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1、有機蒸氣膜分離回收裝置日東電工株式會社井上賢一、磯岡富、徐平一、前言目前世界各國均在強化大氣環(huán)境保護法規(guī)，美國環(huán)保署1995年7月公布的大氣污染治理措施中規(guī)定，要求大幅度削減苯、甲苯、二甲苯、乙苯、己烷等有害氣體（4500噸/年）和汽油蒸氣等揮發(fā)性有機化合物（VOC）（43000噸/年），而且對使用的VOC回收裝置具體規(guī)定了回收率95%以上，VOC排放濃度小于1000ppm以下等指標。美國的這些規(guī)定僅針對于汽油年處理量1000萬桶，主要為油輪碼頭等大型設施，而在環(huán)境法規(guī)更為嚴格的德國、瑞士等國，不僅要求回收率高達99.99%，而且對一般的汽油加油站也實行同樣規(guī)定。在日本，一些地方法規(guī)的基準是回
2、收率85%和排放濃度5%以下。然而，隨著能源及塑料工業(yè)的發(fā)展，作為VOC發(fā)生源的石油化工產(chǎn)品的市場需求日益增大。在這種背景下，各種可將VOC回收再利用的分離方法愈來愈受到人們的重視，冷凝法、吸收法、吸附法等已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化。本文介紹的膜分離法是一種近年開發(fā)的新技術(shù)。二、有機蒸氣分離膜日東電工公司開發(fā)的有機蒸氣分離膜是由芳香族聚酰亞胺基膜和硅橡膠表面涂層構(gòu)成的復合膜。利用此膜，日東電工和日本鋼管公司又共同開發(fā)成功了汽油蒸氣回收裝置。第一套工業(yè)裝置于1988年投入使用，表1給出了目前正在運行的9套工業(yè)裝置和4套中試裝置的基本數(shù)據(jù)。另外幾套用于各種氣體回收的實驗裝置沒能夠?qū)崿F(xiàn)實用化，故沒有列在表1中
3、。到今天為止，這些裝置使用的分離膜還沒有更換過，使用時間最長的已超過9年。此外，日東電工還在制造和銷售以處理含有一般有機溶劑的廢氣為目的的小型標準裝置。表1運行中的有機蒸氣膜分離回收裝置裝置類別投運時間氣體發(fā)生源處理對象氣體處理量(Nm3/hr)工業(yè)裝置1988汽油罐區(qū)汽油1501989汽油罐區(qū)汽油8001990石油產(chǎn)品貯罐己烷1201991汽油罐區(qū)汽油4001992地上汽油貯罐汽油9001992地上汽油貯罐汽油13501992石油產(chǎn)品貯罐己烷201993高分子樹脂溶解槽甲苯51995聚合生產(chǎn)線貯罐替代氟里昂38實1992天然氣甲烷40驗裝置1993聚合氣體塔槽二氯甲烷401933聚合原料氣氯
4、乙烯單體431995合成原料氣乙烯6注：處理量是指裝置入口氣體的設計流量。本裝置采用的有機蒸氣分離膜為非對稱、非多孔質(zhì)斷面結(jié)構(gòu)，分離機理為溶解擴散機構(gòu)，主要利用不同氣體的向膜材質(zhì)中溶解速度差實現(xiàn)分離，一般來講，在高分子膜中，氣體的沸點越高，透過速度越大。氣體分離膜組件型式常見的有中空纖維式、卷式和板框式，本文介紹有機蒸氣分離膜采用卷式膜組件，特別是組件中的平膜支撐層采用高玻璃轉(zhuǎn)化溫度，高機械強度的芳香族聚酰亞胺，有效地抑制了氣體冷凝液膨潤膜表面引起的膜強度下降。三、有機蒸氣回收系統(tǒng)排放氣表2小型有機蒸氣回收裝置參數(shù)項目4英寸膜裝置8英寸膜裝置規(guī)格尺寸,米0.7×0.95×1.61.8×2.0×
5、1.8重量,噸0.31.5膜型號NTGS-2200-S4NTGS-2200-S8真空泵羅茨式羅茨式電機功率,KW1.53.7進供給氣體有機蒸氣/氮氣混合氣氣條件氣體溫度,℃通常40(0～60)供氣量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*：己烷在通常條件下的數(shù)值（水溫25℃）日東電工開發(fā)的小型有機溶劑氣體回收裝置的示意圖如圖1所示，其基本參數(shù)示于表2。供給氣體經(jīng)過濾器除塵后送入膜組件，被分離膜濃縮后的有機蒸氣被真空泵吸引，在冷凝器中被冷凝成液體后回收。膜法分離的基本條件是要在分離膜兩側(cè)形成壓力差，形成壓力差一般有兩種方式，一種是在進氣側(cè)使用
6、壓縮機的“加壓方式”，另一種是在膜的透過側(cè)用真空泵吸引的“減壓方式”。當然也可兩種方式并用。兩種方式各有優(yōu)缺點，但在本系統(tǒng)中考慮到有機蒸氣的凝縮性和爆炸性，為操作安全和防止氣體在膜組件中形成凝縮液體侵蝕膜設備，本系統(tǒng)采用減壓方式。膜法分離不能將有機蒸氣以100%的純度分離出來，只能將欲處理氣體濃縮或稀釋，因此系統(tǒng)中需設置液化回收系統(tǒng)。與深冷分離方法相比，膜法分離更適用于高濃度，小規(guī)模的VOC排放氣處理系統(tǒng)。四、應用實例1.己烷蒸氣回收圖2為一套己烷蒸氣/氮氣混合氣體回收裝置。此裝置自1992年投運以來，每天24小時操作，到目前為止仍在正常運行。該系統(tǒng)的運行結(jié)果如表3所示?；厥障到y(tǒng)進氣中，除己烷
7、和氮氣以外，還含有很多碳氫化合物蒸氣，對己烷的回收率為88%。表2己烷蒸氣回收系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)取樣部位進氣1排放氣2回收液3溫度，℃353535流量，Nm3/hr400314250kg/hr組成%汽油254.5100空氣7595.50注：回收率=88%，操作負壓=0.2atm表3汽油蒸氣回收系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)取樣部位進氣1排放氣2回收液3溫度，℃353535流量，Nm3/hr400314250kg/hr組成
