CN109929593A - 一种耗氢装置排放干气优化利用方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耗氢装置排放干气优化利用方法及系统，所述方法为将耗氢装置排放干气送至延迟焦化装置中焦化加热炉，加热后的焦化原料和排放干气进入焦炭塔进行反应，反应得到的高温油气分离得到的焦化富气进入吸收稳定系统分离后得到焦化干气、焦化汽油、焦化柴油、焦化蜡油；得到的焦化干气经脱硫、过滤后作为制氢原料。还提供一种耗氢装置排放干气优化利用系统。本发明耗氢装置排放干气优化利用方法和系统，利用现有焦化装置对耗氢装置排放干气进行了优化利用，对耗氢装置排放干气提供了一种新型高效利用方法，具有投资低，能耗低的优点。

Description

一种耗氢装置排放干气优化利用方法及系统

技术领域

本发明属于炼油化工领域，涉及一种氢资源的利用方法和系统，特别是涉及一种耗氢装置氢资源的优化利用方法及系统。

背景技术

随着加工原油的重质化、劣质化趋势加剧及产品质量升级要求加强，炼厂对氢气的需求量越来越大，氢气已成为炼油厂原料成本中仅次于原油成本的第二大成本要素。氢气资源优化利用技术能提高企业对含氢物料的资源化优化利用水平，是企业减少氢资源浪费、提高经济效益的重要途径。

各类耗氢装置是炼厂氢气消耗的主要用户，其含氢物流资源化利用水平高低对全厂氢资源优化具有积极的促进作用。通常耗氢装置基本流程是管网送来的新氢与装置循环氢混合，再与原料油一起进入加氢反应器，反应产物经高低分分离器分割成高分气、低分气、低分油，高分气通常作为循环氢返回装置入口，低分气脱硫后送后续装置，低分油送至后续分离装置分割成干气、油品等组分。

耗氢装置排放干气的资源优化研究是炼厂氢资源优化研究的重要内容。所述耗氢装置干气主要是指耗氢装置汽提塔塔顶气。当前，耗氢装置干气利用主要有以下几种情况：（1）耗氢装置干气脱硫后直接排放至瓦斯管网，作为炼厂燃料，这种方式一方面会造成大量H₂的浪费，另一方面还造成瓦斯气中H₂含量偏高，进而影响燃烧器燃烧效果，造成燃烧后烟气中污染物含量超标；（2）耗氢装置干气脱硫后送至轻烃回收装置回收轻烃，回收轻烃后的富氢气体送至氢回收装置进行氢气提浓，如变压吸附装置（PSA）、膜分离装置，这种方式能回收干气中的大量轻烃、氢气，但存在工艺流程长、投资改造大等缺点。

因此，如何将现有技术问题加以解决，提供一种新的、高效的耗氢装置排放干气优化利用的工艺方法及系统，即为本领域技术人员的研究方向所在。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种耗氢装置排放干气优化利用方法及系统，实现提高含氢资源优化利用的目的。

本发明第一方面提供一种耗氢装置排放干气优化利用方法，所述优化利用方法包括如下内容：

（1）将耗氢装置排放干气送至焦化装置，所述排放干气经焦化装置中焦化加热炉的注汽点注入；

（2）加热后的焦化原料和排放干气进入焦炭塔进行反应；在反应进行到生焦阶段时，向焦炭塔中通入耗氢装置干气，至生焦结束时停止通入耗氢装置低分气；

（3）步骤（2）反应得到的高温油气经分离得到的焦化富气进入焦化装置的吸收稳定系统，分离后得到焦化干气、焦化汽油、焦化柴油、焦化蜡油；

（4）步骤（3）得到的焦化干气经脱硫、过滤后作为制氢原料。

本发明耗氢装置排放干气优化利用方法中，步骤（1）中所述的耗氢装置为烃油加氢裂化装置、烃油加氢精制装置、烃油加氢处理装置中的一种或几种，对所述的烃油没有限制，可以为能够与氢气接触进行加氢反应的所有原料，如渣油、馏分油、生物质、页岩油、催化油浆、煤液化油中的一种或几种。对所述耗氢装置所采用的反应器形式也没有任何限制，可以为固定床反应器、移动床反应器、沸腾床反应器、悬浮床反应器中的一种或几种。

