本发明涉及化工生产技术领域，尤其涉及一种循环氢回收系统及方法。
背景技术
为了保证成品油的质量达到国v标准，国家对成品油中硫含量要求小于10ppm，因此需要对原油进行脱硫、轻质化处理，其中加氢精制和改质是原油深度脱硫、轻质化的重要手段。在加氢精制或改质的过程中，大量的氢气被投入生产，由于加氢效率的问题，加氢反应后回收的氢气须循环使用，以免浪费。但是在氢气回收的过程中，同时回收了许多副产物烃类化合物，因此工艺生产中要求必须对其进行排放，以保证回收后的氢气纯度，也即循环氢纯度。
现有技术流程为：自脱硫单元来的循环氢经循环氢压缩机，与原料油在进料管线上混合后，再与加氢反应产物换热，经进料加热炉加热后送入加氢反应器，反应器产物与进料换热后，经冷却和气液分离后，其中液体送至分馏系统，含硫气体送至脱硫单元，脱硫后的循环氢再送入循环氢压缩机，构成循环氢循环系统。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
由于加氢反应器中副反应，不断地生成甲烷、乙烷等，并混入到循环氢中。导致循环氢的纯度不断地降低。而工艺要求循环氢中氢气纯度不低于95v％。目前的做法是当纯度在95v％左右时，将循环氢在循环氢压缩机进口分液罐处排放废气，同时在循环氢压缩机进口补充新氢(氢气纯度大于99v％)。这样导致循环氢中的氢气大量浪费，并增加新氢用量，提高了成本。
技术实现要素：
为了克服现有技术中相关产品的不足，本发明提出一种循环氢回收系统，解决目前的循环氢回收成本高，效率低的问题。同时，本发明还提出了一种应用于上述循环氢回收系统的方法。
本发明提供了一种循环氢回收系统，包括：进料泵、循环氢压缩机、循环氢分液罐、原料与产物换热器、加热炉、加氢反应器、空冷器、气液分离器以及膜分离器；所述进料泵、原料与产物换热器、加热炉、加氢反应器依次连接，其中，所述循环氢分液罐分别连接所述循环氢压缩机、气液分离器以及膜分离器；所述循环氢压缩机一端连接所述循环氢分液罐，另一端则分别连接所述原料与产物换热器以及所述膜分离器；所述加氢反应器通过所述加热炉与所述空冷器以及气液分离器依次连接；原料油进入所述进料泵增压与所述循环氢压缩机压缩的循环氢混合，混合后的反应物进入所述原料与产物换热器换热后进入所述加热炉加热至反应温度，自上而下流经所述加氢反应器进行化学反应，反应产物经所述原料与产物换热器换热以及所述空冷器冷却后进入所述气液分离器进行油、气分离，分离出的气体经脱硫反应后产生循环氢通入所述循环氢分液罐进行废气排放，排放废气后的循环氢由所述循环氢压缩机通入到所述膜分离器进行回收处理，将所述循环氢的氢气浓度提高至反应所需浓度后通入到所述循环氢分液罐。
在本发明的某些实施方式中，所述膜分离器包括用于氢气浓度提纯的第一膜分离单元和第二膜分离单元以及用于废气存储和排放的缓冲罐；所述第一膜分离单元以及所述第二膜分离单元的一端分别与所述循环氢压缩机连接，另一端分别连接所述缓冲罐以及所述循环氢分液罐；所述缓冲罐的一端分别连接所述第一膜分离单元以及所述第二膜分离单元，另一端连接燃料气管网。
在本发明的某些实施方式中，所述第一膜分离单元以及所述第二膜分离单元的结构相同，所述第一膜分离单元与第二膜分离单元单独执行氢气浓度提纯或二者叠加设置执行多阶氢气浓度提纯。
在本发明的某些实施方式中，所述第一膜分离单元和第二膜分离单元与所述缓冲罐之间设置有用于反洗的新氢接口，新氢经所述新氢接口通入到所述第一膜分离单元和第二膜分离单元进行反洗。
在本发明的某些实施方式中，所述循环氢回收系统在所述膜分离器与所述循环氢压缩机之间还设置有氢浓度检测装置，所述氢浓度检测装置用于检测由所述循环氢压缩机通入所述膜分离器的氢气浓度，并将检测结果传输给所述膜分离器，所述膜分离器根据所述检测结果确定工作状态，并在所述氢气浓度符合反应所需浓度时停止运行以及在所述氢气浓度低于反应所需浓度时重新启动运行。
