CN104289071B

CN104289071B - 炼厂气的处理方法和炼厂气处理设备

Info

Publication number: CN104289071B
Application number: CN201310301224.1A
Authority: CN
Inventors: 施俊林; 孙建怀; 郭守权; 侯庆贺
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2013-07-17
Publication date: 2018-02-09
Anticipated expiration: 2033-07-17
Also published as: CN104289071A

Abstract

本发明涉及一种炼厂气的处理方法及其实施设备，该方法包括：（1a）将氢气含量为45体积%以上的炼厂气进行脱水，并将脱水后的炼厂气进行变压吸附，收集未被吸附的氢气，将经过变压吸附产生的解吸气进行压缩和冷却，得到第一气液混合物；（1b）将氢气含量为10体积%以下的炼厂气进行压缩和冷却，得到第二气液混合物；（2）将第一气液混合物和/或第二气液混合物进行气液分离，将分离出的气相依次进行水洗、脱水和过滤，得到富乙烷气，将分离出的液相进行脱水。根据本发明的所述炼厂气的处理方法，可以回收较高纯度的氢气，而且回收的富乙烷气中碳二和碳三含量较高，且空气、甲烷含量明显较低，可直接用作优质的乙烯裂解原料。

Description

炼厂气的处理方法和炼厂气处理设备

技术领域

本发明涉及一种炼厂气的处理方法，以及实施该处理方法的炼厂气处理设备。

背景技术

炼厂气中PSA解吸气、歧化汽提塔顶气、加氢燃料气等含有较多的碳二及碳三烷烃，是优质的乙烯裂解原料。在通常情况下，炼厂气直接作为燃料，利用率极低，回收难度很大。目前，对炼厂气进行处理的方法主要有以下几类：

（1）直接作为燃料。混入高瓦系统做加热炉的燃料，燃烧提供热量。然而炼厂气中富含碳二及碳三经处理后去乙烯裂解的市场价格远远要高于做燃料气的价格，大量的碳二及碳三作为燃料，势必造成了严重的资源浪费，从工业上来说，经济性很差。

（2）吸收稳定法。利用轻油作为吸收剂，将炼厂气中液化气组分进行吸附，解吸塔解吸。吸收稳定法具有流程简单，投资低等特点，但是回收率不高，装置受原料气性质、流量变化影响较大。

（3）中冷油吸收法。利用吸收剂对干气中各组分的溶解度不同来分离气体混合物。一般用吸收剂吸收碳二及其以上重组分，分离出甲烷、氢、氮气等不凝气，再用精馏方法分离吸收剂中的各组分。该方法存在对原料的适应性差、碳二回收率低，产品纯度较低等缺点。

（4）深冷分离法。利用膨胀机制冷来获取冷量，将炼厂气进行冷凝-精馏分离。但是该工艺装置流程复杂，投资、能耗相对较高，且操作难度较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的炼厂气的处理方法以及炼厂气的处理设备。

本发明提供了一种炼厂气的处理方法，该方法包括以下步骤：（1a）将氢气含量为45体积%以上的炼厂气进行脱水，并将脱水后的炼厂气进行变压吸附，收集未被吸附的氢气，将经过变压吸附产生的解吸气进行压缩和冷却，得到第一气液混合物；（1b）将氢气含量为10体积%以下的炼厂气进行压缩和冷却，得到第二气液混合物；（2）将第一气液混合物和/或第二气液混合物进行气液分离，将分离出的气相依次进行水洗、脱水和过滤，得到富乙烷气，将分离出的液相进行脱水。