本发明耗氢装置排放干气优化利用方法中，所述的耗氢装置排放干气是指耗氢装置低分油经汽提塔分离得到的气体，所述的耗氢装置排放干气压力通常为0.7MPa～1.2MPa，所述干气中的氢气体积含量为20%～50%，优选为30%～50%，所述耗氢装置低分油为耗氢装置分离系统中所述低压分离器得到的液相产物，所述低压分离器通常可以包括热低压分离器和冷低压分离器。

本发明耗氢装置排放干气优化利用方法中，所述延迟焦化装置通常包括加热炉、焦炭塔、分离系统、吸收稳定系统。所述的延迟焦化原料可以为常压渣油、减压渣油、催化澄清油、脱油沥青、油泥等的一种或几种；所述的延迟焦化装置可以是一炉两塔、两炉四塔或三炉六塔流程；所述的焦化加热炉可以是单面辐射加热炉或双面辐射加热炉。

本发明耗氢装置排放干气优化利用方法中，所述焦化装置的反应条件没有特别的限定，可以根据常规的焦化工艺条件适当地确定。优选情况下，所述焦化的条件包括：加热炉出口温度480℃～520℃、进一步优选为495℃～505℃，焦炭塔压力为0.1MPa～0.35MPa、进一步优选为0.15MPa～0.2MPa。所述焦炭塔可以为本领域常规使用的各种焦炭塔。

本发明耗氢装置排放干气优化利用方法中，步骤（1）所述耗氢装置排放干气压力升压至1.2MPa-2.1MPa，优选1.7-2.0MPa后进入焦化加热炉。

本发明耗氢装置排放干气优化利用方法中，，所述焦化加热炉的炉管注汽点通常为有1～3个，所述的注汽点可以部分或者全部注入排放干气，进而实现排放干气部分或全部代替水蒸汽注汽。对所述焦化加热炉的注汽点位置没有特殊的限定，采用现有焦化加热炉自身的注汽点即可。所述焦化加热炉的注汽点位置通常位于辐射段进料入口、辐射段油膜温度较高点、靠近辐射段原料出口，所述辐射段油膜温度较高点的位置需通过软件或计算方法确定。注汽点位置的确定对于本领域技术人员来说根据现有知识就可以确定。

本发明耗氢装置排放干气优化利用方法中，向焦炭塔中通入耗氢装置排放干气时，排放干气可以从焦炭塔底部原料注入口注入，也可以从焦炭塔泡沫层上方注入，优选从焦炭塔泡沫层上方注入。注入方式可以为单点注入或多点注入，优选采用焦炭塔筒体上同一水平面多点均布方式；所述的排放干气从注入点斜向塔底方向喷入，与塔径向夹角为10°-60°。

本发明耗氢装置排放干气优化利用方法中，所述的延迟焦化分离得到的焦化富气经压缩升压后进入焦化吸收稳定系统，经吸收解吸，分割成焦化干气、液化气及稳定汽油。本发明中，对所述的吸收稳定系统没有特别的限定，所述吸收稳定系统可以为本领域现有技术中所使用的吸收稳定系统，所述吸收稳定系统通常包括吸收塔、解吸塔、再吸收塔、稳定塔，所述的吸收稳定系统的通常流程是，压缩后的富气与解吸塔顶气混合进入分液罐，气相从吸收塔、再吸收塔处理，充分回收其中的C3+组分，未被回收的焦化干气进入脱硫塔净化处理，分液罐的液相油品经过解析塔、稳定塔处理，分割成合格的液化气及稳定汽油。

本发明耗氢装置排放干气优化利用方法中，焦化干气优选过滤后作为制氢原料进入制氢装置，过滤主要是指过滤掉焦化干气中可能携带的焦炭粉末，过滤装置可以是金属丝网过滤器、气固旋流分离器、多孔材料过滤器中的一种或几种装置。所述制氢装置可以为炼厂干气水蒸汽重整制氢或轻烃部分氧化制氢装置。

