CN114364448A - 用于与变压吸附设备一起使用的膜渗透物再循环系统 - Google Patents

用于与变压吸附设备一起使用的膜渗透物再循环系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114364448A
CN114364448A CN202080062470.4A CN202080062470A CN114364448A CN 114364448 A CN114364448 A CN 114364448A CN 202080062470 A CN202080062470 A CN 202080062470A CN 114364448 A CN114364448 A CN 114364448A
Authority
CN
China
Prior art keywords
membrane
stream
unit
permeate
gas stream
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080062470.4A
Other languages
English (en)
Inventor
布兰得利·P·拉塞尔
高塔姆·潘迪
大卫·A·韦格尔
W·爱思唯尔斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honeywell UOP LLC
Original Assignee
UOP LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by UOP LLC filed Critical UOP LLC
Publication of CN114364448A publication Critical patent/CN114364448A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/229—Integrated processes (Diffusion and at least one other process, e.g. adsorption, absorption)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1487—Removing organic compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/225—Multiple stage diffusion
    • B01D53/227—Multiple stage diffusion in parallel connexion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/16—Hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/702—Hydrocarbons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/80—Water

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于处理净气料流的系统。该系统包括用于从净气料流产生压缩气体料流的压缩机。该压缩机连接到变压吸附单元，在该变压吸附单元中，分离净气料流以产生氢产物料流和尾气料流。将来自变压吸附单元的尾气料流送到第一膜单元以产生第一渗透物料流和第一非渗透物料流。将该尾气料流的一部分送到第二膜单元以产生第二渗透物料流和第二非渗透物料流。

Description

用于与变压吸附设备一起使用的膜渗透物再循环系统
优先权声明
本申请要求2019年9月4日提交的美国申请号16/560,431的优先权，该申请全文并入本文。
技术领域
本公开涉及利用氢回收单元和变压吸附单元的膜渗透物再循环系统。
背景技术
通常，膜分离过程包括进料调节区段，该进料调节区段通过去除液体、固体和不期望的污染物来调节膜进料气体，然后建立期望的膜操作温度。当半渗透膜屏障的进料侧和渗透物侧之间存在或施加压力差时，由于氢和其他烃组分的相对渗透率的差异，实现了膜分离过程中的气体分离。通常，膜元件含有半渗透膜屏障。
常规地，膜分离单元含有至少两个膜模块组。膜分离区段的膜模块组并行布置并且连接到通常分配膜进料气体并收集膜渗透物气体和膜非渗透物气体料流的公共管道中。已知的非渗透物调节区段含有自动控制阀，该自动控制阀保持膜侧上的压力并且可以含有另外的装备，诸如热交换器和分离鼓，以冷却气体并去除冷却后产生的任何冷凝液体。
由于此原因，至少两个膜模块组安装在每个膜单元中，使得可以通过当进料流量能力减少与膜模块组上的级分离率控制投入使用结合时隔离单独的膜模块组来实现25％-100％的标称流率的调小控制。
因此，期望提供一种改进的方法，其将是与催化重整器相关联的现有氢回收流量方案的增强。需要改进膜分离方法以改善气体的渗透物再循环，从而减少整个膜分离方法和单元的操作和资本费用。因此，需要可以用于炼油厂废气分离的改进变压吸附单元，其中期望氢和LPG的高回收，并且下游消耗装置在处理反应器诸如加氢处理中使用高压下的产物氢。此外，需要在操作中动态和稳健的分离方法。
另外，根据随后的主题的具体实施方式和所附权利要求，结合附图和该主题背景，本发明主题的其他期望的特征和特性将变得显而易见。
发明内容
本文考虑的各种实施方案涉及一种改进的渗透物再循环方法，该方法包括膜渗透物料流为了最大氢回收被再循环到的变压吸附单元和膜单元。根据示例性实施方案，提供了一种用于处理净气料流的方法，该方法包括将净气料流送到压缩机以产生压缩气体料流。将该压缩净气料流送到变压吸附单元以产生氢产物料流和尾气料流。将该尾气料流送到第一膜单元以产生第一渗透物料流和第一残余物料流。将该尾气料流的一部分进一步送到第二膜单元以产生第二渗透物料流和第二残余物料流。
根据本发明的实施方案，提供了一种净气料流处理系统，该净气料流处理系统包括定位成接收净气料流的压缩机。变压吸附单元被定位成从压缩机接收压缩气体料流。变压吸附单元含有至少两个出口，该出口中的一个出口被配置为含有氢产物料流，并且该出口中的第二个出口被配置为含有尾气料流，从而将压缩气体料流送到变压吸附单元以产生氢产物料流和尾气料流；