本发明还提供了一种炼厂气处理设备，该设备包括：第一脱水塔、变压吸附塔、第一压缩机、第一换热器、第一缓冲罐、第二压缩机、第二换热器、第二缓冲罐、水洗塔、第二缓冲罐、第二脱水塔、过滤器、脱水罐和容器，第一脱水塔、变压吸附塔、第一压缩机和第一换热器依次连通，第一缓冲罐、第二压缩机和第二换热器依次连通，第一换热器和第二换热器与第二缓冲罐连通，第二缓冲罐的上部与水洗塔连通，水洗塔、第二缓冲罐、第二脱水塔和过滤器依次连通，第二缓冲罐的下部与脱水罐连通，脱水罐与容器连通。

根据本发明的所述炼厂气的处理方法具有以下优点：

（1）利用组合处理工艺，收集的氢气的纯度高达98体积%以上，富乙烷气中C5+的含量为2体积%以下，C2和C3的总含量为70-85体积%。回收的氢气可以作为氢气资源，回收的富乙烷气能够直接满足乙烯裂解装置的原料要求。

（2）通过在变压吸附过程之前设置脱水过程，可以避免由于炼厂气中氯、氧和水的引入而导致变压吸附塔中的丝网腐蚀。

（3）通过在收集富乙烷气之前设置水洗、脱水和过滤过程，能够防止富乙烷气中引入粉尘以及润滑油等杂质，减轻了对下游装置的冲击。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的炼厂气的处理设备的示意图；

图2是对比例1中实施炼厂气的处理方法的设备的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供的炼厂气的处理方法包括以下步骤：

（1a）将氢气含量为45体积%以上的炼厂气进行脱水，并将脱水后的炼厂气进行变压吸附，收集未被吸附的氢气，将经过变压吸附产生的解吸气进行压缩和冷却，得到第一气液混合物；

（1b）将氢气含量为10体积%以下的炼厂气进行压缩和冷却，得到第二气液混合物；

（2）将第一气液混合物和/或第二气液混合物进行气液分离，将分离出的气相依次进行水洗、脱水和过滤，得到富乙烷气，将分离出的液相进行脱水。

在步骤（1a）中，所述脱水的条件可以包括：温度为25-45℃，压力为0.4-0.5MPa。在本发明中，压力是指表压。

在步骤（1a）中，所述变压吸附过程可以包括吸附步骤、均压步骤、逆放步骤和抽真空步骤。所述吸附步骤的条件可以包括：温度为25-45℃，压力为0.35-0.47Mpa；均压步骤的条件可以包括：温度为25-45℃，压力为0.09-0.35MPa；所述逆放步骤的条件就可以包括：温度为25-45℃，操作压力为0.03-0.09MPa；所述抽真空步骤的条件可以包括：温度为25-45℃，真空度为0.03-0.07MPa。在本发明中，真空度是指系统压强的实际数值低于大气压强的数值，即，真空度=大气压强-绝对压强。

在步骤（1a）中，解吸气的压缩过程可以在压缩机中进行，所述压缩机的入口温度可以为25-45℃，压力可以为0.001-0.025MPa，压缩机出口的温度可以为60-70℃，压力可以为1.2-1.5MPa。

在步骤（1a）中，冷却过程优选使解吸气冷却至25-35℃。

在步骤（1b）中，所述压缩过程可以在压缩机中进行，所述压缩机的入口温度可以为25-35℃，压力可以为0.05-0.1MPa，压缩机出口的温度可以为70-90℃，压力可以为1.2-1.5MPa。

在步骤（1b）中，冷却过程优选使炼厂气冷却至25-35℃。

在步骤（2）中，所述气液分离的实施条件可以包括：温度为25-40℃，压力为1.2-1.5MPa。

在步骤（2）中，所述水洗的条件可以包括：温度为20-35℃，压力为0.9-1.2MPa，注水量为0.1-10t/h。

在步骤（2）中，对气相进行脱水的条件可以包括：温度为20-35℃，压力为0.9-1.2MPa。

在步骤（2）中，对液相进行脱水的条件可以包括：温度为20-35℃，压力为0.4-0.5MPa。

在步骤（2）中，所述过滤过程的过滤精度优选为25μm。

在步骤（1a）和步骤（2）中，步骤（1a）中的脱水过程和步骤（2）中对经过水洗后的气相进行脱水的过程优选分别在填料脱水塔中进行。在这种情况下，可以获得较好的脱水效果。

