從煉廠幹氣中高收率、高純度回收氫氣的方法
2023-06-20 08:53:16
從煉廠幹氣中高收率、高純度回收氫氣的方法
【專利摘要】本發明公開了一種從煉廠幹氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，包括以下步驟：一段變壓吸附再生步驟；二段變壓吸附再生步驟；膜分離步驟；並將膜分離步驟中的含氫氣體返回一段變壓吸附再生步驟，將脫氫氣體作為燃料氣體排出。本發明的優點在於：結合吸附分離法和膜分離法，能夠高收率、高純度的回收氫氣，氫氣收率達到90-95%以上，氫氣的純度達到99.9%。
【專利說明】從煉廠幹氣中高收率、高純度回收氫氣的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種廢氣處理方法，具體涉及一種從煉廠幹氣中高收率、高純度回收氫氣的方法。
【背景技術】
[0002]煉廠幹氣中含有大量氫氣、輕烯烴和輕烷烴組分。這些組分在煉廠幹氣中都是很有價值的。其中，目前煉廠幹氣中的氫氣仍然沒有實現最優化利用，而是直接用作了燃料，有的甚至直接點火炬放空。煉廠幹氣中含有的氫氣，可以分離出來重新利用，比將其直接用作燃料的效益要高。
[0003]從煉廠幹氣中回收氫氣的技術主要有吸附分離法、膜分離法和其它分離法，如深冷分離。
[0004]吸附分離法是利用吸附劑對混合氣體中各組分的吸附選擇性不同，通過壓力或溫度改變來實現吸附與再生的一種分離方法，具有再生速度快、能耗低、操作簡單、工藝成熟穩定等特點。通過壓力變化實現分離的變壓吸附回收幹氣中氫氣工藝相對成熟，可獲得純度為98% (體積比)以上的氫氣產品，但氫氣回收率一般在85%左右。採用現有的變壓吸附分離技術要從含低濃度氫氣的煉廠幹氣中同時回收高純度的氫氣，存在收率低、投資佔地巨大等問題。
[0005]膜分離法是在一定壓力下，利用混合氣各組分在膜中滲透速率的差異進行分離的。膜分離法回收FCC幹氣中氫氣的裝置於1987年在美國龐卡城建成，氫氣回收率為80-90%。膜分離法尤其適用於帶壓、氫氣含量低的幹氣中氫氣回收，其優點在於佔地小、操作簡單、能耗低等。但膜分離回收氫氣的純度不高，一般為95-99%。
[0006]深冷分離技術早在上世紀50年代就有發展了，目前該技術比較成熟。它是利用原料中各組分相對揮發度的差異(沸點差)，通過氣體透平膨脹製冷，在低溫下將幹氣中各組分按工藝要求冷凝下來，不易冷凝的氫氣最先得到，氫氣回收率為90-95%，純度為95-98%。其後用精餾法將其中的各類烴逐一分離。深冷分離單獨用於回收氫氣，經濟上不合算，產品氫氣的純度不高、投資大、能耗高、不適合中小規模的煉廠幹氣回收氫氣。
[0007]
【發明內容】
[0008]本發明的目的即在於克服現有的吸附分離法、膜分離法各自單獨進行練廠幹氣處理的局限，提供一種從煉廠幹氣中高收率、高純度回收氫氣的方法。
[0009]本發明的目的通過以下技術方案實現:
從煉廠幹氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，包括以下步驟:
一段變壓吸附再生步驟:將煉廠幹氣送入一段變壓吸附再生塔進行變壓吸附，得到由未被吸附的組分組成的中間氣體，得到由再生的被吸附組分組成的富乙烯幹氣；
二段變壓吸附再生步驟:將一段變壓吸附再生步驟中得到的中間氣體送入二段變壓吸附再生塔進行變壓吸附，得到產品氫氣和再生的吸附氣體；
膜分離步驟:將一段變壓吸附再生步驟中再生得到的富乙烯幹氣和二段變壓吸附再生步驟中再生得到的吸附氣體送入膜分離系統，得到含氫氣體和脫氫氣體，含氫氣體返回一段變壓吸附再生步驟，將脫氫氣體作為燃料氣體排出。
