CN107022374A - 一种炼厂干气综合利用工艺及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种炼厂干气综合利用工艺及系统。其技术方案是包括以下步骤：干气经升压后，通过预处理单元进入步骤2）；来自步骤1）的干气进入一级变压吸附装置，分离出其中的氢气，作为加氢装置的原料，其余气体进入步骤3）；来自步骤2）的气体进入二级变压吸附装置，分离出其中的C2组分，进入步骤4），其余气体作为燃料气给整个装置提供热源；来自步骤3）的C2，进入芳构化装置，在催化剂的作用下转化为C6‑C9的芳烃。有益效果是：本发明将干气中的高附加值组分进行了分离，并生产高附加值的产品，特别适合于不具备后继化工装置的中小型炼油企业，解决了这部分企业C2组分无法利用的难题，使其干气中的C2转化为芳烃。

Description

一种炼厂干气综合利用工艺及系统
技术领域
本发明涉及石油化工领域，特别涉及一种炼厂干气综合利用工艺及系统，具体是一种炼厂干气综合利用与变压吸附和低碳烯烃芳构化技术相结合的工艺方法。
背景技术
国内炼厂各个装置每年都要产生大量的干气，仅催化干气一种，国内炼油装置的产量就达8.0MT/a，其中含有氢气、乙烯、乙烷等组分，目前，这部分气体利用率很低，在大型炼化企业，往往通过制氢装置分离出其中的氢气，之后，再通过与苯进行聚合，利用其中的乙烯生产乙苯，其余气体作为燃料烧掉，在小型炼油企业，基本不具备干气利用条件，一般被用作燃料，造成了很大的浪费。
目前，干气分离利用主要集中在对其中氢气和乙烯分离方面，专利201410220789.1公开了一种通过冷油吸收、变压吸附组合回收乙烯及氢气的方法；专利200810072849.4公开了一种变压吸附分离干气中的乙烯和氢气的方法；专利200710049833.7公开了一种干气中乙烯和氢气回收的变压吸附新工艺，这些技术均已分离干气中的乙烯和氢气为目标，忽略了其中的乙烷成分，而且未涉及到对乙烯的利用。针对C2组分的综合利用，目前未见报到，部分专利涉及到低碳烃芳构化技术，专利201010552819.0和201210324520.9分别公开了一种低碳烃芳构化技术，其原料为C4-C6低碳烃。专利201210347719.3公开了一种干气和液化气芳构化生产高辛烷值清洁汽油的方法，该技术方案也未涉及干气中乙烷的利用。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种炼厂干气综合利用工艺及系统，将其中高附加值的气体分离，进行充分利用，以解决现有技术中干气利用不充分，产品结构单一的问题。
本发明提到的一种炼厂干气综合利用工艺，其技术方案是包括以下步骤：
（1）干气经升压至0.1-0.5MPa后，通过预处理单元，去除其中的硫化物、CO2和O2，之后干气进入步骤2）；
（2）来自步骤1）的干气进入一级变压吸附装置，分离出其中的氢气，作为加氢装置的原料，其余气体进入步骤3）；
（3）来自步骤2）的气体进入二级变压吸附装置，分离出其中的C2组分，进入步骤4），其余气体作为燃料气给整个装置提供热源；
（4）来自步骤3）的C2，进入芳构化装置，在催化剂的作用下转化为C6-C9的芳烃。
优选的，上述步骤2）中，一级变压吸附装置，是由12台吸附塔组成，在运行过程中，始终有两台吸附塔处于同时吸附状态，其吸附和再生过程由吸附、八次均压降、逆放、抽真空、八次均压升和产品最终升压步骤组成。
优选的，上步骤2）的具体过程如下：
A．吸附过程
来自于步骤1），压力2.0MPa，温度低于40℃的原料气，自塔底进入处于吸附状态的吸附塔，在吸附剂的吸附下，其他气体被吸附下来，氢气作为产品气从塔顶流出，当吸附前沿达到床层预留段某一位置时，关掉该吸附塔的原料气进气阀和产品气出气阀，停止吸附操作，吸附床开始转入再生阶段；
B．均压降过程
在吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内较高压力的氢气放入其他的已经完成再生的吸附塔内，均压降过程不但能降低塔内压力，而且能回收床层死空间的氢气，可以增大氢气的回收率，该过程包括八次均压降过程，进一步提高氢气的回收率；