本发明第二方面提供一种耗氢装置排放干气优化利用系统，所述系统包括：

（1）耗氢装置，其用于提供排放干气；

（2）焦化加热炉，其用于接收并处理焦化原料和来自耗氢装置的排放干气，处理后得到物料A；

（3）焦炭塔，其用于接收并处理来自焦化加热炉的物料A和来自耗氢装置的排放干气，处理后得到油气产物B；

（4）焦化分馏塔，其用于接收来并处理来自焦炭塔的油气产物B；

（5）吸收稳定系统，其用于接收并处理来自焦化分馏塔分馏后得到的焦化富气，处理后得到焦化干气、液化气和稳定汽油。

本发明耗氢装置排放干气优化利用系统中，还包括制氢装置，所述制氢装置用于接收并处理来自吸收稳定系统的焦化干气，所述制氢装置可以为炼厂干气水蒸汽重整制氢或轻烃部分氧化制氢装置。。

本发明耗氢装置排放干气优化利用系统中，所述耗氢装置为烃油加氢裂化装置、烃油加氢精制装置、烃油加氢处理装置中的一种或几种，对所述的烃油没有限制，可以为能够与氢气接触进行加氢反应的所有原料，如渣油、馏分油、生物质、页岩油、催化油浆、煤液化油中的一种或几种。对所述耗氢装置所采用的反应器形式也没有任何限制，可以为固定床反应器、移动床反应器、沸腾床反应器、悬浮床反应器中的一种或几种。

本发明耗氢装置排放干气优化利用系统中，所述焦炭塔设置一个以上，优选设置两个以上，切换使用。

本发明耗氢装置排放干气优化利用系统中，所述焦化加热炉设置有1～3个注汽点，所述的注汽点可以部分或者全部注入排放干气，进而实现排放干气部分或全部代替水蒸汽注汽。对所述焦化加热炉的注汽点位置没有特殊的限定，采用现有焦化加热炉自身的注汽点即可。所述焦化加热炉的注汽点位置通常位于辐射段进料入口、辐射段油膜温度较高点、靠近辐射段原料出口，所述辐射段油膜温度较高点的位置需通过软件或计算方法确定。注汽点位置的确定对于本领域技术人员来说根据现有知识就可以确定。

本发明耗氢装置排放干气优化利用系统中，对所述的吸收稳定系统没有特别的限定，所述吸收稳定系统可以为本领域现有技术中所使用的吸收稳定系统，所述吸收稳定系统通常包括吸收塔、解吸塔、再吸收塔、稳定塔，所述的吸收稳定系统的通常流程是，压缩后的富气与解吸塔顶气混合进入分液罐，气相从吸收塔、再吸收塔处理，充分回收其中的C3+组分，未被回收的焦化干气进入脱硫塔净化处理，分液罐的液相油品经过解析塔、稳定塔处理，分割成合格的液化气及稳定汽油。

本发明耗氢装置排放干气优化利用系统中，焦化干气优选经过过滤装置过滤后作为制氢原料进入制氢装置，过滤主要是指过滤掉焦化干气中可能携带的焦炭粉末，过滤装置可以是金属丝网过滤器、气固旋流分离器、多孔材料过滤器中的一种或几种装置。所述制氢装置可以为炼厂干气水蒸汽重整制氢或轻烃部分氧化制氢装置。

与现有技术相比，本发明耗氢装置排放干气优化利用方法和系统具有如下优点：

1、本发明耗氢装置排放干气优化利用方法和系统中，利用现有焦化装置对耗氢装置排放干气进行了优化利用，对耗氢装置排放干气提供了一种新的处理方法，与现有处理方法相比，无需对现有炼厂装置进行调整，有机整合利用了炼厂现有装置，不仅提高了排放干气的利用价值，而且具有投资低，能耗低的优点。

