CN106178839A - 含氢富气中氢和轻烃的回收提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含氢富气中氢和轻烃的回收提取方法，包括如下过程：(1)将含氢富气升压、冷却后分液，液相进轻烃分馏单元回收轻烃，气相通过吸收塔用5～10℃冷柴油吸收轻烃，在吸收塔顶获得粗氢；(2)塔底富吸收柴油进解吸塔脱除轻烃后降温到5～10℃，然后回到吸收塔循环使用；(3)吸收塔顶粗氢进PSA单元提纯氢气；(4)解吸塔顶富烃气经压缩升压后进轻烃分馏单元，回收液相轻烃。本发明可以回收含氢富气中91.9％的氢气，同时又能回收99.7％的C2以上轻烃，且温度只需冷到5～10℃就可以满足轻烃的回收需求。该集成技术为含氢富气中的氢气和轻烃的回收利用，提供了一种节能减排增效的新技术工艺路线，具有极好的应用前景。

Description

含氢富气中氢和轻烃的回收提取方法

技术领域

本发明涉及一种含氢富气中氢及轻烃回收方法，可以处理压力3.0MPa以下富含C3～C6轻烃的含氢富气。

背景技术

从含氢气体中回收氢气或轻烃的技术主要有变压吸附法、氢气膜分离法、低温分离法、油吸收法、有机蒸汽膜分离法等。

变压吸附法(Pressure Swing Absorption，简称PSA)，是利用吸附剂对气体混合物中各组分有选择吸附，在高压下吸附杂质，使得吸附容量小的氢得以提纯，然后在低压下脱附杂质再生。由于解吸气压力低(约0.05MPa)，只适合于专用低压火嘴作燃料，不适合回收轻烃；如要回收，需再次增压，且压缩功耗大。

氢气膜分离法，是在高分子膜两侧压力差的推动下，利用氢气与其他各组分在膜中渗透速率的差异进行分离的。膜分离法优点在于占地小、操作简单，但回收氢气的纯度不高，一般为95-99％。由于产品氢是渗透气，压头损失大，压缩功耗大，而尾气压力能浪费。因此，压力较高的原料气采用膜分离较为经济，压力越低，需要的压缩功越大，越不经济。其次，为防止在进料压力下非渗透气中的重烃因富集而产生凝液损坏膜系统，饱和原料气须过热到80～100℃，不但造成热能浪费，还影响轻烃液化回收。

低温分离法，是在浅冷或深冷低温下将干气中各组分按工艺要求冷凝下来,然后用精馏法将其中的各类烃依其蒸发温度的不同逐一加以分离。浅冷(约-5～-50℃)以回收C3、C4和轻油为主，深冷(约-90～-100℃)以回收C2、C3为主且同时分离回收氢气。有的文献也把中冷温度(-30～-100℃)归于深冷部分，称为中深冷工艺。低温法需要复杂的干燥、除杂、脱酸等进料预处理系统，动力设备较多，且需要大量的耐低温合金钢，因此投资较大。

油吸收法，是利用吸收剂对气体中各组分溶解度的不同来实现分离。回收富气中液化气时，一般以汽油作吸收剂，吸收富气中的轻烃,脱除氢气、甲烷及C2，吸收轻烃的汽油进入解吸塔生产液化气。由于1.0MPa条件下C2在汽油中的溶解度与C3的相差不大,导致吸收液中C2含量高,解吸塔顶大量的C2夹带着C3等物质循环回吸收塔重新处理。

回收干气中C2、C3时，则以C3、C4为吸收剂，在浅冷温度下吸收C2、C3，脱除甲烷和氢气，吸收剂再解吸回收循环使用，而解吸气中富集的C2、C3组份则通过精馏得到乙烯乙烷等组份。浅冷油吸收法的能耗要低于深冷分离法，投资省，但仅适合精制C2及C3组份，没法同时分离精制氢气、甲烷等。因此，四川天采科技的发明专利，将FCC干气经冷油(C3)吸收脱C2、C3后的含氢尾气送入PSA进一步提纯氢气，达到同时回收氢气和乙烯的目的。

