一种催化裂化干气中氢气的分离方法及其系统的制作方法

文档序号:9740835阅读:1052来源:国知局
一种催化裂化干气中氢气的分离方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种催化裂化干气中氢气的分离方法及其系统,属于化工技术领域。
【背景技术】
[0002] 由于催化裂化干气中含有大量的氢气和乙烯,因此,对它们的综合利用可以每年 节省数以百万吨的乙烯裂解原料和制氢原料,具有数十亿的经济效益。近年来,许多研究者 对催化裂化干气中氢气和乙烯的分离和回收进行了大量的研究,现有用于分离催化裂化干 气中氢气和乙烯的方法有深冷分离法、吸收分离法、膜分离法和水合物分离法。然而上述方 法却存在不同的缺陷,制约了催化裂化干气中氢气和乙烯的回收。
[0003] 例如,虽然深冷分离技术较为成熟,但是能耗较高的缺点却一直制约着该技术的 推广应用,一般只有在处理量较大的炼厂、石油催化裂化装置较多的地区,或者炼油-化工 一体化企业才会考虑使用深冷分离技术分离催化裂化干气;膜分离法在乙烯提取方面还处 在研究阶段,由于分离使用的膜容易受杂质的影响而损坏,同时又存在制膜成本较高的问 题,从而一直未能得到广泛的应用;吸收分离法具有工艺简单、设备材料普通、操作条件温 和以及能耗低、效率高的优点,但通常只能处理低浓度的气体,而且杂质的脱除比较困难。 吸收分离法按吸收的方式可以分为物理吸收和化学吸收。其中,物理吸收法中的典型技术 是冷油吸收法,该冷油吸收法是分离催化裂化干气中乙烯的传统技术,具有适应性强、投资 费用低、工艺规模小的优点,但该工艺存在能耗高、乙烯损失量大的缺陷;化学吸收法又叫 η络合吸附分离技术,该方法具有吸收容量大,乙烯回收率高的优点,但目前工业应用并不 多见。
[0004] 水合物分离法是一种新的分离低沸点混合气体的分离技术,原理是根据不同气体 形成水合物的难易程度,从而实现混合气体中各组分的分离。相对于上述气体分离法,水合 物分离法的优势在于条件较温和,可以在温度0-15°C之间实现混合气体的分离和提纯,无 论在能耗还是在设备投资上都具有明显的优势。然而,现有技术在利用水合物分离法分离 催化裂化干气中氢气和乙烯时,通常要对作为原料气的催化裂化干气实施压缩升压处理, 然后送入气体水合反应器中与水合物工作液混合。限于现场操作空间,以及气体压缩机的 能耗等方面的原因,目前水合物分离技术在分离催化裂化干气中的氢气方面尚未得到广泛 应用。因此,研究新的水合物法分离催化裂化干气中的氢气,一直被研究者所关注。

