CN102159679B - 在石油烃脱硫工艺中回收氢气的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于在石油烃脱硫工艺中回收氢气的方法和装置，在这种方法和装置中，从由加氢脱硫得到的燃料馏分中回收氢气，并将所回收的氢气重复使用，由此可最大程度地利用用以生产超低硫柴油的现有加氢脱硫设备，并可同时将燃料馏分中的氢气排放量降到最低，从而降低生产成本。

Description

在石油烃脱硫工艺中回收氢气的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种用于在石油烃脱硫工艺中回收氢气的方法以及使用该方法生产超低硫柴油的装置。更具体地说，本发明涉及一种在石油烃脱硫工艺中回收氢气的方法及装置，其中从通过加氢脱硫而得到的燃料馏分中回收氢气，并且重复利用所回收的氢气，这样可最大限度地使用现有的用以生产超低硫柴油的加氢脱硫设备，并且同时可将燃料馏分中氢气的排放量降到最低，从而降低生产成本。
背景技术
当通过常压蒸馏对含有大量硫的石油进行分馏时，可得到各种石油产品，例如，汽油、灯油(煤油)、轻质油(柴油)、润滑油、重油等等。所有这些石油产品均含有硫化合物，尤其是这些石油产品越接近重油，则硫化合物含量越高。含有大量硫的汽油的易燃性差。此外，含有大量硫的灯油、轻质油和重油会产生含有二氧化硫气体的燃烧气体，从而导致空气污染。
关于这些石油产品的脱硫方法，常规使用的方法有：用硫酸水溶液或氢氧化钠水溶液对石油产品进行洗涤的方法；将石油产品与酸性白粘土相接触以吸附硫的方法等。然而，这些方法存在着除硫不充分以及精炼损耗增加的缺陷。最近，加氢脱硫方法被广泛应用。在加氢脱硫方法中，通过高温高压下的催化反应，使石油馏分中存在的硫化合物——硫醇、链状硫化合物以及环状硫化合物与氢气反应，以分解硫化合物分子，由此将这些硫化合物分解为碳化氢和硫化氢。这种加氢脱硫方法显示出优异的除硫效果，使得石油产品中的硫含量降低至0.1重量％。
最近，在世界范围内，由于对燃料中硫含量的规定变严格了，所以人们对超低硫柴油(硫含量为10ppm以下)的需求也增强了。因此，为了生产超低硫柴油，已经开发出了基于吸附、溶剂萃取等方法的新的脱硫技术。然而，这些新的脱硫技术存在以下缺陷：氢气的过度消耗导致操作成本增加；以及需要大规模的投资，例如对现有的脱硫设备的改造、引入新的工艺设备等等。
因此，目前大部分炼油企业在直接使用现有脱硫设备的情况下，通过控制诸如脱硫催化温度、压力、反应速率之类的工艺参数来生产硫浓度为10ppm以下的超低硫柴油。
然而，如图1所示，用于生产超低硫柴油的常规加氢脱硫工艺是按照如下步骤进行的：利用高压分离塔13，将已通过脱硫塔12的烃馏分分离为燃料馏分、以及氢气和硫化氢的混合气体，其中燃料馏分为塔底馏分；使该混合气体通过硫化氢吸收塔以去除硫化氢，利用压缩机17压缩混合气体，并且使压缩后的混合气体再循环；将燃料馏分转移至汽提塔18，以去除硫化氢(H2S)。然而，由于该常规的加氢脱硫工艺是在50kg/cm2以上的高压、低LHSV(每1m3的催化剂处理的柴油量)以及高的氢气分压的条件下进行的，而处于加氢脱硫塔尾端的高压分离塔也是在高压条件下进行工作的，因此这就产生了以下问题：氢气的溶解度增加，使得大量的氢气溶解在高压分离塔的塔底馏分中，并在之后被释放出来，而释放出的氢气被直接用作燃气，从而降低了氢气的质量等级。也就是说，该常规的加氢脱硫工艺存在如下缺陷：昂贵的氢气被释放出来，随后与价格低廉的燃气混合，然后加以使用，由此增加了总的生产成本。
发明内容
技术问题
因此提出了本发明来解决上述问题，本发明旨在提供一种在石油烃脱硫工艺中回收氢气的方法和装置，这种方法和装置可最大限度地使用现有的用来生产超低硫柴油的加氢脱硫设备，并且同时可将通过加氢脱硫工艺而得到的燃料馏分中氢气的排放量降到最低。
技术方案
为了实现上述目标，本发明人开发了一种通过如下方式回收溶解于石油烃馏分中的氢气的方法和装置，所述方式为：将高压分离塔(其安装在脱硫装置中)尾端(rear end)排放的石油烃馏分顺序通过低压分离塔、低温分离塔和硫化氢吸收塔，以将氢气从烃馏分中分离出来，然后使分离出的氢气再循环。在此基础上，完成了本发明。