有机蒸汽膜分离法，是采用新的膜材料，使容易液化的多碳烃分子如丙烯、丁烷、戊烷和其它的有机溶剂，优先透过有机蒸汽膜在渗透侧富集，而甲烷、氢气等不凝性气体大部分滞留在渗余侧。由于仍有较多的不凝气体透过膜，渗透气中烃类气体纯度不够高，达不到回收利用要求，因此渗透气需要循环返回，进行压缩冷凝实现轻烃的回收。

发明内容

炼油厂各装置排放的含氢气体压力较低(约0.5MPa)，氢含量56％v，C2～C6烃类含量高(约34％v)，且含H₂O、H₂S、CO₂等杂质，采用低温技术需要干燥、除杂、脱酸等复杂的进料预处理系统，单纯采用PSA技术只能回收氢，不能回收轻烃。而这样低的压力用膜分离法，将因为压缩功耗太高和加温而使能耗过高，投资偏高，且只回收氢气不能有效回收轻烃。采用汽油吸收含氢富气中的轻烃，由于部分组分挥发度接近，吸收后粗氢中C4～C6等组分含量偏高，不但降低轻烃回收率，还影响下游PSA装置吸附剂的使用寿命。因此需要一种新的回收工艺，即可回收含氢富气中的氢气，又可回收轻烃，同时还具有较高的回收效率和经济性。

针对含氢富气中氢气和轻烃回收存在的上述问题，本发明提供一种新的工艺，实现了含氢富气中氢气及C2以上轻烃的回收，而且回收效率和经济性更高。

本发明提供了一种含氢富气中氢和轻烃的回收提取方法，包括如下过程：

(1)冷柴油吸收和解吸：进料含氢富气经富气压缩机升压、冷却、气液分离后得到气相和液相；所述气相通过吸收塔时用冷柴油吸收所含轻烃，在吸收塔塔顶获得粗氢，在吸收塔塔底获得富吸收柴油；富吸收柴油进解吸塔脱除轻烃，在解吸塔塔顶得到富烃气，在解析塔塔底得到贫柴油；

所述液相进轻烃分馏单元，得到C5石脑油产品以及液化石油气；

(2)变压吸附提纯氢气：吸收塔塔顶粗氢进变压吸附单元提纯氢气。

本发明所述的含氢富气中氢和轻烃的回收提取方法，其中，过程(1)中的升压优选为：通过富气压缩机升压至2.5～3.0MPa。

本发明所述的含氢富气中氢和轻烃的回收提取方法，其中，过程(1)中冷柴油的温度优选为5～10℃。

本发明所述的含氢富气中氢和轻烃的回收提取方法，其中，过程(1)中所述解吸塔塔底贫柴油优选经过降温到5～10℃循环回吸收塔。

本发明所述的含氢富气中氢和轻烃的回收提取方法，其中，过程(1)中所述解吸塔塔底贫柴油优选与吸收塔塔底富吸收柴油及吸收塔塔顶粗氢进行换热。

本发明所述的含氢富气中氢和轻烃的回收提取方法，其中，过程(1)中所述富烃气经压缩升压后，送进所述轻烃分馏单元回收液相轻烃。

本发明具有如下有益效果：

(1)先以冷柴油吸收含氢富气中C2以上烃类，使其氢含度提高的同时降低C3～C6等重烃含量，然后再进PSA提纯到氢含量99.9％v。这样，既减少了PSA的杂质处理负荷，使氢回收率提高到91.9％，同时又能回收99.7％的C2以上轻烃，克服PSA解吸气压力低不适合回收轻烃的缺点。

(2)冷柴油吸收温度5～10℃即可达到C2以上轻轻99.7％的吸收率，规避了低温技术需要的干燥、除杂、脱酸等复杂的进料预处理系统。

(3)冷柴油对含氢富气中H₂、C1、C2等不凝气组分的分离脱除效率优于相同温度下冷汽油吸收工艺，冷柴油吸收后脱烃气中C2以上含量＜0.05％(v)，更适合于富气中氢气和C3～C6的分离回收。