C．逆放过程
当均压降完成，顺放过程结束后，进行逆放操作，逆着吸附方向将吸附塔内的压力降至常压，塔内的被吸附的气体从吸附剂中解吸出来，进入解吸气缓冲罐，缓冲后，进入解吸气罐；
D．抽真空过程
逆放过程完成后，进行抽真空操作，进一步降低解吸气分压，使得吸附剂完成再生，抽出的解吸气进入解吸气缓冲罐缓冲后，进入解吸气罐；
E．均压升过程
抽真空过程完成后，用其他塔中较高压力的氢气对该塔升压，均压升过程不仅是升压过程，而且能回收其他塔内床层死空间的氢气，可以增大氢气的回收率，该过程包括八次均压升过程，进一步提高氢气的回收率；
F．产品气升压过程
均压升过程完成后，为了运行平稳，在生产过程中不发生波动，将吸附塔用产品气冲至吸附压力，为下一次吸附做好准备；
经过以上过程，吸附剂完成了一个完整的吸附-再生过程，经分离后的氢气纯度达98.0%-99.9%。
优选的，上述步骤3）中，二级变压吸附装置由是由6台吸附塔组成，在运行过程中，始终有两台吸附塔处于同时吸附状态，其吸附和再生过程由吸附、均压降、逆放、抽真空、均压升和产品最终升压步骤组成，经过吸附-均压降-逆放-抽真空-均压升-产品气升压过程，吸附剂完成了一个完整的吸附-再生过程，经分离后的C2纯度达90.0%-95.0%
优选的，上述步骤4）中，芳构化工艺包括：反应温度为300-400℃，反应压力为0-0.3MPa，空速为0.1-1h-1，在以上条件下，C2与催化剂接触，反应生成C6-C9芳烃。
优选的，上述的催化剂以重量份数计包括以下组分：
1）1.0-5.0份元素周期表中Ⅷ、ⅡB或ⅢA族元素中的一种或多种；
2）90.0-95.0份成型的HZSM-5分子筛；
其制备方法如下：将HZSM-5分子筛采用等体积浸渍法依次负载活性组分，之后在120℃干燥2-8小时，最后在500-600℃焙烧4-6小时，得催化剂成品。
优选的，上述的Ⅷ族元素选自Fe或Ni中的至少一种，ⅡB族元素选择Zn或Cd中的至少一种，ⅢA族元素为Ga。
本发明提到的一种炼厂干气综合利用系统，包括气柜（2）、压缩机（3）、脱硫脱碳塔（4）、干燥塔（5）、一级变压吸附装置（6）、二级变压吸附装置（8）、换热器（11）、加热炉（12）和芳构化装置（13），所述气柜（2）进口连通原料干气（1），出口通过压缩机（3）及管线连通到脱硫脱碳塔（4）和干燥塔（5），形成预处理装置，脱除其中的酸性气体和水分；干燥塔（5）的输出端连通一级变压吸附装置（6），分离出其中的氢气（7），氢气作为加氢装置的氢源进入加氢装置进行利用，贫氢气体进入二级变压吸附装置（8）进一步分离，分离其中的C2组分（10），二级变压吸附装置（8）的上端连接加热炉（12），下端经过换热器（11）连接到芳构化装置（13）；
废气（9）作为燃料进入加热炉（12）为后继装置提供热源，经二级变压吸附装置（8）分离出的C2组分（10）首先进入换热器（11）与后继装置的产物换热，进行预加热，从换热器导出的C2组分（10）进入加热炉（12）进行升温后，进入芳构化装置（13）反应生产混合芳烃（15），混合芳烃（15）从芳构化装置（13）引出后，首先进入换热器（11）与芳构化装置（13）的原料进行换热，后进入混合芳烃罐（16）储存，同时芳构化装置（13）副产部分C3-C4烃（14）。
本发明的有益效果是：本发明采用组合工艺将干气中的高附加值组分（氢气、C2）进行了分离，并生产高附加值的产品，特别适合于不具备后继化工装置的中小型炼油企业，解决了这部分企业C2组分无法利用的难题，使其干气中的C2转化为芳烃，作为高辛烷值汽油的调和组分，提高了其经济效益。
附图说明
附图1是本发明的流程示意图；
上图中：原料干气1、气柜2、压缩机3、脱硫脱碳塔4、干燥塔5、一级变压吸附装置6、氢气7、二级变压吸附装置8、废气9、C2组分10、换热器11、加热炉12、芳构化装置13、C3-C4烃14、混合芳烃15。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，本发明提到的一种炼厂干气综合利用工艺，其技术方案是包括以下步骤：
