一种炼厂干气中C2、C3组分、轻烃组分及氢气的回收方法

摘要

本发明公开了一种炼厂干气中C2、C3组分、轻烃组分及氢气的回收方法，其特征在于，包括：（1）炼厂干气经-15~0℃冷凝回收液态轻烃组分；（2）未被冷凝的炼厂干气送入变温吸附塔，塔内吸附剂选择吸附C4~C6组分，解吸回收C4~C6组分；（3）未被吸附的气体送入变压吸附塔，经塔内的吸附剂选择吸附C2、C3组分，解析回收C2、C3组分；（4）未被吸收的气体进入膜分离设备，通过膜的渗透作用在渗透侧富集和回收氢气；（5）富集了氢气的气体通过变压吸附塔吸附除氢气外的杂质气体，得到纯化的氢气产品。

说明书

技术领域

本发明涉及一种炼厂干气中C₂、C₃组分、轻烃组分及氢气的回收方法。

背景技术

原油的二次加工过程中会产生大量的炼厂干气，如催化裂化干气、焦化干气、延迟焦化干气、各种加氢低分气、塔顶气等。炼厂干气主要含有氢气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等组份，同时还会带有一定量的C₄~C₆组分，这些都是石油化工的重要资源，尤其是氢气、C₂、C₃组分及液化石油气组分。目前，国内炼厂由于产品质量升级，需要大量的氢气，各厂对氢气的回收利用都已重视起来，常见的氢气回收方法就是变压吸附和膜分离。然而，氢气回收后，含有大量轻烃组分的炼厂干气仍然没有很好的加以利用，而是作为工业燃料气、民用燃料气，多余部分则放火炬烧掉，造成了严重的资源浪费。随着我国炼油行业深度加工的迅速发展，副产干气量也大大增加，如何综合利用好这部分宝贵的化工原料，提高炼油厂的综合经济效益，成为了急需解决的问题。

发明内容

为了减少资源浪费，最大限度回收炼厂干气中的可利用成分，本发明提供了一种炼厂干气中C₂、C₃组分、轻烃组分及氢气的回收方法。

该方法包括以下步骤：

（1）冷凝分离回收轻烃：炼厂干气经-15~0℃冷凝处理，回收液态轻烃组分；

（2）变温吸附回收轻烃：未被冷凝的炼厂干气送入变温吸附塔，塔内吸附剂选择吸附C₄~C₆组分，解吸回收C₄~C₆组分；

（3）变压吸附回收C₂、C₃组分：步骤（2）未被吸附的气体送入变压吸附塔，经塔内的吸附剂选择吸附C₂、C₃组分，解吸回收C₂、C₃组分；

（4）膜分离提浓氢气：步骤（3）未被吸收的气体进入膜分离设备，通过膜的渗透作用在渗透侧富集和回收氢气；

（5）变压吸附提纯氢气：步骤（4）富集了氢气的气体通过变压吸附塔吸附除氢气外的杂质气体，得到纯化的氢气产品。

上述方法将冷凝分离、变温吸附、变压吸附和膜分离有机结合，可充分发挥各技术的优势，先用冷凝分离与变温吸附组合工艺将C₄~C₆组分及少量C₂、C₃组分分离出来，这样既回收了轻烃组分，又减少了C₄~C₆组分对后续步骤回收C₂、C₃组分的吸附剂的影响，提高了C₂、C₃组分的回收率。然后利用变压吸附将C₂、C₃组分分离出来。干气中的C₂~ C₆组分被分离后，剩余气体中氢气的含量大大提高，为利用膜分离回收炼厂干气中的氢气创造了条件。最后用膜分离和变压吸附组合工艺进一步分离提纯氢气。相比于仅使用变压吸附工序和膜分离工序的组合，利用上述整套工艺流程，可以同时获得高纯度的氢气和C₂、C₃组分和轻烃组分（C₃~C₆），提高了炼厂干气的利用率，是解决炼厂干气资源化的有效技术手段。

作为优选方案，上述回收方法中，炼厂干气在进行冷凝分离前还经过脱酸吸收塔，在塔内与吸收液或吸附剂接触进行脱酸。由于炼厂干气中还含有二氧化碳、硫化氢等酸性气体，因此在进行变压吸附处理之前最好先通过脱酸吸收塔，在吸收塔内酸性气体与吸收液或吸附剂接触，达到脱除二氧化碳等酸性气体的目的，以利于获得高纯度的C₂、C₃组分、轻烃组分和H₂。