该出口的第二个出口与包括膜的第一膜单元连通，其中膜中的每个膜在其中具有渗透物侧和非渗透物侧；和第二膜单元，该第二膜单元与变压吸附单元连通以接收尾气料流的一部分，并且被配置为产生第二渗透物料流和第二非渗透物料流。
根据另一示例性实施方案，提供了一种用于处理净气料流的方法，该方法包括将净气料流送到压缩机以产生压缩气体料流，该压缩气体料流进一步传送到变压吸附单元，以将氢与尾气料流一起回收为产物料流。该方法进一步包括将回收的尾气料流送到第一膜单元以产生第一渗透物料流和第一非渗透物料流。然后将尾气料流送到第二膜单元以产生第二渗透物料流和第二非渗透物料流，然后控制尾气料流到第一膜单元和第二膜单元的流动。
因此，本公开描述了一种改进的渗透物再循环方法，该方法减少了包括控制系统要求的操作和资本费用，以使系统完全灵活并且适用于系统操作的改变。申请人已经发现，本解决方案通过添加与第一膜单元相比在较低压力下操作的第二膜单元来实现，这减小了本流动方案所需的膜单元的总尺寸。而且，将渗透物气体从第二膜单元再循环到变压吸附(PSA)单元是保持在低压下，从而降低再循环操作的操作和资本成本。此外，来自第二膜单元的低压渗透物再循环提供了送到PSA单元的吹扫气体，从而使得来自PSA单元的氢回收增加。因此，本渗透物再循环方法将操作费用降低了10％，并且将资本成本降低了7％。
考虑以下具体实施方式、附图和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。
附图说明
下文将结合以下附图描述各种实施方案，其中类似的数字表示类似的元件。
图1是示出现有技术膜分离方法的示意性方法流程图。
图2是本公开的方法的示意性流程图，示出了膜渗透物再循环方法的改进。
图3示出了运行本公开的系统所需的功率的减小。
图4示出了本公开中所需的膜面积的显著减少。
图5是示出在本公开中使用的管道布局的细节的示意图，其中两个膜单元被集成到单个膜系统中。
技术人员将理解，图1至图5中描述的元件是为了简单和清楚而图示的，而不一定按比例绘制。例如，图1至图5中的一些元件的尺寸相对于其他元件可被夸大，以帮助改善对本公开的各种实施方案的理解。此外，为了便于更少地妨碍对本公开的这些各种实施方案的查看，可以不描绘出在商业上可行的实施方案中可用的或必要的普遍且熟知的元件。
定义
如本文所用，术语“料流”可包含各种烃分子和其他物质。
如本文所用，术语“富含”可意指料流中的一种化合物或一类化合物的量通常为至少50摩尔％或至少70摩尔％、优选地90摩尔％并且最佳地95摩尔％。
如本文所用，术语“流体连通”意指在所列部件之间流动的材料处于流体状态并且其连接两个部件。
如本文所用，术语“渗透物料流”可以意指允许通过膜的产物料流。
如本文所用，术语“非渗透物料流”可以意指不允许通过膜并且保持在膜上的滞留物料流。
如本文所用，术语“膜”可以意指选择性屏障，其允许某些物体穿过其或渗透，但阻止其它物体，该其它物体保留作为滞留物。
如本文所用，术语“Cx”(其中“x”是整数)意指具有包含x个碳原子的烃的烃料流。
如本文所用，术语“Cx-”(其中“x”为整数)意指具有包含x和/或更少个碳原子并且优选地包含x和更少个碳原子的烃的烃料流。
如本文所用，术语“Cx+”(其中“x”为整数)意指具有包含x和/或更多个碳原子并且优选地包含x和更多个碳原子的烃的烃料流。
如本文所用，术语“级分离率(stage-cut)”可以确定为在指定值下渗透物流率与膜进料气体流率的比率。
如本文所用，术语“组”可以意指可以与方法的其余部分完全隔离的每个平行膜模块的集合。
如本文所用，术语“分离器”意指这样的容器，其具有一个入口和至少一个塔顶蒸气出口和一个塔底液体出口，并且还可具有来自储槽(boot)的含水料流出口。
如本文所用，术语“部分”意指与主料流相比，在组成上无任何变化的取自主料流或从主料流分离出的量或份数。另外，它还包括将所取的或分离的部分分成多个部分，其中每个部分与主料流相比保持相同的组成。
具体实施方式
以下具体实施方式本质上仅是示例性的，并且不旨在限制各种实施方案或其应用和使用。另外，不意图受前述背景技术或以下详细描述中呈现的任何理论的束缚。通过删除通常在这种性质的方法中采用的许多设备诸如容器内部构件、温度和压力控制系统、料流量控制阀、再循环泵等(这些并不是说明本发明的性能所特别需要的)来简化附图。此外，在具体附图的实施方案中对本发明方法的说明并非旨在将本发明限制于本文所述的具体实施方案。
如图所示，附图中的方法流程线可以互换地称为例如管线、管道、分支、分配器、料流、流出物、进料、产物、部分、催化剂、抽出物、再循环、抽吸、排放和焦散。
本公开提供了一种在方法中将氢气再循环的有效方式，该方法通过在较低渗透物压力下操作尾气膜滤芯的部分并且使用此渗透物作为PSA单元中的外部吹扫气体来实现。这使得总安装膜面积显著减少以及压缩功率显著降低。
膜渗透物再循环方法的实施方案在图1中提出并示出。图1的料流动方案示出了净气压缩和烃回收系统20，将主要含有富氢气体的净气料流10传送到该系统。在压缩和回收之后产生的液体作为重烃料流收集在管线24中，并且将管线22中含有氢和轻烃的压缩气体传送到高压PSA单元30。PSA单元30将管线32中的富氢气体料流输送到第一级压缩机40以进行进一步压缩，并且富氢气体料流回收在管线42中。第一级压缩机40将富氢气体料流压缩到通常为250psia-400psia到600psia-900psia的压力。
第一级压缩机单元40以需要进一步压缩的高纯度(＞99.9mol％)输送回收的氢42。未回收的氢和烃杂质作为PSA尾气回收在管线34中，该PSA尾气在PSA尾气压缩机50中压缩，其中管线52中的压缩尾气料流被送到第一膜单元60，以在管线62中产生第一渗透物料流，该第一渗透物料流被送至干燥器70。管线72中的干燥气体被再循环并且与管线10中的净气进料料流混合。干燥器70可以包含吸附剂以从管线62中的PSA尾气料流中去除水分(H2O)。
管线64中来自第一膜单元60的第一非渗透物料流可以与来自催化重整单元的其它料流组合。管线110中的反应器流出物(来自反应器，未示出)被注入分离器单元80中以在管线82中产生分离器液体。管线82中的分离器流出物料流与经由管线120的加氢处理汽提器废气料流(从外部源供应)和管线64中的第一非渗透物料流混合，从而在管线84中形成混合流出物料流。此外，然后将管线84中的混合流出物料流完全供应到安装在第一膜单元下游的吸收器单元90。吸收器90在管线92中产生从吸收器顶部获取的燃气料流并在底部管线94中产生重烃料流。管线94中的重质料流可以在催化重整单元的脱戊烷塔或脱丁烷塔中进一步处理，以分别分离出戊烷和丁烷。