本发明还提供了一种循环氢回收方法，应用于上述任一项所述的循环氢回收系统，包括：
步骤a：将进料泵、循环氢压缩机、循环氢分液罐、原料与产物换热器、加热炉、加氢反应器、空冷器、气液分离器以及膜分离器按照预设顺序连接；
步骤b：原料油进入所述进料泵增压与所述循环氢压缩机压缩的循环氢混合；
步骤c：混合后的原料进入所述原料与产物换热器换热后进入所述加热炉加热至反应温度；
步骤d：加热后的原料自上而下流经所述加氢反应器进行化学反应；
步骤e：反应产物经所述原料与产物换热器换热以及所述空冷器冷却后进入所述气液分离器进行油、气分离；
步骤f：分离出的气体经脱硫反应后产生循环氢，与膜分离器处理提浓后的循环氢混合后，通入所述循环氢分液罐减少带液，经由所述循环氢压缩机通入到所述膜分离器进行回收处理；
步骤g：将所述循环氢的氢气浓度提高至反应所需浓度后通入到所述循环氢分液罐。
在本发明的某些实施方式中，所述将进料泵、循环氢压缩机、循环氢分液罐、原料与产物换热器、加热炉、加氢反应器、空冷器、气液分离器以及膜分离器按照预设顺序连接具体为：
将进料泵、原料与产物换热器、加热炉、加氢反应器依次连接，循环氢压缩机一端连接所述循环氢分液罐，另一端则分别连接原料与产物换热器以及膜分离器，循环氢分液罐分别连接循环氢压缩机、气液分离器以及膜分离器，循环氢压缩机一端连接循环氢分液罐，另一端则分别连接原料与产物换热器以及膜分离器，加氢反应器通过加热炉与空冷器以及分离器依次连接。
在本发明的某些实施方式中，所述膜分离器包括用于氢气浓度提纯的第一膜分离单元和第二膜分离单元以及用于废气存储和排放的缓冲罐；所述第一膜分离单元以及所述第二膜分离单元的一端分别与所述循环氢压缩机连接，另一端分别连接所述缓冲罐以及所述循环氢分液罐；所述缓冲罐的一端分别连接所述第一膜分离单元以及所述第二膜分离单元，另一端连接燃料气管网。
在本发明的某些实施方式中，所述方法还包括：在所述第一膜分离单元和第二膜分离单元与所述缓冲罐之间通入新氢，分别对所述第一膜分离单元和第二膜分离单元进行反洗。
在本发明的某些实施方式中，所述方法还包括：检测由所述循环氢压缩机通入所述膜分离器的氢气浓度，并将检测结果传输给所述膜分离器，根据所述检测结果确定所述膜分离器工作状态，并在所述氢气浓度符合反应所需浓度时使所述膜分离器停止运行以及在所述氢气浓度低于反应所需浓度时使所述膜分离器重新启动运行。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
本发明实施例所述循环氢回收系统所述循环氢回收系统包括进料泵、循环氢压缩机、循环氢分液罐、原料与产物换热器、加热炉、加氢反应器、空冷器、气液分离器以及膜分离器；所述进料泵、原料与产物换热器、加热炉、加氢反应器依次连接，其中，所述循环氢分液罐分别连接所述循环氢压缩机、气液分离器以及膜分离器；所述循环氢压缩机一端连接所述循环氢分液罐，另一端则分别连接所述原料与产物换热器以及所述膜分离器；所述加氢反应器通过所述加热炉与所述空冷器以及气液分离器依次连接；原料油进入所述进料泵增压与所述循环氢压缩机压缩的循环氢混合，混合后的原料进入所述原料与产物换热器换热后进入所述加热炉加热至反应温度，自上而下流经所述加氢反应器进行化学反应，反应产物经所述原料与产物换热器换热以及所述空冷器冷却后进入所述气液分离器进行油、气分离，分离出的气体经脱硫反应后产生循环氢，与膜分离器处理提浓后的循环氢混合后，通入所述循环氢分液罐减少带液，经由所述循环氢压缩机通入到所述膜分离器进行回收处理，将所述循环氢的氢气浓度提高至反应所需浓度后通入到所述循环氢分液罐；通过所述膜分离器对循环氢进行回收处理，并件处理后的循环氢重新投入反应，有效避免了将循环氢排放至燃料气管网消耗，同时也不需要额外再补充新鲜氢至循环氢系统，提高了效率，节约了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述循环氢回收系统的原理结构示意图；
