CN104031682B - 炼厂干气浅冷吸附-吸收分离氢气、乙烯方法 - Google Patents

Abstract

炼厂干气浅冷吸附-吸收分离提取氢气、乙烯方法，包括如下步骤：S1.对经过预处理、压力为0.5-1兆帕的炼厂干气进行第一次吸附，S2.步骤S1中的富乙烯干气经过加压至1-2兆帕后进入浅冷吸收步骤，S3.所述步骤S2中浅冷吸收步骤得到的吸收液进入解吸步骤。本发明还公开了一种炼厂干气浅冷吸附-吸收分离提取氢气、乙烯装置，由第一吸附塔、第二吸附塔、浅冷吸收塔、解吸塔、膨胀机、压缩机、预处理单元组成。本发明采用浅冷吸收及在浅冷吸收前先行进行低压吸附分离浓缩碳二，减少了氢气等不凝气进入浅冷吸收单元，从而降低了吸收的操作负荷及能耗，减小了成本的投入。

Description

炼厂干气浅冷吸附-吸收分离氢气、乙烯方法

技术领域

本发明涉及炼厂干气的分类回收领域，涉及一种炼厂干气浅冷吸附-吸收分离提取氢气、乙烯方法及装置。

背景技术

炼厂干气中的有用组份主要为氢气、轻烯烃和轻烷烃等。这些组份在炼厂干气中都是很有价值的，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。

从炼厂干气中回收氢气、轻烯烃和轻烷烃的技术主要有冷油吸收分离法、膜分离法、吸附分离法等工艺。

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。

膜分离法是在一定压力下，利用进料气中各组份在膜中渗透速率的差异进行分离的。膜分离法回收FCC干气中氢气的装置于1987年在美国庞卡城建成，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%。而且在回收乙烯、乙烷方面，还没有相关采用用膜分离的方案提出。

冷油吸收分离技术是利用原料中各组份相对挥发度的差异（沸点差），通过气体透平膨胀制冷，在低温下将干气中各组份按工艺要求冷凝下来，不易冷凝的氢气最先得到，氢气回收率为70-80%，纯度为70-90%。其后用精馏法将其中的各类烃逐一分离，乙烯收率一般为90%以上。深冷分离具有可同时回收氢气及乙烯乙烷、工艺成熟、回收率相对较高等优点，一般适合处理大量干气的场合，尤其适合于炼厂集中地区，深冷分离缺点在于产品纯度不高，且能耗较高。

发明内容

本发明的目的即在于克服现有的吸附分离法、膜分离法以及冷油吸收分离法各自单独进行练厂干气处理的局限，提供一种炼厂干气浅冷吸附-吸收分离提取氢气、乙烯方法及装置。

本发明所述炼厂干气浅冷吸附-吸收分离提取氢气、乙烯方法，包括如下步骤：

S1对经过预处理、压力为0.5-1兆帕的炼厂干气进行第一次吸附，第一次吸附时的温度在5-20摄氏度得到富乙烯干气及浓缩气，其中富乙烯干气为第一次吸附解吸气，主要组分为碳二组分气体，浓缩气主要组分为氢气；

S2步骤S1中的富乙烯干气经过加压至1-2兆帕后进入浅冷吸收步骤，所述浅冷吸收步骤的吸收温度与第一次吸附温度相同，所述浅冷吸收步骤中的不凝气体膨胀后返回到步骤S1再次进行吸附；步骤S1中的浓缩气在常温下进入第二次吸附得到产品氢气；

S3所述步骤S2中浅冷吸收步骤得到的吸收液进入解吸步骤，解吸步骤对吸收液进行解吸分离，得到吸收剂和碳二组分，其中吸收剂被步骤S2回收利用，碳二组分进一步精馏得到乙烯；

所述主要组分为气体中摩尔百分比最大的气体，所述碳二组分为分子式中包括2个以上碳原子的烷烯烃类。

优选的，所述步骤S1中还包括在第一次吸附之前的对炼厂干气预处理步骤，所述预处理包括对炼厂干气的脱酸气和干燥。

优选的，所述步骤S2中的不凝气体膨胀所产生的冷量供浅冷吸收步骤自身使用。

优选的，所述第一、第二次吸附为变压吸附。

本发明还公开了一种炼厂干气浅冷吸附-吸收分离提取氢气、乙烯装置，由第一吸附塔、第二吸附塔、浅冷吸收塔、解吸塔、冷量回收系统、压缩机、预处理单元组成；所述冷量回收系统为利用输入气体膨胀制冷的装置；所述第一吸附塔的底部出口与浅冷吸收塔的底部入口连接，第一吸附塔顶部出口与第二吸附塔的底部入口连接，所述浅冷吸收塔的顶部出口与冷量回收系统的入口连接，浅冷吸收塔的底部出口与解吸塔入口连接；所述解吸塔底部出口与浅冷吸收塔的吸收剂入口连接，所述冷量回收系统出口与第一吸附塔前置预处理单元入口连接，所述压缩机连接在第一吸附塔与浅冷吸收塔之间的管路上。