2、本发明耗氢装置排放干气优化利用方法和系统中，利用耗氢装置排放干气部分或全部代替焦化加热炉水蒸汽注汽，不仅能大幅降低水蒸汽的消耗，减少焦化装置污水产生及污水后续处理费用，而且采用排放干气取代水蒸气还可以降低加热炉负荷和燃料消耗。而且排放干气注入焦化加热炉辐射管，能增加炉管内流体的湍流程度，而且排放干气中含有的氢能抑制渣油在加热炉炉管内结焦，延长加热炉运转周期，进而对整个装置运转周期提供一个可靠的保障。

3、本发明耗氢装置排放干气优化利用方法和系统中，将部分干气在生焦阶段注入焦炭塔，一方面干气中的H₂、轻烃组分一定程度上抑制了延迟焦化产物的进一步热裂解成低分子量组分，增加焦化原料液收，降低焦炭产率，另一方面干气与焦化反应生成油气充分接触，进一步促进了干气中低分子烃类在生成油中的溶解，增加了焦化液态轻烃收率。而且排放干气从焦炭塔上部注入，有助于抑制焦炭塔泡沫层继续增长，减少了焦粉随油气携带进后续分离装置的风险。

4、本发明耗氢装置排放干气优化利用方法和系统中，通过焦化装置对耗氢装置排放干气进行处理，可以取消耗氢装置中的排放干气脱硫塔，与焦化装置共用一个脱硫塔，能减少装置投资，且集中脱硫便于炼厂操作管理，而且焦化装置的吸收稳定系统可以实现将排放干气中的轻烃回收的目的，大大的提高了排放干气的利用价值，经济效益显著。

5、本发明耗氢装置排放干气优化利用方法和系统中，通过将排放干气引入焦化装置进行处理，得到的焦化干气中氢气含量可以达到20%-30%，而现有方法得到的焦化干气中的氢气含量仅有7%-13%，本发明方法可以大大提高焦化干气中的氢气含量，本发明中得到的焦化干气仅依靠焦化干气自身携带的氢气就能满足制氢装置原料预处理的需求，不需外部额外供氢，而现有的焦化装置得到的焦化干气在作为制氢原料时，需要额外补充氢气才能满足制氢原料预处理时含硫化物、烯烃等加氢反应的需求。

附图说明

图1为本发明所述耗氢装置排放干气优化利用方法和系统示意图。

具体实施方式

结合图1，对本发明所述的耗氢装置干气优化利用系统做进一步说明，本发明提供一种耗氢装置干气优化利用系统，所述系统包括焦化加热炉1、四通阀2、焦炭塔3、焦化分馏塔4、富气压缩机5、吸收稳定系统6、焦化干气脱硫塔7、过滤器8、制氢原料增压机9；所述增压后的耗氢装置干气11分成两部分，一部分排放干气从注汽点注入延迟焦化加热炉辐射段与焦化原料10混合，另一部分干气从焦炭塔3的泡沫层上方注入塔内，焦化加热炉1加热后的焦化原料和排放干气12通过四通阀2进入焦炭塔3进行焦化反应，反应生成油气13进入焦化分馏塔4，塔顶得到的焦化富气14经富气压缩机5增压后进入吸收稳定系统6，分割成稳定汽油17、液化气16及焦化干气15，焦化干气15经焦化干气脱硫塔7脱硫、过滤器8过滤掉微量焦粉后，经制氢原料压缩机9增压后作制氢原料19送至制氢装置的预处理单元，所述制氢装置在图中没有画出。

本发明还提供一种耗氢装置排放干气优化利用方法，所述方法包括如下内容：增压后的耗氢装置干气11分成两部分，一部分排放干气从三个注汽点分别注入焦化加热炉1辐射段与焦化原料10混合，经焦化加热炉1加热后的混合物料12通过四通阀2进入焦炭塔3进行焦化反应，当开始生焦时，从焦炭塔3上部注入塔内注入另一部分耗氢装置排放干气，生焦结束时停止通入排放干气，反应生成油气13进入焦化分馏塔4，塔顶得到的焦化富气14经富气压缩机5增压后进入吸收稳定系统6，分割成稳定汽油17、液化气16及焦化干气15，焦化干气15经脱硫塔7脱硫、过滤器8过滤掉微量焦粉后，经制氢原料压缩机9增压后作制氢原料19送至制氢装置的预处理单元。

