回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢方法及装置制造方法
【专利摘要】回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢方法，包括如下步骤：步骤1.一段膜分离；步骤2.一级变压吸附；步骤3.二级变压吸附；步骤4.二段膜分离。及回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢装置，包括第一膜分离装置、第二膜分离装置、第一变压吸附塔、第二变压吸附塔和第一、第二加压装置。采用本发明所述的回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢方法及装置，采用变压吸附、膜分离二者结合的技术，弥补了两种工艺各自存在的纯度和回收率低的缺陷，实现了对回收轻烯烃后的炼厂干气中氢气的高收率，高纯度的回收，回收氢气后的剩余气体可直接进入炼厂燃烧气管网燃烧。
【专利说明】回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于化工分离及化工机械领域，涉及一种回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢方法及装置。
【背景技术】
[0002]炼厂干气中的有用组分主要为氢气、轻烯烃和轻烷烃等。这些组分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。对于炼厂干气中占量最大的催化裂化干气，既含有氢气，还含有大量轻烯烃和轻烷烃。这些组分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]炼厂干气回收轻烯烃目前有多种方法，例如深冷分离等，属于得到广泛运用的现有技术，炼厂干气中轻烯烃含量通常在10-40%体积百分比，剩余气体为氢气、氮气和甲烷，虽然可以通过燃烧剩余气体获得热量，但氢气可以在炼厂中作为加氢使用，价格较高，作为燃料气燃烧的方式并不经济。在回收轻烯烃后的炼厂干气中还含有大约40-80%的氢气，经济价值不可忽略。
[0004]目前对回收轻烯烃后干气回收其中大量氢气，可以采用膜分离法、变压吸附、深冷分离等方法，但是，通过膜分离法回收的氢气纯度不高，一般为95%以下，由于纯度直接影响到氢气的价格，因此膜分离法经济价值不大。而变压吸附氢气回收率偏低，通常只有85%，深冷分离由于需要大量冷量，对氢气采用深冷分离成本过于昂贵，且深冷分离得到的氢气纯度不高。
【发明内容】
[0005]为克服现有技术存在的回收率低或回收纯度低，经济效益差的技术缺陷，本发明公开一种回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢方法及装置，对回收轻烯烃后的炼厂干气进行氢气回收。
[0006]本发明所述回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢方法，包括如下步骤: 步骤1.一段膜分离:原料气进入第一膜分离装置，渗透气进入步骤2，非渗透气与 后续步骤2至3的解吸气加压混合后进入步骤4 ；
步骤2.—级变压吸附:步骤I中第一膜分离装置的渗透气进入第一变压吸附塔，第一变压吸附塔的非解吸气进入步骤3，解吸气与步骤I非渗透气、后续步骤3的解吸气加压混合后进入步骤4 ；
步骤3.二级变压吸附:步骤2中的非解吸气进入第二变压吸附塔，第二变压吸附塔的非解吸气输出作为产品氢气，解吸气与步骤I非渗透气、步骤2解吸气混合加压后进入步骤4 ；
步骤4.二段膜分离:步骤I非渗透气、步骤2、3中第一、第二变压吸附塔输出的解 吸气经混合加压后进入第二膜分离装置，第二膜分离装置的渗透气返回到步骤I中与原料气加压混合后一起进入第一膜分离装置。
[0007]优选的，所述步骤4中的膜分离装置得到的非渗透气直接进入炼厂燃烧气管网。
[0008]优选的，所述步骤I中原料气进入第一膜分离装置前还包括加压步骤。
