聚乙烯排放气回收技术研究

1 2018年第8期工业、生产

聚乙烯排放气包括通过出料系统排出的反应气体（包

括乙烯、共聚单体、冷凝剂、氢气等）及氮气吹扫气体。

排放气中各组分及其浓度根据生产工艺及生产牌号的不同

而存在较大区别。如果将有效组分进行分离，既可以实现

排放气回收利用，又减少环境污染以及经济损失。目前，

传统的回收流程是将排放气进行多级压缩，然后进行低温

冷凝回收烃类凝液。随后，有机蒸汽膜分离技术在聚乙烯

装置上开始大量应用，近几年来，无动力深冷分离技术在

聚乙烯工艺排放气回收上成功应用。这些技术的成功应

用，大幅度提高了排放气中有效组分的利用。1 压缩冷凝技术

1.1 基本原理

压缩冷凝法作为Unipol工艺中传统回收技术，首先排

放气通过低压冷却器进行冷却，随后进行第一次压缩和冷

凝，部分重烃冷凝后进行回收，对未冷凝的气体由回收气

压缩机进行二次压缩，通过高压冷却器和冷凝器降温冷

凝，气液混合物进入高压凝液罐进行气液分离，分离出的

冷凝液与低压冷凝液通过泵送回反应系统进一步利用，而

气体则排往火炬。

1.2 回收效果

由于排放气中仅含有少量的可凝性烃，因此大量的不

凝气被无效地压缩和冷却，从而影响了压缩冷凝技术的经

济性。图1为2012年兰州石化公司全密度聚乙烯装置1-丁烯单耗及装置物耗。

图1 2012年1-丁烯单耗及物耗通过分析全密度聚乙烯装置2012年全年1-丁烯单

耗及物耗，1-丁烯平均单耗为83.93kg/t，物耗平均为

1015.78kg/t，均处于较高水平。

压缩冷凝法主要有以下不足：1）回收效率较低，只

能回收异戊烷和1-丁烯等相对分子质量较大的烃类；2）

未冷凝的排放气中的吹扫气体的浓度达不到脱气仓的要

求，因此无法循环利用而只能排放火炬系统；3）回收后

尾气中仍有约12％的异戊烷、1-丁烯放至火炬燃烧。2 膜分离技术

2.1 简介

膜分离技术包括有机蒸汽膜分离和氢气膜分离，有机

蒸汽膜主要用于回收重烃，包括1-丁烯、异戊烷等。氢

气膜分离利用特殊高分子膜对氢气优先透过的特点，使气

体中的氢气组分优先透过膜，其余组分被选择性截留，从

而达到混合气体分离目的。下文重点说明有机蒸汽膜分离

技术。

2.2 有机蒸汽膜分离基本原理

有机蒸汽膜分离技术利用特殊的高分子膜对挥发性有

机物的优先透过性的特点，如乙烯、1-丁烯、重烃等与

惰性气体如氮气、氢气等的混合气在一定压差推动下，经

选择性通过膜，使混合气中的挥发性有机物优先通过膜得

以富集回收，而氮气等惰性气体则被选择性截留，从而达

到分离的目的。异戊烷和1-丁烯作为渗透气返回至回收

气压缩机入口，继续进行压缩冷凝，另一部分气体直接排

地面火炬系统燃烧。

2.3 投用效果

兰州石化公司全密度聚乙烯装置回收系统中增加膜分

离装置，2013年5月25日系统投用。投用后，回收、聚合

系统运行平稳，反应器无静电波动，1-丁烯、异戊烷消

耗降低，物耗降低。

2.3.1 异戊烷消耗

异戊烷作为聚合反应的诱导冷凝剂，在冷凝模式生产

状态下，反应器中需保持一定浓度的异戊烷，异戊烷的浓聚乙烯排放气回收技术研究

邵礼宾 周仕杰

中国石油天然气股份有限公司兰州石化公司乙烯厂 甘肃 兰州 730060

摘要：本文对聚乙烯装置排放气回收技术进行介绍、对比，对其优劣性进行分析，包括兰州石化公司全密度聚乙烯装

置在基础工艺上的改造技术以及目前国内新建装置的回收技术。回收技术的更新不仅提高了共聚单体、异戊烷的回收率，

同时也提高了乙烯和氮气的回收利用，更好做到节能减排，资源利用。

关键词：聚乙烯 回收技术 节能减排 资源利用 

Research Polyethylene vent gas recovery

Shao Libin ， Zhou ShijieEthylene Plant， Lanzhou Petrochemical Company. Petrochina， Lanzhou 730060，China

Abstract：The article introduces and compares the exhaust gas recovery technology of polyethylene unit， and analyzes its 

advantages and disadvantages. It includes the transformation technology of the Lanzhou Petrochemical Industries Co full density 

polyethylene unit in the basic technology and the recycling technology of the new domestic equipment at present. The regeneration 

technology not only improves the recovery rate of comonomer and isopentane， but also improves the recovery and utilization of 

ethylene and nitrogen， and achieves better energy saving and emission reduction and resource utilization.