下面的实施例将对本方法予以进一步说明，但并不因此限制本方法。

实施例及对比例所用的焦化原料均为劣质减压重油，其性质如表1所示。实施例所用的耗氢装置排放干气性质如表2所示。

实施例1

实施例是按照本发明提供的耗氢装置排放干气优化利用方法流程在延迟焦化实验装置上进行试验，其中，所述耗氢装置排放干气通过焦化加热炉的注汽点注入到加热炉辐射段，操作条件及产品分布如表3所示（产品收率里已扣除排放干气的量），可看出，焦炭与液态烃收率分别为23.4%及69.0%，焦化干气中H₂含量为27.3%。

实施例2

与实施例1基本相同，不同之处在于，在焦化原料和耗氢装置排放干气在焦炭塔中开始生焦反应时，向焦炭塔中通入另一股耗氢装置排放干气，在焦化反应结束是，停止通入，所述排放干气从距焦炭塔顶油气出口4m处的焦炭塔筒体上注入，注入口采用三点均布的方式，注入口与焦炭塔壳体呈45度。操作条件及产品分布如表3所示（产品收率里已扣除低分气的量），可看出，焦炭与液态烃收率分别为23.3%及69.2%，焦化干气中H₂含量为27.6%。

对比例1

与实施例1基本相同，不同之处在于焦化加热炉和焦炭塔均没有通入排放干气，操作条件及产品分布如表3所示，可看出，焦炭及液态烃收率分别为23.5%及68.7%，焦化干气中H₂含量为9.5%。

表1 劣质减压重油性质

原料油名称	劣质混合减压渣油
		密度（20℃）/（g·cm<sup>-3</sup>）	1.0125
残炭，%	19.7
		灰分，%	0.051
黏度/（mm<sup>2</sup>·s<sup>-1</sup>）
		80℃	3151
100℃	781.5
		四组分造成，m%
饱和分	15.5
		芳香分	52.3
胶质	25.5
		沥青质	6.7

表2 耗氢装置排放干气性质

表3 操作条件及产品分布

	实施例1	实施例2	对比例1
				操作条件
操作周期，h
				加热炉出口温度，℃	500	500	500
焦化循环比	0.15	0.15	0.15
				焦炭塔顶压力，MPa	0.15	0.15	0.15
加热炉注汽量，wt%	-	-	1.5
				低分气注入量，Nm<sup>3</sup>/t油
加热炉	35	18	-
				焦炭塔	-	9	-
产品分布，wt%
				焦化气体	7.6	7.5	7.8
焦化液态烃	69.0	69.2	68.7
				焦炭	23.4	23.3	23.5
合计	100.0	100.0	100.0
				焦化干气中H<sub>2</sub>含量，v%	27.3	27.6	9.5

Claims (18)

1.一种耗氢装置排放干气优化利用方法，所述优化利用方法包括如下内容：

（1）将耗氢装置排放干气送至焦化装置，所述排放干气经焦化装置中焦化加热炉的注汽点注入；

（2）加热后的焦化原料和排放干气进入焦炭塔进行反应；

（3）步骤（2）反应得到的高温油气经分离得到的焦化富气进入焦化装置的吸收稳定系统，分离后得到焦化干气、焦化汽油、焦化柴油、焦化蜡油；

（4）步骤（3）得到的焦化干气经脱硫、过滤后作为制氢原料。

2.按照权利要求1所述耗氢装置排放干气优化利用方法，其特征在于：步骤（1）中所述的耗氢装置为烃油加氢裂化装置、烃油加氢精制装置、烃油加氢处理装置中的一种或几种。

3.按照权利要求1所述耗氢装置排放干气优化利用方法，其特征在于：耗氢装置排放干气是指耗氢装置低分油经汽提塔分离得到的气体。

4.按照权利要求1所述耗氢装置排放干气优化利用方法，其特征在于：耗氢装置排放干气压力为0.7MPa～1.2MPa，所述干气中的氢气体积含量为20%～50%，优选为30%～50%。

