多級膜回收天然氣中乙烷流程的設計與優(yōu)化.pdf

1、乙烷被認為是最好的乙烯裂解原料，具有很高的工業(yè)價值，其主要來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側(cè)流股中的濃度。而且天然氣自帶高壓能夠節(jié)省膜分離過程中壓縮機功耗。將膜技術(shù)與傳統(tǒng)分離技術(shù)相結(jié)合，設計了高壓管道天然氣中乙烷的回收工藝，利用UniSimDesign軟件進行模擬和優(yōu)化。
　　膜分離單元計算

2、的準確性取決于所用膜分離模型的準確性。將離散膜分離模型編入UniSim Design中，能更準確地計算出膜分離的結(jié)果。在氣體膜分離過程工藝設計中常用模型為平均推動力模型，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力模型的準確性及適用范圍。以離散模型為標準，分別用離散模型和兩種平均推動力模型對H2/N2、CO2/N2、O2/N2三種具有代表性的體系進行模擬計算。分析在不同膜滲透率、操作壓力、濃度條件

3、下兩種平均推動力模型的準確性。結(jié)果表明，算術(shù)平均推動力模型在低選擇性、低壓力體系中準確性較高，對數(shù)平均推動力模型適用于高選擇性、高壓力體系。
　　建立多級膜分離流程富集管道天然氣中的乙烷。在不同滲透側(cè)壓力比和膜面積條件下，分別對一級、二級、三級膜分離流程進行模擬計算。結(jié)果表明，分離過程中膜面積對滲透側(cè)流量影響較大，而壓力比則主要影響滲透側(cè)乙烷濃度。隨著膜級數(shù)增多，膜面積對濃度影響減弱，但壓力比作用增強。對比發(fā)現(xiàn)三級膜流程滲透側(cè)乙烷

4、濃度約為一級膜流程的3倍，并且大幅減小滲透側(cè)流量，說明多級膜流程能夠?qū)崿F(xiàn)乙烷富集的目的。
　　根據(jù)膜分離單元滲透側(cè)流股的特點，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氣體，脫酸后氣體進入高壓精餾塔分離甲烷和和乙烷。對不同流程進行模擬計算，比較不同級數(shù)的膜聯(lián)用流程在乙烷回收率相近時各流程經(jīng)濟效益和各單元操作費用。結(jié)果表明，隨著膜級數(shù)增加，膜分離單元費用增加，