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高源禹
為更好推動科技成果轉化和產業化應用，落實《關于構建市場導向的綠色技術創新體系的指導意見》，加速綠色低碳技術升級，科技部社發司委托中國環境保護產業協會組織編制了《國家綠色低碳先進技術成果目錄》，并于2023年9月11日正式公布。為持續宣傳推廣《國家綠色低碳先進技術成果目錄》成果，引導綠色低碳技術發展，中國環保產業協會將陸續在官微推送目錄成果信息，敬請關注。
節能減排與低碳領域
01.技術名稱
含烴石化尾氣的膜法梯級耦合分離和綜合利用技術
02.適用范圍
石油化工、油氣工程、精細化工等領域；工藝副產、有組織排放的含烴石化尾氣，非爆炸性混合體系，具備石化常規公用工程支撐，主要回收氫氣和可凝性組分；規模不限，可嵌入上下游工藝，也可獨立運行。
03.技術內容
3.1基本原理
建立連續超薄涂層工藝生產兼具高通量和高選擇性的有機氣體分離膜和膜分離器，以自主開發的非理想分離狀態模型實現精確過程設計，以自主開發的梯級耦合流程設計方法將膜分離、吸附、深冷等氣體分離技術優化整合，協同強化，實現含烴石化尾氣的高收率、高純度綜合回收和減排。主要優勢包括：綜合回收能耗顯著降低，回收產品純度高，操作彈性大，可處理多源、復雜組分廢氣。膜法梯級耦合分離技術可實現能源的梯級利用和資源的梯級回收，打破單一技術發展瓶頸，達到提高產品回收率、減少排放量、降低回收能耗的多重目標。
圖 1 多源含烴石化尾氣梯級耦合分離工藝示范裝置
3.2技術創新性
(1)提出基于三角坐標—矢量分析的多技術耦合拓撲結構設計策略，建立以膜為核心，吸附、冷凝等多技術優勢互補的梯級耦合路線，充分利用分離過程“雙向富集”效應，降低能耗，提高收率，成功解決多來源、多組分原料多目標回收的難題。
(2)含烴石化尾氣的高價值資源綜合回收率可達到95%以上，氫氣產品純度可超過99%，輕烴產品純度符合各種產品的質量要求。
圖 2 含烴石化尾氣的多技術耦合循環級聯回收優勢
04.節能與溫室氣體減排效果
對典型多源含烴石化尾氣，資源綜合回收率可達到95%以上，綜合回收單耗小于0.10 kW·h/m3尾氣，對于有組織排放的含烴石化尾氣，通過回收最高可減少VOCs排放約99.5%。與傳統路線相比，單耗降低約30%；與國外同類型的串聯組合技術相比，單耗降低20%～30%。
以千萬噸級煉化企業建設綜合型膜法耦合分離裝置為例，每年可回收約1.67億標方氫氣，折合減排二氧化碳約7.5萬t，回收輕烴、石腦油約10萬t，折合減排二氧化碳約3萬t(氫氣當燃料，減排當量為0.95kg/m3，制氫的排放當量為1.40 kg/m3；輕烴、石腦油作為化工原料的減排系數為0.20)。
05.技術示范情況
氫回收型膜法梯級耦合分離技術，在中石油大連石化、遼陽石化、遼河石化等企業建成并穩定運行。
大連某石化廠，2014年開始運行，規模83000m3/h，年效益>3.28億元，兼具高收率(>92.0%)、高純度(>99.0%)和低單耗(<0.5kW·h/m3)，每年可減排二氧化碳15.7萬t。
遼陽某石化煉油廠，2018年開始運行，規模40000m3/h，年效益>9000萬元，每年可減排二氧化碳7.6萬t。
遼陽某石化芳烴廠，2019年開始運行，規模18000m3/h，年效益>3000萬元，0.2 kW·h/m3超低能耗，每年可減排二氧化碳6.8萬t。
遼河某石化，2019年開始運行，規模10000m3/h，年效益>2400萬元，每年可減排二氧化碳4.8萬t。
06.投資估算
氫回收型膜法梯級耦合分離裝置，配套千萬噸煉油規模的設備投資約5000萬元(其他規模煉廠可以按比例折算)，裝置壽命15～20年，氫氣分離膜組件壽命5～10年。
綜合回收型膜法梯級耦合分離裝置，配套千萬噸煉油規模的設備投資約1.5億元(其他規模煉廠可以按比例折算)，裝置壽命15～20年，氫氣分離膜組件壽命5～10年，有機蒸汽膜組件3～5年。
VOCs減排型膜法梯級耦合分離裝置，配套1000m3/h有組織排放尾氣規模的設備投資約800萬元，裝置壽命15～20年，有機蒸汽膜組件3～5年。
07.投資回收期
氫回收型膜法梯級耦合分離裝置，投資回收期不超過0.8年。綜合回收型膜法梯級耦合分離裝置，投資回收期不超過1.0年。
VOCs回收減排型膜法梯級耦合分離裝置，投資回收期需根據有組織排放尾氣中回收物的豐度和價值，一般在2～3年。
08. 技術成果轉化推廣前景
氫氣是煉化企業僅次于原油的第二成本，因此氫回收型膜法梯級耦合分離裝置必將是煉化企業降低煉油成本的標配裝置，目前在中石油和中石化下屬煉油企業已經有較好的推廣，未來地方煉化和民營企業將是推廣的重點。輕烴也是重要的化工原料，但是含烴石化尾氣往往需要作為整個煉化廠的燃料，因此，綜合回收型膜法梯級耦合分離裝置的推廣需結合企業自身的燃料供應情況，對于燃料氣富余或者有替代源的企業，可以大力推廣。
VOCs減排是石化行業可持續發展過程中必須解決的問題，膜法梯級耦合分離裝置在減排的同時最大限度地回收高價值組分，因此，該類型裝置也有望成為石化及其他企業的標配裝置。按照目前國內的煉油總量，如果80%的煉油產能配套氫回收型或者綜合回收型膜法梯級耦合分離裝置，年可實現二氧化碳減排400萬t以上。
原標題：國家綠色低碳先進技術成果 |(八十五)含烴石化尾氣的膜法梯級耦合分離和綜合利用技術