（1）干气经升压至0.1-0.5MPa后，通过预处理单元，去除其中的硫化物、CO2和O2，之后干气进入步骤2）；
（2）来自步骤1）的干气进入一级变压吸附装置，分离出其中的氢气，作为加氢装置的原料，其余气体进入步骤3）；
（3）来自步骤2）的气体进入二级变压吸附装置，分离出其中的C2组分，进入步骤4），其余气体作为燃料气给整个装置提供热源；
（4）来自步骤3）的C2，进入芳构化装置，在催化剂的作用下转化为C6-C9的芳烃。
优选的，上述步骤2）中，一级变压吸附装置，是由12台吸附塔组成，在运行过程中，始终有两台吸附塔处于同时吸附状态，其吸附和再生过程由吸附、八次均压降、逆放、抽真空、八次均压升和产品最终升压步骤组成。
优选的，上步骤2）的具体过程如下：
G．吸附过程
来自于步骤1），压力2.0MPa，温度低于40℃的原料气，自塔底进入处于吸附状态的吸附塔，在吸附剂的吸附下，其他气体被吸附下来，氢气作为产品气从塔顶流出，当吸附前沿达到床层预留段某一位置时，关掉该吸附塔的原料气进气阀和产品气出气阀，停止吸附操作，吸附床开始转入再生阶段；
H．均压降过程
在吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内较高压力的氢气放入其他的已经完成再生的吸附塔内，均压降过程不但能降低塔内压力，而且能回收床层死空间的氢气，可以增大氢气的回收率，该过程包括八次均压降过程，进一步提高氢气的回收率；
I．逆放过程
当均压降完成，顺放过程结束后，进行逆放操作，逆着吸附方向将吸附塔内的压力降至常压，塔内的被吸附的气体从吸附剂中解吸出来，进入解吸气缓冲罐，缓冲后，进入解吸气罐；
J．抽真空过程
逆放过程完成后，进行抽真空操作，进一步降低解吸气分压，使得吸附剂完成再生，抽出的解吸气进入解吸气缓冲罐缓冲后，进入解吸气罐；
K．均压升过程
抽真空过程完成后，用其他塔中较高压力的氢气对该塔升压，均压升过程不仅是升压过程，而且能回收其他塔内床层死空间的氢气，可以增大氢气的回收率，该过程包括八次均压升过程，进一步提高氢气的回收率；
L．产品气升压过程
均压升过程完成后，为了运行平稳，在生产过程中不发生波动，将吸附塔用产品气冲至吸附压力，为下一次吸附做好准备；
经过以上过程，吸附剂完成了一个完整的吸附-再生过程，经分离后的氢气纯度达98.0%-99.9%。
优选的，上述步骤3）中，二级变压吸附装置由是由6台吸附塔组成，在运行过程中，始终有两台吸附塔处于同时吸附状态，其吸附和再生过程由吸附、均压降、逆放、抽真空、均压升和产品最终升压步骤组成，经过吸附-均压降-逆放-抽真空-均压升-产品气升压过程，吸附剂完成了一个完整的吸附-再生过程，经分离后的C2纯度达90.0%-95.0%
优选的，上述步骤4）中，芳构化工艺包括：反应温度为300-400℃，反应压力为0-0.3MPa，空速为0.1-1h-1，在以上条件下，C2与催化剂接触，反应生成C6-C9芳烃。
优选的，上述的催化剂以重量份数计包括以下组分：
1）1.0-5.0份元素周期表中Ⅷ、ⅡB或ⅢA族元素中的一种或多种；
2）90.0-95.0份成型的HZSM-5分子筛；
其制备方法如下：将HZSM-5分子筛采用等体积浸渍法依次负载活性组分，之后在120℃干燥2-8小时，最后在500-600℃焙烧4-6小时，得催化剂成品。
优选的，上述的Ⅷ族元素选自Fe或Ni中的至少一种，ⅡB族元素选择Zn或Cd中的至少一种，ⅢA族元素为Ga。