重烃底部料流可以进一步与在管线24中供应的并且从净气压缩机和烃回收系统20作为流出物回收的另一较重烃料流组合，从而在管线96中形成混合重烃产物料流。管线110中的反应器流出物料流被回收作为催化重整流出物料流，该催化重整流出物料流包含氢、轻烃(C1至C4)、轻石脑油(C5至C6)和重石脑油(C6至C11)范围的材料。因此，可将管线110中的重整流出物料流传送至分离器80。在分离器80中，可以分离蒸气以在管线82中提供重整蒸气料流(未示出)和重整产物液体料流。
现在参考图2，示出了用于从膜渗透物再循环方法改进和高效氢回收的实施方案。如图2所示的流动方案具有以下益处，变压吸附(PSA)尾气的一部分在低压下再循环，从而避免昂贵的再压缩并减小再循环压缩机的大小。图2示出了本发明的流动方案，其中将来自催化重整单元的主要含有富氢气体(主要是氢，剩余的是烃)的净气料流10送到净气压缩机和烃回收系统20。压缩和回收之后产生的液体作为重烃料流收集在管线24中。管线22中含有氢和轻质烃的压缩气体然后传送到第一级压缩机30，其中管线32中的进一步压缩料流送到高压PSA单元40。
然而，可以存在替代流动方案(此处未示出)而利用在较低压力下操作的PSA单元40，该替代流动方案直接将管线22中的压缩气体传送到PSA单元40中而不需要第一级压缩机30。此外，压缩系统30将管线22中的气体压缩到通常为250psia-400psia到600psia-900psia的压力。PSA单元40以高纯度(＞99.9mol％)将回收的氢42输送给消耗装置。未回收的氢和烃杂质共同构成管线44中的PSA尾气料流，PSA尾气料流通过利用PSA尾气压缩机50进一步压缩，并且在管线52中回收压缩尾气料流，将该压缩尾气料流进一步传送到干燥器单元60。压缩机50在通常15psia-25psia到250psia-350psia的压力下压缩管线44中的PSA尾气。
管线62中的干燥气体的第一部分在管线66中获取并且被引导到第一膜单元70以在管线72中产生第一渗透物料流，第一渗透物料流被再循环到管线10并与管线10中注入的净气进料料流混合。管线62中的干燥气体的第二部分在管线64中获取，干燥气体的第二部分作为进料气体被送到第二膜单元80，以在管线82中产生第二渗透物料流，第二渗透物料流被再循环到PSA单元40。在本公开的一方面，干燥器单元60还可以包含填充有吸附剂以从PSA尾气料流中去除水分(H2O)的分离器。
管线74中从第一膜单元70作为流出物回收的第一非渗透物料流和管线84中从第二膜单元80作为流出物回收的第二非渗透物料流被组合并与来自催化重整单元(此处未示出)的其它料流混合。将管线110中进入的反应器流出物注入分离器单元90中，从而在管线92中产生分离器液体料流。分离器液体料流92进一步与管线120中经由外部源注入的加氢处理汽提器废气料流混合，并且与第一非渗透物料流74和管线84中的第二非渗透物料流组合以形成进入吸收器单元100的组合流出物料流94。吸收器单元100产生在吸收器顶部从管线102回收的燃气料流以及经由管线104从吸收器的底部回收的较重烃料流。重烃底部料流104可以在催化重整单元的脱戊烷塔或脱丁烷塔单元中进一步处理。另外，管线104中回收的重烃底部料流可以与在管线24中流动的较重烃料流混合，并且作为来自净气压缩机和烃回收系统20的流出物回收。混合的所得料流在管线106中流动。管线110中的反应器流出物料流被回收作为催化重整流出物料流，催化重整流出物料流包含氢、轻烃(C1至C4)、轻石脑油(C5至C6)和重石脑油(C6至C11)范围的材料。
作为替代特征，管线102中的燃气料流中的一部分或全部也可以被再循环到净气压缩机和烃回收系统20，以从燃气料流中(C2-)回收氢。在本发明的一方面，净气压缩和烃回收系统20可包括与压缩机流体连通的分离器，以分离存在的任何液体并将料流的蒸气或气体部分传送到下一个方法步骤或压缩步骤。此外，冷却器也可以存在于其中用于冷却。此外，压缩机最多可具有两级。通常发现膜进料预处理区段包括进料干燥器、进料过滤器或聚结器或进料分离鼓以及具有压力和温度补偿的进料流量测量。进料加热器安装在膜预处理区段中以将膜进料气体温度调节在恒定值。
此外，当在半渗透膜屏障的进料侧和渗透物侧之间施加压力差时，由于氢和其它烃组分的相对渗透率的差异，膜分离单元中发生气体的分离。半渗透膜屏障包含在膜元件内。这种半渗透膜屏障执行分离，并且通常但不限于由选自乙酸纤维素、聚酰亚胺或聚砜等的材料形成，示出了可渗透分子(如氢)和较低可渗透分子(诸如烃)之间的选择性。
在改进的流动方案中，如图2所示，PSA尾气的一部分被送到另一膜单元而不是在图1所示的示意图中使用的单个膜单元。与主尾气膜(85psig渗透物压力)相比，此膜单元以较低的渗透物流动排出和较低的渗透物压力(20psig)操作。由于渗透物压力较低，因此渗透的驱动力较大。降低的渗透物压力增加了膜进料与渗透物压力的比率。将渗透物压力从85psig(100psia)降低到20psig(35psia)将这一比率增加了几乎3倍，并将所需的膜面积减少了3倍。由于膜系统的成本与安装的膜面积成比例，因此这使得显著降低成本。
所需膜面积的进一步减少来自渗透物流动排出。来自较小膜的渗透物直接被再循环到PSA单元，而不是通过PSA进料再接触和压缩区段，并且不再用作PSA进料气体，而是用作PSA吹扫气体。此吹扫气体的氢纯度高(97mol％或更高)，而来自主尾气膜的渗透物再循环的氢纯度较低(67mol％)。在PSA单元中使用再循环氢作为吹扫气体允许在PSA方法中增加氢的回收，因为通常用于内部吹扫的吹扫气体量现在可以用于在并流减压期间通过进一步优化PSA循环均衡步骤的压力均衡。再循环流率的减少略微改善PSA进料气体质量，这也对PSA单元回收和所需吸附床体积具有有益的作用，这两者都对PSA单元成本具有积极影响。由于用作吹扫气体的氢气源自膜渗透物产物料流，因此它可以含有痕量污染物，该痕量污染物可以在PSA床的氢产物出口处的吸附剂层上不可逆地吸附。这种风险可以通过在PSA床的氢产物出口处安装一小层保护吸附剂来克服，该保护吸附剂将去除这些痕量杂质。