5.按照权利要求1所述耗氢装置排放干气优化利用方法，其特征在于：所述焦化装置的反应条件：加热炉出口温度480℃～520℃、进一步优选为495℃～505℃，焦炭塔压力为0.1MPa～0.35MPa、进一步优选为0.15MPa～0.2MPa。

6.按照权利要求1所述耗氢装置排放干气优化利用方法，其特征在于：步骤（1）所述耗氢装置排放干气压力升压至1.2MPa-2.1MPa，优选1.7-2.0MPa后进入焦化加热炉。

7.按照权利要求1所述耗氢装置排放干气优化利用方法，其特征在于：所述焦化加热炉的炉管注汽点为1～3个，所述的注汽点部分或者全部注入排放干气。

8.按照权利要求1所述耗氢装置排放干气优化利用方法，其特征在于：步骤（2）中加热后的焦化原料和排放干气进入焦炭塔进行反应，在反应进行到生焦阶段时，向焦炭塔中通入耗氢装置排放干气，至生焦结束时停止通入耗氢装置排放干气。

9.按照权利要求8所述耗氢装置排放干气优化利用方法，其特征在于：向焦炭塔中通入耗氢装置排放干气时，排放干气从焦炭塔底部原料注入口注入，或者从焦炭塔泡沫层上方注入，优选从焦炭塔泡沫层上方注入。

10.按照权利要求8所述耗氢装置排放干气优化利用方法，其特征在于：注入方式为单点注入或多点注入，优选采用焦炭塔筒体上同一水平面多点均布方式；所述的排放干气从注入点斜向塔底方向喷入，与塔径向夹角为10°-60°。

11.按照权利要求1所述耗氢装置排放干气优化利用方法，其特征在于：焦化干气过滤后作为制氢原料进入制氢装置。

12.按照权利要求11所述耗氢装置排放干气优化利用方法，其特征在于：所述制氢装置为炼厂干气水蒸汽重整制氢或轻烃部分氧化制氢装置。

13.一种耗氢装置排放干气优化利用系统，所述系统包括：

（1）耗氢装置，其用于提供排放干气；

（2）焦化加热炉，其用于接收并处理焦化原料和来自耗氢装置的排放干气，处理后得到物料A；

（3）焦炭塔，其用于接收并处理来自焦化加热炉的物料A和来自耗氢装置的排放干气，处理后得到油气产物B；

（4）焦化分馏塔，其用于接收来并处理来自焦炭塔的油气产物B；

（5）吸收稳定系统，其用于接收并处理来自焦化分馏塔分馏后得到的焦化富气，处理后得到焦化干气、液化气和稳定汽油。

14.按照权利要求13所述耗氢装置排放干气优化利用系统，其特征在于：所述系统还包括制氢装置，所述制氢装置用于接收并处理来自吸收稳定系统的焦化干气。

15.按照权利要求14所述耗氢装置排放干气优化利用系统，其特征在于：所述制氢装置为炼厂干气水蒸汽重整制氢或轻烃部分氧化制氢装置。

16.按照权利要求13所述耗氢装置排放干气优化利用系统，其特征在于：所述耗氢装置为烃油加氢裂化装置、烃油加氢精制装置、烃油加氢处理装置中的一种或几种。

17.按照权利要求13所述耗氢装置排放干气优化利用系统，其特征在于：所述焦化加热炉设置有1～3个注汽点，所述的注汽点部分或者全部注入排放干气。

18.按照权利要求13所述耗氢装置排放干气优化利用系统，其特征在于：焦化干气经过过滤装置过滤后作为制氢原料进入制氢装置，过滤装置是金属丝网过滤器、气固旋流分离器、多孔材料过滤器中的一种或几种装置。