参照附图1，本发明提到的一种炼厂干气综合利用系统，包括气柜2、压缩机3、脱硫脱碳塔4、干燥塔5、一级变压吸附装置6、二级变压吸附装置8、换热器11、加热炉12和芳构化装置13，所述气柜2进口连通原料干气1，出口通过压缩机3及管线连通到脱硫脱碳塔4和干燥塔5，形成预处理装置，脱除其中的酸性气体和水分；干燥塔5的输出端连通一级变压吸附装置6，分离出其中的氢气7，氢气作为加氢装置的氢源进入加氢装置进行利用，贫氢气体进入二级变压吸附装置8进一步分离，分离其中的C2组分10，二级变压吸附装置8的上端连接加热炉12，下端经过换热器11连接到芳构化装置13；废气9作为燃料进入加热炉12为后继装置提供热源，经二级变压吸附装置8分离出的C2组分10首先进入换热器11与后继装置的产物换热，进行预加热，从换热器导出的C2组分10进入加热炉12进行升温后，进入芳构化装置13反应生产混合芳烃15，混合芳烃15从芳构化装置13引出后，首先进入换热器11与芳构化装置13的原料进行换热，后进入混合芳烃罐16储存，同时芳构化装置13副产部分C3-C4烃14。
另外，实施例2，本发明提到的干气分离及利用组合工艺，包括以下步骤：
第一步压缩升压：将含氢气24.33%，乙烷13.26%，乙烯15.54%，甲烷33.36%，氮气11.08%，C2+1.56%，酸性气体及水分0.87%的原料干气经压缩机压缩至压力为0.2MPa、0.3MPa或0.4MPa。升压后的气体进入第二步。
第二步预处理单元：将来自第一步中升压后的干气通入脱硫单元和干燥单元，在该流程中，干气首先采用aMDEA工艺进行粗脱硫，脱碳，将其中的硫含量降至20ppm以下，CO2含量降至0.1vt%以下，经过粗脱硫后的干气进行精细脱硫处理，精细脱硫工艺采用干法脱硫工艺，将干气中的硫含量降至0.7ppm以下。脱硫脱碳后的干气进入干燥装置，采用常规干燥剂进行吸附脱水。经过预处理后的气体进入第三步。
第三步变压吸附分离氢气单元：将来自第二步的经过预处理的干气升压至2.0MPa、在常温下，从吸附塔低端进入，自下而上通过装有吸附剂的床层，完成氢气的分离，该工艺采用常用的变压吸附制氢工艺。最优条件下，氢气回收率达99.9%以上。分离的氢气进入储氢装置，作为加氢装置的原料，贫氢气体进入第四步。
第四步变压吸附分离C2单元：将来自第三步的贫氢干气调节压力至0.4 MPa 、0.6MPa和0.8 MPa，在常温下，从吸附塔底端进入，自下而上通过装有吸附剂的床层，完成C2分离。该工艺采用常规的炼油装置变压吸附C2回收工艺。回收的C2首先进入换热器与下游装置产品换热升温，后进入加热炉升至指定温度，贫气作为加热炉的热源，为加热炉提供热能。
第五步芳构化单元：来自于第四步高温C2气体进入芳构化装置进行芳构化反应，反应温度为300℃、350℃或400℃，空速为0.5h-1或1.0 h-1，压力为0.2MPa或0.3MPa，催化剂为硅铝比为38的HZSM-5型分子筛负载Fe、Ni、Zn、Cd和Ga中的一种或多种，负载量分别为2.0wt%、3.0wt%或4.0wt%。反应产物混合芳烃进入换热器与原料气换热后进入混合芳烃罐，同时副产部分C3-C4烃。在最优条件下，芳烃产率为75.8wt%。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种炼厂干气综合利用工艺，其特征是包括以下步骤：
（1）干气经升压至0.1-0.5MPa后，通过预处理单元，去除其中的硫化物、CO2和O2，之后干气进入步骤2）；
（2）来自步骤1）的干气进入一级变压吸附装置，分离出其中的氢气，作为加氢装置的原料，其余气体进入步骤3）；
（3）来自步骤2）的气体进入二级变压吸附装置，分离出其中的C2组分，进入步骤4），其余气体作为燃料气给整个装置提供热源；
（4）来自步骤3）的C2，进入芳构化装置，在催化剂的作用下转化为C6-C9的芳烃。
2.根据权利要求1所述的炼厂干气综合利用工艺，其特征是包括以下步骤：
所述步骤2）中，一级变压吸附装置，是由12台吸附塔组成，在运行过程中，始终有两台吸附塔处于同时吸附状态，其吸附和再生过程由吸附、八次均压降、逆放、抽真空、八次均压升和产品最终升压步骤组成。
3.根据权利要求2所述的炼厂干气综合利用工艺，其特征是：步骤2）的具体过程如下：
吸附过程
来自于步骤1），压力2.0MPa，温度低于40℃的原料气，自塔底进入处于吸附状态的吸附塔，在吸附剂的吸附下，其他气体被吸附下来，氢气作为产品气从塔顶流出，当吸附前沿达到床层预留段某一位置时，关掉该吸附塔的原料气进气阀和产品气出气阀，停止吸附操作，吸附床开始转入再生阶段；