【发明内容】

[0005] 本发明所解决的技术问题在于,提供一种催化裂化干气中氢气的分离方法及其系 统,该方法不需要现有水合物分离法分离催化裂化干气中氢气需要对催化裂化干气压缩升 压的步骤,具有操作可靠、实际工业应用可行性强的优点。
[0006] 本发明提供了一种催化裂化干气中氢气的分离方法,包括使催化裂化干气发生水 合反应,并收集富氢气体的过程,其中,
[0007] 实现水合反应的水合反应器具有以下结构:水合反应器腔体沿水合物工作液流动 方向具有入口段、喉管段和稳定段,且喉管段的流通面积均小于入口段和稳定段的流通面 积,该水合反应器腔体对应于喉管段的侧壁开设有进气口;
[0008] 所述分离方法包括:将水合物工作液从入口段送入所述水合反应器中,使催化裂 化干气通过进气口与水合反应器连通,利用流经喉管段的水合物工作液产生的吸力将待分 离催化裂化干气吸入水合反应器,并使二者在流至稳定段过程中被混合而发生水合反应, 生成水合物浆液和富氢气体;
[0009] 将所述水合物浆液和富氢气体送入水合物分离器,分离并收集富氢气体。
[0010] 上述催化裂化干气中氢气的分离方法,主要利用了流体力学的原理,利用水合物 工作液在水合反应器中的不同位置的流动与压力的变化规律,实现了催化裂化干气的吸 入、自升压以及水合分离的过程。具体表现在:将水合物工作液从水合反应器的入口段注 入,当其到达水合反应器的喉管段时,由于流通截面积急剧缩小,从而使其流速突然增大, 使水合反应器内的静压快速降低,在压力差的作用下,催化裂化干气被吸入了水合反应器 中与水合物工作液混合,当催化裂化干气与水合物工作液到达水合反应器的稳定段时,由 于流通截面积的扩大,从而使流体的静压升高,系统的压力高于催化裂化干气进入水合反 应器的压力,当流体的静压大于水合物的生成压力时,催化裂化干气中的甲烷、乙烷、乙烯 和二氧化碳等组分与水合物工作液发生水合反应,形成水合物浆液,而催化裂化干气中所 含氢气的一部分气相得到富集形成富氢气体。
[0011] 在本发明的【具体实施方式】中,使所述富氢气体从水合物分离器的顶部出口排出而 被收集,将所述水合物浆液经水合物分离器的底部出口送入水合物化解器实施化解,化解 出的脱除气体的水合物工作液供水合反应循环使用。
[0012] 在本发明的【具体实施方式】中,使水合物工作液进入水合反应器时的温度为 4-15°C,压力为1.0-5. IMPa。该温度和压力下的水合物工作液更有利于在其流经喉管段形 成压力差,从而有利于裂化催化干气被吸入水合反应器的稳定段,使之与水合物工作液进 行水合反应,形成水合物浆液。
[0013] 在本发明的【具体实施方式】中,所述水合反应器的入口段的管道内径为15-50_,所 述喉管段的内径与所述入口段的管道内径比值为〇. 05-0. 5,所述进气口的直径与所述喉管 段的内径比值为0.2-0. 5 ;
[0014] 所述入口段的长度与所述入口段的管道内径比值为1-3,所述喉管段长度与所述 喉管段内径的比值为1-2. 5,所述稳定段的长度与所述入口段的管道内径比值为3-5。
[0015] 在本发明的【具体实施方式】中,所述水合物分离器的操作温度为4_15°C,操作压力 为1. 1-5. IMPa。在水合物分离器中控制上述操作温度和操作压力可以使水合物浆液和催化 裂化干气中的氢气尽可能的分离完全,实现气相和液相的分离。
[0016] 在本发明的【具体实施方式】中,所述水合物化解器的操作温度为8_23°C,操作压力 为0. 1-2. IMPa。在水合物化解器中控制上述操作温度和压力可以使水合物浆液尽可能的完 全化解得到贫氢气体和水合物工作液,实现贫氢气体与水合物工作液的分离。
[0017] 在本发明的【具体实施方式】中,待分离催化裂化干气被吸入水合反应器前的压力为 0. 6-1. 6MPa〇
[0018] 本发明还提供了实现上述催化裂化干气中氢气的分离方法的系统,所述系统包括 水合物工作液储罐、水合反应器、水合物分离器、水合物化解器、加热器和/或减压阀;
[0019] 其中,水合反应器腔体沿水合物工作液流动方向具有入口段、喉管段和稳定段,且 喉管段的流通面积均小于入口段和稳定段的流通面积,该水合反应器腔体对应于喉管段的 侧壁开设有进气口;
[0020] 所述水合物工作液储罐设有入口和出口,所述水合物工作液储罐的出口与所述水 合反应器的入口段连通;
[0021] 所述水合反应器稳定段设有用于排出水合物浆液和富氢气体的出口,其与所述水 合物分离器的入口连通,所述水合物分离器的顶部设有富氢气体排放口,底部设有水合物 浆液出口;
[0022] 所述水合物分离器的水合物浆液出口与水合物化解器的入口连通,且二者间设置 有加热器和/或减压阀,所述水合物化解器的脱除气体的水合物工作液出口与所述水合物 工作液储罐的入口连通。
[0023] 在上述系统中,所述水合反应器的入口段的管道内径为15_50mm,所述喉管段的内 径与所述入口段的管道内径比值为〇. 05-0. 5,所述进气口的直径与所述喉管段的内径比值 为 0· 2-0. 5 ;
[0024] 所述入口段的长度与所述入口段的管道内径比值为1-3,所述喉管段长度与所述 喉管段的内径比值为1-2. 5,所述稳定段的长度与所述入口段的管道内径比值为3-5。
[0025] 本发明提供的催化裂化干气中氢气的分离方法,采用了构造改良的水合反应器, 巧妙地借助水合反应器中流通面积改变提供催化裂化干气所需要的水合条件(水合生成 压力),即,在利用水合物工作液流过喉管段所产生的压力降(甚至达到局部真空)将催化 裂化干气吸入水合反应器后,并在流向稳定段过程中由于压力增大以及二者在压力驱动下 的充分混合而促使催化裂化干气中的烷烃和烯烃等组分尽可能全部发生水合,达到分离氢 气的目的。相比于目前对催化裂化干气进行分离的工艺,本发明的分离方法不需要对待分 离的催化裂化干气进行压缩升压,不仅省去了压缩设备的投入,大幅降低了能耗,水合反应 时也无需额外的搅拌机构,而且对操作空间及操作工序的要求都显著降低,实现了催化裂 化干气中氢气的分离,为该技术的工业化应用提供了可能。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明分离催化裂化干气中氢气的工艺流程图。
[0027] 图2是本发明分离催化裂化干气中氢气系统中的水合反应器。
[0028] 附图标记:
[0029] 1-水合物工作液储罐;2-水合反应器;3-水合物分离器;4-水合物化解器;5-高 压泵;6-冷却器;7-加热器;8-减压阀;9-水合物工作液;10-催化裂化干气;
[0030] 01-入口段
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