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CN101773765A - 炼厂干气中氢气的回收方法 - Google Patents

炼厂干气中氢气的回收方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种炼厂干气中氢气的回收方法,其过程为:(1)首先,利用膜分离单元将氢气摩尔含量为20%~35%、压力不低于0.8MPa的炼厂干气进行预分离,使炼厂干气中的H2富集在膜的渗透侧;(2)然后,将膜分离单元中膜的渗透侧富集后的富含氢气的气体加压到1.0MPa~1.2MPa后,进入变压吸附单元;(3)最后,利用变压吸附单元中进一步吸附气体中所含的烃类,使得H2的纯度按摩尔百分比计达到95%~99.5%,压力保持在0.9MPa~1.1MPa,作为氢气产品送出。该方法主要由膜分离单元和变压吸附单元构成。这种方法能够将氢气摩尔含量为20%~35%的炼厂干气中氢气提纯到95%以上,以充分回收氢气资源。

Description

炼厂干气中氢气的回收方法
技术领域
本发明涉及从炼厂干气中回收氢气(H2:20mol%~35mol%)的方法,是一种通过膜分离/变压吸附集成工艺从炼厂干气中回收氢气的方法。
背景技术
炼厂气主要来源于原油二次加工,如催化裂化、热裂化、延时焦化、加氢裂化等过程中产生的气体。其产量平均为原油加工量的5%,主要含有氢气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等组份,是石油化工的一种重要资源。我国炼厂气中催化裂化干气量最大,以往因无合适方法回收利用,只能作为燃料白白烧掉,造成巨大浪费。我国炼厂气中含有大量的氢气,如在汽柴油加氢精制,润滑油加氢等处理过程中,排放的尾气中有的氢气含量高达80%(mol%);催化裂化干气中的氢含量一般在20%~50%(mol%)。这些尾气中氢的回收利用,不仅可以大大减少制氢原料的消耗,降低制氢成本,而且对实现炼厂气的资源化利用都具有非常重大的意义。
变压吸附气体分离技术(PSA)是依靠压力的变化来实现气体的吸附与再生的,具有再生速度快、能耗低、操作简单、稳定等特点。我国从20世纪80年代初开始引进国外的PSA提氢技术,如上海石化、扬子石化、茂名石化、辽阳化纤等。从20世纪90年代初我国自行研制的PSA技术开始用于炼厂气中氢气的回收。目前,我国的PSA技术已经成熟,已为我国数十家石油加工企业的加氢重整气和催化裂化干气等提供氢气回收服务,生产规模在不断扩大,完全可以替代进口。PSA法有两个优点:一是对杂质的脱除率高,可满足任何工艺的要求,二是可生产高纯度氢。该法适用于从氢浓度大于40%(mol%)的原料气中提取浓度更高的富氢气体。可把氢气提浓到99.9%(mol%)以上;氢气回收率约为85%~90%左右。而由于氢气是非解吸气,当氢气的含量较低(低于40%)时,使得PSA需要的吸附剂的量很大,从而装置的投资、占地、能耗都相应较大。
膜分离技术已广泛应用于乙烯、丙烯、轻烃、油气和氢气回收,我国回收炼厂气中氢气的装置近三十套,特别近两年来采用膜技术在炼厂低压(0.8MPa~1.2MPa)干气中回收氢气已有应用实例。膜分离法适用于从氢浓度大于35%(mol%)的炼厂气中提取浓度更高的富氢气体。可根据原料气的组成,把氢气提浓到90%~99%(mol%);氢气回收率约为80%~90%(mol%)。气体膜分离工艺具有占地小、能耗低、操作简单等优点。