图2为本发明实施例所述膜分离器的原理结构示意图；
图3为本发明实施例所述循环氢回收方法的流程示意图。
附图标记说明：
1-进料泵、2-循环氢压缩机、3-循环氢分液罐、4-原料与产物换热器、5-加热炉、6-加氢反应器、7-空冷器、8-气液分离器、9-膜分离器、91-第一膜分离单元、92-第二膜分离单元、93-缓冲罐。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
图1为本发明所述循环氢回收系统的原理结构示意图，参阅图1所示，所述循环氢回收系统包括进料泵1、循环氢压缩机2、循环氢分液罐3、原料与产物换热器4、加热炉5、加氢反应器6、空冷器7、气液分离器8以及膜分离器9；所述进料泵1、原料与产物换热器4、加热炉5、加氢反应器6依次连接，其中，所述循环氢分液罐3分别连接所述循环氢压缩机2、气液分离器8以及膜分离器9；所述循环氢压缩机2一端连接所述循环氢分液罐3，另一端则分别连接所述原料与产物换热器4以及所述膜分离器9；所述加氢反应器6通过所述加热炉5与所述空冷器7以及气液分离器8依次连接。
原料油进入所述进料泵1增压与所述循环氢压缩机2压缩的循环氢混合，混合后的原料进入所述原料与产物换热器4换热后进入所述加热炉5加热至反应温度，自上而下流经所述加氢反应器6进行化学反应，反应产物经所述原料与产物换热器4换热以及所述空冷器7冷却后进入所述气液分离器8进行油、气分离，分离出的油即为产品，送出回收系统利用，分离出的气体经脱硫反应后产生循环氢，与膜分离器9处理提浓后的循环氢混合后，通入所述循环氢分液罐3减少带液，经由所述循环氢压缩机2通入到所述膜分离器9进行回收处理，将所述循环氢的氢气浓度提高至反应所需浓度后通入到所述循环氢分液罐3；通过所述膜分离器9对循环氢进行回收处理，并件处理后的循环氢重新投入反应，有效避免了将循环氢排放至燃料气管网消耗，同时也不需要额外再补充新鲜氢至循环氢系统，节约了成本。
图2为本发明实施例所述膜分离器9的原理结构示意图，结合图2所示，所述膜分离器9包括用于氢气浓度提纯的第一膜分离单元91和第二膜分离单元92以及用于废气存储和排放的缓冲罐93；所述第一膜分离单元91以及所述第二膜分离单元92的一端分别与所述循环氢压缩机2连接，另一端分别连接所述缓冲罐93以及所述循环氢分液罐3；所述缓冲罐93的一端分别连接所述第一膜分离单元91以及所述第二膜分离单元92，另一端连接燃料气管网，循环氢经所述第一膜分离单元91和第二膜分离单元92进行氢气浓度提纯后，循环氢中夹杂的废气进入所述缓冲罐93进行缓冲，通过减压排放至燃料气管网，循环氢则通入到所述循环氢分液罐3进一步进行废气排放后送入所述循环氢压缩机2利用。
在本发明实施例中，所述第一膜分离单元91以及所述第二膜分离单元92的结构相同，所述第一膜分离单元91与第二膜分离单元92可以单独执行氢气浓度提纯或二者叠加设置执行多阶氢气浓度提纯，即根据实际的氢气浓度提纯的需求，可以仅开启所述第一膜分离单元91单独执行氢气浓度提纯或者仅开启所述第二膜分离单元92单独执行氢气浓度提纯，而在某些应用场景下，可能对氢气浓度提纯有更高的需求，此时可以将所述第一膜分离单元91以及所述第二膜分离单元92叠加设置，即将所述第一膜分离单元91提纯后的循环氢继续通入到所述第二膜分离单元92继续提纯，执行多阶氢气浓度提纯，当然，需要说明的是，本发明对所述第一膜分离单元91以及所述第二膜分离单元92的设置方式并无限制，可以根据实际的氢气浓度提纯需求选择。
