煉廠幹氣冷油吸收、變壓吸附組合回收乙烯及氫氣的方法
2023-06-06 05:36:21
煉廠幹氣冷油吸收、變壓吸附組合回收乙烯及氫氣的方法
【專利摘要】本發明公開了煉廠幹氣冷油吸收、變壓吸附組合回收乙烯及氫氣的方法，煉廠幹氣經過壓縮升壓、冷油吸收、一段變壓吸附粗提氫氣、二段變壓吸附精製氫氣、解吸、常粗餾等步驟，得到氫氣、乙烯等主要成分，且各主要成分之間做到了清晰分離，同時在變壓吸附和膜分離的作用下，各組分的純度均能達到99%以上，氫氣的收率能達到90-95%；乙烯收率可達到92-98%。整個回收流程合理，具有高收率、高純度、運行成本低廉、能耗較低的特點。
【專利說明】煉廠幹氣冷油吸收、變壓吸附組合回收乙烯及氫氣的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及煉廠幹氣的分類回收領域，具體是煉廠幹氣冷油吸收、變壓吸附組合回收乙烯及氫氣的方法。
【背景技術】
[0002]煉廠幹氣中的有用組分主要為氫氣、輕烯烴和輕烷烴等。這些組分在煉廠幹氣中都是很有價值的，但目前它們很大量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。煉廠幹氣中既含有氫氣，還含有大量輕烯烴和輕烷烴。這些組分可以分離出來分別利用，比將其直接用作燃料或重整制氫、合成甲醇的原料效益要高。
[0003]從煉廠幹氣中回收氫氣、輕烯烴和輕烷烴的技術主要有深冷分離法、中冷和淺冷油吸收法、膜分離法、吸附分離法，以及聯合工藝等。
[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80-85%左右。採用現有的變壓吸附分離技術要從含低濃度氫氣、乙烯等煉廠幹氣中同時回收高純度的氫氣、乙烯及乙烷，存在收率低、不能實現煉廠幹氣主要組分完全清晰分離、投資佔地巨大等問題。
[0005]膜分離法是在一定壓力下，利用其他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%。而且在回收乙烯、乙烷方面，還沒有相關採用用膜分離的方案提出。
[0006]冷油吸收法主要是利用吸收劑對幹氣中各組分溶解度的不同來實現分離。一般是利用c3、C4和芳烴等油品作吸收劑，首先脫除甲烷和氫氣等不凝氣體組份，再通過解吸方法把吸收劑回收循環至吸收塔中，富集的c2、C3組份通過精餾方法分離得到乙烯乙烷等組份。一般操作溫度為5°c至-50°c，乙烯純度可達95%以上。加入膨脹機技術，乙烯回收率和純度均可達到99%。此外，冷油吸收法的能耗要低於深冷分離法，工藝相對成熟，乙烯純度和收率都比較高，投資省，操作簡單等。但冷油吸收方法僅適合精製C2及C3組份，沒有辦法同時分離精製氫氣、甲烷等。
[0007]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92-95%，純度為95-98%。其後用精餾法將其中的各類烴逐一分離，乙烯收率一般超過85%。深冷分離具有可同時回收氫氣及乙烯乙烷、工藝成熟、回收率相對較高等優點，一般適合處理大量幹氣的場合，尤其適合於煉廠集中地區。深冷分離缺點在於產品純度不高、投資大、能耗高、不適合中小規模的煉廠幹氣回收等。
【發明內容】
[0008]本發明提供了煉廠幹氣冷油吸收、變壓吸附組合回收乙烯及氫氣的方法，解決了以往煉廠幹氣回收氫氣、乙烯時，存在純度不高、不能實現煉廠幹氣主要組分完全清晰分離的問題。
[0009]本發明的目的通過下述技術方案實現:煉廠幹氣冷油吸收、變壓吸附組合回收乙烯及氫氣的方法，包括以下步驟:
(1)壓縮升壓:煉廠幹氣經一級壓縮、二級壓縮後，壓力提高到2.0-3.6MPa ；
(2)冷油吸收:將步驟(1)中升壓後的煉廠幹氣進行冷卻，然後送入吸收塔，吸收塔頂部排出富含甲烷、氫氣及氮氣的不凝氣體，吸收塔的底流出被吸收的碳二及碳二以上組分；
(3)二段變壓吸附:步驟(2)中吸收塔頂部排出的不凝氣體在2~3.6MPa壓力、30-40°C溫度條件下，從一段變壓吸附粗提氫氣塔底部進入，自下而上通過裝填有吸附劑的床層，被吸附的甲烷、氮氣及部分氫氣通過逆向降壓過程從吸附劑上解吸出來，從一段變壓吸附粗提氫氣塔底排出，經加壓送入燃料氣或原料氣管網，未被吸附劑吸附的大量氫氣和少量甲烷、氮氣和碳二及以上組分從變壓吸附粗提氫氣塔頂流出，進入二段變壓吸附精製氫氣塔底，自下而上通過裝填有吸附劑的床層，被吸附的少量甲烷、氮氣和碳二及以上組分通過逆向降壓過程從吸附劑上解吸出來，從二段變壓吸附精製氫氣塔低排出放空或經加壓送入燃料氣管網；未被吸附劑吸附的氫氣從塔頂排出，作為產品氫氣；
(4)解吸:將步驟(2)中吸收塔底部流出的被吸收的碳二及以上組分，送入解吸塔進行解吸，解吸塔頂部得到回收的富集碳二及以上組分直接進入粗餾塔，解吸塔底部再生的油或丙烷類吸附劑返回吸收塔循環使用；
(5)粗餾:步驟(4)中的解吸塔頂部回收的富集碳二及以上組分進入粗餾塔後，粗餾塔頂部流出乙烯，可進一步到乙烯精餾塔精製得到高純度乙烯，粗餾塔底部流出富含乙烷及碳二以上組分。
[0010]進一步地，作為優選方案，本發明還包括脫除酸性氣體步驟，所述脫除酸性氣體步驟在步驟(1)中的一級壓縮與二級壓縮之間。脫除酸性氣體的方式較多，比如常規的胺洗、鹼洗等。
[0011]進一步地，作為另外一種優選方案，本發明還包括乾燥淨化步驟，所述乾燥淨化步驟在二級壓縮與冷油吸收之間。將煉廠幹氣中的水分脫除，有利於提高氫氣、乙烯等的純度，同時也防止水分對吸收、吸附效果產生不利影響。
[0012]進一步地，本發明還包括冷量回收步驟:步驟(2)中的吸收塔頂部排出的不凝氣體，進入由膨脹機和冷箱組成的冷量回收系統，利用自身的壓力膨脹製冷，為步驟(2)中的冷卻步驟提供全部冷量；同時，從系統排出甲烷、氫氣及氮氣，進入變壓吸附精製氫氣塔。
[0013]更進一步地，所述由膨脹機和冷箱組成的冷量回收系統達到的製冷溫度為-100 ~5。。。
[0014]本發明與現有技術相比具有以下優點和有益效果:
(I)本發明採用冷油吸收、變壓吸附組合工藝，將煉廠幹氣通過冷油吸收，分別得到不凝氣體和碳二及碳二以上組分，不凝氣體經過二段變壓吸附對氫氣進行精提，純度可達99%以上的氫氣產品；而碳二及以上組分通過解吸和粗餾，將得到乙烯和富含乙烷的碳二以上組分，乙烯進入乙烯精餾塔精製得到純度為99%的高純度乙烯。
[0015](2)本發明設置了一段變壓吸附粗提氫氣和二段變壓吸附精製氫氣的分離提取氫氣工藝，在保證氫氣純度達到大於99%前提下，氫氣收率可達到90-95%以上，實現了高純度、高收率回收氫氣。
[0016](3)本發明設置了一個冷量回收步驟，將吸收塔頂部排出的不凝氣體進行膨脹製冷，並將獲得的冷量用於前端的冷卻步驟，這樣做到了資源的循環利用，從而降低了能耗，減小了成本的投入。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的實施例1、實施例2、實施例3的工藝流程圖；
圖2為本發明的實施例4的工藝流程圖；
圖3為本發明的實施例5的工藝流程圖；
圖4為本發明的實施例6的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合實 施例及附圖，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不僅限於此。