可以将具有两个膜单元的图2的流动方案制成非常灵活的，因为PSA尾气流率到两个膜中的每个膜的分流可以针对任何给定情况优化并且通过方法的操作条件(压力)和期望的总体氢回收率来确定。在这种情况下，在炼油厂，77％的PSA尾气进入产生再循环吹扫气体的较小膜。
在示例性实施方案中，已经示出了两个系统的相对功率要求的说明性表示。图3描绘了现有技术系统和本公开所需的功率的相对差异。上线所示的读数表示操作如现有技术图1中所描绘的方法所需的功率，并且下线所示的读数表示按照申请人的公开内容进行本方法所需的功率。另外，在图3中描绘了在氢回收率范围内改进的方案与现有技术系统的比较。结果示出了压缩功率降低约10％的一致操作益处。本发明的重要方面涉及PSA单元的操作压力。发现在PSA单元中，在PSA循环中使用外部吹扫气体的益处对于较高压力比(进料压力超过吹扫压力)更大。在较高压力下操作的PSA单元可以执行增加氢回收率的额外压力均衡步骤。
此外，如本发明中所述，使用37的PSA压力比来将外部吹扫的效率最大化。这种PSA压力比是基于进料气体压力与尾气压力的比率，即815(psia)/22(psia)来确定。为了实现这种高PSA压力比，压缩PSA进料气体并且使用高压循环来产生用于下游高压消耗装置(例如，加氢裂化器)的产物氢。
接下来参考图4，其示出了先前所需的总膜面积由上线示出，而本公开现在所需的总膜面积由下线示出，其中总膜面积在96.5％到98.5％的氢回收率范围内分别减小1.4倍到5倍。
图5示出了将第一膜单元70和第二膜单元80组合到集成膜单元中的系统的渗透物区段的管道细节，这仍然满足本发明的图2的流动方案的要求。另外，图5示出了三个膜模块组220、230和240，它们各自含有单独的膜模块222、232、242。每个膜模块组可以通过组隔离阀226和228、236和238以及246和248与膜渗透物集管隔离。在膜模块组220、230和240内部，管线224、234和244将并行安装的膜模块连接。分隔阀252和254处于打开位置，将组230和240连接到级1。分隔阀250和260处于关闭位置，将组220与其它组230和240分离，从而构成级2。
在高渗透物压力下操作的第一膜单元在级1处，并且在低渗透物压力下操作的第二膜单元在级2处。在渗透物集管的相对端抽出来自级1的渗透物产物270和来自级2的渗透物产物268。控制阀256控制渗透物管线268中的级2中的压力，而控制阀258控制渗透物管线270中的级1中的较低压力。
本发明的另外的特征是集成膜单元，并且将集成膜单元控制成具有在不同渗透物压力下操作的两个膜分离区段的单个单元。本发明的集成膜单元具有用于高渗透物压力区段(级1)的至少两个膜模块组以及用于低渗透物压力区段(级2)的至少两个膜模块组。这些组可以具有相同或不同的大小，这取决于方法的要求。集成膜单元具有共同的进料和非渗透物区段，而渗透物区段分成两个。集成膜系统的管道具有集成到共同滑道中的两个不同的渗透物目的地。
由于在不同压力水平下存在两个渗透物连接，因此在渗透物主收集器的相对端处抽出两个渗透物料流。为此目的，将一个或多个自动分隔阀安装在渗透物集管中。阀将构成级1和级2膜单元的不同膜组分离，并且同时允许每个级在其自身的渗透物压力水平下操作。
本发明假设每个膜级具有至少两个组，这意味着集成系统的最小配置将具有至少四个膜模块组。在这种最小配置中，应安装至少单个分隔阀以分离两个膜区段。对于较大的膜系统，其中级1和/或级2被配置为具有多于两个模块组，可以安装额外的分隔阀。此配置增加了系统的灵活性。在最灵活的配置中，NH组属于级1而NL组属于级2，总共可以安装NH+NL-1个分隔阀。这些阀中的一个阀将处于完全关闭位置，而其它阀处于打开位置。
此配置允许在系统中产生高灵活性，以改变在用作到PSA进料入口的再循环气体的气体(来自高渗透物压力下的级1)和被再循环到提供吹扫入口的PSA的气体(来自低渗透物压力下的级2)之间的流动比率。基于外部PP或再循环气体的所需分流，可以修改控制阀的位置以改变属于级1或级2的膜模块组的数量。阀中的一个阀将关闭并将级1与级2分离，而其他阀打开。连接在关闭的分隔阀的高压侧的组构成级1，而连接到关闭的分隔阀的低压侧的组构成级2。为了改变流动到级1和级2的膜进料气体的比率，并且因此改变外部PP或再循环气体的比率，可以使用每个级的单独级分离率控制器。对于更大的变化，可能需要改变来自级1与级2的膜模块组的分配，或反之亦然。
为了允许此类改变而不会停止膜系统，定位器安装在自动分隔阀上，以允许缓慢打开并避免高渗透物压力侧和低渗透物压力侧之间的压力冲击波。当一个组从一个级重新配置到另一个级时，在组的任一侧操纵分隔阀将允许配置的改变。为了将组从级1(高压)改变为级2(低压)，首先使将组连接到级1的打开的分隔阀关闭，然后将连接到级2的关闭的分隔阀逐渐打开。为了将组从级2(低压)改变为级1(高压)，首先使将组连接到级2的打开的分隔阀关闭，并且将连接到级1的关闭的分隔阀逐渐打开。控制系统将进料压力和非渗透物压力保持为高，并且通过改变其相应渗透物侧的压力来控制级1和级2两者的级分离率。
基于2个膜区段的特定特性(安装面积)，控制系统可以通过单个流量测量计算多少气体流向每组和级1和级2中安装的膜面积的量，并且可以使用该信息从单个进料流量测量而不是2个进料流量测量控制级分离率。这在膜滑道构造中是有益的，不仅通过较低数量的仪器来降低成本，而且对滑道构造有益，因为流量测量需要较小的直线延伸管道长度。
然而，在两个膜区段在相同温度下操作的情况下，保持膜操作温度的进料加热器可以与公共温度控制回路和温度控制阀一样是公共的；在两个级在不同温度下操作时，仍然可以利用公共进料加热器，但是两个分离级将需要单独的膜进料温度控制回路和对应的控制阀，或者对于更高的操作温度可以使用额外(较小)的交换器。另外，当两个级在不同温度下操作时，当进料集管的两端被进料不同温度的进料气体时，也可将分隔阀添加到进料集管以将不同温度的进料气体引导到级1和级2分离区段。
在维持至少相同或更高的氢生产的同时，通过降低功率要求以及将膜单元大小显著减少实现节省操作成本。
更具体地，本公开通过减少约10％的操作成本并且降低约7％的资本成本来实现相等的氢和LPG回收。由于催化重整单元净气压缩要求减少(从较大膜减少再循环流量)和PSA尾气压缩降低(增加PSA回收并减少PSA进料气体流量)，因此操作成本降低。较低的资本成本是由于较小的总安装膜面积和降低的压缩装备成本。
