一种使用膜分离与变压吸附联合处理炼厂气的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种使用膜分离与变压吸附联合处理炼厂气的方法和系统。该方法是根据膜分离装置和变压吸附装置对原料气组成和压力要求的不同，将多股炼厂气分为：重整氢气、低压贫氢气体、低压富氢气体、高压贫氢气体、高压富氢气体。重整氢气通过膜分离装置或变压吸附装置回收氢气，低压贫氢气体、高压贫氢气体通过膜分离装置预提纯后再经变压吸附装置回收氢气，高压富氢气体、低压富氢气体通过变压吸附装置回收氢气。本发明还提供了用于上述方法的系统。本发明提供的方法和系统具有氢气纯度高、回收率高的特点，且适用于旧装置增产，操作弹性大，回收氢气纯度可达99vol％以上，回收率高于95％。
【专利说明】一种使用膜分离与变压吸附联合处理炼厂气的方法和系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于炼厂气回收处理领域，具体涉及一种使用膜分离与变压吸附联合处理 炼厂气的方法和系统。
【背景技术】
[0002] 随着燃料清洁性的要求越来越苛刻，炼厂对氢气的需求量显著增加。炼油厂采用 加氢工艺等对油品进行深加工和处理，工艺过程消耗大量氢气。然而由于装置和工艺的限 制，众多临氢装置排放大量富氢炼厂气到瓦斯管网中，这部分氢气没有得到回收利用，不但 增加了制氢成本，也造成了瓦斯管网热值降低等问题，影响炼油厂的正常生产。
[0003] 从炼厂尾气中高效、高质量回收氢气是石油化工行业的一个重大课题。氢气回收 的主要工艺有膜分离和变压吸附，二者各有特点：膜分离方法具有模块化、安装简易、无动 部件、维修简单、回收率高和操作弹性大等特点，但原料氢气浓度较低时氢气产品纯度无法 达到氢网要求；变压吸附方法操作灵活，可以获得高纯度氢气，但其控制步骤复杂、装置扩 建难。
[0004] 目前炼厂中主要的氢气提纯回收工艺采用变压吸附方法，由于氢气需求量的增 大，装置长时间满负荷运转，吸附剂易于饱和，多次再生后无法达到理想的吸附效果，常造 成氢气纯度不高、解吸气氢气浓度过高等问题。实际生产中，变压吸附装置的处理量不但无 法满足需求，往往还由于吸附剂的原因使产量下降。
[0005] 因此，针对目前炼厂变压吸附装置普遍存在的氢气处理量不足、回收率不高等导 致的氢源紧张的问题，需要寻找新的技术方案。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种使用膜分离与变压吸附联合处理炼 厂气的方法，该方法将膜分离和变压吸附组合使用，有效地提高了炼厂氢气的产量。
[0007] 本发明的另一目的在于提供一种使用膜分离与变压吸附联合处理炼厂气的系统。
[0008] 为达到上述目的，本发明提供了一种使用膜分离与变压吸附联合处理炼厂气的方 法，包括以下步骤：
[0009] 将多股炼厂气根据压力和组成的不同进行分类：
[0010] (1)重整氢气，压力为2.0-3.01^，氢气浓度为85-95奶1%，二氧化碳、一氧化碳、 硫化氢含量低于20ppm ;
[0011] (2)低压贫氢气体，压力为0· 1-1. 5MPa，氢气浓度为20_65vol %的气体；
[0012] (3)低压富氢气体，压力为0· 1-1. 5MPa，氢气浓度为65-90vol%的气体；
[0013] (4)高压贫氢气体，压力为I. 5-4. OMPa，氢气浓度为20-65vol%的气体；
[0014] (5)高压富氢气体，压力为I. 5-4. OMPa，氢气浓度为65-90vol%的气体；
[0015] 将所述重整氢气分为两股，一股与所述高压富氢气体合股后经变压吸附处理得到 氢气产品和解析气，另一股经膜分离处理得到氢气产品和渗余气；
[0016] 将所述低压贫氢气体与所述解析气合股后增压至I. 5-4. OMPa，然后与所述高压贫 氢气体、所述渗余气合股后先进行膜分离预提纯处理，再与所述低压富氢气体合股增压至 I. 5-4. OMPa后汇入所述高压富氢气体与所述重整氢气的混合气中并进行变压吸附处理。
[0017] 在上述方法中，经变压吸附处理、膜分离处理得到氢气产品引入外部的氢网，经膜 分离预提纯得到的渗余气可进入燃料气管网作为燃料使用。