需要说明的是，在本发明的其他实施方式中，所述膜分离器9内部用于进行氢气浓度提纯的膜分离单元并不限于两个，也可以是三个、四个等，根据实际的生产加工效率以及对氢气浓度提纯的需求可以自行设置匹配数量的膜分离单元。在本发明实施例中，所述氢气纯度在95％以上，将所述氢气浓度由95％提高到96％时可以满足反应条件，所述循环氢系统压力可在10mpa-13mpa之间，所述膜分离器9处理循环氢量可以为循环氢总量10％-40％，相较于现有的循环氢回收系统，处理量要小很多，且具有更好的回收效果。
在上述实施例的基础上，所述第一膜分离单元91和第二膜分离单元92与所述缓冲罐93之间设置有用于反洗的新氢接口，通过分别对所述第一膜分离单元91或第二膜分离单元92两端的压差进行检测，在所述压差较大而影响所述第一膜分离单元91和第二膜分离单元92的正常功能时，将新氢经所述新氢接口通入到所述第一膜分离单元91和第二膜分离单元92进行反洗，反洗后的混合气体送入循环氢分液罐3可以作为循环氢损失的补充，同时不会产生新的污染物。
在上述实施例的基础上，为了避免不必要的氢气浓度提纯的重复操作而导致能量的浪费和设备的损耗，本发明实施例所述的所述循环氢回收系统在所述膜分离器9与所述循环氢压缩机2之间还设置有氢浓度检测装置，所述氢浓度检测装置用于检测由所述循环氢压缩机2通入所述膜分离器9的氢气浓度，并将检测结果传输给所述膜分离器9，所述膜分离器9根据所述检测结果确定工作状态，并在所述氢气浓度符合反应所需浓度时停止运行以及在所述氢气浓度低于反应所需浓度时重新启动运行。
本发明实施例所述循环氢回收系统通过将进料泵1、循环氢压缩机2、循环氢分液罐3、原料与产物换热器4、加热炉5、加氢反应器6、空冷器7、气液分离器8以及膜分离器9按照预设顺序连接后，通过膜分离器9对循环氢进行浓度提纯，并将所述循环氢的氢气浓度提高至反应所需浓度后通入到所述循环氢分液罐3，通过所述膜分离器9对循环氢进行回收处理，并件处理后的循环氢重新投入反应，有效避免了将循环氢排放至燃料气管网消耗，同时也不需要额外再补充新鲜氢至循环氢系统，提高了效率，节约了成本。
基于上述实施例，本发明还提供了一种循环氢回收方法，应用于上述任一实施例所述的循环氢回收系统，图3为本发明所述循环氢回收方法的流程示意图，参阅图3所示，所述循环氢回收方法具体包括如下步骤：
步骤a：将进料泵、循环氢压缩机、循环氢分液罐、原料与产物换热器、加热炉、加氢反应器、空冷器、气液分离器以及膜分离器按照预设顺序连接。
步骤b：原料油进入所述进料泵增压与所述循环氢压缩机压缩的循环氢混合。
步骤c：混合后的原料进入所述原料与产物换热器换热后进入所述加热炉加热至反应温度。
步骤d：加热后的原料自上而下流经所述加氢反应器进行化学反应。
步骤e：反应产物经所述原料与产物换热器换热以及所述空冷器冷却后进入所述气液分离器进行油、气分离。
步骤f：分离出的气体经脱硫反应后产生循环氢，与膜分离器处理提浓后的循环氢混合后，通入所述循环氢分液罐减少带液，经由所述循环氢压缩机通入到所述膜分离器进行回收处理。
步骤g：将所述循环氢的氢气浓度提高至反应所需浓度后通入到所述循环氢分液罐。
在本发明实施例中，所述将进料泵、循环氢压缩机、循环氢分液罐、原料与产物换热器、加热炉、加氢反应器、空冷器、气液分离器以及膜分离器按照预设顺序连接具体为：将进料泵、原料与产物换热器、加热炉、加氢反应器依次连接，循环氢压缩机一端连接所述循环氢分液罐，另一端则分别连接原料与产物换热器以及膜分离器，循环氢分液罐分别连接循环氢压缩机、气液分离器以及膜分离器，循环氢压缩机一端连接循环氢分液罐，另一端则分别连接原料与产物换热器以及膜分离器，加氢反应器通过加热炉与空冷器以及分离器依次连接。