[0009]进一步的，所述步骤I中将原料气加压至1.5-3兆帕，将原料气加压至1.5-3兆帕，所述步骤4中加压至1-2兆帕。
[0010]优选的，所述步骤I至4中操作温度均为常温，所述常温为0-40摄氏度范围。
[0011]本发明所述回收轻烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢装置，包括第一膜分离装置、第二膜分离装置、第一变压吸附塔、第二变压吸附塔和第一加压装置与第二加压装置；
所述第一膜分离装置的渗透侧与第一变压吸附塔的进口连接，其非渗透侧经过第二加压装置与第二膜分离装置的进口连接，所述第二膜分离装置的渗透侧和原料气通过第一加压装置混合与第一膜分离装置的进口连接，所述第一变压吸附塔的塔顶非解吸气出口与第二变压吸附塔的进口连接，其塔底解吸气经第二加压装置和第二膜分离装置的进口连接，所述第二变压吸附塔的塔顶流出产品氢气，其塔底解吸气出口通过第二加压装置与第二膜分离装置的进口连接。
[0012]优选的，所述第二膜分离装置的非渗透侧出口与炼厂燃烧气管网连接。
[0013]采用本发明所述的回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢方法及装置，采用二段变压吸附、二段膜分离二者结合的技术，弥补了两种工艺各自存在的纯度和回收率低的缺陷，实现了对回收轻烯烃后的炼厂干气中氢气的高收率，高纯度的回收，回收氢气后的剩余气体可直接进入炼厂燃烧气管网燃烧。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1示出本发明所述回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢方法的一种【具体实施方式】示意图；
图2示出本发明所述回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢装置的一种【具体实施方式】示意图；
各图中附图标记名称为:1_第一加压装置2-第二加压装置3-第一变压吸附塔4-第二变压吸附塔5-第一膜分离装置6-第二膜分离装置7-炼厂燃烧气管网。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0016]现有技术中，对炼厂干气中的甲烷、乙烯、乙烷等轻烯烃回收后，剩余的气体的主要成分为大约30-60%H2、5-15%N2、5-24%甲烷、其余组分合计不超过1%，本说明书中的百分含量均为体积百分比。
[0017]回收轻烯烃后的炼厂干气中氢气组分最大，其次是甲烷，氢气作为常用的炼油加氢，而作为燃烧气直接燃烧非常可惜，本发明为此提供一种回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢方法，包括如下步骤:步骤1.一段膜分离:原料气进入第一膜分离装置，渗透气进入步骤2，非渗透气与后续二步骤的解吸气加压混合后进入步骤4 ;步骤2.—级变压吸附:步骤I中第一膜分离装置的渗透气进入第一变压吸附塔，第一变压吸附塔的非解吸气进入步骤3，解吸气与步骤I非渗透气、后续一步骤的解吸气加压混合后进入步骤4 ;步骤3.二级变压吸附:步骤2中的非解吸气进入第二变压吸附塔，第二变压吸附塔的非解吸气输出作为产品氢气，解吸气与步骤I非渗透气、步骤2解吸气混合加压后进入步骤4 ;步骤
4.二段膜分离:步骤I非渗透气、步骤2、3中第一、第二变压吸附塔输出的解吸气经混合加压后进入第二膜分离装置，第二膜分离装置的渗透气返回到步骤I中与原料气加压混合后一起进入第一膜分离装置。
