一种煤制氢中氢气提纯与蜡油加氢耦合的系统的制作方法

本发明属于化工技术领域，涉及一种煤制氢中氢气提纯与蜡油加氢耦合的系统。

背景技术

流化催化裂化(fcc)工艺是将重油转化为汽油、柴油和液化气等高价值产品最有效的技术之一，因其原料适应性强、产品附加值高、经济效益好，在世界炼油工业中得到广泛应用，是最重要的石油二次加工手段。

蜡油加氢处理技术于20世纪70年代开始应用，最初的目的是为了生产低硫燃料油和降低fcc装置再生器硫化物排放，满足环保法规要求。近年来，人们认识到fcc进料中的氮和芳烃是影响fcc装置效益的关键因素，降低原料氮和芳烃含量可提高装置汽油收率，增加效益。因此，原油加氢处理工艺脱硫的同时提高脱氮率，实现芳烃饱和是提高fcc装置利润的主要途径，也是fcc原料加氢处理过程面临的新要求。

随着世界原油质量变重变劣以及环保法规的日益严苛，原油加氢工艺将进一步快速发展，氢气用量也将逐渐增加。其中，原油加氢所用氢气的一个重要来源就是整体煤气化联合循环发电系统(igcc)。

igcc是一种由燃煤变燃氢的技术，煤通过气化和脱硫、除尘等净化处理，转化为含有一氧化碳和氢气的合成气，这些合成气随后进入燃气轮机发电。igcc不仅在二氧化硫、氮氧化物和粉尘排放量上较小，而且在控制温室气体排放上也有着巨大的潜力。

igcc联产工艺能够在产生电能的同时制取氢气，一定程度上解决了炼厂氢气来源问题，提高了加氢经济性。受现有h2提纯工艺的限制，igcc制取高纯h2仍面临效率低、费用高、提纯难度大等问题，如何进一步提升加氢工艺效率成为近几年来的研究热点。

常规氢气提纯技术有变压吸附(psa)、膜分离、深冷分离等。psa分离工艺常需多级吸附、脱附，然而吸附剂再生困难，投资费用高，操作复杂，经济性差。深冷分离能耗巨大。膜分离技术以其投资费用低，操作简单，分离效率高，占地面积小等明显优势，近几十年来得到快速发展。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种煤制氢中氢气提纯与蜡油加氢耦合的系统，基于膜分离技术对煤制氢中的氢气、二氧化碳以及加氢循环氢进行分离提纯。实现制氢与加氢的高度耦合，节省装置投资，提高加氢效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案：

一种煤制氢中氢气提纯与蜡油加氢耦合的系统，包括二氧化碳分离单元、氢气提纯单元、蜡油加氢精制单元以及油气分离单元；

所述的二氧化碳分离单元为依次相连的精密过滤器3、第1#缓冲罐4、第1#碳膜分离器5、第1#压缩机6、第1#冷却器7、第2#碳膜分离器8和二氧化碳产品压缩机9；所述的二氧化碳分离单元位于系统开端，对转化气进行二氧化碳分离；在原料气冷却器1中将煤制氢转换气冷却到5～35℃，压力2～5mpa，在分液罐2中将水排出后，进入精密过滤器3过滤掉粉尘、水汽，保证进入碳膜分离器的气体纯净，此时氢气的摩尔浓度50～58％，二氧化碳的摩尔浓度35～42％；经过第1#碳膜分离器5分离后，二氧化碳摩尔浓度60～65％，压力200～600kpa，经过第1#压缩机6和第1#冷却器7进一步压缩冷却后；再经过第2#碳膜分离器8进行二级分离后的二氧化碳摩尔浓度达90.00％以上，经二氧化碳产品压缩机9压缩到11～15mpa后的二氧化碳进入二氧化碳输送管路、制取干冰或直接作为驱油剂封存于地下；

所述的氢气提纯单元为依次相连的第2#缓冲罐10、第2#冷却器11、氢膜分离器12、第1#脱硫化氢汽提塔13和氢气产品压缩机14；所述的氢气提纯单元位于二氧化碳分离单元之后，二氧化碳分离单元的第1#碳膜分离器5产出的渗余气与油气分离单元的冷高压分离器23中分离出的循环氢在第2#缓冲罐10中进行混合；其中，第1#碳膜分离器5产出的渗余气中氢气摩尔浓度为85～89％，而此时油气分离单元中循环氢的摩尔浓度90～96％，混合后氢气的摩尔浓度91～94％，温度300～350℃；在进入氢膜分离器12依次经第2#冷却器11和第1#脱硫化氢汽提塔13后，渗透气氢气产品冷却到55～75℃，经过脱硫、脱碳后渗透气氢气产品摩尔浓度99.5～99.9％，进入蜡油加氢精制单元或经氢气产品压缩机14后直接进入氢网；

所述的蜡油加氢精制单元包括依次相连的新氢压缩机15和新氢加热器16，以及依次相连的油压泵17、加热炉18、加氢精制反应器19和加氢脱硫反应器20；所述的蜡油加氢精制单元位于氢气提纯单元之后，新氢的压力为200～600kpa，经新氢压缩机15和新氢加热器16后，新氢被压缩至8～13mpa，被冷却到60～70℃后，一路与蜡油混合进入加氢精制反应器19，另一路与精制蜡油混合进入加氢脱硫反应器20；蜡油依次经油压泵17和加热炉18后，温度300～400℃，与来自氢气提纯单元的氢气混合后进入加氢精制反应器19进行加氢反应；主要反应过程：