[0018] 所述重整氢气、所述高压富氢气体、所述低压富氢气体、所述高压贫氢气体和所述 低压贫氢气体可分别为一股或多股炼厂气。在实际应用中，在利用本发明的方法时，可根 据膜分离装置和变压吸附装置对原料气组成和压力要求不同，对多股炼厂气进行分类，将 分类后的气体按不同的路径回收氢气，对于经膜分离处理即可达到纯度要求的炼厂气，可 直接通过膜分离处理直接得到氢气产品；对于需经变压吸附处理才能达到纯度要求的炼厂 气，则通过变压吸附处理得到氢气产品；对于部分氢气含量较低的炼厂气，可通过膜分离进 行预提纯处理，为变压吸附提供优质原料气，以提高变压吸附装置的处理量。
[0019] 在上述方法中，优选地，该方法包括在所述膜分离处理和/或所述膜分离预提纯 处理前对气体进行预处理的步骤。通过预处理将含氢气体中的液滴和杂质除去，利于膜分 离和膜分离预提纯的有效运行。
[0020] 在上述方法中，优选地，进行所述膜分离处理的一股重整氢气占所述重整氢气总 量的10-70vol %。在生产中，可根据实际变压吸附装置的处理量和工艺需求，在线调整重整 氢气进行膜分离处理的气量。
[0021] 为达到上述目的，本发明还提供了一种使用膜分离与变压吸附联合处理炼厂气的 系统，其特征在于，该系统包括：
[0022] 变压吸附装置、第一膜分离装置、第二膜分离装置、第一压缩机、第二压缩机、重 整氢气管路、低压贫氢气体管路、低压富氢气体管路、高压贫氢气体管路、高压富氢气体管 路；
[0023] 所述高压富氢气体管路与所述变压吸附装置的入口连通，所述变压吸附装置设有 氢气出口管路和解析气管路，其中，所述变压吸附装置的氢气出口管路引出界区，解析气管 路与所述第二压缩机的入口连通；
[0024] 所述重整氢气管路与所述高压富氢气体管路连通，所述重整氢气管路设有与所述 第一膜分离装置的入口连通的支路，所述第一膜分离装置设有氢气出口管路和渗余气管 路，其中，氢气出口管路引出界区，渗余气管路与所述高压贫氢气体管路连通；
[0025] 所述低压贫氢气体管路与所述第二压缩机的入口连通，所述第二压缩机的出口与 所述高压贫氢气体管路连通，所述高压贫氢气体管路与所述第二膜分离装置的入口连通， 所述第二膜分离装置设有出口管路和渗余气管路，其中，渗余气管路与燃料气管网连通，出 口管路与所述第一压缩机的入口连通，所述第一压缩机的出口与所述高压富氢气体管路连 通，所述第二膜分离装置的出口管路上设有与所述低压富氢气体管路连通的支路。
[0026] 在本技术方案中，所述变压吸附装置作用为从富氢气体和部分重整氢气中回收氢 气产品，其解析气经加压后引入第二膜分离装置；所述第一膜分离装置作用为从重整氢气 中回收氢气产品，其渗余气引入第二膜分离装置；所述第二膜分离装置主要作用为将纯度 为2〇-65vol %的贫氢气体（高压贫氢气体、低压贫氢气体、第一膜分离装置的渗余气、变压 吸附装置的解析气）提纯为65-90vol %的富氢气体，此富氢气体再通过变压吸附装置回收 氢气产品。
[0027] 第一压缩机的主要作用为对第二膜分离装置的出口气体和低压富氢气体进行加 压，以达到变压吸附装置适宜的原料气压力；第二压缩机的主要作用为对低压贫氢气体和 变压吸附装置的解析气进行加压，以达到第二膜分离装置适宜的原料气压力。
[0028] 在上述系统中，可根据生产情况，对进入变压吸附装置的重整氢气的气量进行在 线调节。
[0029] 在上述系统中，优选地，所述变压吸附装置的氢气出口管路和/或所述第一膜分 离装置的氢气出口管路引出界区后与氢网连通。
[0030] 在上述系统中，优选地，在所述第一膜分离装置的入口和/或所述第二膜分离装 置的入口前设有预处理装置。预处理装置主要用于净化入口气体，除去气体中的杂质和液 滴。
[0031] 本发明具有以下优点：
[0032] (1)本发明提供的使用膜分离与变压吸附联合处理炼厂气的方法和系统通过将膜 分离和变压吸附方法的集成使用，实现了多股压力、组成各异的炼厂气高回收率、高氢气纯 度的处理，解决了炼厂氢源紧张、变压吸附装置处理量不足的问题。
[0033] (2)本发明提供的使用膜分离与变压吸附联合处理炼厂气的方法和系统易于对现 有的变压吸附装置进行改造，可显著提高氢气回收效果，氢气回收率可达到95%以上，氢气 纯度达到99vol%以上。