[0018]回收轻烯烃后的炼厂干气作为原料气进入第一膜分离装置对氢气进行第一次膜分离，第一膜分离装置优选为聚亚酰胺膜，分离后的渗透气中，氢气纯度被提升至60%-80%，仍含有少量的甲烷和氮气，第一膜分离装置的渗透气进入第一变压吸附塔对氢气进行进一步提纯，其非渗透气仍然含有较多的氢气，经与第一、第二变压吸附塔解吸气混合加压后进入第二膜分离装置继续浓缩氢气；第一变压吸附塔得到的非解吸气进入第二变压吸附塔，解吸气则与第一膜分离装置的非渗透气、第二变压吸附塔解吸气混合加压后进入第二膜分离装置继续浓缩氢气，以提高氢气的回收率。第二变压吸附塔吸收第一变压吸附塔的非解吸气后，从第二变压吸附塔的非解吸气出口处直接输出高纯度的氢气作为产品氢气，第二变压吸附塔输出的解吸气经与第一膜装置的非渗透气、第一变压吸附塔解吸气混合加压后进入第二膜分离装置，此时第二变压吸附塔输出的解吸气中仍然含有大约6-15%的氢气组分，为进一步提高氢气收率，将这些气体经过加压后进入第二膜分离装置进行分离，第二膜分离装置优选的为聚酯膜，对其中的氢气组分纯度提高后与原料气混合加压后一起进入第一膜分离装置重复对氢气组分的回收。
[0019]本发明采用膜分离+ 二段变压吸附+膜分离的组合方式，对回收轻烯烃后的炼厂干气中的氢气组分进 行回收，利用膜分离与变压吸附的组合方式，一级膜分离非渗透气、两级变压吸附塔的解吸气都重新回到系统中参与循环吸收，对氢气进行多次提纯和循环提浓氢气方式，提高了氢气的收率及纯度。
[0020]优选的，所述步骤4中的膜分离装置得到的非渗透气由于氢气已被大部分吸收，剩余气体为甲烷为主，还含有部分氮气及轻烃的气体，热值较高，可以直接进入炼厂燃烧气管网，作为炼厂燃料气使用。
[0021 ] 回收轻烯烃后的干气一般都自带较大压力，可以无需加压，但如果干气由于膨胀制冷等方式已被减压的话，可以在原料气进入第一膜分离装置之前进行加压，加压范围可以选择在1.5至3兆帕，第一膜分离装置输出带压的非渗透气，与第一、第二变压吸附塔输出的解吸气混合加压后进入第二膜分离装置时的加压范围可以选择在1-2兆帕，对后续膜分离渗透效果较好。由于整个分离过程中，无论膜分离还是变压吸附对温度都无苛刻要求，可以在常温下进行，无须加热或制冷，节约了能源和设备。图1中示出本发明一种【具体实施方式】，包括了上述加压步骤以及将第二膜分离装置的非渗透气送入炼厂燃气管网的步骤。
[0022]为实现上述方法，本发明提供一种回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢装置，如图2所示，包括第一膜分离装置5、第二膜分离装置6、第一变压吸附塔3、第二变压吸附塔4和第一加压装置2 ;所述第一膜分离装置5、第二膜分离装置6的渗透侧都与第一变压吸附塔3的进口连接，所述第一变压吸附塔3的塔顶非解吸气出口和塔底解吸气出口分别与第二变压吸附塔4和第一膜分离装置5的进口连接，所述第二变压吸附塔4的塔底解吸气出口通过第一加压装置2与第二膜分离装置6的进口连接。第一膜分离装置为高压透氢的膜，例如聚酰胺氢膜，第二膜分离装置为低压透氢膜，例如聚碳酸酯氢膜。[0023]回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢装置，优选的，所述第一膜分离装置和第二膜分离装置的非渗透侧出口都与炼厂燃烧气管网7连接。
[0024]为实现前述的优选加压步骤，所述第一膜分离装置的进口还连接有第二加压装置I。
[0025]以下给出本发明的若干具体实施例:
实施例1.原料气含氢气40%，甲烷50%，氮气和其余气体10%，压力1.5兆帕，温度30摄氏度，以10，OOONmVh流量送入如图2所示的装置中，原料气经过第一加压装置加压至3兆帕，进入第一膜分离装置，其中第一膜分离装置采用聚酰胺膜组件，第一变压吸附塔填装有活性炭及氧化铝等吸附剂为主，第二变压吸附塔填装有精提氢气的分子筛吸附剂为主，第二膜分离装置采用聚碳酸酯膜组件，第二加压装置对第二变压吸附塔的解吸气加压至2兆帕；
测量得出对氢气的回收率为99%，回收氢气纯度为99.99%以上。
[0026]实施例2.原料气含氢气60%，甲烷25%，氮气和其余气体15%，压力2.5兆帕，温度30摄氏度，以10，OOONmVh流量送入如图2所示的装置中，原料气直接进入第一膜分离装置，其中第一膜分离装置采用聚酰胺膜组件，第一变压吸附塔填装有活性炭及氧化铝等吸附剂为主，第二变压吸附塔填装有精提氢气的分子筛吸附剂为主，第二膜分离装置采用聚碳酸酯膜组件，第二加压装置对第二变压吸附塔的解吸气加压至1.2兆帕；
测量得出对氢气的回收率为99%，回收 氢气纯度为99.99%以上。