Keywords：polyethylene；recovery technology；energy saving； resource utilization工业、生产

2 2018年第8期

度根据聚合反应负荷进行调整，膜回收系统投用后，回收

液增加，异戊烷进料量降低，异戊烷消耗降低。图2为投用膜分离系统前后异戊烷单耗情况。

图2 2013年异戊烷单耗情况

通过图2可以看出，2013年1月至6月异戊烷平均单耗

为1.73kg/t，7月至12月异戊烷平均单耗为1.02kg/t，下降约

为40％，异戊烷降低效果明显。

2.3.2 1-丁烯消耗

1-丁烯作为聚合反应的共聚单体，膜分离系统投用

后，1-丁烯是回收气中的主要成分，是装置回收的主要

组分。图3为2013年投用膜分离系统前后1-丁烯单耗情况。

图3 2013年1-丁烯单耗情况

从图3看出，2013年1月至5月1-丁烯平均单耗为

83.62kg/t，膜分离系统投用后，6月份生产高密度牌号产

品，不具有代表性，7月至12月1-丁烯平均单耗为79.14kg/

t，下降约为5.4％，1-丁烯消耗降低效果明显。

2.3.3 物耗

全密度聚乙烯车间利用有机蒸汽膜分离技术，装置

物耗由2013年1月1013kg/t下降至2013年12月1011.79kg/

t，2015全年累计物耗达到股份公司指标1008kg/t，并在

2015年10月降至历史最好水平1006.34kg/t。图4为2013年装置物耗情况，图5为近四年装置物耗情况。

图4 

2013年物耗情况图5 近四年装置物耗情况

2.4 工艺特点

2.4.1 主要优点

1）C4以上组分回收率60％以上

通过近三年膜分离系统数据，计算可得：

1-丁烯的回收率= m（丁烯总）/m（丁烯原料气）

≈65.9%

异戊烷的回收率= m（异戊烷总）/m（异戊烷原料气）

≈68.5% 

2）膜分离系统以不凝气为原料气，膜系统渗透气富

烷烯烃气经压缩/冷凝后得到凝液返回反应体系，膜系统

尾气即贫烷烯烃气一部分用于产品输送气，另一部分排放

到火炬。膜系统的加入，降低了产品吹出气中重烃C4+的

含量，使得进入脱气仓中的重烃含量降低，有利于树脂脱

气，从而可以适当降低氮气的用量。

3）对原装置无影响，无二次污染，节能环保。

2.4.2 主要缺点

1）在压缩冷凝法的基础上进一步回收了排放气中的

剩余的1-丁烯和异戊烷，可降低部分排放，但1-丁烯和

异戊烷的总回收率只有60％左右。

2）乙烷、乙烯等烃类不能回收。

3）膜分离对混合物中的任何一个分离组分都不能理

想地全部通过，必定有其他组分一并通过，只是通过量不

同而已。这就是膜分离过程的不完整性，因此，这是一种

“提浓而不提纯”的工艺。

2.5 装置应用

全密度聚乙烯装置回收系统经过前期技术改造新增膜

分离系统，降低了异戊烷和丁烯消耗，但膜尾气中还有一

定浓度的异戊烷、丁烯和乙烯排火炬进行焚烧，尤其膜尾

气中乙烯浓度在4%～4.5%，造成了物料的大量浪费，详见图6。

图6 膜分离原料气与火炬气有效组分浓度对比

3 无动力深冷分离技术

3.1 基本原理

无动力深冷分离技术，是指气体不需要任何额外动力

的情况下，利用自身压力能，通过透平膨胀机制冷，实现

压力能转化为冷量，再利用该股冷量将气体中的烃类充分 3 2018年第8期工业、生产

冷却液化后进行分离。

主要流程为：原料气经板式换热器冷却降温后进入气

液分离罐，从气液分离罐出来的液态烃经节流膨胀后返回

板式换热器回收冷量后成为气液混合产品送出冷箱，从气

液分离罐出来的不凝气进入透平膨胀机的膨胀端膨胀制

冷，膨胀后的低温气体返回板式换热器复热回收冷量。深

冷分离冷箱利用原料尾气的压力能膨胀制冷为系统提供冷

量，使高压原料尾气在低温下冷凝，实现烃类与氮气的分

离，从而回收原料尾气中的烃类组分。深冷分离冷箱由板

式换热器、透平膨胀机、气液分离罐等组成。

3.2 制冷原理

透平膨胀机是深冷回收系统获取冷量的关键设备，是

保证整套系统稳定运行的心脏。其主要原理是利用由一定

压力的气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做工而消耗

气体本身的内能，从而使气体自身强烈地冷却而达到制冷

的目的。

过程简述为高压气体→膨胀机绝热膨胀→气体降压→

降温→获得冷量。

3.3 应用效果

2012年11月底，中原石化1500Nm3/h国内首套聚乙烯

无动力混合烃回收装置一次投用成功，排火炬尾气中大

部分碳二以上烃类被回收利用，聚乙烯单耗由2012年的

1005.16kg/t下降至2013年的1002.29kg/t，异戊烷消耗由

2012年的2.166kg/t下降至2013年的0.8kg/t。公用工程消耗

无增加，装置单耗、异戊烷消耗明显下降，实现了清洁生

产。这是无动力深冷分离技术在国内聚乙烯装置的首次成

功应用。

利用无动力深冷分离技术后，可以有效回收排放气中

C2及C2+组分，其中乙烯的回收率达到74.7％，C4+的回收

率达到99.9％，异戊烷回收率达到98.8％。不仅实现了乙

烯回收，而且1-丁烯和异戊烷的回收率也大大提高，装

置单耗大幅降低。表1为利用无动力深冷分离技术后各物

料回收效果。

表1 排放气回收率

项目raw gasflare gaspercent recoverymass percentmass flowmass percentmass flow

ethylene21.604%1752.087.607%1257.11774.7%

C2+26.027%1752.088.297%1257.11777.1%

ICA4.743%1752.080.001%1257.11798.8%

C4+5.737%1752.080.004%1257.11799.9%

Recovery of total hydrocarbons26.9%1752.083.69 %1257.11790.1%

3.4 回收率对比

通过表2可知，生产DMDA-8008牌号时，投用深冷

分离后乙烯单耗由973.8kg/t降至968.9kg/t，1-丁烯单耗由