一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢装置，包括膜分离装置、第一变压吸附塔、第二变压吸附塔、转化反应器以及中变反应器，所述膜分离装置的渗透侧输出口与第二变压吸附塔的输入口连接，膜分离装置的非渗透侧输出口与第一变压吸附塔的输入口连接，所述第一变压吸附塔的输出口与转化反应器的输入口连接，转化反应器的输出口与中变反应器的输入口连接，所述中变反应器的输出口与第二变压吸附塔的输入口连接。本实用新型采用上述结构，能够获得高纯度的氢气，同时也获得较高的氢气收率。
【专利说明】一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢装置【技术领域】
[0001]本实用新型涉及炼厂干气回收利用领域，具体是一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢装置。
【背景技术】
[0002]炼厂干气中的有用组份主要为氢气、轻烯烃和轻烷烃等。这些组份在炼厂中都是很有价值的，但目前它们很大量仍然没有实现最优化利用，而是直接用作了燃料，有的甚至直接点火炬放空。炼厂干气中既含有氢气，还含有大量轻烯烃和轻烷烃。这些组份可以分离出来分别利用，比将其直接用作燃料或重整制氢、合成甲醇的原料效益要高。
[0003]吸附分离法是利用吸附剂对混合气体中各组份的吸附选择性不同，通过压力或温度改变来实现吸附与再生的一种分离方法，具有再生速度快、能耗低、操作简单、工艺成熟稳定等特点。通过压力变化实现分离的变压吸附回收干气中氢气工艺相对成熟，可获得纯度为98% (体积比)以上的氢气产品，但氢气回收率一般在85%左右。采用现有的变压吸附分离技术要从含低浓度氢气、乙烯等炼厂干气中同时回收高纯度的氢气、乙烯及乙烷，存在收率低、不能实现炼厂干气主要组份完全清晰分离、投资占地巨大等问题。比如，在中石化茂名石化炼厂干气变压吸附回收乙烯及氢气示范装置中，乙烯、氢气的收率低于75-80%，且无法同时回收高纯度的乙烷丙烯等。
[0004]膜分离法是在一定压力下，利用其他各组份在膜中渗透速率的差异进行分离的。膜分离法回收炼厂干气中氢气的装置于1987年在美国庞卡城Okia建成，氢气回收率为80-90%。膜分离法尤其适用于带压、氢气含量低的干气中氢气回收，其优点在于占地小、操作简单、能耗低等。但膜分离回收氢气的纯度不高，一般为95-99%。而在回收乙烯、乙烷方面，膜分离技术仍处于开发阶段。
[0005]炼厂干气直接与水蒸汽重整转化制备氢气已有开发，主要在于催化剂的研发，目的是将干气中C2及C2以上组分尽可能的转化裂解，以便使得干气重整制氢的收率更高。但这种方法要求干气中氢气含量比较低，一般不超过20%。炼厂干气中过多氢气存在，使得氢分压较大以及氢碳比过高，导致甲烷等轻烃催化与中变反应负荷加大、反应器容量增大、投资增加、转化率低等，使得干气直接与水蒸汽重整制氢的效率不高。
实用新型内容
[0006]本实用新型提供了一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢装置，解决了以往炼厂干气在转化制氢的过程中，存在氢气收率不高、纯度相对较低的问题。
[0007]本实用新型的目的通过下述技术方案实现:一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢装置，包括膜分离装置、第一变压吸附塔、第二变压吸附塔、转化反应器以及中变反应器，所述膜分离装置的渗透侧输出口与第二变压吸附塔的输入口连接，膜分离装置的非渗透侧输出口与第一变压吸附塔的输入口连接，所述第一变压吸附塔的输出口与转化反应器的输入口连接，转化反应器的输出口与中变反应器的输入口连接，所述中变反应器的输出口与第二变压吸附塔的输入口连接。