因此，本发明提供了一种在石油烃脱硫工艺中回收氢气的方法和装置，这种方法和装置可通过使由加氢脱硫工艺得到的燃料馏分中的氢气排放量降至最低，从而显著降低生产成本。
此外，本发明还提供了一种在石油烃脱硫工艺中回收氢气的方法和装置，这种方法和装置可通过直接利用现有的加氢脱硫设备，并且同时将脱硫工艺中使用的氢气的排放量降至最低，从而显著降低生产成本。
有益效果
根据本发明，在加氢脱硫工艺中，于高压分离塔13的尾端顺序设置了低压分离塔、低温分离塔、硫化氢吸收塔和氢气回收管，并且将从硫化氢吸收塔中排放的氢气回收，由此将包含在由加氢脱硫工艺得到的石油烃馏分中的氢气分离、回收以及重复利用，从而可将因昂贵的氢气和价格低廉的石油烃馏分的混合而导致的生产成本降到最低，并且可以以低的成本生产超低硫柴油，从而增强了竞争力。
附图说明
图1为示出了常规的加氢脱硫工艺的示意图；并且
图2为示出了根据本发明的采用加氢脱硫工艺的氢气回收过程的示意图。
<附图标号说明>
1.石油烃
2，4.再循环的氢气
3.补充的氢气
11.加热炉
12.脱硫塔
13.高压分离塔
14.低压分离塔
15.低温分离塔
16.硫化氢吸收塔
17.压缩机
18.汽提塔
19.用于补充氢气的压缩机
最佳实施方式
本发明的一个实施方案提供了在石油烃脱硫工艺中回收氢气的方法，该方法包括：使用脱硫塔从石油烃和氢气的混和物除去硫；使用高压分离塔将该混合物分离为石油烃馏分、以及氢气混和物；使石油烃馏分通过低压分离塔，以将其分离为超低硫石油烃、以及氢气和硫化氢的混合物；使所述的氢气和硫化氢的混合物通过低温分离塔，以分离出该混合物中的轻质油馏分；使已除去了轻质油馏分后剩余的氢气和硫化氢的混合物通过硫化氢吸收塔以获得氢气；以及使由该硫化氢吸收塔获得的氢气再循环。
本发明的另一个实施方案提供了用于在石油烃脱硫工艺中回收氢气的装置，包括：脱硫塔，其用于从石油烃和氢气的混和物除去硫；高压分离塔，其用于将该混合物分离为石油烃馏分、以及氢气混和物；低压分离塔，使石油烃馏分通过低压分离塔，以将其分离为超低硫石油烃、以及氢气和硫化氢的混合物；低温分离塔，使所述的氢气和硫化氢的混合物通过低温分离塔，以分离出该混合物中的轻质油馏分；硫化氢吸收塔，使已除去轻质油馏分后剩余的氢气和硫化氢的混合物通过硫化氢吸收塔，以获得氢气；以及用于使由该硫化氢吸收塔得到的氢气再循环的装置。
在下文中，将结合附图详细描述本发明的优选实施方式。
如图2所示，本发明除去氢气的方法为一种新的分离并回收包含在经过加氢脱硫工艺的石油烃馏分中的氢气的方法，所述方法在用以生产超低硫柴油的加氢脱硫工艺中的高压分离塔13的尾端，顺序设置了低压分离塔14、低温分离塔15、硫化氢吸收塔16以及氢气回收管。
下面将对图2所示的本发明在加氢脱硫工艺中回收氢气的方法进行描述。
在图2中，作为脱硫工艺中主要原料的石油烃1可以为沸点在180℃-450℃且硫含量为约2,000ppm-15,000ppm的灯油、轻质油或柴油。将石油烃1与氢气混合，随后使其通过加热炉11以将其预热至280℃-360℃，该温度是脱硫处理所需的温度。在这种情况下，为了加热石油烃和氢气的混和物，可增设一个或多个热交换器。
将加热后的石油烃和氢气的混和物提供给脱硫塔12。脱硫塔12填充有用于深度脱硫的NiMo和/或CoMo催化剂，并且脱硫塔12中的压力为40kg/cm2g-80kg/cm2g。已通过脱硫装置12的石油烃中的硫含量非常低。也就是说，除了硫化氢(H2S)外，该石油烃的硫含量为10ppm或更低。
使其硫含量经由脱硫塔12而大幅降低的氢气和石油烃的混和物通过高压分离塔13，从而使其分离为氢气和硫化氢的混和气体、以及包含氢气的石油烃馏分。高压分离塔13的工作温度为200℃-260℃，压力为35kg/cm2g-75kg/cm2g。由高压分离塔13的顶部分离出氢气和硫化氢的混合气体，使该混合气体通过填充有胺的硫化氢吸收塔，以通过吸附作用除去混和气体中的硫化氢，之后通过压缩机17进行压缩，随后使之再循环。同时，由于高压分离塔13是在高压条件下工作的，因此使氢气的溶解度增加，从而使得超低硫石油烃(对应于高压分离塔13底部的馏分)包含了大量的氢气，这种包含了大量氢气的超低硫石油烃从高压分离塔13的底部排出。