在氢气含量为45体积%以上（如45-85体积%）的炼厂气中，除氢气之外，通常还可以含有10-20体积%的C2-C3的轻烃和0.1-1体积%的C5+烃。该炼厂气例如可以为PSA解吸气、歧化尾气、加氢低分气等。优选情况下，氢气含量为45体积%以上的炼厂气中的氧含量为100ppm（体积）以下。

在氢气含量为10体积%以下（0.5-10体积%）的炼厂气中，除氢气之外，通常还可以含有60-90体积%的C2-C3的轻烃和0.1-1.0体积%的C5+烃。该炼厂气例如可以为汽提塔顶气、加氢燃料气等。

本发明还提供了一种炼厂气处理设备，如图1所示，该设备包括：第一脱水塔1、变压吸附塔2、第一压缩机3、第一换热器4、第一缓冲罐5、第二压缩机6、第二换热器7、第二缓冲罐8、水洗塔9、第二缓冲罐10、第二脱水塔11、过滤器12、脱水罐13和容器15，第一脱水塔1、变压吸附塔2、第一压缩机3和第一换热器4依次连通，第一缓冲罐5、第二压缩机6和第二换热器7依次连通，第一换热器4和第二换热器7与第二缓冲罐8连通，第二缓冲罐8的上部与水洗塔9连通，水洗塔9、第二缓冲罐10、第二脱水塔11和过滤器12依次连通，第二缓冲罐8的下部与脱水罐13连通，脱水罐13与容器15连通。

优选地，在脱水罐13和容器15之间设置有泵14。

所述第一脱水塔1和所述第二脱水塔11各自可以为各种常规的脱水塔。优选情况下，所述第一脱水塔1和所述第二脱水塔11各自为填料脱水塔。填料脱水塔中填装的填料可以为能够吸附水的各种常规的填料。

在本发明中，所述过滤器12优选为25μm-100μm过滤器，用于滤除气体中携带的粉尘等杂质。

以下结合本发明提供的所述炼厂气处理设备对所述炼厂气的处理方法进行具体描述。

（1）混合原料气1（即氢气含量为45体积%以上的炼厂气）经脱水塔1脱水，脱水后进入变压吸附器2进行变压吸附，未被吸附的氢气经过压缩后进行收集，另外的气体组分在变压吸附过程中经过吸附、均压、逆放和抽真空之后解吸，该解吸气随后进入压缩机3中进行压缩，在换热器4中进行冷却，随后进入缓冲罐8。

（2）混合原料气2（即氢气含量为10体积%以下的炼厂气）进入缓冲罐5缓冲，随后进入压缩机6中进行压缩，在换热器7中进行冷却，随后进入缓冲罐8。

（3）在缓冲罐8中进行气液分离，液相经自压进入脱水罐13中脱水，脱水后凝液经泵14压缩至容器15中进行脱水，从容器的底部收集石脑油；气相注入水洗塔9中进行水洗，之后进入缓冲罐10中缓冲，随后进入脱水塔11中进行脱水，然后通过过滤器12进行过滤，过滤之后即得富乙烷气。

下面描述根据本发明的一种优选实施方式的每个步骤的具体操作条件和操作过程：

（1）脱水塔1的操作条件和操作方法：

操作条件：操作温度为25-45℃，操作压力为0.4-0.5MPa。

操作方法：混合原料气1从水洗塔底部进入，利用填料进行脱水，脱水后进入变压吸附缓冲罐。

（2）变压吸附器2的操作条件和操作方法：

吸附操作条件：操作温度为25-45℃，操作压力为0.35-0.47MPa。

均压操作条件：操作温度为25-45℃，操作压力为0.09-0.35MPa。

逆放操作条件：操作温度为25-45℃，操作压力为0.03-0.09MPa。

抽真空操作条件：操作温度为25-45℃，真空度为0.03-0.07MPa。

操作方法：混合气从吸附塔底部进入吸附塔，利用吸附剂对混合气中烃类进行吸附。吸附塔顶部产氢气进入氢气压缩机升压。吸附后气体经均压、均降、逆放、抽真空后产解吸气进入解吸气压缩机升压。

