1. 技术名称

含烃石化尾气的膜法梯级耦合分离和综合利用技术

2. 适用范围

石油化工、 油气工程、 精细化工等领域； 工艺副产、 有组织排放的含烃石化尾气， 非爆炸性混合体系， 具备石化常规公用工程支撑， 主要回收氢气和可凝性组分； 规模不限， 可嵌入上下游工艺， 也可独立运行。

3. 技术内容

3.1 基本原理

建立连续超薄涂层工艺生产兼具高通量和高选择性的有机气体分离膜和膜分离器， 以自主开发的非理想分离状态模型实现精确过程设计， 以自主开发的梯级耦合流程设计方法将膜分离、 吸附、 深冷等气体分离技术优化整合， 协同强化， 实现含烃石化尾气的高收率、 高纯度综合回收和减排。 主要优势包括：综合回收能耗显著降低， 回收产品纯度高， 操作弹性大， 可处理多源、 复杂组分废气。 膜法梯级耦合分离技术可实现能源的梯级利用和资源的梯级回收， 打破单一技术发展瓶颈， 达到提高产品回收率、 减少排放量、 降低回收能耗的多重目标。

3.2 技术创新性

（ 1） 提出基于三角坐标—矢量分析的多技术耦合拓扑结构设计策略， 建立以膜为核心， 吸附、 冷凝等多技术优势互补的梯级耦合路线， 充分利用分离过程“双向富集” 效应， 降低能耗，提高收率， 成功解决多来源、 多组分原料多目标回收的难题。

（ 2） 含烃石化尾气的高价值资源综合回收率可达到 95%以上， 氢气产品纯度可超过 99%， 轻烃产品纯度符合各种产品的质量要求。

4. 节能与温室气体减排效果

对典型多源含烃石化尾气， 资源综合回收率可达到 95%以上， 综合回收单耗小于 0.10 kW·h/m3 尾气， 对于有组织排放的含烃石化尾气， 通过回收最高可减少 VOCs 排放约 99.5%。 与传统路线相比， 单耗降低约 30%； 与国外同类型的串联组合技术相比， 单耗降低 20%～ 30%。

以千万吨级炼化企业建设综合型膜法耦合分离装置为例，每年可回收约 1.67 亿标方氢气， 折合减排二氧化碳约 7.5 万 t，回收轻烃、 石脑油约 10 万 t， 折合减排二氧化碳约 3 万 t（ 氢气当燃料， 减排当量为 0.95kg/m3， 制氢的排放当量为 1.40 kg/m3；轻烃、 石脑油作为化工原料的减排系数为 0.20）。

5. 技术示范情况

氢回收型膜法梯级耦合分离技术， 在中石油大连石化、 辽阳石化、 辽河石化等企业建成并稳定运行。

大连某石化厂， 2014 年开始运行， 规模 83000m3/h， 年效益＞ 3.28 亿元， 兼具高收率（ ＞ 92.0%）、 高纯度（ ＞ 99.0%） 和低单耗（ <0.5kW·h/m3）， 每年可减排二氧化碳 15.7 万 t。

辽阳某石化炼油厂， 2018 年开始运行， 规模 40000m3/h，年效益＞ 9000 万元， 每年可减排二氧化碳 7.6 万 t。

辽阳某石化芳烃厂， 2019 年开始运行， 规模 18000m3/h，年效益＞ 3000 万元， 0.2 kW·h/m3 超低能耗， 每年可减排二氧化碳 6.8 万 t。

辽河某石化， 2019 年开始运行， 规模 10000m3/h， 年效益＞ 2400 万元， 每年可减排二氧化碳 4.8 万 t。

6. 投资估算

氢回收型膜法梯级耦合分离装置， 配套千万吨炼油规模的设备投资约 5000 万元（ 其他规模炼厂可以按比例折算）， 装置寿命 15～ 20 年， 氢气分离膜组件寿命 5～ 10 年。

综合回收型膜法梯级耦合分离装置， 配套千万吨炼油规模的设备投资约 1.5 亿元（ 其他规模炼厂可以按比例折算）， 装置寿命 15～ 20 年， 氢气分离膜组件寿命 5～ 10 年， 有机蒸汽膜组件 3～ 5 年。

VOCs 减排型膜法梯级耦合分离装置， 配套 1000m3/h 有组织排放尾气规模的设备投资约 800 万元， 装置寿命 15～ 20 年，有机蒸汽膜组件 3～ 5 年。

7. 投资回收期

氢回收型膜法梯级耦合分离装置， 投资回收期不超过 0.8 年。综合回收型膜法梯级耦合分离装置， 投资回收期不超过 1.0 年。VOCs 回收减排型膜法梯级耦合分离装置， 投资回收期需根据有组织排放尾气中回收物的丰度和价值， 一般在 2～ 3 年。

8. 技术成果转化推广前景

氢气是炼化企业仅次于原油的第二成本， 因此氢回收型膜法梯级耦合分离装置必将是炼化企业降低炼油成本的标配装置， 目前在中石油和中石化下属炼油企业已经有较好的推广，未来地方炼化和民营企业将是推广的重点。 轻烃也是重要的化工原料， 但是含烃石化尾气往往需要作为整个炼化厂的燃料，因此， 综合回收型膜法梯级耦合分离装置的推广需结合企业自身的燃料供应情况， 对于燃料气富余或者有替代源的企业， 可以大力推广。

VOCs 减排是石化行业可持续发展过程中必须解决的问题，膜法梯级耦合分离装置在减排的同时最大限度地回收高价值组分， 因此， 该类型装置也有望成为石化及其他企业的标配装置。按照目前国内的炼油总量， 如果 80%的炼油产能配套氢回收型或者综合回收型膜法梯级耦合分离装置， 年可实现二氧化碳减排 400 万 t 以上