[0008]炼厂干气经过膜分离装置，膜分离装置的渗透侧氢气富集，并进入第二变压吸附塔进行精制提氢，非渗透侧富集甲烷、乙烯等进入第一变压吸附塔，不吸附的甲烷及少量的氢气、N2等混合气体进入转化反应器，与水蒸汽一起反应，其中产生的CO再进入中变反应器并发生中变反应，反应出来的混合气(60-70%H2、20%C02、其他甲烷、N2等)再进入第二变压吸附塔进行精制提氢，精制提氢后得到产品氢气。
[0009]进一步地，作为优选方案，本实用新型还包括净化器，所述净化器与膜分离装置的输入口连接。在进行膜分离之前，通过净化器，可采用低温甲醇洗工艺脱除炼厂干气中的酸性气体，再进行膜分离。
[0010]进一步地，作为优选方案，本实用新型还包括干燥器，所述干燥器的输入口与净化器的输出口连接，干燥器的输出口与膜分离装置的输入口连接。通过干燥器，对炼厂干气进行干燥处理，比如采用活性碳变温吸附塔对炼厂干气进行干燥。
[0011]进一步地，作为优选方案，本实用新型还包括除雾除尘除油装置，所述除雾除尘除油装置包括依次连接的除雾器、捕尘器和捕油器，所述除雾器的输入口与干燥器的输出口连接，所述捕油器的输出口与膜分离装置的输入口连接。除雾器、捕尘器和捕油器分别对干燥后的气体进行除雾、除尘和除油处理，并将处理后的气体送入膜分离系统。
[0012]进一步地，作为优选方案，本实用新型还包括依次连接的加氢等温反应器和加氢绝热反应器，所述加氢等温反应器的输入口与第一变压吸附塔的输出口连接，所述加氢绝热反应器的输出口与转化反应器的输入口连接。加氢等温反应器、加氢绝热反应器主要用于除去干气中对催化剂有害的烯烃，使干气中的烯烃含量小于1.0% (体积比)。
[0013]进一步地，作为优选方案，本实用新型还包括除氯槽和除硫槽，所述除氯槽和除硫槽相互连通，所述除氯槽的输入口与加氢绝热反应器的输出口连接，所述除硫槽的输出口与转化反应器的输入口连接。由于氯、硫等均是对催化剂有毒的，通过脱氯槽、脱硫槽，除去混合气体中的氯、硫杂质，再开始催化反应，避免影响催化剂的效率和使用寿命。
[0014]进一步地，作为优选方案，本实用新型还包括余热锅炉，所述余热锅炉的输入口与除硫槽的输出口连接，余热锅炉的输出口与转化反应器的输入口连接。通过余热锅炉，可实现余热回收，做到资源的合理利用，有效降低成本。
[0015]进一步地，作为优选方案，本实用新型还包括换热器，所述换热器的输入口分别与除雾除尘除油装置的输出口、中变反应器的输出口连接，换热器的输出口分别与膜分离装置的输入口、第二变压吸附塔的输入口连接。换热器可实现资源的合理利用，减小初始炼厂干气的加热投入。
[0016]进一步地，作为优选方案，本实用新型还包括依次连接的空冷器和分液罐，所述空冷器的输入口与换热器的输出口连接，所述分液罐的输出口与第二变压吸附塔的输入口连接。空冷器也叫翅片风机，它是一种以环境空气作为冷却介质，使管内高温工艺流体得到冷却或冷凝的设备；分液罐为气液分离提供场所；通过空冷器、分液罐，分离出易被冷凝的C2以上馏分以及其他杂质液体、不易冷凝的气体，再进行变压吸附。
[0017]本实用新型与现有技术相比具有以下优点和有益效果:
[0018](I)本实用新型通过膜分离氢气与甲烷分离开，再通过变压吸附对分离后的氢气进行提纯，另一方面，膜分离的非渗透侧富集的甲烷、乙烯等经过催化反应、中变反应，得到氢气、二氧化碳等，再经变压吸附，得到高纯度的产品氢气，整个过程做到了膜分离、变压吸附、催化反应、中变反应的最佳结合，不仅实现了将炼厂干气转化成氢气，而且在膜分离和变压吸附的作用下，获得了高纯度的氢气，同时也获得了高收率。
[0019](2)本实用新型通过膜分离从炼厂干气将氢气与甲烷分开，大大减少了炼厂干气直接水蒸汽转化因氢分压的存在及氢碳比过高导致甲烷催化与中变反应负荷加大、反应器容量增大、投资增加、转化率低等不利因素，使得经过膜分离得到的富集甲烷气体与水蒸汽进行催化反应及中变反应的效率大大增加。
[0020](3)本实用新型通过增加净化器、干燥器、除雾除尘除油装置，有效地降低了杂质气体可能对膜分离及变压吸附产生的影响，有利于提高氢气的收率及纯度。