本领域普通技术人员应当认识且应当理解，各种其它部件诸如阀、泵、过滤器、冷却器等未在附图中示出，因为据信，它们的具体内容完全在本领域普通技术人员的知识范围内并且它们的描述对于本发明的实施方案的实施或理解并不是必需的。
具体实施方案
虽然结合具体的实施方案描述了以下内容，但应当理解，该描述旨在说明而不是限制前述描述和所附权利要求书的范围。
本发明的第一实施方案是一种净气料流处理系统，该净气料流处理系统包括：压缩机，该压缩机定位成接收净气料流；变压吸附单元，该变压吸附单元定位成从压缩机接收压缩气体料流，该变压吸附单元含有至少两个出口，该出口中的一个出口被配置为含有氢产物料流，并且该出口中的第二个出口被配置为含有尾气料流，从而将压缩气体料流送到变压吸附单元以产生氢产物料流和尾气料流；该出口的第二个出口与包括膜的第一膜单元连通，其中膜中的每个膜在其中具有渗透物侧和非渗透物侧；和第二膜单元，该第二膜单元与变压吸附单元连通以接收尾气料流的一部分，并且被配置为产生第二渗透物料流和第二非渗透物料流。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，该实施方案还包括压缩机，该压缩机定位成接收尾气料流并且定位成在将压缩尾气料流送到第一膜单元和第二膜单元。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中第一膜单元和第二膜单元被配置为将第一非渗透物料流和第二非渗透物料流送到吸收器单元，并且其中吸收器单元被操作以产生燃气料流和C3+料流。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，该实施方案还包括控制系统，该控制系统与变压吸附单元连通，以控制尾气料流到第一膜单元和第二膜单元的流动。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中第二膜单元被配置为将第二渗透物料流作为吹扫气体再循环到变压吸附单元。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中控制系统被设置并且被配置为控制第一膜单元和第二膜单元中的温度。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中控制系统被配置为通过控制第一膜单元和第二膜单元的渗透物流量与膜进料流量的比率来控制第一膜单元和第二膜单元的渗透物压力。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中控制系统被配置为测量到第一膜单元和第二膜单元中的每一者内的每组膜的气体流动量。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中该系统的控制系统与变压吸附单元的控制系统组合。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中膜单元的控制系统与变压吸附单元的控制单元分离。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中控制系统将气体流动量的量度组合成单个值以控制送到第二膜单元的气体的量。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，组合第一膜单元和第二膜单元，并且该实施方案还包括具有定位器的分隔阀，该定位器被配置为允许缓慢打开阀而避开压力冲击波。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中膜单元中的每个膜单元包括至少两个膜模块组。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中膜模块组中的每个膜模块组包括一组膜模块。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中膜模块组中的每个膜模块组具有至少一个分隔阀，该至少一个分隔阀被配置为将每个膜模块组与另一膜模块组或压力吸附单元分离或将每个膜模块组与另一膜模块组或压力吸附单元接合。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中被配置为操作的至少一组膜单元的压力低于至少一组膜单元。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中第一膜单元和第二膜单元各自包括至少两组膜。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中第一膜单元和第二膜单元各自包含不同的膜聚合物。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中变压吸附单元包括位于吸附床的端部处的保护吸附剂层以从第二膜渗透物料流去除杂质，其中该端部被配置在氢产物的出口处。
尽管没有进一步的详细说明，但据信，本领域的技术人员通过使用前面的描述可最大程度利用本发明并且可容易地确定本发明的基本特征而不脱离本发明的实质和范围以作出本发明的各种变化和修改，并且使其适合各种使用和状况。因此，前述优选的具体的实施方案应理解为仅例示性的，而不以无论任何方式限制本公开的其余部分，并且旨在涵盖包括在所附权利要求书的范围内的各种修改和等效布置。
在前述内容中，所有温度均以摄氏度示出，并且所有份数和百分比均按重量计，除非另外指明。

Claims (10)

1.一种净气料流处理系统，包括：
压缩机，所述压缩机定位成接收净气料流；
变压吸附单元，所述变压吸附单元定位成从所述压缩机接收压缩气体料流，所述变压吸附单元含有至少两个出口，所述出口中的一个出口被配置为含有氢产物料流，并且所述出口中的第二个出口被配置为含有尾气料流，从而将所述压缩气体料流送到变压吸附单元以产生氢产物料流和尾气料流；
所述出口的所述第二个出口与包括膜的第一膜单元连通，其中所述膜中的每个膜在其中具有渗透物侧和非渗透物侧；和
