丁烷异构体膜分离与精制
采用 MFI 分子筛膜技术替代高能耗精馏，实现正/异 C4 分离。基于动力学尺寸筛分机制，产品纯度 ≥99%，能耗较传统工艺降低 58%。
能耗降低
58%
相较传统 97 m 精馏塔装填密度
420m2/m3
膜组件体积密度（行业基准 ≥200）运行成本
175CNY/ton
稳态生产条件下 i-C4 产品 OPEX产品纯度
>=99%
轻烃纯度，损失率 ≤1%factory
产业背景
国内低碳 C4 分离与精制——涵盖正/异丁烷及正/异丁烯——年处理规模超过 2000 万吨，市场年增长率约 5%。
京博石化现有 25 万吨/年混合烷烃脱氢装置中，正/异丁烷分离目前仍依赖传统精馏工艺。
理论板数126 块理论板
塔高97 m
回流比4 — 再沸器与冷凝器热负荷极大
2021 年 ETBE 后 C4 分布（中国）
山东2.76 Mt/y
华东2.03 Mt/y
华西1.70 Mt/y
东北1.40 Mt/y
华南1.20 Mt/y
长江经济带1.15 Mt/y
华北0.79 Mt/y
science
核心分离机理
分离机制由热力学平衡（沸点精馏）转向动力学尺寸筛分。定向 MFI 沸石微孔通道规避相变与回流，实现颠覆性节能。
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膜基质
Silicalite-1（纯硅 MFI）
- texture
孔道尺寸
0.51 × 0.55 nm / 0.56 × 0.54 nm
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选择性依据
孔径介于 n-C4 与 i-C4 动力学直径之间
precision_manufacturing
工程组件参数
工业级 61 通道 MFI 分子筛膜元件，采用模块化、高通量可拆卸壳体——每个模块可并联容纳 7 支 50 cm 元件。
膜元件61 通道 MFI 模块
模块配置7 × 50 cm 元件，并联/串联灵活组合
有效膜面积1.54 m2/模块
装填密度420 m2/m3
行业基准≥200 m2/m3
单膜通量窗口≥10 SLPM
biotech
中试性能与物料衡算
经流程模拟优化的撬装中试装置，日处理量 ≥120 Nm3/d。Aspen Plus 模拟结果与实验数据已相互验证。
- check_circle在 n/i-C4 进料比 12/88、10/90、8/92 及 4/96 条件下均实现稳定分离。
- check_circle三级模块级联可在 n/i-C4 ≥97/3 超贫正丁烷进料下维持富集效果。
- check_circle中试试验中 i-C4 峰值富集浓度达 98.37%。
- check_circle膜性能对温度敏感——须严格控温。
Aspen Plus 模拟与实验验证
| 物流 | 温度 (°C) | 压力 (MPa) | 流量 (kg/h) | n-C4 (wt%) | i-C4 (wt%) | C3/C4 (wt%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 进料（汽化前） | 26 | 0.22 | 12.95 | 27.67% | 72.03% | 0.30% |
| 进料（汽化后） | 120 | 0.20 | 12.95 | 27.67% | 72.03% | 0.30% |
| 一级渗透气（第一遍） | 45 | 0.01 | 1.50 | 87.30% | 12.64% | 0.06% |
| 一级渗透气（第二遍） | 110.3 | 0.01 | 5.30 | 42.56% | 57.34% | 0.10% |
| 一级截留液 | 45 | 0.15 | 6.15 | 0.28% | 99.18% | 0.54% |
| 二级截留液 | 120 | 0.18 | 2.13 | 0.53% | 99.33% | 0.14% |
| 二级渗透气 | 120 | 0.01 | 3.17 | 87.30% | 12.64% | 0.06% |
savings
经济效益
膜分离与丁烷异构化反应器耦合集成——突破单程转化热力学平衡上限。
撬装设备功率明细
真空泵 #10.25 kW
真空泵 #20.30 kW
压缩机 #10.10 kW
过程加热器1.926 kW
小时 OPEX1.45 CNY/h稳态连续运行
i-C4 产量8.28 kg/h稳定生产速率
单位成本175 CNY/toni-C4 产品运行成本
节能幅度58%相较 97 m 工业精馏塔
engineering
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