均压降过程
在吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内较高压力的氢气放入其他的已经完成再生的吸附塔内，均压降过程不但能降低塔内压力，而且能回收床层死空间的氢气，可以增大氢气的回收率，该过程包括八次均压降过程，进一步提高氢气的回收率；
逆放过程
当均压降完成，顺放过程结束后，进行逆放操作，逆着吸附方向将吸附塔内的压力降至常压，塔内的被吸附的气体从吸附剂中解吸出来，进入解吸气缓冲罐，缓冲后，进入解吸气罐；
抽真空过程
逆放过程完成后，进行抽真空操作，进一步降低解吸气分压，使得吸附剂完成再生，抽出的解吸气进入解吸气缓冲罐缓冲后，进入解吸气罐；
均压升过程
抽真空过程完成后，用其他塔中较高压力的氢气对该塔升压，均压升过程不仅是升压过程，而且能回收其他塔内床层死空间的氢气，可以增大氢气的回收率，该过程包括八次均压升过程，进一步提高氢气的回收率；
产品气升压过程
均压升过程完成后，为了运行平稳，在生产过程中不发生波动，将吸附塔用产品气冲至吸附压力，为下一次吸附做好准备；
经过以上过程，吸附剂完成了一个完整的吸附-再生过程，经分离后的氢气纯度达98.0%-99.9%。
4.根据权利要求1所述的炼厂干气综合利用工艺，其特征是：所述步骤3）中，二级变压吸附装置由是由6台吸附塔组成，在运行过程中，始终有两台吸附塔处于同时吸附状态，其吸附和再生过程由吸附、均压降、逆放、抽真空、均压升和产品最终升压步骤组成，经过吸附-均压降-逆放-抽真空-均压升-产品气升压过程，吸附剂完成了一个完整的吸附-再生过程，经分离后的C2纯度达90.0%-95.0%。
5.根据权利要求1所述的炼厂干气综合利用工艺，其特征是：所述步骤4）中，芳构化工艺包括：反应温度为300-400℃，反应压力为0-0.3MPa，空速为0.1-1h-1，在以上条件下，C2与催化剂接触，反应生成C6-C9芳烃。
6.根据权利要求1或5所述的炼厂干气综合利用工艺，其特征是：所述的催化剂以重量份数计包括以下组分：
1）1.0-5.0份元素周期表中Ⅷ、ⅡB或ⅢA族元素中的一种或多种；
2）90.0-95.0份成型的HZSM-5分子筛；
其制备方法如下：将HZSM-5分子筛采用等体积浸渍法依次负载活性组分，之后在120℃干燥2-8小时，最后在500-600℃焙烧4-6小时，得催化剂成品。
7.根据权利要求6所述的炼厂干气综合利用工艺，其特征是：所述的Ⅷ族元素选自Fe或Ni中的至少一种，ⅡB族元素选择Zn或Cd中的至少一种，ⅢA族元素为Ga。
8.一种炼厂干气综合利用系统，其特征是：包括气柜（2）、压缩机（3）、脱硫脱碳塔（4）、干燥塔（5）、一级变压吸附装置（6）、二级变压吸附装置（8）、换热器（11）、加热炉（12）和芳构化装置（13），所述气柜（2）进口连通原料干气（1），出口通过压缩机（3）及管线连通到脱硫脱碳塔（4）和干燥塔（5），形成预处理装置，脱除其中的酸性气体和水分；干燥塔（5）的输出端连通一级变压吸附装置（6），分离出其中的氢气（7），氢气作为加氢装置的氢源进入加氢装置进行利用，贫氢气体进入二级变压吸附装置（8）进一步分离，分离其中的C2组分（10），二级变压吸附装置（8）的上端连接加热炉（12），下端经过换热器（11）连接到芳构化装置（13）；
废气（9）作为燃料进入加热炉（12）为后继装置提供热源，经二级变压吸附装置（8）分离出的C2组分（10）首先进入换热器（11）与后继装置的产物换热，进行预加热，从换热器导出的C2组分（10）进入加热炉（12）进行升温后，进入芳构化装置（13）反应生产混合芳烃（15），混合芳烃（15）从芳构化装置（13）引出后，首先进入换热器（11）与芳构化装置（13）的原料进行换热，后进入混合芳烃罐（16）储存，同时芳构化装置（13）副产部分C3-C4烃（14）。
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