（3）压缩机的操作条件和操作方法：

氢气压缩过程在氢气压缩机中进行，氢气压缩机的操作条件包括：压缩机入口：操作温度为25-45℃，操作压力为0.4-0.5MPa；压缩机出口：操作温度为70-80℃，操作压力为1-1.2MPa。

操作方法：吸附塔回收氢气经氢气压缩机入口缓冲罐后进入氢气压缩机，氢气压缩机采用二级压缩，中间设置级间冷却器，冷却器采用循环水冷却。压缩后氢气做加氢原料。

解吸气压缩机的操作条件包括：压缩机入口：操作温度为25-45℃，操作压力为0.001-0.025MPa；压缩机出口：操作温度为60-70℃，操作压力为1.2-1.5MPa。

操作方法：吸附塔解吸、逆放出气体进入解吸气压缩机入口缓冲罐脱水，压缩机采用三级压缩，中间设置级间冷却器，冷却器采用循环水冷却。压缩后气体进入缓冲分液罐。

轻烃压缩机的操作条件：压缩机入口：操作温度为20-35℃，操作压力为0.05-0.10MPa；压缩机出口：操作温度为70-90℃，操作压力为1.2-1.5MPa。

操作方法：原料气2经缓冲罐进入轻烃压缩机，压缩机采用二级压缩，中间设置级间冷却器，冷却器采用循环水冷却。压缩后气体进入缓冲分液罐。

（4）缓冲罐8的操作条件和操作方法：

操作条件：操作温度为20-35℃，操作压力为1.2-1.5MPa。

操作方法：经压缩机3压缩并经过换热器4冷却后的解吸气和/或经过压缩和冷却后的炼厂气进入缓冲罐8缓冲并气液分离，气相从顶部压控进入水洗塔9水洗。液相经自压至脱水罐13脱除解吸气携带的饱和水。

（5）水洗塔9的操作条件和操作方法：

操作条件：操作温度为20-35℃，操作压力为0.9-1.2MPa，注水量为0.1-10t/h。

操作方法：混合气经缓冲罐后从水洗塔底部进入水洗塔9进行水洗，以除去气体携带润滑油、粉尘等杂质。注水点优选在水洗塔顶部。

（6）过滤器12的操作条件和操作方法：

操作条件：操作温度为20-35℃，操作压力为0.9-1.2MPa，过滤器的压降为0-0.15MPa。

操作方法：水洗塔9水洗后气体经缓冲罐10缓冲，脱除气体携带的水，然后进入过滤器12进行过滤，过滤去气体携带杂质后得到富乙烷气。

以下通过实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例用于说明本发明的所述炼厂气的处理方法。

本实施例中使用的炼厂气的组成如下表1、表2所示：

表1：混合原料气1组成

组成	H₂	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	C₃H₆	C₄H₁₀	C₄H₈	C₅
									含量（体积%）	73.09	5.67	10.40	7.76	0.03	2.59	0.03	0.43

表2：混合原料气2组成

组成	H₂	CH₄	C₂H₆	C₂H₄	C₃H₈	C₃H₆	C₄H₁₀	C₅
									含量（体积%）	5.80	3.99	53.31	0.03	31.42	0.01	4.78	0.66

