多級(jí)膜回收天然氣中乙烷流程的設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、乙烷被認(rèn)為是最好的乙烯裂解原料，具有很高的工業(yè)價(jià)值，其主要來(lái)源于天然氣和工廠尾氣回收。在天然氣產(chǎn)品中乙烷濃度較低，傳統(tǒng)乙烷回收工藝受技術(shù)限制回收率較低，因此大部分乙烷隨甲烷用作燃料。氣體分離膜可以回收管道天然氣中乙烷并提高乙烷在滲透?jìng)?cè)流股中的濃度。而且天然氣自帶高壓能夠節(jié)省膜分離過(guò)程中壓縮機(jī)功耗。將膜技術(shù)與傳統(tǒng)分離技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了高壓管道天然氣中乙烷的回收工藝，利用UniSimDesign軟件進(jìn)行模擬和優(yōu)化。
　　膜分離單元計(jì)算

2、的準(zhǔn)確性取決于所用膜分離模型的準(zhǔn)確性。將離散膜分離模型編入U(xiǎn)niSim Design中，能更準(zhǔn)確地計(jì)算出膜分離的結(jié)果。在氣體膜分離過(guò)程工藝設(shè)計(jì)中常用模型為平均推動(dòng)力模型，但隨著膜分離技術(shù)的發(fā)展，氣體分離膜的性能和操作條件都有所改變，需要重新判定平均推動(dòng)力模型的準(zhǔn)確性及適用范圍。以離散模型為標(biāo)準(zhǔn)，分別用離散模型和兩種平均推動(dòng)力模型對(duì)H2/N2、CO2/N2、O2/N2三種具有代表性的體系進(jìn)行模擬計(jì)算。分析在不同膜滲透率、操作壓力、濃度條件

3、下兩種平均推動(dòng)力模型的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明，算術(shù)平均推動(dòng)力模型在低選擇性、低壓力體系中準(zhǔn)確性較高，對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力模型適用于高選擇性、高壓力體系。
　　建立多級(jí)膜分離流程富集管道天然氣中的乙烷。在不同滲透?jìng)?cè)壓力比和膜面積條件下，分別對(duì)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)膜分離流程進(jìn)行模擬計(jì)算。結(jié)果表明，分離過(guò)程中膜面積對(duì)滲透?jìng)?cè)流量影響較大，而壓力比則主要影響滲透?jìng)?cè)乙烷濃度。隨著膜級(jí)數(shù)增多，膜面積對(duì)濃度影響減弱，但壓力比作用增強(qiáng)。對(duì)比發(fā)現(xiàn)三級(jí)膜流程滲透?jìng)?cè)乙烷

4、濃度約為一級(jí)膜流程的3倍，并且大幅減小滲透?jìng)?cè)流量，說(shuō)明多級(jí)膜流程能夠?qū)崿F(xiàn)乙烷富集的目的。
　　根據(jù)膜分離單元滲透?jìng)?cè)流股的特點(diǎn)，選擇吸收和精餾工藝分離其中的CO2和CH4，建立膜-吸收-精餾聯(lián)合流程。利用乙二醇胺(DEA)溶液吸收流股中二氧化碳?xì)怏w，脫酸后氣體進(jìn)入高壓精餾塔分離甲烷和和乙烷。對(duì)不同流程進(jìn)行模擬計(jì)算，比較不同級(jí)數(shù)的膜聯(lián)用流程在乙烷回收率相近時(shí)各流程經(jīng)濟(jì)效益和各單元操作費(fèi)用。結(jié)果表明，隨著膜級(jí)數(shù)增加，膜分離單元費(fèi)用增加，