作为优选方案，上述回收方法中，步骤（1）液态轻烃组分复热到20℃，分离出的气体与步骤（3）回收的C₂、C₃组分混合。经过冷凝获得的液态轻烃组分为多种物质的混合物，其中也会包含一些不需要冷凝的轻质组分如CH₄、C₂H₆等，通过复热工序，这部分轻质组分重新变为气态，然后与步骤（3）回收的C₂、C₃组分混合，成为乙烯原料，同时提纯了轻烃（C₃~C₆）和乙烯原料，获得最优分离效果。

作为优选方案，上述回收方法中，步骤（2）C₄~C₆组分经压缩冷却后与复热后的液态轻烃组分混合回收。

作为优选方案，上述回收方法中，步骤（3）回收的C₂、C₃组分分出部分通入步骤（3）变压吸附塔，作为置换气使用。

作为优选方案，上述回收方法中，步骤（4）未透过膜的渗余气通入变温吸附塔作为再生气使用。渗余气温度较高，直接排放不但污染空气而且造成能源浪费，将其通入变温吸附塔，用其吹扫吸附剂床层，一是可以升高吸附剂的温度，二是通过吹扫可以使吸附的组分脱附，并将其带出，使吸附剂达到再生的目的。

作为优选方案，上述回收方法中，步骤（4）富集了氢气的气体在送入变压吸附塔之前还经过压缩和冷却处理，使经过步骤（4）富集的氢气的压力和温度达到变压吸附最佳的操作工况。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

炼厂干气即原料气中含有多种成分，如果系统设计不合理或者参数不适宜，不仅会严重影响各种成分的收率，还会严重影响各回收产品的质量。本发明的冷凝/吸附/膜分离集成工艺是从炼厂干气中高效回收轻烃组分（C₃~C₆）、乙烯原料及氢气的工艺技术流程，其关键技术是：将冷凝、变温吸附、变压吸附及膜分离工艺有机结合，通过这种配合，可以同时回收炼厂干气中的轻烃组分（C₃~C₆）、乙烯原料、氢气产品，且回收率较高。

（a）本发明有机的将冷凝工艺、吸附工艺、膜分离工艺相结合，充分考虑了炼厂干气中各组分的特点和相互影响，综合回收炼厂干气中的轻烃组分、乙烯原料和氢气，并且有效的提高了三者的回收率。

（b）本发明不仅能有效回收得到高纯度的氢气，而且对把低氢纯度干气中氢回收变为切实可行，从而减少了炼厂低纯度氢气的排放，提高了炼厂氢气的利用率。

（c）本发明提供了可调节的冷凝温度和复热温度，可以根据用户对轻烃及乙烯原料需求量来调节冷凝温度。要获得更多的轻烃组分时，选用较低的冷凝温度，需要获得更多的乙烯原料时，选用较高的冷凝温度或者较低的复热温度。

附图说明

图1是本发明工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域技术人员能够更清楚地理解本发明并予以实施。

实施例1

（1）脱酸性气体：炼厂干气即原料气可通过脱酸溶液吸收塔，或者装有脱硫和脱碳吸附剂的吸附塔，去除其中的H₂S和CO₂等酸性气体。

（2）冷凝回收轻烃组分：脱除酸性气体的原料气，进入冷冻系统，冷凝至-15℃~0℃后进入气液分离罐进行气液分离。冷凝温度可根据需要回收轻烃和C₂、C₃的量进行调节，冷凝得到液体轻烃组分。

为获得更多的乙烯原料，将冷凝回收的液体轻烃组分经一换热器加热到20℃，分离出其中的C₁~C₃组分，分离出的C₁~C₃组分与PSA回收的乙烯原料混合送出界区。

（3）变温吸附回收轻烃：来自冷凝单元的未被冷凝的原料气（不凝气）直接送入变温吸附系统；或者与膜分离单元的渗透气充分换热（用渗透气的温度加热该不凝气）后，再加热到25~40℃左右，送入变温吸附系统。

