新环保形势下小本体聚丙烯环保降耗改造措施

新环保形势下小本体聚丙烯环保降耗改造对策

胡小鹏 北京信诺海博石化科技发展有限公司

摘要：本文论述了在新环保标准执行的情况下，小本体聚丙烯装置存在多处尾气排放不达标的情况，提出了解决这些问题的方法，并分享了青岛石化小本装置环保降耗改造的成功经验。

关键字：新环保标准聚丙烯尾气

引言：小本体聚丙烯生产工艺是我国自行研制的一种聚丙烯生产方法，其特点是投资少，见效快，其缺点是能物耗较高。随着国家对环保的不断重视，不少地方政府以及中石油、中石化出台了最新的环保标准，要求有组织排放的气体中VOC含量应<120mg/m3。如何回收处理闪蒸釜后3~4次置换及膜分离装置排放出大量的VOC超标的聚丙烯尾气，使之满足新环保标准，成为了广大小本体企业共同面临的难题。我公司成功研发了一套工艺技术，可以有效处理该部分尾气，并在青岛石化小本体聚丙烯装置成功应用。

一、小本体装置流程现状

根据多地最新环保标准的要求，有组织排放的气体中VOC含量应<120mg/m3。目前小本体聚丙烯装置还存在多处外排气体不达标的问题，如下图所示。

图1-1 现有聚丙烯装置存在的问题

1.1闪蒸釜置换气体放空造成丙烯损失和环境污染。闪蒸釜置换过程除第

1~2次抽真空丙烯气排入气柜回收外，其余后3~4次抽真空置换出来

的丙烯气（丙烯浓度为2~40%），由于尾气量大浓度低，无法进入后

续的压缩冷凝和膜分离单元，又由于压力低，也无法排入火炬系统，

目前不得不直排大气，按照6万吨/年聚丙烯产量计算，这部分尾气排

出的丙烯单体量在180~300吨/年。不但造成大量丙烯损失，而且这部

分尾气严重超标排放。

1.2膜分离装置分离后得到的提浓气浓度不够高，循环量较大，同时外排

氮气的丙烯含量约为5~20%。不仅造成了5kg/tPP的损耗，同时无法

满足新环保标准排放。

1.3整个尾气回收系统无法接收现有有组织排放废气。若将上述尾气全部

排入回收系统，回收系统的压缩机、膜分离/PSA装置等将严重超负荷。

上述问题几乎困扰着所有的小本体聚丙烯装置，这也是小本体聚丙烯装置丙烯及氮气单耗高于连续法聚丙烯装置的主要原因，也是困扰小本体聚丙烯装置环保无法实现达标的主要矛盾。

二、青岛石化改造案例

青岛石化7万吨/年聚丙烯装置于2005年12月建成投产，目前丙烯单耗达到1017kg/tPP 产品，虽然在国内属于较好水平，但与连续法聚丙烯工艺

<1005kg/tPP的丙烯单耗相比，仍有较大提升空间。按照目前的工艺流程和操作，低压回收丙烯气系统仍有两股有组织排放的丙烯气跑损，分别是闪蒸釜抽真空氮气置换后期直排大气的丙烯损耗和膜分离装置排入火炬系统尾气的丙烯损耗。如果将这两股有组织排放的尾气全部回收处理，就能基本消除本体法聚丙烯装置的所有有组织排放废气，丙烯单耗将会降至1005kg/tPP左右，对于青岛石化来说，这就意味着每年多回收丙烯840t左右，按丙烯价格6000元/t计，仅此一项，可为企业带来每年500万元左右的经济效益。

2016年，中石化青岛石化希望对7万吨/年小本聚丙烯装置排放出来的聚丙

烯尾气回收项目进行改造，解决上述问题，使聚丙烯装置达到无VOC排放或VOC达标排放。

2.1总体技术方案

我公司作为专利技术方和项目总包方，根据公司研发的专利《间歇本体法聚丙烯装置丙烯气回收工艺》专利号201710128858.X，如图2-1所示，对青岛石化聚丙烯装置进行了如下改造：

图2-1 青岛石化聚丙烯尾气改造流程示意图

闪蒸釜采用连续汽提工艺，将置换出的丙烯气全部排入气柜回收处理，彻

底消除闪蒸釜外排丙烯气；不凝气回收装置改为变压吸附装置，分离得到的低VOC浓度的净化氮气全部返回装置闪蒸釜系统回收利用，彻底消除不凝气回收

装置尾气外排丙烯；通过采取降低丙烯气压缩机出口气体冷后温度和提高脱附气

浓度等综合措施，提高丙烯气回收系统丙烯单程回收率，确保在夏季最苛刻条件下，压缩机入口气体平均负荷在1100Nm3/h以内（压缩机额定负荷为1200Nm3/h）。

2.2主要改造内容

1）闪蒸釜连续汽提改造

由目前的多次“抽真空 + 充氮气”闪蒸釜置换工艺改为连续汽提置换工艺，

即在抽真空情况下往闪蒸釜内注入少量氮气，置换过程产生的丙烯气全部送至气

柜进行回收处理，避免闪蒸釜氮气置换过程的外排。用于连续汽提的氮气原则上优先使用变压吸附装置回收的净化氮气，不足部分新鲜氮气补充，从而降低装置的氮气耗量。根据试验数据，连续汽提工艺不但不外排丙烯气，而且置换效果更好，氮气用量将近节省一半，约为8~10Nm3/tPP。

2）新增变压吸附装置

变压吸附回收不凝气主要工艺流程是将低压回收丙烯罐顶排放的不凝气用变压吸附不凝气回收装置进行分离回收，得到的VOC浓度大于85v%的提浓气循环返回气柜，VOC浓度小于0.1v%的净化氮气全部返回闪蒸釜系统替代新鲜氮气。

3）低温制冷系统

由于丙烯气压缩机出口压力只能达到1.7MPag，1200m3/h的压缩机额定负荷即使仅仅满足现有工艺的使用要求已十分紧张。何况闪蒸釜连续汽提实施后，置换过程的全部气体均排入气柜回收，需要回收的丙烯气总量还要增加，压缩机负荷不足的矛盾将更加突出。改造或更换压缩机代价比较大，最合理可行的方案是降低压缩机出口冷后温度，就是压缩机出口气体先经循环水冷却后，将大部分丙烯液化，然后再用低温冷媒冷却，进一步将部分丙烯液化。根据对整个改造后丙烯气回收系统的模拟计算，冷后温度降至8℃时，压缩机负荷为947Nm3/h，可使现有压缩机额定负荷保有25%的富裕度。

三、改造效果

聚丙烯尾气回收PSA装置于2017年4月24日一次投产成功运行，将丙烯浓度50%的聚丙烯尾气分离，得到丙烯浓度0.00%的净化氮气（青岛石化的化验分析的精度是0.01%），净化氮气全部返回闪蒸釜代替新鲜氮气，富含丙烯的脱附气返回气柜入口。整个PSA装置无尾气排放。