[0021](4)本实用新型通过增加加氢等温反应器、加氢绝热反应器、除氯槽、除硫槽，有效去除了干气中对催化剂不利的成分，保证了催化效率，同时也提高了催化剂的使用使命，降低了投入成本。
[0022]( 5 )本实用新型通过增加余热锅炉和换热器，做到了资源的合理利用，避免了资源的白白浪费，减小了生产中对于加热的投入成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型的实施例1的结构示意图；
[0024]图2为本实用新型的实施例2的结构示意图；
[0025]图3为本实用新型的实施例3的结构示意图；
[0026]图4为本实用新型的实施例4的结构示意图；
[0027]图5为本实用新型的实施例5的结构示意图；
[0028]图6为本实用新型的实施例6的结构示意图；
[0029]图7为本实用新型的实施例7的结构示意图；
[0030]图8为本实用新型的实施例8的结构示意图；
[0031]图9为本实用新型的实施例9的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不仅限于此。
[0033]实施例1:
[0034]如图1所示，本实施例包括膜分离装置、第一变压吸附塔、第二变压吸附塔、转化反应器以及中变反应器，所述膜分离装置的渗透侧输出口与第二变压吸附塔的输入口连接，膜分离装置的非渗透侧输出口与第一变压吸附塔的输入口连接，所述第一变压吸附塔的输出口与转化反应器的输入口连接，转化反应器的输出口与中变反应器的输入口连接，所述中变反应器的输出口与第二变压吸附塔的输入口连接。
[0035]实施例2:
[0036]如图2所示，本实施例在实施例1的基础上还包括净化器，净化器与膜分离装置的输入口连接，通过净化器，在进行膜分离之前采用低温甲醇洗工艺脱除炼厂干气中的酸性气体，再进行膜分离。[0037]实施例3:
[0038]如图3所示，本实施例在实施例2的基础上还包括干燥器，干燥器的输入口与净化器的输出口连接，干燥器的输出口与膜分离装置的输入口连接，通过干燥器，对炼厂干气进行干燥处理，比如采用活性碳变温吸附塔对炼厂干气进行干燥。
[0039]实施例4:
[0040]如图4所示，本实施例在实施例3的基础上还包括除雾除尘除油装置，除雾除尘除油装置包括依次连接的除雾器、捕尘器和捕油器，除雾器的输入口与干燥器的输出口连接，捕油器的输出口与膜分离装置的输入口连接，除雾器、捕尘器和捕油器分别对干燥后的气体进行除雾、除尘和除油处理，并将处理后的气体送入膜分离系统。
[0041]实施例5:
[0042]如图5所示，本实施例在实施例4的基础上，还包括依次连接的加氢等温反应器和加氢绝热反应器，加氢等温反应器的输入口与第一变压吸附塔的输出口连接，加氢绝热反应器的输出口与转化反应器的输入口连接，通过加氢等温反应器、加氢绝热反应器，将炼厂干气中对催化剂有害的烯烃除去，使干气中的烯烃含量小于1.0% (体积比)。
[0043]实施例6:
[0044]如图6所示，本实施例在实施例5的基础上还包括除氯槽和除硫槽，除氯槽和除硫槽相互连通，除氯槽的输入口与加氢绝热反应器的输出口连接，除硫槽的输出口与转化反应器的输入口连接，由于氯、硫等均是对催化剂有毒的，通过脱氯槽、脱硫槽，除去混合气体中的氯、硫杂质，再开始催化反应，避免影响催化剂的效率和使用寿命。
[0045]实施例1:
[0046]如图7所示，本实施例在实施例6的基础上还包括余热锅炉，余热锅炉的输入口与除硫槽的输出口连接，余热锅炉的输出口与转化反应器的输入口连接，通过余热锅炉，可实现余热回收，做到资源的合理利用，有效降低成本。
[0047]实施例8:
[0048]如图8所示，本实施例在实施例7的基础上还包括换热器，换热器的输入口分别与除雾除尘除油装置的输出口、中变反应器的输出口连接，换热器的输出口分别与膜分离装置的输入口、第二变压吸附塔的输入口连接，通过换热器可实现资源的合理利用，减小初始炼厂干气的加热投入。
[0049]实施例9:
[0050]如图9所示，本实施例在实施例8的基础上还包括依次连接的空冷器和分液罐，所述空冷器的输入口与换热器的输出口连接，分液罐的输出口与第二变压吸附塔的输入口连接。通过空冷器、分液罐，分离出易被冷凝的C2以上馏分以及其他杂质液体、不易冷凝的气体，再进行变压吸附。
[0051]本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外，本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。
【权利要求】
1.一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢装置，其特征在于:包括膜分离装置、第一变压吸附塔、第二变压吸附塔、转化反应器以及中变反应器，所述膜分离装置的渗透侧输出口与第二变压吸附塔的输入口连接，膜分离装置的非渗透侧输出口与第一变压吸附塔的输入口连接，所述第一变压吸附塔的输出口与转化反应器的输入口连接，转化反应器的输出口与中变反应器的输入口连接，所述中变反应器的输出口与第二变压吸附塔的输入口连接。
2.根据权利要求1所述的一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢装置，其特征在于:还包括净化器，所述净化器与膜分离装置的输入口连接。
3.根据权利要求2所述的一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢装置，其特征在于:还包括干燥器，所述干燥器的输入口与净化器的输出口连接，干燥器的输出口与膜分离装置的输入口连接。
4.根据权利要求3所述的一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢装置，其特征在于:还包括除雾除尘除油装置，所述除雾除尘除油装置包括依次连接的除雾器、捕尘器和捕油器，所述除雾器的输入口与干燥器的输出口连接，所述捕油器的输出口与膜分离装置的输入口连接。
5.根据权利要求f4任一项所述的一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢装置，其特征在于:还包括依次连接的加氢等温反应器和加氢绝热反应器，所述加氢等温反应器的输入口与第一变压吸附塔的输出口连接，所述加氢绝热反应器的输出口与转化反应器的输入口连接。
6.根据权利要求5所述的一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢装置，其特征在于:还包括除氯槽和除硫槽，所述除氯槽和除硫槽相互连通，所述除氯槽的输入口与加氢绝热反应器的输出口连接，所述除硫槽的输出口与转化反应器的输入口连接。
7.根据权利要求6所述的一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢装置，其特征在于:还包括余热锅炉，所述余热锅炉的输入口与除硫槽的输出口连接，余热锅炉的输出口与转化反应器的输入口连接。
8.根据权利要求7所述的一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢装置，其特征在于:还包括换热器，所述换热器的输入口分别与除雾除尘除油装置的输出口、中变反应器的输出口连接，换热器的输出口分别与膜分离装置的输入口、第二变压吸附塔的输入口连接。
9.根据权利要求8所述的一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢装置，其特征在于:还包括依次连接的空冷器和分液罐，所述空冷器的输入口与换热器的输出口连接，所述分液罐的输出口与第二变压吸附塔的输入口连接。
【文档编号】C01B3/48GK203513271SQ201320672638
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】钟雨明, 高耸, 潘鹏, 牟树荣 申请人:四川天采科技有限责任公司, 中国石化工程建设有限公司