变温吸附系统由3台吸附塔、1台换热器和1台加热器构成，3台变温吸附塔交替进行吸附净化、加热再生、冷却准备过程。送入的气体经塔内活性氧化铝吸附剂选择吸附除掉其中的C₄~C₆等重烃杂质，同时也能吸附其中的水分和CO₂等杂质。吸附饱和后的吸附剂则利用步骤（5）膜分离单元的渗余气进行吹扫得以再生。

（4）变压吸附（PSA）回收C₂、C₃组分：本单元采用变压吸附工艺，变压吸附系统（PSA装置）由8个装填回收乙烯原料专用吸附剂的变压吸附塔组成，其工艺过程由吸附、均压降压、置换、真空解吸、均压升压和产品最终升压等步骤组成。由变温吸附塔过来的炼厂干气，进入PSA装置，在变压吸附塔内吸附剂的选择吸附下吸附C₂和C₃组分（乙烯原料）。抽真空获得的产品气即含有C₂和C₃组分的解吸气先经过产品气储存，部分产品气作置换气，置换气压缩返回PSA装置入口，其它产品气送给用户。

未被吸附的气体中含有N₂、H₂、CH₄及少量的C₂和C₃组分等，从塔顶排出送入膜分离单元回收氢气。

（5）膜分离提浓氢气

膜分离的原料气与产品气需要一定的压差，所以来自变压吸附塔的未被吸附的气体压力需要调整至≥0.7MPa(G)，经稳流后进入膜分离单元。膜分离单元由过滤器、加热器、膜分离器、渗透气冷却器及渗透气压缩机组成。过滤器中装有高效过滤元件，过滤精度为0.01μm，可除去可凝的液沫、雾滴及可能被夹带的固体粒子，被除杂后的气体再送入加热器加热至83℃，使气体远离露点并恒定膜分离系统的操作温度，经过以上预处理后，气体进入膜分离器，通过膜的渗透作用分离回收75％（V%）以上纯度的氢气。提浓的氢气经一级冷却器冷却至40℃，然后送至压缩机压缩至0.8MPa（G）~3.0MPa（G），并冷却至40℃后送入变压吸附氢提纯单元。回收氢气后的膜分离尾气（渗余气）作步骤（3）里变温吸附单元的再生气。

此步骤中，变压吸附的操作温度为40℃，操作压力根据产品氢气用户的压力要求，在0.8~3.0MPa（G）之间进行调整。

操作压力在0.8~1.0Mpa（G）之间采用VPSA（真空变压吸附）进行氢气提纯，该压力下提纯后的氢气可以直接送入用户炼厂的低压（压力在1.0Mpa左右）氢气管网直接使用。

但目前较多炼厂的氢气管网压力在2.0~2.4 MPa（G）之间，这种情况下为减少后续增压步骤，在本步骤的压缩程序中直接将压力提升至2.0~3.0 Mpa（G），采用PSA进行氢气提纯，就可以送到炼厂的氢气管网使用了。

（6）变压吸附提纯氢气

变压吸附提纯氢气采用连续真空解吸的变压吸附工艺，提纯装置由6个吸附塔组成，其工艺过程由吸附、三次均压降压、逆放、真空解吸、三次均压升压和产品最终升压等步骤组成。将步骤（5）膜分离单元提浓后的氢气中的杂质进一步吸附脱除，最终获得纯度大于99%（V%）的产品氢气送至用户使用。变压吸附的解吸气（含除氢气外的杂质气体）作为燃料气送出界区。

具体数据如下：

利用一炼厂干气作为原料气（进料流量：26540Nm³/h；压力：0.9MPa(G)；温度：40℃）。以此原料气数据为例，各点的物料衡算结果如表1所示：

表1  各点的物料平衡

表1（续1）

表1（续2）

通过表1可以看出，含氢气10%~25%左右，C₂+C₃气体25%~35%左右的炼厂干气26540Nm³/h，经过实施例1的工艺流程后，得到轻烃组分4435 Nm³/h（C₃~C₆的含量为90.28%），得到7577 Nm³/h的乙烯原料（C₂+C₃浓度约为90.49%），得到氢气产品2954 Nm³/h（氢气纯度约为99.32%）。C₄~C₆的回收率为98.25%，C₂+C₃的回收率为82.2%，H₂的回收率为77.78%。

相较于现有技术，本发明的方法不但提高了回收氢气的纯度，同时获得大量乙烯原料和轻烃产品，实现了炼厂干气可利用资源的最大限度回收。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。