优选的，其特征在于，所述冷量回收系统由膨胀机和冷箱组成。

优选的，其特征在于，还包括精馏塔，所述精馏塔的中部入口与解吸塔塔顶出口连接。

采用本发明所述的炼厂干气浅冷吸附-吸收分离提取氢气、乙烯方法及装置，将炼厂干气通过浅冷油吸收和变压吸附，分别得到高纯度氢气和碳二及碳二以上组份，采用浅冷回收及在浅冷吸收前先行进行低压吸附分离，进一步节约了冷量，从而降低了能耗，减小了成本的投入。

附图说明

图1为本发明所述炼厂干气浅冷分离吸收氢气、乙烯的一种具体实施方式结构示意图。

具体实施方式

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。

实施例1

将氢气含量56.2%、乙烷含量7.2%、乙烯含量6.2%、甲烷含量22.2%、氮气含量5.5%、碳二以上组分含量0.9%、酸性气体含量1.8%（本文中提到的气体百分比均为体积百分比）、压力为1兆帕的炼厂干气进行预处理。再将预处理后的炼厂干气的温度降低至5至10摄氏度，进入第一吸附塔进行第一次吸附，第一次吸附时的温度控制在5至10摄氏度；进入时的压力不变。

本领域技术人员清楚的是，低压吸附为现有工艺，对于其原理，此处不再赘述。在本步骤中，第一吸附塔内装填的吸附剂吸附碳二组分、少量的氢气、甲烷、氮气和碳二以上组分，未被吸附的氢气、甲烷和氮气组成浓缩气从塔顶排出。在吸附剂再生时，被吸附的碳二组分（主要是乙烯、乙烷）、少量的氢气、甲烷、氮气和碳二组分从吸附剂上脱离，组成富乙烯干气。富乙烯干气主要成分为碳二组分气体，浓缩气主要组分为氢气；所述主要组分为气体中摩尔百分比最大的气体；本文中所述的碳二组分，是指含有两个以上碳原子的各种烷烯烃等。

步骤S1中得到的富乙烯干气经过加压至1-2兆帕后进入浅冷吸收步骤，所述浅冷吸收步骤的吸收温度与第一次吸附温度相同，所述浅冷吸收步骤中的不凝气体膨胀后返回到预处理单元及步骤S1再次进行吸附；步骤S1中的浓缩气经过加压至1-2兆帕，在常温下进入第二吸附塔进行第二次吸附得到产品氢气。所述常温为通常的环境温度，范围在0-40摄氏度。

S3所述步骤S2中浅冷吸收步骤得到的吸收液进入解吸步骤，解吸步骤对吸收液进行解吸分离，得到吸收剂和碳二组分，其中吸收剂被步骤S2回收利用，碳二组分进一步精馏得到乙烯。

上述方法的实现装置由第一吸附塔、第二吸附塔、浅冷吸收塔、解吸塔、冷量回收系统、压缩机组成；所述冷量回收系统为利用输入气体膨胀制冷的装置；所述第一吸附塔的底部出口与浅冷吸收塔的底部入口通过压缩机连接，第一吸附塔顶部出口与第二吸附塔的底部入口连接，所述浅冷吸收塔的顶部出口与冷量回收系统的入口连接，浅冷吸收塔的底部出口与解吸塔入口连接；所述解吸塔底部出口与浅冷吸收塔的吸收剂入口连接，所述冷量回收系统出口与前置第一吸附塔的预处理单元入口连接，所述压缩机连接在第一吸附塔与浅冷吸收塔之间的管路上。

第一吸附塔通过自身吸附剂再生得到富乙烯干气，再生温度控制在零至十摄氏度，采用抽真空再生方式。第一吸附塔与浅冷吸收塔之间通过压缩机加压至1-2兆帕，吸收温度与第一吸附塔吸附温度相同。从第一吸附塔再生出来的富乙烯干气，经过加压进入浅冷吸收塔底。而吸收液从浅冷吸收塔顶部进入进行吸收。吸收了碳二组分的吸收液利用自身重力或经泵输入解吸塔顶部，进行解吸。解吸方式按照常规解吸即可。被解吸出来的吸收剂可以从解吸塔底部经循环泵及连接管道返回到浅冷吸收塔顶部循环使用，提高吸收剂的循环利用率。解吸塔顶部流出碳二组分，进一步进入常规的精馏塔进行精馏，得到高纯度的乙烯及其它组分。第一吸附塔顶排出的富氢气进入第二吸附塔底部进行吸附与再生，从第二吸附塔塔顶排出高纯度的氢气。第二吸附塔再生时，从塔顶将再生气排出放空。