[0034] (3)本发明提供的使用膜分离与变压吸附联合处理炼厂气的方法和系统可根据实 际生产情况和工艺需求，在线调整膜分离装置和变压吸附装置的处理量，操作弹性大，适应 性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0035] 图1是实施例1中膜分离与变压吸附联合处理炼厂气系统的结构示意图。
[0036] 附图标号说明：
[0037] 1变压吸附装置；2第一预处理装置；3第一膜分离装置；4第二预处理装置；5第 二膜分离装置；6第一压缩机；7第二压缩机;A重整氢气管路；B低压贫氢气体管路；C低压 富氢气体管路；D高压贫氢气体管路；E高压富氢气体管路；F变压吸附装置1的氢气出口管 路；G第一膜分离装置3的氢气出口管路；H第二膜分离装置5的渗余气管路；I第一膜分离 装置3的渗余气管路；J变压吸附装置1的解析气管路。
【具体实施方式】
[0038] 为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技 术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
[0039] 实施例1
[0040] 本实施例提供了一种使用膜分离与变压吸附联合处理炼厂气的系统，其结构示意 图如图1所示，该系统包括：
[0041] 变压吸附装置1、第一预处理装置2、第一膜分离装置3、第二预处理装置4、第二膜 分离装置5、第一压缩机6、第二压缩机7、重整氢气管路A、低压贫氢气体管路B、低压富氢 气体管路C、高压贫氢气体管路D、高压富氢气体管路E、变压吸附装置1的氢气出口管路F、 第一膜分离装置3的氢气出口管路G、第二膜分离装置5的渗余气管路H、第一膜分离装置 3的渗余气管路I、变压吸附装置1的解析气管路J。
[0042] 高压富氢气体管路E与变压吸附装置1的入口连通，变压吸附装置1的氢气出口 管路F与氢网连通，变压吸附装置1的解析气管路J与第二压缩机7的入口连通；
[0043] 重整氢气管路A与高压富氢气体管路E连通，重整氢气管路A设有与第一预处理 装置2的入口连通的支路，第一预处理装置2的出口与第一膜分离装置3的入口连通，第一 膜分离装置3的氢气出口管路G与氢网连通，第一膜分离装置3的渗余气管路I与第二预 处理装置4的出口管路连通；
[0044] 低压贫氢气体管路B与第二压缩机7的入口连通，第二压缩机7的出口与高压贫 氢气体管路D连通，高压贫氢气体管路D与第二预处理装置4的入口连通，第二预处理装置 4的出口与第二膜分离装置5的入口连通，第二膜分离装置5的出口与第一压缩机6的入口 连通，第一压缩机6的出口与高压富氢气体管路E连通，第二膜分离装置5的渗余气管路H 与燃料气管网连通，低压富氢气体管路C与第一压缩机6的入口连通。
[0045] 实施例2
[0046] 本实施例提供了一种使用实施例1的系统处理炼厂气的方法，根据实施例1的膜 分离装置和变压吸附装置对原料气组成和压力的不同要求，将多股含氢气体分为五类：
[0047] (1)将重整氢气，压力为2. 4MPa，氢气浓度为91. 60vol %，将其分为两股，一股为 重整氢气总量的40%，另一股为60% ;
[0048] (2)低压贫氢气体，压力为0· 4MPa，氢气浓度为60. 44vol % ;
[0049] (3)低压富氢气体，压力为0· 7MPa，氢气浓度为87. 13vol % ;
[0050] (4)高压贫氢气体，压力为2. 5MPa，氢气浓度为43. 40vol % ;
[0051] (5)高压富氢气体，压力为2. 35MPa，氢气浓度为71. 43vol% ;
[0052] 将重整氢气分为两股，其中60%的一股与高压富氢气体合股后经变压吸附装置1 处理得到氢气产品（氢气纯度为99. 88vol % )和解析气，氢气产品进入氢网；40%的一股 先经第一预处理装置2除去气体中的杂质和液滴，然后通入第一膜分离装置3,经处理得到 氢气产品（氢气纯度99. 82vol% )和渗余气，氢气产品进入氢网；