（1）回收氢气

如图1所示，将混合原料气1以约16000Nm³/h的流量通过填料塔底部进入填料塔1脱水，脱水后气体进入变压吸附塔前缓冲罐（未示出）缓冲脱出凝液，缓冲后气体在30℃的温度下和0.47MPa的压力下经变压吸附2塔底部进入，与吸附剂接触吸附烃类，吸附塔顶部回收氢气，回收氢气纯度为98体积%以上。变压吸附塔底部在30℃的温度下和0.08MPa的压力下解吸出气体，利用水环式真空泵在真空度为0.07MPa下进行抽真空。解吸出的气体进入压缩机3升压至1.25MPa，利用水冷器4将解吸出气体由70℃冷却至30℃。

根据气相色谱法分析得知，回收的氢气组分的组成见表3。

表3：回收的氢气组分的组成

组成	H₂	CH₄
			含量（体积%）	98.99	1.01

（2）富乙烷气制备

如图1所示，将混合原料气2以约5000Nm³/h的流量，在30℃的温度下和0.4MPa的压力下进入缓冲罐5缓冲减压至0.07MPa，便于脱出气体携带的重烃类。缓冲后的气体在30℃、0.07MPa下进入压缩机6压缩至1.26MPa，利用水冷器7将气体由80℃冷却至25℃，冷却后气体与上述（1）中冷却后的气体混合，然后进入缓冲罐8。

在缓冲罐8中，混合气体在压力为1.26MPa、温度为25℃的操作条件下分离成气相和液相，液相经自压进入0.4MPa、25℃的脱水罐13进行脱水，脱水量为约1.5t/h。脱水后液相经泵14升压至0.7MPa，并泵送至分馏塔15，经分馏后产生石脑油；气相经自压进入水洗塔9，在温度为20℃、压力为1.2MPa、注水量5t/h的条件下进行水洗，水洗后气相经缓冲罐10缓冲脱出水及烃类，脱水后气相从填料脱水塔11的底部进入进行脱水，以洗出粉尘、烃类、润滑油等杂质，脱水后的气相然后进入过滤等级为25μm的过滤器12进行过滤，脱除粉尘及杂质后产生富乙烷气。

根据气相色谱法分析得知，制备的富乙烷气的组成见表4。

表4：富乙烷气的组成

组成	H₂	CH₄	C₂H₆	C₂H₄	C₃H₈	C₃H₆	C₄H₁₀	C₄H₈	C₅	O₂
											含量(体积%)	16.79	8.62	44.55	0.03	23.26	0.05	5.75	0.06	0.88	0.0001

对比例1

（1）回收氢气

如图2所示，直接将组成如表2所示的混合原料气1未经过脱水塔脱水，通入变压吸附器2中进行变压吸附，所述变压吸附过程的具体实施过程与实施例1相同。

根据气相色谱法分析得知，收集的氢气组分的组成见表5。

表5：氢气组分组成

组成	H₂	C₃H₈	C₄H₁₀	C₅	C₂	CH₄
							含量（体积%）	96.12	0.13	0.12	0.14	0.11	3.38

（2）富乙烷气制备

如图2所示，将混合原料气2以约5000Nm³/h的流量，在30℃的温度下和0.4MPa的压力下进入缓冲罐5缓冲减压至0.07MPa，便于脱出气体携带的重烃类。缓冲后的气体在30℃、0.07MPa下进入压缩机6压缩至1.26MPa，利用水冷器7将气体由80℃冷却至25℃，冷却后气体与上述（1）中冷却后的气体混合，然后进入缓冲罐8。

在缓冲罐8中，混合气体在压力为1.26MPa、温度为25℃的操作条件下分离成气相和液相，液相经泵14升压至1.2MPa后进入分馏塔15，经分馏后产生石脑油；气相经自压进入脱硫塔9’，在温度为20℃、压力为1.2MPa、胺液注入量为7t/h的条件下进行碱洗，碱洗后气相经缓冲罐10缓冲脱除烃类及胺液，产生富乙烷气。