单独采用膜分离技术,不适用于对炼厂干气中氢气浓度低于35%(mol%)的气体中氢气进行回收,难以提浓到90%(mol%)以上,但如果单独利用变压吸附气体分离技术回收此浓度的氢气,投资庞大,失去了回收氢气的经济意义。因此目前对于氢浓度低于35%(mol%)的炼厂干气中的氢气还没有经济有效的回收手段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种炼厂干气中氢气的回收工艺,利用该工艺可以将氢浓度为20%~35%(mol%)的炼厂干气中的氢气提浓到95%(mol%)以上。
本发明采用的技术方案是集成膜分离与变压吸附气体分离工艺的炼厂干气中氢气的回收方法,其过程为:
(1)首先,利用膜分离单元将氢气摩尔含量为20%~35%的炼厂干气进行预分离,使炼厂干气中的H2富集在膜的渗透侧(膜渗透气);
(2)然后,将膜分离单元中膜的渗透侧富集后的富含氢气的气体加压到1.0MPa~1.2MPa后,进入变压吸附单元;
(3)最后,利用变压吸附单元进一步吸附气体中含的烃类,使得H2的纯度按摩尔百分比计达到95%~99.5%,压力保持在0.9MPa~1.1MPa,作为氢气产品送出。
炼厂干气在进膜分离单元之前还进行除雾处理以去除可冷凝的液体。还需要进行过滤处理以去除大于0.01μm的粒子,避免污染膜单元中的膜。炼厂干气进入膜分离单元之前还需要先预热至露点温度以上,避免液态烃对膜的损害。
在膜分离单元中的膜渗余气和变压吸附单元中的解吸气作为尾气可以送入瓦斯管网进行集中处理。
膜分离和变压吸附技术都有其最佳应用范围、最优应用工艺,虽然无论是膜分离技术还是变压吸附技术对于氢气浓度低于35%的炼厂干气中氢气的提纯效果并不理想或者不够经济,但本发明利用膜分离/变压吸附技术有机集成工艺可充分发挥各单一技术的优势,能够将原来氢气浓度低于35%的炼厂干气中的氢气回收提纯到95%(mol%),是解决炼厂干气资源化的有效技术手段,能够扩大从炼厂干气中提取氢气的应用范围,使资源得到有效利用。
附图说明
图1为某厂膜分离/变压吸附集成技术氢气回收工艺流程和物料平衡示意图。
具体实施方式
下面通过某炼厂催化干气的综合回收利用的计算实例对本发明作进一步详细描述。
下述计算实例中氢气含量均为摩尔百分比:
目前,某炼厂三催化干气量为141.4t/d(7000Nm3/h),全部进入瓦斯管网,四催化干气量为482.4t/d(25000Nm3/h),其中有295t/d进三苯,187.4t/d进入瓦斯管网;根据该公司目前制氢成本过高的问题,将三催化、四催化干气中的氢气回收利用,以减少制氢原料消耗和降低氢气成本,并且保证达到用户要求氢气的纯度(氢气纯度≥95%)。
具体工艺流程如图1所示:
三催化、四催化干气首先进行除雾过滤:即先分别进入除雾器进行除雾,除去大部分可冷凝的液体;除雾器出来的气体分别进入两级过滤器,以进一步除去油雾及大于0.01μm的粒子。经过除雾过滤后的干气再分别经预热器将原料气加热至75℃,使原料气远离露点。加热过的气体经管式过滤器进入膜分离器进行分离,在低压侧产生氢气,三催化干气经过膜分离后氢气含量达77.2%,四催化干气经过膜分离后氢气含量为84.5%。三催化和四催化的经过膜分离后低压侧的富含氢的气体经过压缩机再加压到1.2MPa进VPSA真空变压吸附回收氢装置。三催化干气经过膜分离后的尾气进瓦斯管线,四催化干气经过膜分离后的尾气分别进瓦斯管线和三苯。
炼厂气经膜分离/变压吸附集成工艺处理后,总计可回收氢气约8379.1Nm3/h、回收氢气纯度≥95%、压力1.15MPa。VPSA解吸气进瓦斯管线。
各股物料参数的结果,包括膜分离和变压吸附两部分,分别列入表1和表2。
表1膜分离部分结果
三催化:
Figure G2010100005914D00051
四催化:
Figure G2010100005914D00052