[0010]本發明的主要目的是提供一種吸附分離法和膜分離法相結合的分離方法，從煉廠幹氣中回收氫氣。在一段變壓吸附再生步驟和二段變壓吸附再生步驟中被吸附的氣體中，含有少量氫氣，通過膜分離步驟將其中的氫氣分離出後再返回一段變壓吸附再生步驟，能夠有效提高氫氣的收率。採用一段變壓吸附再生步驟和二段變壓吸附再生步驟結合的兩段式變壓吸附再生步驟和膜分離步驟集成，能夠有效提高產品氫氣的純度。
[0011]進一步的，在所述一段變壓吸附再生步驟之前，還包括:一級壓縮步驟:將所述煉廠幹氣的壓力提升至0.7-1.2MPa。
[0012]進一步的，在所述一級壓縮步驟之後，在所述一段變壓吸附再生步驟之前還包括:淨化步驟:採用低溫甲醇洗工藝脫出所述一級壓縮步驟中得到的壓力為0.7-1.2MPa的煉廠幹氣中的酸性氣體。該酸性氣體包括二氧化碳、二氧化硫、硫化氫等。
[0013]進一步的，還包括二級壓縮步驟:將所述一段變壓吸附再生步驟中再生得到的富乙烯幹氣和所述二段變壓吸附再生步驟中再生得到的吸附氣體加壓至2.0-3.0MPa後送入所述膜分離系統。
[0014]進一步的，在所述二級壓縮步驟和所述膜分離步驟之間，還包括:乾燥步驟:採用活性炭變溫吸附塔對所述二級壓縮步驟中加壓至2.0-3.0MPa的氣體進行乾燥；除霧除塵除油步驟:分別採用除霧 器、捕塵器和捕油器對乾燥後的氣體進行除霧、除塵和除油處理，並將處理後的氣體送入所述膜分離系統。
[0015]進一步的，所述一段變壓吸附再生步驟在3(T40°C溫度條件下進行，所述二段變壓吸附再生步驟在0.7-1.2MPa壓力、30-40°C溫度條件下進行，所述膜分離步驟在
2.0-3.0MPa壓力、30_50°C溫度條件下進行。
[0016]進一步的，所述一段變壓吸附再生步驟中，所述中間氣體為包括氫氣、甲烷和氮氣的混合氣體，所述富乙烯幹氣為包括碳二及以上組分、少量的氫氣、甲烷和氮氣的混合氣體；所述二段變壓吸附再生步驟中，所述吸附氣體為甲烷、氮氣及少量的氫氣、碳二及以上組分的混合氣體。
[0017]綜上所述，本發明的優點和有益效果在於:
1.本發明結合吸附分離法和膜分離法對煉廠幹氣進行處理，能夠得到高純度的氫氣；
2.本發明包括乾燥步驟和除霧除塵除油步驟，能夠去除氣體中的微量水霧、粉塵和油滴，進一步提高膜分離系統的使用壽命，降低膜分離步驟的操作成本；
3.本發明包括膜分離步驟，能夠對一段變壓吸附再生步驟和二段變壓吸附再生步驟中再生得到的碳二及以上組分、甲烷、氮氣以及少量的氫氣進行分離，滲透的氫氣返回到一段變壓吸附再生步驟，使得氫氣最終的回收率能達到90-95%以上。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發明的實施例，下面將對描述本發明實施例中所需要用到的附圖作簡單的說明。顯而易見的，下面描述中的附圖僅僅是本發明中記載的一些實施例，對於本領域的技術人員來講，在不付出創造性勞動的情況下，還可以根據下面的附圖，得到其它附圖。
[0019]圖1為本發明的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0020]為了使本領域的技術人員更好地理解本發明，下面將結合本發明實施例中的附圖對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。顯而易見的，下面所述的實施例僅僅是本發明實施例中的一部分，而不是全部。基於本發明記載的實施例，本領域技術人員在不付出創造性勞動的情況下得到的其它所有實施例，均在本發明保護的範圍內。
[0021]本文中，碳二組分表示乙烯和乙烷，碳二及以上組分表示分子式中碳原子數量大於2的氣體。
[0022]實施例1:
如圖1所示，從煉廠幹氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，包括以下步驟:
一級壓縮步驟:將氫氣含量56.2%、乙烷含量7.2%、乙烯含量6.2%、甲烷含量22.2%、氮氣含量5.5%、碳2以上組分含量0.9%、酸性氣體含量1.8%的煉廠幹氣(體積比)的壓力提升至 0.7Mpa。
[0023]淨化步驟:採用現有的低溫甲醇洗工藝脫出所述一級壓縮步驟中得到的壓力為
0.7MPa的煉廠幹氣中的二 氧化碳、二氧化硫、硫化氫等酸性氣體。
[0024]一段變壓吸附再生步驟:將煉廠幹氣送入一段變壓吸附再生塔在30°C條件下進行變壓吸附。本領域技術人員清楚的是，變壓吸附為現有工藝，對於其原理，此處不再贅述。在本步驟中，吸附劑吸附碳二組分、少量的氫氣、甲烷、氮氣和碳二以上組分，未被吸附的氫氣、甲烷、氮氣及少量的碳二及以上組分組成中間氣體。在吸附劑再生時，被吸附的碳二組分、少量的氫氣、甲烷、氮氣和碳二以上組分從吸附劑脫離，組成富乙烯幹氣。
[0025]二段變壓吸附再生步驟:將一段變壓吸附再生步驟中得到的中間氣體送入二段變壓吸附再生塔在30°C條件下進行變壓吸附。在本步驟中，吸附劑吸附甲烷、氮氣、少量的碳二及以上組分和極少量的氫氣，未被吸附的氫氣即為純度為99.9% (體積比)產品氫氣。在吸附劑再生時，被吸附的甲烷、氮氣、少量的碳二及以上組分和極少量的氫氣從吸附劑脫離，組成吸附氣體。
[0026]二級壓縮步驟:將所述一段變壓吸附再生步驟中再生得到的富乙烯幹氣和所述二段變壓吸附再生步驟中再生得到的吸附氣體加壓至2 MPa,以提高後續膜分離步驟的分離效率。
[0027]乾燥步驟:採用活性炭變溫吸附塔對所述二級壓縮步驟中加壓至2MPa的氣體進行乾燥，去除其中的水分。
[0028]除霧除塵除油步驟:分別採用除霧器、捕塵器和捕油器對乾燥後的氣體進行除霧、除塵和除油處理，並將處理後的氣體送入所述膜分離系統。
[0029]上述的乾燥步驟和除霧除塵除油步驟，其工藝和設備都是現有的，本領域技術人員可以根據現有的已經公開的技術方案進行，因此，對於其原理，此次不再詳述。
[0030]膜分離步驟:將經壓縮、乾燥和除霧除塵除油後的氣體送入膜分離系統。氫氣過膜後形成含氫氣體，含氫氣體返回一段變壓吸附再生步驟，繼續進行氫氣的分離，如此循環，以實現氫氣的充分利用，提高氫氣的收率。被膜阻擋的其它氣體組成脫氫氣體，將脫氫氣體作為燃料氣體排出。
[0031]本實施例中，氫氣的收率為93%。
[0032]實施例2:
如圖1所示，從煉廠幹氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，包括以下步驟:
一級壓縮步驟:將氫氣含量46.5%、乙烷含量12.4%、乙烯含量6.0%、甲烷含量20%、氮氣含量9.5%、碳二及以上組分含量2.2%、酸性氣體含量3.2%的煉廠幹氣(體積比)的壓力提升至 1.0Mpa0
[0033]淨化步驟:採用現有的低溫甲醇洗工藝脫出所述一級壓縮步驟中得到的壓力為1.0MPa的煉廠幹氣中的二氧化碳、二氧化硫、硫化氫等酸性氣體。
[0034]一段變壓吸附再生步驟:將煉廠幹氣送入一段變壓吸附再生塔在35°C條件下進行變壓吸附。本領域技術人員清楚的是，變壓吸附為現有工藝，對於其原理，此處不再贅述。在本步驟中，吸附劑吸附碳二組分、少量的氫氣、甲烷、氮氣和碳二以上組分，未被吸附的氫氣、甲烷、氮氣及少量的碳二及以上組分組成中間氣體。在吸附劑再生時，被吸附的碳二組分、少量的氫氣、甲烷、氮氣和碳二以上組分從吸附劑脫離，組成富乙烯幹氣。