(1)加氢脱氮反应

非杂环化合物r—nh2+h2→rh+nh3

非碱性杂环氮化物

碱性杂环氮化物

(2)加氢脱氧反应

(3)加氢脱硫反应

硫醇rsh+h2→rh+h2s

硫醚rsr+h2→rsh+rh+h2→rsh+h2s

二硫化物rssr+h2→2rsh2→rh+h2s+h2→rsr+h2s

噻吩

(4)烯烃和芳烃加氢饱和反应

r-ch＝ch2+h2→r-ch2-ch3

所述的油气分离单元包括依次相连的脱氨气汽提塔21、热高压分离器22、冷高压分离器23，以及依次相连的热低压分离器24、第2#热低分气脱硫化氢汽提塔25；所述的油气分离单元位于系统末端，与氢气提纯单元紧密联系；首先经脱氨气汽提塔21脱除掉加氢精制后油品中的氨气，然后分别经过热高压分离器22后，分别进入冷高压分离器23和热低压分离器24处理后，根据压力及温度梯度的不同将油品中的油、气、水三相分离开，其中高压8～13mpa、低压6～8mpa、高温300～400℃、低温45～65℃；冷高压分离器23分离出fcc原料油后，冷高分气为摩尔浓度95.48％的循环氢，回到氢气提纯单元，与第1#碳膜分离器5的渗余气混合进行氢气提纯；热低压分离器24中分离出的热低分油去分馏塔分离出粗汽油，热低分气则进入第2#热高分气脱硫化氢汽提塔25脱除硫化氢的同时，排出污水。

所述的膜分离器所使用膜材料为中空纤维膜或平板膜。

所述的中空纤维膜或平板膜为有机膜、无机膜或复合膜。

本发明的有益效果：本发明的系统一方面，膜分离技术能够显著降低传统psa分离的设备投资，节省操作费用；装置占地面积小；操作简单，易控制。另一方面，循环氢进入氢膜分离器取消了传统循环氢提纯单元，从而极大简化了传统流程，减小了装置投资和运行费用；提高了加氢纯度，从而提高加氢效率；降低氢分压，从而降低操作费用。

附图说明

图1为本发明的系统示意图；

图中：1原料气冷却器；2分液罐；3精密过滤器；4第1#缓冲罐；5第1#碳膜分离器；6第1#压缩机；7第1#冷却器；8第2#碳膜分离器；9二氧化碳产品压缩机；10第2#缓冲罐；11第2#冷却器，12氢膜分离器；13第1#脱硫化氢汽提塔；14氢气产品压缩机；15新氢压缩机；16新氢加热器；17油压泵；18加热炉；19加氢精制反应器；20加氢脱硫反应器；21脱氨气汽提塔；22热高压分离器；23冷高压分离器；24热低压分离器；25第2#热高分气脱硫化氢汽提塔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1，本发明的系统包括二氧化碳分离单元、氢气提纯单元、蜡油加氢精制单元以及油气分离单元；

所述二氧化碳分离单元位于系统开端，首先将煤制氢转换气由300℃冷却到25℃，压力3mpa，在分液罐中将水排出后，进入精密过滤器，过滤掉粉尘、水汽等，保证进入膜分离器的气体纯净，此时氢气摩尔浓度55.12％，二氧化碳摩尔浓度40.02％。经过第1#碳膜分离器分离后，二氧化碳摩尔浓度62.25％，压力300kpa，因此需要进一步压缩进行第二级分离。经过第2#碳膜分离器后的二氧化碳摩尔浓度90.00％及以上，压缩到15mpa后进入二氧化碳输送管路、制取干冰或者直接作为驱油剂封存于地下。

所述氢气提纯单元位于二氧化碳分离单元之后，在对原料气进行了二氧化碳分离后的第1#碳膜渗余气中氢气摩尔浓度88.45％，而此时油气分离单元中循环氢摩尔浓度95.48％，混合后氢气摩尔浓度93.81％，温度320℃。在进入氢膜分离器之前冷却到75℃，渗透气氢气产品经过脱硫、脱碳后摩尔浓度99.9％，进入蜡油加氢精制单元或氢网。

所述蜡油加氢精制单元位于氢气提纯单元之后，新氢压力为300kpa，需压缩至12mpa，冷却到65℃后进入反应器。蜡油经油压泵及加热炉，温度370℃，与来自氢气提纯单元的氢气混合后进入反应器进行加氢反应。

所述油气分离单元位于系统末端，与氢气提纯单元紧密联系。首先脱除掉加氢精制后油品中的氨气，然后分别经过热高分、冷高分、热低分装置，根据压力及温度梯度的不同将油品中的油、气、水三相分离开，其中高压12mpa，低压6mpa，高温378℃，低温65℃。热高分气空冷之后进入冷高分装置，分离出fcc原料油之后冷高分气即循环氢摩尔浓度95.48％，回到氢气提纯单元，与第1#碳膜分离器的渗余气混合进行氢气提纯。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。