的化工原料，但是含烴石化尾氣往往需要作為整個煉化廠的燃料，因此，綜合回收型膜法梯級耦合分離裝置的推廣需結(jié)合企業(yè)自身的燃料供應(yīng)情況，對于燃料氣富余或者有替代源的企業(yè)，可以大力推廣。
VOCs減排是石化行業(yè)可持續(xù)發(fā)展過程中必須解決的問題，膜法梯級耦合分離裝置在減排的同時最大限度地回收高價值組分，因此，該類型裝置也有望成為石化及其他企業(yè)的標(biāo)配裝置。按照目前國內(nèi)的煉油總量，如果80%的煉油產(chǎn)能配套氫回收型或者綜合回收型膜法梯級耦合分離裝置，年可實現(xiàn)二氧化碳減排400萬t以上。
原標(biāo)題：國家綠色低碳先進技術(shù)成果 |(八十五)含烴石化尾氣的膜法梯級耦合分離和綜合利用技術(shù)
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