[0053] 低压贫氢气体与解析气合股后经第二压缩机7增压至2. 5MPa，然后与高压贫氢气 体合股后先经第二预处理装置4除去气体中的杂质和液滴，然后与第一膜分离装置3的渗 余气合股后引入第二膜分离装置5进行预提纯，预提纯后的气体与低压富氢气体混合，将 混合后的气体用第一压缩机6增压至2. 5MPa后通入变压吸附装置1生产氢气产品，第二膜 分离装置5得到的渗余气引入燃料气管网。
[0054] 本实施例中，第一膜分离装置3产出的氢气的纯度为99. 82vol %，变压吸附装置1 产出的氢气的纯度为99. 88vol %，氢气回收率为97. 40 %，其物料平衡见表1。
[0055] 表1实施例2的物料平衡表
[0056]
【权利要求】
1. 一种使用膜分离与变压吸附联合处理炼厂气的方法，具有以下步骤： 将多股炼厂气根据压力和组成的不同进行分类： (1) 重整氢气气体，压力为2. 0-3. OMPa，氢气浓度为85-95vol %，二氧化碳、一氧化碳、 硫化氢杂质含量低于20ppm ; (2) 低压贫氢气体，压力为0? 1-1. 5MPa，氢气浓度为20_65vol %的气体； (3) 低压富氢气体，压力为0? 1-1. 5MPa，氢气浓度为65-90vol%的气体； (4) 高压贫氢气体，压力为1. 5-4. OMPa，氢气浓度为20-65vol%的气体； (5) 高压富氢气体，压力为1. 5-4. OMPa，氢气浓度为65-90vol%的气体； 将所述重整氢气分为两股，一股与所述高压富氢气体合股后经变压吸附处理得到氢气 产品和解析气，另一股经膜分离处理得到氢气产品和渗余气； 将所述低压贫氢气体与所述解析气合股后增压至1. 5-4. OMPa，然后与所述高压贫氢 气体、所述渗余气合股后先进行膜分离预提纯处理，再与所述低压富氢气体合股增压至 1. 5-4. OMPa后汇入所述高压富氢气体与所述重整氢气的混合气中并进行变压吸附处理。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，该方法包括在所述膜分离处理和/或所述膜分离预 提纯处理前对气体进行预处理的步骤。
3. 如权利要求1所述的方法，其中，进行所述膜分离处理的一股重整氢气占所述重整 氢气总量的10_70vol%。
4. 一种使用膜分离与变压吸附联合处理炼厂气的系统，其特征在于，该系统包括： 变压吸附装置、第一膜分离装置、第二膜分离装置、第一压缩机、第二压缩机、重整氢气 管路、低压贫氢气体管路、低压富氢气体管路、高压贫氢气体管路、高压富氢气体管路； 所述高压富氢气体管路与所述变压吸附装置的入口连通，所述变压吸附装置设有氢气 出口管路和解析气管路，其中，所述变压吸附装置的氢气出口管路引出界区，解析气管路与 所述第二压缩机的入口连通； 所述重整氢气管路与所述高压富氢气体管路连通，所述重整氢气管路设有与所述第一 膜分离装置的入口连通的支路，所述第一膜分离装置设有氢气出口管路和渗余气管路，其 中，氢气出口管路引出界区，渗余气管路与所述高压贫氢气体管路连通； 所述低压贫氢气体管路与所述第二压缩机的入口连通，所述第二压缩机的出口与所述 高压贫氢气体管路连通，所述高压贫氢气体管路与所述第二膜分离装置的入口连通，所述 第二膜分离装置设有出口管路和渗余气管路，其中，渗余气管路与外部的燃料气管网连通， 出口管路与所述第一压缩机的入口连通，所述第一压缩机的出口与所述高压富氢气体管路 连通，所述第二膜分离装置的出口管路上设有与所述低压富氢气体管路连通的支路。
5. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述变压吸附装置的氢气出口管路和/或所 述第一膜分离装置的氢气出口管路引出界区后与氢网连通。
6. 如权利要求4或5所述的系统，其特征在于，在所述第一膜分离装置的入口和/或所 述第二膜分离装置的入口前设有预处理装置。
【文档编号】C01B3/56GK104495752SQ201410851664
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】贺高红, 陈博, 阮雪华, 肖武, 姜晓滨, 李保军 申请人:中国石油天然气股份有限公司, 大连理工大学