(4)冷柴油吸收相对氢气膜分离工艺来说回收粗氢的压力损失小，吸收压力略高于后续PSA的操作压力(2.6MPa)，节省压缩机投资，更适合于低压含氢富气的回收利用。

(5)制氢装置PSA装填的吸附剂主要脱除CH₄、CO、CO₂等杂质，因此对进料中的C2以上有限制要求。由于冷柴油吸收工艺对含氢富气中C2以上组分的吸收脱除效率高，脱轻烃后粗氢中的C2以上组分含量＜0.05％(v)，满足进制氢PSA的条件，可利用现有制氢装置的PSA进一步提纯氢气，不需在吸附塔中部分更换脱重烃的吸附剂。

附图说明

图1为本发明的含氢富气中氢和轻烃的回收提取工艺流程图。

图中：1-压缩单元，2-轻烃分馏单元，3-冷冻单元，4-吸收塔，5-热交换器，6-解吸塔，7-回流泵，8-冷凝罐，9-冷凝器，10-制氢装置PSA。

具体实施方式

以下对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，下列实施例中未注明具体条件的工艺参数，通常按照常规条件。

进料含氢富气升压后的压力：

在本发明中，对进料含氢富气经富气压缩机升压后的压力并无特别限定，通常进料含氢富气经富气压缩机升压至2.5～3.0MPa：该压力由后续的氢网系统的压力决定；如果压力低于2.5MPa，则回收的氢气将不能直接进下游装置；如果压力高于3.0MPa，由于高于氢网系统的压力，则压头过剩，柴油解吸再生时压力能浪费也较大，导致生产装置的成本上升。

冷柴油的温度：

在本发明中，对所用冷柴油的温度并无特别限定，通常冷柴油的温度为5～10℃：如果冷柴油的温度低于5℃，由于温度过低，使得柴油的流动性有所下降，影响吸收单元操作；如果冷柴油的温度高于10℃，由于温度过高，柴油对烃类的吸收效率下降，使得吸收塔顶得到的粗氢杂质含量过高，影响PSA过程中对氢气的提纯。

下面结合附图和一个实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。

在本发明中，为了在冷冻到5～10℃时柴油不凝以保证流动顺畅，柴油采用凝点为＜-5℃的柴油。

实施例1冷柴油吸收+PSA回收含氢富气中氢气和轻烃的工艺

该工艺适用于C2～C6组分含量高的含氢富气中氢气和轻烃回收。作为一个实施例，工艺条件以某炼厂低压含氢富气和加氢装置低分气的综合处理为例，对照附图1，详细说明如下：

1、压缩单元

其作用是对低压含氢富气通过压缩机升压到吸收塔操作压力，同时利用氢与轻烃露点的差异，预分离出部分轻烃，以减少吸收塔和解吸塔处理负荷，同时有利于提高粗氢中氢含量。

含氢富气压力约为0.5MPa，氢含量在56％v左右，C2～C6组分含量34.4％v，在压缩单元1内经压缩、冷却后进行气液分离。液相进轻烃分馏单元2，气相进吸收、解吸单元的吸收塔4提高粗氢中氢含量。

解吸塔顶循环回来的富烃气(C2以上轻烃含量共计82％v)，也经过压缩单元1升压后，送进轻烃分馏单元2回收液相轻烃。

2、吸收、解吸单元

吸收、解吸单元主要设备是吸收塔4和解吸塔6，用于实现冷柴油吸收轻烃和富吸收柴油中轻烃的解吸。

压缩单元气相(氢含量56％)和氢含量约87％、压力2.8MPa的加氢低分气混合后进入吸收塔4，吸收塔操作压力2.8MPa，在吸收塔4内含氢富气与塔顶进入的5～10℃冷柴油逆流接触，使大部分轻烃被冷柴油吸收，气相中氢含量提高。吸收塔顶气相得到氢含量为88％(v)的粗氢，粗氢中C2以上组分含量低，可以送制氢装置PSA 10进一步提纯氢气。塔底富吸收柴油进解吸塔6用蒸汽加热汽提解吸。