[0027]实施例3.原料气含氢气75%，甲烷20%，氮气和其余气体5%，压力I兆帕，温度25摄氏度，以10，OOONmVh流量送入如图2所示的装置中，原料气经过第一加压装置加压至3兆帕，进入第一膜分离装置，其中第一膜分离装置采用聚酰胺膜组件，第一变压吸附塔填装有活性炭及氧化铝等吸附剂为主，第二变压吸附塔填装有精提氢气的分子筛吸附剂为主，第二膜分离装置采用聚碳酸酯膜组件，第二加压装置对第二变压吸附塔的解吸气加压至I兆帕；
测量得出对氢气的回收率为99%，回收氢气纯度为99.99%以上。
[0028]实施例4.原料气含氢气80%，甲烷10%，氮气和其余气体10%，压力2兆帕，温度25摄氏度，以10，OOONmVh流量送入如图2所示的装置中，原料气直接进入第一膜分离装置，其中第一膜分离装置采用聚酰胺膜组件，第一变压吸附塔填装有活性炭及氧化铝等吸附剂为主，第二变压吸附塔填装有精提氢气的分子筛吸附剂为主，第二膜分离装置采用聚碳酸酯膜组件，第二加压装置对第二变压吸附塔的解吸气加压至1.5兆帕；
测量得出对氢气的回收率为99%，回收氢气纯度为99.99%以上。
[0029]前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢方法，包括如下步骤: 步骤1.一段膜分离:原料气进入第一膜分离装置，渗透气进入步骤2，非渗透气与 后续步骤2至3的解吸气加压混合后进入步骤4 ； 步骤2.—级变压吸附:步骤I中第一膜分离装置的渗透气进入第一变压吸附塔，第 一变压吸附塔的非解吸气进入步骤3，解吸气与步骤I非渗透气、后续步骤3的解吸气加压混合后进入步骤4 ； 步骤3.二级变压吸附:步骤2中的非解吸气进入第二变压吸附塔，第二变压吸附塔 的非解吸气输出作为产品氢气，解吸气与步骤I非渗透气、步骤2解吸气混合加压后进入步骤4 ； 步骤4.二段膜分离:步骤I非渗透气、步骤2、3中第一、第二变压吸附塔输出的解 吸气经混合加压后进入第二膜分离装置，第二膜分离装置的渗透气返回到步骤I中与原料气加压混合后一起进入第一膜分离装置。
2.如权利要求1所述回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢方法，其特征在于，所述步骤4中的膜分离装置得到的非渗透气直接进入炼厂燃烧气管网。
3.如权利要求1所述回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢方法，其特征在于，所述步骤I中原料气进入第一膜分离装置前还包括加压步骤，将原料气加压至1.5-3兆帕，所述步骤4中加压至1-2兆帕。
4.如权利要求1所述回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢方法，其特征在于，所述步骤I至4中操作温度均为常温，所述常温为0-40摄氏度范围。
5.回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢装置，其特征在于，包括第一膜分离装置(5)、第二膜分离装置(6)、第一变压吸附塔(3)、第二变压吸附塔(4)和第一加压装置(I)与第二加压装置(2)； 所述第一膜分离装置(5)的渗透侧与第一变压吸附塔(3)的进口连接，其非渗透侧经过第二加压装置(2)与第二膜分离装置的进口连接，所述第二膜分离装置(6)的渗透侧和原料气通过第一加压装置(I)混合与第一膜分离装置(5)的进口连接，所述第一变压吸附塔(3)的塔顶非解吸气出口与第二变压吸附塔(4)的进口连接，其塔底解吸气经第二加压装置(2)和第二膜分离装置(6)的进口连接，所述第二变压吸附塔(4)的塔顶流出产品氢气，其塔底解吸气出口通过第二加压装置(2)与第二膜分离装置(6)的进口连接。
6.回收轻烯烃后炼厂干气中高收率高纯度提氢装置，其特征在于，所述第二膜分离装置的非渗透侧出口与炼厂燃烧气管网(7)连接。
【文档编号】C01B3/50GK104030245SQ201410220909
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】蔡跃明, 钟雨明, 陈运 申请人:四川天采科技有限责任公司