根据气相色谱法分析得知，制备的富乙烷气的组成见表6。

表6：富乙烷气的组成

将表3与表5进行比较可以看出，根据本发明的方法可以回收较高纯度的氢气。

将表4与表6进行比较可以看出，根据本发明的方法回收的富乙烷气中碳二和碳三含量较高，且甲烷含量明显较低；同时避免了富乙烷气携带胺液、粉尘、润滑油等杂质，因而该富乙烷气可以直接用作优质的乙烯裂解原料。

Claims

1.一种炼厂气的处理方法，该方法包括以下步骤：

(1a)将氢气含量为45体积％以上的炼厂气进行脱水，并将脱水后的炼厂气进行变压吸附，收集未被吸附的氢气，将经过变压吸附产生的解吸气进行压缩和冷却，得到第一气液混合物；

(1b)将氢气含量为10体积％以下的炼厂气进行压缩和冷却，得到第二气液混合物；

(2)将第一气液混合物和/或第二气液混合物进行气液分离，将分离出的气相依次进行水洗、脱水和过滤，得到富乙烷气，将分离出的液相进行脱水。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1a)中，所述脱水的条件包括：温度为25-45℃，压力为0.4-0.5MPa。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1a)中，所述变压吸附过程包括吸附步骤、均压步骤、逆放步骤和抽真空步骤，所述吸附步骤的条件包括：温度为25-45℃，压力为0.35-0.47MPa；均压步骤的条件包括：温度为25-45℃，压力为0.09-0.35MPa；所述逆放步骤的条件包括：温度为25-45℃，操作压力为0.03-0.09MPa；所述抽真空步骤的条件包括：温度为25-45℃，真空度为0.03-0.07MPa。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1a)中，解吸气的压缩过程在压缩机中进行，所述压缩机的入口温度为25-45℃，压力为0.001-0.025MPa，压缩机出口的温度为60-70℃，压力为1.2-1.5MPa；冷却过程使解吸气冷却至25-40℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1b)中，所述压缩过程在压缩机中进行，所述压缩机的入口温度为25-35℃，压力为0.05-0.1MPa，压缩机出口的温度为70-90℃，压力为1.2-1.5MPa；冷却过程使炼厂气冷却至25-40℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述气液分离的实施条件包括：温度为25-40℃，压力为1.2-1.5MPa；所述水洗的条件包括：温度为20-35℃，压力为0.9-1.2MPa，注水量为0.1-10t/h；对气相进行脱水的条件包括：温度为20-35℃，压力为0.9-1.2MPa；对液相进行脱水的条件包括：温度为20-35℃，压力为0.4-0.5MPa。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1a)中的脱水过程和步骤(2)中对经过水洗后的气相进行脱水的过程分别在填料脱水塔中进行。

8.一种用于实施权利要求1-7中任意一项所述的炼厂气的处理方法的炼厂气处理设备，该设备包括：第一脱水塔(1)、变压吸附塔(2)、第一压缩机(3)、第一换热器(4)、第一缓冲罐(5)、第二压缩机(6)、第二换热器(7)、第二缓冲罐(8)、水洗塔(9)、第三缓冲罐(10)、第二脱水塔(11)、过滤器(12)、脱水罐(13)和容器(15)，第一脱水塔(1)、变压吸附塔(2)、第一压缩机(3)和第一换热器(4)依次连通，第一缓冲罐(5)、第二压缩机(6)和第二换热器(7)依次连通，第一换热器(4)和第二换热器(7)与第二缓冲罐(8)连通，第二缓冲罐(8)的上部与水洗塔(9)连通，水洗塔(9)、第二缓冲罐、第二脱水塔(11)和过滤器(12)依次连通，第二缓冲罐(8)的下部与脱水罐(13)连通，脱水罐(13)与容器(15)连通。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，在脱水罐(13)和容器(15)之间设置有泵(14)。

10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述第一脱水塔(1)和所述第二脱水塔(11)各自为填料脱水塔。