解吸塔6塔顶操作压力0.4MPa，用1.0MPa蒸汽汽提解吸柴油中吸收的轻烃，解吸塔顶解吸气主要为C2以上的富烃气，循环回富气压缩机入口，和进料含氢富气一块压缩分液，回收液相轻烃。解吸塔底贫柴油先与吸收塔底富吸收柴油进行热交换以使贫柴油降温和富吸收柴油升温，然后再与吸收塔顶的粗氢换热以回收冷量，实现能量有效利用。

3、冷冻单元

解吸塔底贫柴油经热交换器换热降温后，再经冷冻单元进一步冷冻降温到5～10℃，作为吸收用冷柴油循环使用。

4、制氢装置PSA

制氢装置PSA10装填的吸附剂主要脱除CH₄、CO、CO₂等杂质。冷柴油吸收轻烃后，粗氢中C2以上的烃含量＜0.05％(v)，满足进制氢PSA的条件，可将粗氢送入制氢装置PSA10，进一步提纯得到氢含量99.9％(v)的工业氢。

5、轻烃分馏单元

压缩单元1分离出的液相轻烃进入轻烃分馏单元2，经过汽提塔用蒸汽汽提，操作压力1.2MPa，将轻烃进一步分离，塔底得到轻石脑油(C5、C6)，塔顶得到液化气(C3、C4)，塔顶少量的不凝气可以循环回进料压缩机入口进一步回收氢气和轻烃或外排燃料气管网。

6、物料平衡

下面利用一套炼厂低压含氢富气和加氢装置低分气作为原料气，以本发明的实施例前述操作条件，以此原料气数据为例，各点的物料衡算结果如表1、2所示：

表1 进料组成和流量

表2 产品组成和流量

说明：

1、进料低压含氢富气中C2～C6组分含量高，约34.4％v。

2、进料中H₂流量为447.06kmol/h，回收H₂流量411.1kmol/h，氢回收率91.9％。

3、进料中C2以上组分流量为111.54kmol/h，回收液态烃和轻石脑油中含中C2以上组分111.27kmol/h，轻烃回收率99.7％。

对比实施例

1、冷汽油吸收

为了比较不同油品作吸收塔的吸收剂进行粗氢和轻烃回收的效果，申请人与汽油吸收工艺作为对比，即以5～10℃冷汽油代替冷柴油，其结果见表3。

表3 汽油吸收和柴油吸收后粗氢中的组分对比

由表3可以看出：由于汽油本身含C5～C6，与含氢富气中C4～C6组分挥发度接近，因此冷汽油对含氢富气中C2、C3的吸收能力强但对C4～C6的吸收效果差，导致吸收脱除轻烃后粗氢中C4～C6等组分含量偏高(1.483％mol，约22.3％wt)。制氢PSA吸附剂以处理CO₂、CO、C1～C3等小分子气体为主，进料中携带较多的重烃会影响吸附剂的使用寿命。

2、浅冷+氢气膜分离联合工艺对比

为了比较本发明的经济性，申请人与浅冷+氢气膜分离工艺作为对比。

在处理相同的原料气，达到相近的轻烃和氢气回收效果的情况下，采用浅冷+氢气膜分离工艺，原料气冷冻至-35～-40℃，脱除轻烃后气相进膜分离装置进一步提纯氢气，由于冷冻机和压缩机的投资高，原料需干燥、净化、脱酸，整体投资约11850万元，较冷柴油吸收工艺的投资7872万元高，内部收益率3.6％，低于冷柴油吸收工艺的21.8％。