第二膜单元，所述第二膜单元与所述变压吸附单元连通以接收所述尾气料流的一部分，并且被配置为产生第二渗透物料流和第二非渗透物料流。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括压缩机，所述压缩机定位成接收所述尾气料流并且定位成将压缩尾气料流送到所述第一膜单元和所述第二膜单元。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一膜单元和所述第二膜单元被配置为将所述第一非渗透物料流和所述第二非渗透物料流送到吸收器单元，并且其中所述吸收器单元被操作以产生燃气料流和C3+料流。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括控制系统，所述控制系统与所述变压吸附单元连通，以控制所述尾气料流到所述第一膜单元和所述第二膜单元的流动。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二膜单元被配置为将所述第二渗透物料流作为吹扫气体再循环到所述变压吸附单元。
6.根据权利要求1所述的系统，其中控制系统被设置并且被配置为控制所述第一膜单元和所述第二膜单元中的温度。
7.根据权利要求4所述的系统，其中所述控制系统被配置为通过控制所述第一膜单元和所述第二膜单元的渗透物流量与膜进料流量的比率来控制所述第一膜单元和所述第二膜单元的渗透物压力。
8.根据权利要求4所述的系统，其中所述控制系统被配置为测量到所述第一膜单元和所述第二膜单元中的每一者内的每组膜的气体流动量。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制系统将所述气体流动量的量度组合成单个值以控制送到所述第二膜单元的气体的量。
10.根据权利要求1所述的系统，组合所述第一膜单元和所述第二膜单元，并且所述系统还包括具有定位器的分隔阀，所述定位器被配置为允许缓慢打开阀而避开压力冲击波。
CN202080062470.4A 2019-09-04 2020-08-31 用于与变压吸附设备一起使用的膜渗透物再循环系统 Pending CN114364448A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/560,431 2019-09-04
US16/560,431 US11207636B2 (en) 2019-09-04 2019-09-04 Membrane permeate recycle system for use with pressure swing adsorption apparatus
PCT/US2020/048687 WO2021045982A1 (en) 2019-09-04 2020-08-31 Membrane permeate recycle system for use with pressure swing adsorption apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114364448A true CN114364448A (zh) 2022-04-15

Family

ID=74679336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080062470.4A Pending CN114364448A (zh) 2019-09-04 2020-08-31 用于与变压吸附设备一起使用的膜渗透物再循环系统

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11207636B2 (zh)
EP (1) EP4025325A4 (zh)
CN (1) CN114364448A (zh)
CA (1) CA3149228A1 (zh)
MX (1) MX2022002709A (zh)
WO (1) WO2021045982A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115651705A (zh) * 2022-08-25 2023-01-31 陕西未来能源化工有限公司 低碳烃入工段膜分离提氢系统及方法

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5207806A (en) * 1991-10-08 1993-05-04 Praxair Technology, Inc. Dual product pressure swing adsorption and membrane operations
CN1123193A (zh) * 1994-09-08 1996-05-29 气体产品与化学公司 通过吸附膜进行氢气的回收
US5753010A (en) * 1996-10-28 1998-05-19 Air Products And Chemicals, Inc. Hydrogen recovery by pressure swing adsorption integrated with adsorbent membranes
US6183628B1 (en) * 1999-03-19 2001-02-06 Membrane Technology And Research, Inc. Process, including PSA and membrane separation, for separating hydrogen from hydrocarbons
US6592749B1 (en) * 1999-03-19 2003-07-15 Membrane Technology And Research, Inc. Hydrogen/hydrocarbon separation process, including PSA and membranes
US20040103782A1 (en) * 2002-12-02 2004-06-03 L'air Liquide Socie Methane recovery process
US20070125537A1 (en) * 2005-12-02 2007-06-07 Membrane Technology And Research Inc. Natural gas treatment process for stimulated well