[0035]二段變壓吸附再生步驟:將一段變壓吸附再生步驟中得到的中間氣體送入二段變壓吸附再生塔在35°C條件下進行變壓吸附。在本步驟中，吸附劑吸附甲烷、氮氣、少量的碳二及以上組分和極少量的氫氣，未被吸附的氫氣即為純度為99.9% (體積比)產品氫氣。在吸附劑再生時，被吸附的甲烷、氮氣、少量的碳二及以上組分和極少量的氫氣從吸附劑脫離，組成吸附氣體。
[0036]二級壓縮步驟:將所述一段變壓吸附再生步驟中再生得到的富乙烯幹氣和所述二段變壓吸附再生步驟中再生得到的吸附氣體加壓至2.5 MPa,以提高後續膜分離步驟的分離效率。
[0037]乾燥步驟:採用活性炭變溫吸附塔對所述二級壓縮步驟中加壓至2.5MPa的氣體進行乾燥，去除其中的水分。
[0038]除霧除塵除油步驟:分別採用除霧器、捕塵器和捕油器對乾燥後的氣體進行除霧、除塵和除油處理，並將處理後的氣體送入所述膜分離系統。
[0039]上述的乾燥步驟和除霧除塵除油步驟，其工藝和設備都是現有的，本領域技術人員可以根據現有的已經公開的技術方案進行，因此，對於其原理，此次不再詳述。
[0040]膜分離步驟:將經壓縮、乾燥和除霧除塵除油後的氣體送入膜分離系統。氫氣過膜後形成含氫氣體，含氫氣體返回一段變壓吸附再生步驟，繼續進行氫氣的分離，如此循環，以實現氫氣的充分利用，提高氫氣的收率。被膜阻擋的其它氣體組成脫氫氣體，將脫氫氣體作為燃料氣體排出。
[0041]本實施例中，氫氣的收率為95%。
[0042]實施例3:
如圖1所示，從煉廠幹氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，包括以下步驟:
一級壓縮步驟:將氫氣含量18.5%、乙烷含量14.5%、乙烯含量16%、甲烷含量30%、氮氣含量14.5%、碳2以上組分含量3.5%、酸性氣體含量3%的煉廠幹氣(體積比)的壓力提升至
1.2Mpa0[0043]淨化步驟:採用現有的低溫甲醇洗工藝脫出所述一級壓縮步驟中得到的壓力為
1.2MPa的煉廠幹氣中的二氧化碳、二氧化硫、硫化氫等酸性氣體。
[0044]—段變壓吸附再生步驟:將煉廠幹氣送入一段變壓吸附再生塔在40°C條件下進行變壓吸附。本領域技術人員清楚的是，變壓吸附為現有工藝，對於其原理，此處不再贅述。在本步驟中，吸附劑吸附碳二組分、少量的氫氣、甲烷、氮氣和碳二以上組分，未被吸附的氫氣、甲烷、氮氣及少量的碳二及以上組分組成中間氣體。在吸附劑再生時，被吸附的碳二組分、少量的氫氣、甲烷、氮氣和碳二以上組分從吸附劑脫離，組成富乙烯幹氣。
[0045]二段變壓吸附再生步驟:將一段變壓吸附再生步驟中得到的中間氣體送入二段變壓吸附再生塔在40°C條件下進行變壓吸附。在本步驟中，吸附劑吸附甲烷、氮氣、少量的碳二及以上組分和極少量的氫氣，未被吸附的氫氣即為純度為99.9% (體積比)產品氫氣。在吸附劑再生時，被吸附的甲烷、氮氣、少量的碳二及以上組分和極少量的氫氣從吸附劑脫離，組成吸附氣體。
[0046]二級壓縮步驟:將所述一段變壓吸附再生步驟中再生得到的富乙烯幹氣和所述二段變壓吸附再生步驟中再生得到的吸附氣體加壓至3.0 MPa,以提高後續膜分離步驟的分離效率。
[0047]乾燥步驟:採用活性炭變溫吸附塔對所述二級壓縮步驟中加壓至3.0MPa的氣體進行乾燥，去除其中的水分 。
[0048]除霧除塵除油步驟:分別採用除霧器、捕塵器和捕油器對乾燥後的氣體進行除霧、除塵和除油處理，並將處理後的氣體送入所述膜分離系統。
[0049]上述的乾燥步驟和除霧除塵除油步驟，其工藝和設備都是現有的，本領域技術人員可以根據現有的已經公開的技術方案進行，因此，對於其原理，此次不再詳述。
[0050]膜分離步驟:將經壓縮、乾燥和除霧除塵除油後的氣體送入膜分離系統。氫氣過膜後形成含氫氣體，含氫氣體返回一段變壓吸附再生步驟，繼續進行氫氣的分離，如此循環，以實現氫氣的充分利用，提高氫氣的收率。被膜阻擋的其它氣體組成脫氫氣體，將脫氫氣體作為燃料氣體排出。
[0051]本實施例中，氫氣的收率為90%。
[0052]如上所述，便可較好的實現本發明。
【權利要求】
1.從煉廠幹氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，其特徵在於，包括以下步驟: 一段變壓吸附再生步驟:將煉廠幹氣送入一段變壓吸附再生塔進行變壓吸附，得到由未被吸附的組分組成的中間氣體，得到由再生的被吸附組分組成的富乙烯幹氣； 二段變壓吸附再生步驟:將一段變壓吸附再生步驟中得到的中間氣體送入二段變壓吸附再生塔進行變壓吸附，得到產品氫氣和再生的吸附氣體； 膜分離步驟:將一段變壓吸附再生步驟中再生得到的富乙烯幹氣和二段變壓吸附再生步驟中再生得到的吸附氣體送入膜分離系統，得到含氫氣體和脫氫氣體，含氫氣體返回一段變壓吸附再生步驟，將脫氫氣體排出。
2.根據權利要求1所述的從煉廠幹氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，其特徵在於:在所述一段變壓吸附再生步驟之前，還包括: 一級壓縮步驟:將所述煉廠幹氣的壓力提升至0.7-1.2MPa。
3.根據權利要求2所述的從煉廠幹氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，其特徵在於:在所述一級壓縮步驟之後，在所述一段變壓吸附再生步驟之前還包括: 淨化步驟:採用低溫甲醇洗工藝脫出所述一級壓縮步驟中得到的壓力為0.7-1.2MPa的煉廠幹氣中的酸性氣體。
4.根據權利要求1所述的從煉廠幹氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，其特徵在於:還包括二級壓縮步驟:將所述一段變壓吸附再生步驟中再生得到的富乙烯幹氣和所述二段變壓吸附再生步驟中再生得到的吸附氣體加壓至2.0-3.0MPa後送入所述膜分離系統。
5.根據權利要求4所述的從煉廠幹氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，其特徵在於:在所述二級壓縮步驟和所述膜分離步驟之間，還包括: 乾燥步驟:採用活性炭變溫吸附塔對所述二級壓縮步驟中加壓至2.0-3.0MPa的氣體進行乾燥； 除霧除塵除油步驟:分別採用除霧器、捕塵器和捕油器對乾燥後的氣體進行除霧、除塵和除油處理，並將處理後的氣體送入所述膜分離系統。
6.根據權利要求1~5中任意一項所述的從煉廠幹氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，其特徵在於:所述一段變壓吸附再生步驟在3(T40°C溫度條件下進行，所述二段變壓吸附再生步驟在0.7-1.2MPa壓力、30_40°C溫度條件下進行，所述膜分離步驟在2.0-3.0MPa壓力、30-501:溫度條件下進行。
7.根據權利要求1~5中任意一項所述的從煉廠幹氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，其特徵在於:所述一段變壓吸附再生步驟中，所述中間氣體為包括氫氣、甲烷和氮氣的混合氣體，所述富乙烯幹氣為包括碳二及以上組分、少量的氫氣、甲烷和氮氣的混合氣體；所述二段變壓吸附再生步驟中，所述吸附氣體為甲烷、氮氣及少量的氫氣、碳二及以上組分的混合氣體。
【文檔編號】C01B3/50GK104030244SQ201410220676
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月23日 優先權日:2014年5月23日
【發明者】鍾雨明, 張學文, 詹家聰, 陳運, 蔡躍明 申請人:四川天採科技有限責任公司