本发明第一次吸附采用低压浅冷吸附的优越性在于：

第一，在低压浅冷条件，第一次变压吸附吸附的碳二组分抽真空再生时，比常规变压吸附的抽真空再生更彻底，从而得到的富乙烯气浓度达到最大，进入浅冷吸收原料损失减少到最小；

第二，通过第一次变压吸附，使得原料气组分进行第一次的分离得到的富含氢气的浓缩气直接进入第二次吸附塔进行精提氢气起到了粗提及保护作用，提高了氢气的收率与纯度；

第三，通过第一次变压吸附分离出大量的氢气等不凝气体，由此大大减少了进入浅冷吸收单元的不凝气体负荷，进而也大大降低了浅冷吸收的负荷，包括吸收剂消耗量、能耗、设备尺寸等，相应减少了投资与操作成本

本实施例中得到的氢气收率为92%，纯度可达99%以上。

实施例2

本实施例与在实施例1的基础上，对解吸塔的塔顶排出的碳二混合物进行进一步处理，增加了精馏塔，所述精馏塔的中部入口与解吸塔塔顶出口连接

解吸塔塔顶排出物送入精馏塔进行精馏，精馏塔顶流出碳二组分，可直接进入乙烯精馏塔、得到高纯度的产品乙烯，精馏塔底流出的重组分可直接送入乙烷裂解炉、得到高纯度的产品乙烯。

本实施例中，对炼厂干气中的乙烯回收率可达90%，回收纯度达到99%。

实施例3

本实施例与实施例2采用的装置和方法相同，输入炼厂干气的气体组分为氢气含量41.4%、乙烷含量11.3%、乙烯含量8.4%、甲烷含量21.4%、氮气含量11%、碳二以上组分含量2.9%、酸性气体含量3.6%，炼厂干气压力为1兆帕；炼厂干气的温度降低至5摄氏度，第一次吸附时的温度控制在5摄氏度；进入时的压力为1兆帕，所得到的氢气回收率为90%，回收纯度为99%以上，乙烯回收率可达92%，回收纯度达到99%。

实施例4

本实施例在实施例3的基础上，进一步增加了对原料气炼厂干气的脱酸气和干燥步骤，可以利用现有的低温甲醇洗工艺除去炼厂干气中的酸性气体，该酸性气体包括二氧化碳、二氧化硫、硫化氢等；可以采用活性碳变温吸附塔对脱酸气后的气体进行干燥，以进一步提高炼厂干气的分离提纯度，同时减少冷量消耗。

输入炼厂干气的气体组分为氢气含量50%、乙烷含量7.9%、乙烯含量7.3%、甲烷含量16.4%、氮气含量12%、碳二以上组分含量3.4%、酸性气体含量3%，炼厂干气压力为0.8兆帕；炼厂干气的温度降低至八摄氏度，第一次吸附时的温度控制在7至10摄氏度；进入时的压力为0.8兆帕，所得到的氢气回收率为91%，回收纯度为99%以上，乙烯回收率可达92%，回收纯度达到98%以上。

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。

Claims (4)

1.炼厂干气浅冷吸附-吸收分离提取氢气、乙烯方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1对经过预处理、压力为0.5-1兆帕的炼厂干气进行第一次吸附，第一次吸附时的温度在5-20摄氏度，得到富乙烯干气及浓缩气，其中富乙烯干气为第一次吸附的解吸气，主要组分为碳二组分气体，浓缩气主要组分为氢气；

S2步骤S1中的富乙烯干气经过加压至1-2兆帕后进入浅冷吸收步骤，所述浅冷吸收步骤的吸收温度与第一次吸附温度相同，所述浅冷吸收步骤中的不凝气体膨胀后返回到预处理及步骤S1再次进行吸附；步骤S1中的浓缩气，在常温下进入第二次变压吸附得到产品氢气；

S3所述步骤S2中浅冷吸收步骤得到的吸收液进入解吸步骤，解吸步骤对吸收液进行解吸分离，得到吸收剂和碳二组分，其中吸收剂被步骤S2回收利用，碳二组分进一步精馏得到乙烯；

所述主要组分为气体中摩尔百分比最大的气体，所述碳二组分为分子式中包括2个以上碳原子的烷烯烃类。

2.如权利要求1所述的炼厂干气浅冷吸附-吸收分离提取氢气、乙烯方法，其特征在于，所述步骤S1中还包括在第一次吸附之前的对炼厂干气预处理步骤，所述预处理包括对炼厂干气的脱酸气和干燥。

3.如权利要求1所述的炼厂干气浅冷吸附-吸收分离提取氢气、乙烯方法，其特征在于，所述步骤S2中的不凝气体膨胀所产生的冷量供浅冷吸收步骤自身使用。

4.如权利要求1所述的炼厂干气浅冷吸附-吸收分离提取氢气、乙烯方法，其特征在于，所述第一、第二次吸附为变压吸附。