JP2008247636A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Nippon Oil Corp 水素製造および二酸化炭素回収方法ならびに装置
WO2010135185A1 (en) * 2009-05-18 2010-11-25 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Processes for the recovery of high purity hydrogen and high purity carbon dioxide
CN102015066A (zh) * 2008-02-21 2011-04-13 埃克森美孚研究工程公司 利用沸石咪唑酯骨架结构材料分离氢和烃
CN203816457U (zh) * 2014-05-23 2014-09-10 四川天采科技有限责任公司 从炼厂干气中高收率、高纯度回收氢气的装置
CN105555923A (zh) * 2013-09-23 2016-05-04 环球油品公司 用于催化重整的方法
US20180111831A1 (en) * 2015-10-26 2018-04-26 Uop Llc Process for maximizing hydrogen recovery
US20180169563A1 (en) * 2016-12-15 2018-06-21 Chevron Phillips Chemical Company Lp Membrane and Pressure Swing Adsorption Hybrid INRU Process
US20190030482A1 (en) * 2017-09-21 2019-01-31 Air Liquide Advanced Technologies, U.S. LLC Production of biomethane using multiple types of membrane
CN109970029A (zh) * 2019-04-08 2019-07-05 大连理工大学 一种膜分离强化的高含氢炼厂气变压吸附氢气提纯工艺

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5989312A (en) * 1996-12-31 1999-11-23 Praxair Technology, Inc. Membrane control system and process
AU2001268073A1 (en) * 2000-06-01 2001-12-11 Enerfex, Inc. Membrane technology to reduce nitrogen in natural gas
NZ567656A (en) * 2005-10-24 2012-04-27 Shell Int Research Methods of filtering a liquid stream produced from an in situ heat treatment process
WO2008123337A1 (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Nippon Oil Corporation 水素製造および二酸化炭素回収方法ならびに装置
US20150299596A1 (en) * 2014-03-12 2015-10-22 Rustam H. Sethna Methods for removing contaminants from natural gas

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5207806A (en) * 1991-10-08 1993-05-04 Praxair Technology, Inc. Dual product pressure swing adsorption and membrane operations
CN1123193A (zh) * 1994-09-08 1996-05-29 气体产品与化学公司 通过吸附膜进行氢气的回收
US5753010A (en) * 1996-10-28 1998-05-19 Air Products And Chemicals, Inc. Hydrogen recovery by pressure swing adsorption integrated with adsorbent membranes
US6183628B1 (en) * 1999-03-19 2001-02-06 Membrane Technology And Research, Inc. Process, including PSA and membrane separation, for separating hydrogen from hydrocarbons
US6592749B1 (en) * 1999-03-19 2003-07-15 Membrane Technology And Research, Inc. Hydrogen/hydrocarbon separation process, including PSA and membranes
US20040103782A1 (en) * 2002-12-02 2004-06-03 L'air Liquide Socie Methane recovery process
US20070125537A1 (en) * 2005-12-02 2007-06-07 Membrane Technology And Research Inc. Natural gas treatment process for stimulated well
JP2008247636A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Nippon Oil Corp 水素製造および二酸化炭素回収方法ならびに装置