因此，在本发明中，为了回收从高压分离塔13底部排出的包含氢气的石油烃中的氢气，使包含氢气的石油烃馏分通过低压分离塔14。低压分离塔14通过建立低压环境，以使由于高压分离塔13(其设置在低压分离塔14的前端)中的高压条件而溶解在石油烃中的氢气以气体的形式挥发出来，从而起到分离氢气的作用。为了最大程度地分离出氢气，低压分离塔14的最佳工作条件可以为：温度为200℃-260℃，并且压力为25kg/cm2g-35kg/cm2g。
使由低压分离塔14分离出的氢气和硫化氢的混合气体通过低温分离塔15。由低压分离塔14顶部分离出的混和气体除了包含氢气和硫化氢之外，还包含极少量的石油烃。当该混合气体通过低温分离塔15时，具有相对较高的露点的石油烃被冷凝为液体形式，从而将该石油烃从混合气体中分离出来。因此，氢气和硫化氢的混合气体从低温分离塔15的顶部排出，而石油烃馏分从其底部排出。低温分离塔15的最佳工作条件可为：温度为38℃-50℃，并且压力为25kg/cm2g-35kg/cm2g。
从低温分离塔15的顶部排出的氢气和硫化氢的混合气体被引入填充有胺的硫化氢吸收塔16中。当在脱硫工艺中循环利用含有硫化氢的氢气时，硫化氢会造成诸如压缩机之类的装置的腐蚀，并阻碍脱硫工艺中加氢脱硫反应的进行。因此，硫化氢吸收塔16通过用吸附剂吸附硫化氢，从而起到回收并且仅循环使用纯的氢气的作用。吸附剂的例子可包括(但不限于)：胺、氨、氢氧化钠、氢氧化钙等等，优选胺。
将通过硫化氢吸收塔16回收得到的氢气2传输到用以补充氢气的压缩机19的入口管，随后将其与由高压分离塔13顶部分离出的用于再循环的再循环氢气4以及并入的补充氢气3进一步混合，然后使其与石油烃1一起再循环。
本发明的实施方式
下文中，将结合以下实施例来更为详细地描述本发明。然而，本发明的保护范围不限于此。
实施例1
如图2所示，将使用根据本发明的氢气回收方法和装置生产超低硫柴油时的氢气年消耗量及氢气使用成本、与使用常规技术生产超低硫柴油时的氢气年消耗量及氢气使用成本进行对比，其中，本发明的方法和装置通过在加氢脱硫工艺中的高压分离塔的尾端顺序设置低压分离塔、低温分离塔、硫化氢吸收塔以及氢气回收管来回收氢气。结果如下表1所示：
[表1]
Figure BPA00001330580100071
※ SK能源No.6MDU工艺操作所得结果，氢气229韩元/nm3，350天/年
如上表1所示，在使用本发明的氢气回收方法和装置来生产超低硫柴油时，将占超低硫柴油生产成本的50％以上的昂贵氢气的成本大幅降低5％以上，其中，本发明的方法和装置通过在加氢脱硫工艺中的高压分离塔13的尾端顺序设置低压分离塔、低温分离塔、硫化氢吸收塔以及氢气回收管来回收氢气。

Claims (4)

1.一种在石油烃脱硫工艺中回收氢气的方法，其包括：
(a)使用脱硫塔从石油烃和氢气的混和物除去硫，以制备硫含量为10ppm或更低的经脱硫的石油烃；
(b)使用高压分离塔将所述经脱硫的石油烃分离为作为底部馏分的含有氢气的石油烃馏分、以及作为顶部馏分的氢气和硫化氢的混和气体；
(c)使得自步骤(b)的所述石油烃馏分通过低压分离塔，以将所述石油烃馏分分离为超低硫石油烃、以及氢气、硫化氢和轻质油馏分的气体混合物；
(d)使在步骤(c)分离的所述气体混合物通过低温分离塔，以分离出所述气体混合物中的所述轻质油馏分；
(e)使在步骤(d)中已分离出轻质油馏分后剩余的氢气和硫化氢的气体混合物通过硫化氢吸收塔以获得氢气；以及
(f)使在步骤(e)中由所述硫化氢吸收塔得到的氢气再循环。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述低压分离塔是在压力为25kg/cm2g-35kg/cm2g且温度为200℃-260℃的条件下进行工作的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述低温分离塔是在温度为38℃-50℃且压力为25kg/cm2g-35kg/cm2g的条件下进行工作的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述石油烃为沸点在180℃-450℃范围内的灯油、轻质油或柴油。
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