Figure G2010100005914D00061
表2真空变压吸附结果
Figure G2010100005914D00071
说明:1.由于硫化氢采用干法脱出,本物料衡算未进行计算。
2.对柴油加氢尾气中的物料,分碳四和碳五饱和及不饱和加在一起计算。
由上表可知,三、四催化干气和柴油加氢尾气经膜分离/变压吸附集成工艺,可回收氢气8379Nm3/h(氢气纯度≥95%),总投资约2700万(不含增压泵和土建施工费用),装置建成后运行不到一年即可收回投资。
利用膜分离预先处理催化干气,不仅原料氢气浓度在PSA的最佳操作范围内,而且也保证了烃类尾气不需增压可直接进三苯装置,集成耦合效果显著。
技术优点
(1)适用于氢气含量在20%~35%的炼厂干气,氢气回收率和回收浓度都较高
氢含量在20%~35%的炼厂干气,单独用膜分离法回收后,在保证一定的回收率的情况下,只能将氢气浓度提高到60%~80%,不能直接作为氢气产品加以利用。而单独用PSA的方法回收的话,由于氢气是非解吸气,氢气的含量低,使得PSA需要的吸附剂的量很大,从而装置的投资、占地、能耗都相应较大。而利用膜分离/变压吸附集成工艺,可以使氢气回收率达80%以上,回收氢气浓度达95%以上,完全可以满足生产的需要,并且投资少,能耗低。
(2)投资少,总系统能耗较低
集成工艺可充分利用炼厂干气自身的压力实现膜法分离。在膜分离单元,只有预处理部分、吹扫及仪表部分需要很少的耗能。其次,经过膜分离单元,气体的氢气浓度从20%~35%提高到70%~85%,气量是原料气的三分之一左右,再进入变压吸附单元。氢气浓度的提高、气量的减少,使得吸附剂的用量、变压吸附单元的规模、投资、占地、能耗等都大大降低;在变压吸附单元,由于回收的氢气是非解吸气体,压力损失很小,不需要压缩机增压或者增加很少的压力就可以直接进入氢气管网;而经过膜分离单元分离的渗余气(气量约为原料气的三分之二),压力几乎没有损失,可以直接进入瓦斯管网或者作为苯乙烯装置的原料。
(3)操作简单,运行费用低
设备简单安全、易操作、占地小,运行费用低,没有新污染物产生。根据原料气量、原料气中氢气浓度、产品氢气的纯度要求不同等情况,可通过调节膜操作参数等方法来实现。
(4)经济效益显著
利用膜分离/变压吸附集成工艺对含氢量在20%~35%的炼厂干气中的氢气进行回收,并作为氢气产品利用,避免了氢气的大量浪费,大大减少了炼厂中制氢原料的消耗,降低了氢气成本,经济效益显著,装置建成后运行一年即可收回全部投资。

Claims (4)

1.一种炼厂干气中氢气的回收方法,其过程为:
(1)首先,利用膜分离单元将氢气摩尔含量为20%~35%的炼厂干气进行预分离,使炼厂干气中的H2富集在膜的渗透侧;
(2)然后,将膜分离单元中膜的渗透侧富集后的富含氢气的气体加压到1.0MPa~1.2MPa后,进入变压吸附单元;
(3)最后,利用变压吸附单元中进一步吸附气体中含的烃类,使得H2的纯度按摩尔百分比计达到95%~99.5%,压力保持在0.9MPa~1.1MPa,作为氢气产品送出。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述炼厂干气在进膜分离单元之前还进行除雾处理以去除可冷凝的液体。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于:所述的炼厂干气在进膜分离单元之前还进行过滤处理以去除大于0.01μm的粒子。
4.如权利要求1或3所述的方法,其特征在于:所述炼厂干气在进入膜分离单元之前还先预热至露点温度以上。
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