[0019]實施例1:
如圖1所示，本實施例所述的煉廠幹氣冷油吸收、變壓吸附組合回收乙烯及氫氣的方法，包括以下步驟:
(1)壓縮升壓:將氫氣含量18.5%、乙燒含量14.5%、乙烯含量16%、甲燒含量30%、氮氣含量14.5%、碳二以上組分含量3.5%、酸性氣體含量3%的煉廠幹氣(體積比)經一級壓縮、二級壓縮後，壓力提聞到2.0MPa ；
(2)冷油吸收:將步驟(1)中升壓後的煉廠幹氣進行冷卻，然後送入吸收塔，吸收塔頂部排出富含甲烷、氫氣及氮氣的不凝氣體，吸收塔的底流出被吸收的碳二及以上組分；
(3)二段變壓吸附:步驟(2)中吸收塔頂部排出的不凝氣體在2.0MPa壓力、30°C溫度條件下，從一段變壓吸附粗提氫氣塔底部進入，自下而上通過裝填有吸附劑的床層，被吸附的甲烷、氮氣及部分氫氣通過逆向降壓過程從吸附劑上解吸出來，從一段變壓吸附粗提氫氣塔底排出，經加壓送入燃料氣或原料氣管網，未被吸附劑吸附的大量氫氣和少量甲烷、氮氣和碳二及以上組分從變壓吸附粗提氫氣塔頂流出，進入二段變壓吸附精製氫氣塔底，自下而上通過裝填有吸附劑的床層，被吸附的少量甲烷、氮氣和碳二及以上組分通過逆向降壓過程從吸附劑上解吸出來，從二段變壓吸附精製氫氣塔低排出放空或經加壓送入燃料氣管網；未被吸附劑吸附的氫氣從塔頂排出，作為產品氫氣；
(4)解吸:將步驟(2)中吸收塔底部流出的被吸收的碳二及以上組分，送入解吸塔進行解吸，解吸塔頂部得到回收的富集碳二及以上組分直接進入粗餾塔，解吸塔底部再生的油或丙烷類吸附劑返回吸收塔循環使用；
(5)粗餾:步驟(4)中的解吸塔頂部回收的富集碳二及以上組分進入粗餾塔後，粗餾塔頂部流出乙烯，可進一步到乙烯精餾塔精製得到高純度乙烯。粗餾塔底部流出富含乙烷及碳二以上組分。
[0020]煉廠幹氣通過冷油吸收，分別得到不凝氣體和碳二及以上組分，不凝氣體經過二段變壓吸附對氫氣進行精提，純度可達99%以上的氫氣產品，氫氣收率可達90%以上。而碳二及以上組分通過解吸和粗餾，將得到乙烯和富含乙烷的碳二以上組分，乙烯進入乙烯精餾塔精製得到純度為99%的高純度乙烯，乙烯收率達到94%以上。
[0021]實施例2:
如圖1所示，所述的煉廠幹氣冷油吸收、變壓吸附組合回收乙烯及氫氣的方法，包括以下步驟:
(1)壓縮升壓:將氫氣含量46.5%、乙燒含量12.4%、乙烯含量6.0%、甲燒含量20%、氮氣含量9.5%、碳二以上組分含量2.2%、酸性氣體含量3.2%的煉廠幹氣(體積比)經一級壓縮、二級壓縮後，壓力提聞到2.8MPa ；
(2)冷油吸收:將步驟(1)中升壓後的煉廠幹氣進行冷卻，然後送入吸收塔，吸收塔頂部排出富含甲烷、氫氣及氮氣的不凝氣體，吸收塔的底流出被吸收的碳二及以上組分；
(3)二段變壓吸附:步驟(2)中吸收塔頂部排出的不凝氣體在2.SMPa壓力、35°C溫度條件下，從一段變壓吸附粗提氫氣塔底部進入，自下而上通過裝填有吸附劑的床層，被吸附的甲烷、氮氣及部分氫氣通過逆向降壓過程從吸附劑上解吸出來，從一段變壓吸附粗提氫氣塔底排出，經加壓送入燃料氣或原料氣管網。未被吸附劑吸附的大量氫氣和少量甲烷、氮氣和碳二及以上組分從變壓吸附粗提氫氣塔頂流出，進入二段變壓吸附精製氫氣塔底，自下而上通過裝填有吸附劑的床層 ，被吸附的少量甲烷、氮氣和碳二及以上組分通過逆向降壓過程從吸附劑上解吸出來，從二段變壓吸附精製氫氣塔低排出放空或經加壓送入燃料氣管網；未被吸附劑吸附的氫氣從塔頂排出，作為產品氫氣。