其中，所述膜分离器包括用于氢气浓度提纯的第一膜分离单元和第二膜分离单元以及用于废气存储和排放的缓冲罐；所述第一膜分离单元以及所述第二膜分离单元的一端分别与所述循环氢压缩机连接，另一端分别连接所述缓冲罐以及所述循环氢分液罐；所述缓冲罐的一端分别连接所述第一膜分离单元以及所述第二膜分离单元，另一端连接燃料气管网。循环氢经所述第一膜分离单元和第二膜分离单元进行氢气浓度提纯后，循环氢中夹杂的废气进入所述缓冲罐进行缓冲，通过减压排放至燃料气管网，循环氢则通入到所述循环氢分液罐进一步进行废气排放后送入所述循环氢压缩机利用。
在本发明实施例中，所述第一膜分离单元以及所述第二膜分离单元的结构相同，所述第一膜分离单元与第二膜分离单元可以单独执行氢气浓度提纯或二者叠加设置执行多阶氢气浓度提纯，即根据实际的氢气浓度提纯的需求，可以仅开启所述第一膜分离单元单独执行氢气浓度提纯或者仅开启所述第二膜分离单元单独执行氢气浓度提纯，而在某些应用场景下，可能对氢气浓度提纯有更高的需求，此时可以将所述第一膜分离单元以及所述第二膜分离单元叠加设置，即将所述第一膜分离单元提纯后的循环氢继续通入到所述第二膜分离单元继续提纯，执行多阶氢气浓度提纯，当然，需要说明的是，本发明对所述第一膜分离单元以及所述第二膜分离单元的设置方式并无限制，可以根据实际的氢气浓度提纯需求选择。
需要说明的是，在本发明的其他实施方式中，所述膜分离器内部用于进行氢气浓度提纯的膜分离单元并不限于两个，也可以是三个、四个等，根据实际的生产加工效率以及对氢气浓度提纯的需求可以自行设置匹配数量的膜分离单元。在本发明实施例中，所述氢气纯度在95％以上，将所述氢气浓度由95％提高到96％时可以满足反应条件，所述循环氢系统压力可在10mpa-13mpa之间，所述膜分离器处理循环氢量可以为循环氢总量10％-40％，相较于现有的循环氢回收系统，具有更好的回收效果。
在上述实施例的基础上，本发明实施例在所述第一膜分离单元和第二膜分离单元与所述缓冲罐之间通入新氢，分别对所述第一膜分离单元和第二膜分离单元进行反洗，通过分别对所述第一膜分离单元或第二膜分离单元两端的压差进行检测，在所述压差较大而影响所述第一膜分离单元和第二膜分离单元的正常功能时，将新氢经所述新氢接口通入到所述第一膜分离单元和第二膜分离单元进行反洗，反洗后的混合气体送入循环氢分液罐可以作为循环氢损失的补充，同时不会产生新的污染物。
在上述实施例的基础上，本发明实施例检测由所述循环氢压缩机通入所述膜分离器的氢气浓度，并将检测结果传输给所述膜分离器，根据所述检测结果确定所述膜分离器工作状态，并在所述氢气浓度符合反应所需浓度时使所述膜分离器停止运行以及在所述氢气浓度低于反应所需浓度时使所述膜分离器重新启动运行，可以避免不必要的氢气浓度提纯的重复操作而导致能量的浪费和设备的损耗。
本发明实施例所述循环氢回收方法通过将进料泵、循环氢压缩机、循环氢分液罐、原料与产物换热器、加热炉、加氢反应器、空冷器、气液分离器以及膜分离器按照预设顺序连接后，通过膜分离器对循环氢进行浓度提纯，并将所述循环氢的氢气浓度提高至反应所需浓度后通入到所述循环氢分液罐，通过所述膜分离器对循环氢进行回收处理，并件处理后的循环氢重新投入反应，有效避免了将循环氢排放至燃料气管网消耗，同时也不需要额外再补充新鲜氢至循环氢系统，提高了效率，节约了成本。
在本发明所提供的上述实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。