3、分离效率对比

申请人还考察了采用不同分离工艺时的分离效率，结果见表4。

表4 浅冷膜分离与不同油吸收工艺分离效率对比

由表4可以看出：采用浅冷/膜分离工艺回收轻烃和氢气，对氢气的提纯效率，以及对N₂、CO₂、CO、C1、C2等杂质的分离脱除效率不如油吸收工艺。冷柴油吸收对H₂、N₂、CO₂、CO、C1、C2等组分的分离脱除效率优于冷汽油吸收工艺。汽油吸收、柴油再吸收工艺虽然对上述组分的分离效率略低于冷柴油吸收，但吸收、解吸的流程比冷柴油吸收工艺复杂。

经过以上对比，本发明提供的冷柴油吸收+PSA的联合工艺具有如下技术优点：

1、本发明适用于C2～C6组分含量高的含氢富气中氢气和轻烃回收。含氢富气先用冷柴油吸收，使C2以上组分含量＜0.05％(v)，再进PSA提纯，即减少了PSA的杂质处理负荷，提高了氢回收率，又能回收轻烃，克服PSA解吸气压力低不适合回收轻烃的缺点。氢气回收率可达91.9％，C2以上轻烃回收率可达99.7％，只有少量不凝气进入燃料气管网。

2、冷柴油吸收温度5～10℃即可达到C2以上轻轻99.7％的吸收率，规避了深冷技术需要的干燥、除杂、脱酸等复杂的进料预处理系统。

3、冷柴油对含氢富气中H₂、C1、C2等不凝气组分的分离脱除效率优于相同温度下冷汽油吸收工艺，冷柴油吸收后脱烃气中C2以上含量＜0.05％(v)，更适合于富气中氢气和C3～C6的分离回收。

4、冷柴油吸收相对氢气膜分离工艺来说回收粗氢的压力损失小，吸收压力略高于后续PSA的操作压力(2.6MPa)，节省压缩机投资，适合于低压含氢富气的回收利用。

5、冷柴油吸收脱轻烃后粗氢中的C2以上组分含量＜0.05％(v)，满足进制氢装置PSA的条件，可利用现有制氢装置的PSA进一步提纯氢气，不需在吸附塔中部分更换脱重烃的吸附剂。

Claims (7)

1.一种含氢富气中氢和轻烃的回收提取方法，其特征在于包括如下过程：

(1)冷柴油吸收和解吸：进料含氢富气经富气压缩机升压、冷却、气液分离后得到气相和液相；

所述气相通过吸收塔时用冷柴油吸收所含轻烃，在吸收塔塔顶获得粗氢，在吸收塔塔底获得富吸收柴油；富吸收柴油进解吸塔脱除轻烃，在解吸塔塔顶得到富烃气，在解析塔塔底得到贫柴油；

所述液相进轻烃分馏单元，得到C5石脑油产品以及液化石油气；

(2)变压吸附提纯氢气：吸收塔塔顶粗氢进变压吸附单元提纯氢气。

2.如权利要求1所述的含氢富气中氢和轻烃的回收提取方法，其特征在于，所述过程(1)中的升压为：通过富气压缩机升压至2.5～3.0MPa。

3.如权利要求1或2所述的含氢富气中氢和轻烃的回收提取方法，其特征在于，所述过程(1)中冷柴油的温度为5～10℃。

4.如权利要求1或2所述的含氢富气中氢和轻烃的回收提取方法，其特征在于，所述过程(1)中所述解吸塔塔底贫柴油经过降温到5～10℃循环回吸收塔。

5.如权利要求3所述的含氢富气中氢和轻烃的回收提取方法，其特征在于，所述过程(1)中所述解吸塔塔底贫柴油降温到5～10℃循环回吸收塔。

6.如权利要求1所述的含氢富气中氢和轻烃的回收提取方法，其特征在于，所述过程(1)中所述解吸塔塔底贫柴油与吸收塔塔底富吸收柴油及吸收塔塔顶粗氢进行换热。

7.如权利要求1所述的含氢富气中氢和轻烃的回收提取方法，其特征在于，所述过程(1)中所述富烃气经压缩升压后，送进所述轻烃分馏单元回收液相轻烃。