[0022](4)解吸:將步驟(2)中吸收塔底部流出的被吸收的碳二及以上組分，送入解吸塔進行解吸，解吸塔頂部得到回收的富集碳二及以上組分直接進入粗餾塔，解吸塔底部再生的油或丙烷類吸附劑返回吸收塔循環使用；
(5)粗餾:步驟(4)中的解吸塔頂部回收的富集碳二及以上組分進入粗餾塔後，粗餾塔頂部流出乙烯，可進一步到乙烯精餾塔精製得到高純度乙烯，粗餾塔底部流出富含乙烷及碳二以上組分。
[0023]煉廠幹氣通過冷油吸收，分別得到不凝氣體和碳二及以上組分，不凝氣體經過二段變壓吸附對氫氣進行精提，純度可達99%以上的氫氣產品，氫氣收率可達94%以上。而碳二及以上組分通過解吸和粗餾，將得到乙烯和富含乙烷的碳二以上組分，乙烯進入乙烯精餾塔精製得到純度為99%的高純度乙烯，乙烯收率可達93%以上。
[0024]實施例3:
如圖1所示，所述的煉廠幹氣冷油吸收、變壓吸附組合回收乙烯及氫氣的方法，包括以下步驟:
(1)壓縮升壓:將氫氣含量18.5%、乙燒含量14.5%、乙烯含量16%、甲燒含量30%、氮氣含量14.5%、碳二以上組分含量3.5%、酸性氣體含量3%的煉廠幹氣(體積比)經一級壓縮、二級壓縮後，壓力提聞到3.6MPa ；
(2)冷油吸收:將步驟(1)中升壓後的煉廠幹氣進行冷卻，然後送入吸收塔，吸收塔頂部排出富含甲烷、氫氣及氮氣的不凝氣體，吸收塔的底流出被吸收的碳二及以上組分；(3)二段變壓吸附:步驟(2)中吸收塔頂部排出的不凝氣體在3.6MPa壓力、40°C溫度條件下，從一段變壓吸附粗提氫氣塔底部進入，自下而上通過裝填有吸附劑的床層，被吸附的甲烷、氮氣及部分氫氣通過逆向降壓過程從吸附劑上解吸出來，從一段變壓吸附粗提氫氣塔底排出，經加壓送入燃料氣或原料氣管網。未被吸附劑吸附的大量氫氣和少量甲烷、氮氣和碳二及以上組分從變壓吸附粗提氫氣塔頂流出，進入二段變壓吸附精製氫氣塔底，自下而上通過裝填有吸附劑的床層，被吸附的少量甲烷、氮氣和碳二及以上組分通過逆向降壓過程從吸附劑上解吸出來，從二段變壓吸附精製氫氣塔低排出放空或經加壓送入燃料氣管網；未被吸附劑吸附的氫氣從塔頂排出，作為產品氫氣。
[0025](4)解吸:將步驟(2)中吸收塔底部流出的被吸收的碳二及以上組分，送入解吸塔進行解吸，解吸塔頂部得到回收的富集碳二及以上組分直接進入粗餾塔，解吸塔底部再生的油或丙烷類吸附劑返回吸收塔循環使用；
(5)粗餾:步驟(4)中的解吸塔頂部回收的富集碳二及以上組分進入粗餾塔後，粗餾塔頂部流出乙烯，可進一步到乙烯精餾塔精製得到高純度乙烯，粗餾塔底部流出富含乙烷及碳二以上組分。
[0026]煉廠幹氣通過冷油吸收，分別得到不凝氣體和碳二及以上組分，不凝氣體經過二段變壓吸附對氫氣進行精提，純度可達99%以上的氫氣產品，氫氣收率可達92%以上。而碳二及以上組分通過解吸和粗餾，將得到乙烯和富含乙烷的碳二以上組分，乙烯進入乙烯精餾塔精製得到純度為99%的高純度乙烯，乙烯收率可達96%以上。
[0027]實施例4:
如圖2所示，本實施例在前面三個實施例的基礎上增加了脫除酸性氣體步驟，所述脫除酸性氣體步驟在一級壓縮與二級壓縮之間。通過增加該步驟，能夠將部分雜質氣體有效地去除，以保證主要氣體成分的純度，除酸性氣體的方式有常規的胺洗、鹼洗等。
[0028]實施例5:
如圖3所示，本實施例在實施例2的基礎上，在二級壓縮與冷油吸收之間還增加了乾燥淨化步驟，將煉廠幹氣中的水分脫除，有利於提高氫氣、乙烯等的純度，同時也防止水分對吸收、吸附效果產生不利影響。
[0029]實施例6:
如圖4所示，本實施例在實施例3的基礎上增加了冷量回收步驟，由膨脹機和冷箱組成的冷量回收系統，吸收塔頂部排出的不凝氣體進入冷量回收系統，利用自身的壓力膨脹製冷，為冷油吸收中的冷卻步驟提供全部冷量，從而節約了大量資源，降低了成本；另外，從系統排出甲烷、氫氣及氮氣，進入二段變壓吸附粗提及精製氫氣塔。
[0030]另外，由膨脹機和冷箱組成的冷量回收系統達到的製冷溫度為-100~5°C。
[0031]本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用於舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制於所描述的實施例範圍內。此外，本領域技術人員可以理解的是，本發明並不局限於上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發明所要求保護的範圍以內。
【權利要求】
1.煉廠幹氣冷油吸收、變壓吸附組合回收乙烯及氫氣的方法，其特徵在於:包括以下步驟: (1)壓縮升壓:煉廠幹氣經一級壓縮、二級壓縮後，壓力提高到2.0-3.6MPa ； (2)冷油吸收:將步驟(1)中升壓後的煉廠幹氣進行冷卻，然後送入吸收塔，吸收塔頂部排出富含甲烷、氫氣及氮氣的不凝氣體，吸收塔的底流出被吸收的碳二及碳二以上組分； (3)二段變壓吸附:步驟(2)中吸收塔頂部排出的不凝氣體在2~3.6MPa壓力、30-40°C溫度條件下，從一段變壓吸附粗提氫氣塔底部進入，自下而上通過裝填有吸附劑的床層，被吸附的甲烷、氮氣及部分氫氣通過逆向降壓過程從吸附劑上解吸出來，從一段變壓吸附粗提氫氣塔底排出，經加壓送入燃料氣或原料氣管網，未被吸附劑吸附的大量氫氣和少量甲烷、氮氣和碳二及以上組分從變壓吸附粗提氫氣塔頂流出，進入二段變壓吸附精製氫氣塔底，自下而上通過裝填有吸附劑的床層，被吸附的少量甲烷、氮氣和碳二及以上組分通過逆向降壓過程從吸附劑上解吸出來，從二段變壓吸附精製氫氣塔低排出放空或經加壓送入燃料氣管網；未被吸附劑吸附的氫氣從塔頂排出，作為產品氫氣； (4)解吸:將步驟(2)中吸收塔底部流出的被吸收的碳二及以上組分，送入解吸塔進行解吸，解吸塔頂部得到回收的富集碳二及以上組分直接進入粗餾塔，解吸塔底部再生的油或丙烷類吸附劑返回吸收塔循環使用； (5)粗餾:步驟(4)中的解吸塔頂部回收的富集碳二及以上組分進入粗餾塔後，粗餾塔頂部流出乙烯，可進一步到乙烯精餾塔精製得到高純度乙烯，粗餾塔底部流出富含乙烷及碳二以上組分。
2.根據權利要求1所述的煉廠幹氣冷油吸收、變壓吸附組合回收乙烯及氫氣的方法，其特徵在於:還包括脫除酸性氣體步驟，所述脫除酸性氣體步驟在步驟(1)中的一級壓縮與二級壓縮之間。
3.根據權利要求1所述的煉廠幹氣冷油吸收、變壓吸附組合回收乙烯及氫氣的方法，其特徵在於:還包括乾燥淨化步驟，所述乾燥淨化步驟在二級壓縮與冷油吸收之間。
4.根據權利要求1所述的煉廠幹氣冷油吸收、變壓吸附組合回收乙烯及氫氣的方法，其特徵在於:還包括冷量回收步驟:步驟(2)中的吸收塔頂部排出的不凝氣體，進入由膨脹機和冷箱組成的冷量回收系統，利用自身的壓力膨脹製冷，為步驟(2)中的冷卻步驟提供全部冷量；同時，從系統排出甲烷、氫氣及氮氣，進入一段變壓吸附粗提氫氣塔。
5.根據權利要求4所述的煉廠幹氣冷油吸收、變壓吸附組合回收乙烯及氫氣的方法，其特徵在於:所述由膨脹機和冷箱組成的冷量回收系統達到的製冷溫度為-100~5°C。
【文檔編號】C01B3/50GK104031681SQ201410220789
【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, 陳運, 張學文, 蔡躍明 申請人:四川天採科技有限責任公司