CN102015066A (zh) * 2008-02-21 2011-04-13 埃克森美孚研究工程公司 利用沸石咪唑酯骨架结构材料分离氢和烃
WO2010135185A1 (en) * 2009-05-18 2010-11-25 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Processes for the recovery of high purity hydrogen and high purity carbon dioxide
CN105555923A (zh) * 2013-09-23 2016-05-04 环球油品公司 用于催化重整的方法
CN203816457U (zh) * 2014-05-23 2014-09-10 四川天采科技有限责任公司 从炼厂干气中高收率、高纯度回收氢气的装置
US20180111831A1 (en) * 2015-10-26 2018-04-26 Uop Llc Process for maximizing hydrogen recovery
US20180169563A1 (en) * 2016-12-15 2018-06-21 Chevron Phillips Chemical Company Lp Membrane and Pressure Swing Adsorption Hybrid INRU Process
US20190030482A1 (en) * 2017-09-21 2019-01-31 Air Liquide Advanced Technologies, U.S. LLC Production of biomethane using multiple types of membrane
CN109970029A (zh) * 2019-04-08 2019-07-05 大连理工大学 一种膜分离强化的高含氢炼厂气变压吸附氢气提纯工艺

Also Published As

Publication number Publication date
MX2022002709A (es) 2022-03-22
US20210060482A1 (en) 2021-03-04
CA3149228A1 (en) 2021-03-11
WO2021045982A1 (en) 2021-03-11
EP4025325A1 (en) 2022-07-13
US11207636B2 (en) 2021-12-28
EP4025325A4 (en) 2023-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6589303B1 (en) Hydrogen production by process including membrane gas separation
US6011192A (en) Membrane-based conditioning for adsorption system feed gases
EP2258812A1 (en) Hydrocarbon compound synthesis reaction system and finely divided particle removal method
US6355092B1 (en) Apparatus and method for performing membrane gas/liquid absorption at elevated pressure
US6190536B1 (en) Catalytic cracking process
JP6231975B2 (ja) 天然ガス精製システム
WO2013122721A1 (en) Membrane separation assemblies
WO2016069403A2 (en) Methods and apparatuses for reforming of hydrocarbons including recovery of products using a recovery zone, a pressure swing adsorption zone, and a membrane separation zone
JPWO2010038400A1 (ja) 触媒分離システム
EA019363B1 (ru) Устройство для проведения реакции синтеза углеводородного соединения и способ его эксплуатации
CN114364448A (zh) 用于与变压吸附设备一起使用的膜渗透物再循环系统
CN114340762A (zh) 用于与变压吸附方法一起使用的膜渗透物再循环方法
EP2474592B1 (en) Method for recovery of liquid hydrocarbon
US6171472B1 (en) Selective purge for reactor recycle loop
CA2787153C (en) Hydrogen utilization within a refinery network
RU2795121C1 (ru) Процесс рециркуляции мембранного пермеата для применения в процессах адсорбции при переменном давлении
RU2797676C1 (ru) Система рециркуляции мембранного пермеата для применения с устройством адсорбции при переменном давлении
CN111378474B (zh) 一种提高加氢装置氢分压的处理系统及方法
AU2014377721B2 (en) A system and a process for enhancing efficiency of CO2 removal from natural gas stream
JP4771668B2 (ja) 水素製造方法とその装置
CN115335321A (zh) 氢供给系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination