CN116474522A - 一种增加液化气收率的吸收稳定工艺及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增加液化气收率的吸收稳定工艺及系统。该吸收工艺包括：（1）来自催化裂化分馏塔的原料气A经压缩，与富吸收油混合，进入气液分离罐闪蒸；（2）所得气相进入膜分离单元分离，得到含有氢气的渗透气和渗余气；（3）所得渗透气进入吸收塔下部的第一气体入口；（4）吸收塔所得塔顶气体离开装置，进入再吸收塔；（5）气液分离罐所得液相经换热后进入解吸塔上部，脱除富吸收剂中过吸的C2组分；（6）解吸塔塔顶得到解吸气经过降温后，从第二气体入口进入吸收塔；（7）解吸塔塔底脱乙烷汽油进入稳定塔，在稳定塔中分离得液化气产品和稳定汽油。本发明方法可有效增加吸收稳定系统的液化气收率。
Description
技术领域
本发明属于石油炼制化工产业中轻烃分离领域，具体涉及一种增加液化气收率的吸收稳定工艺及系统。
背景技术
随着炼化一体化进程推进，石化企业的全流程加工深度不断提高，炼油过程副产的液化气产量也随之不断增加，且液化气中高附加值组分（如丙烯）的占比也越来越高。因此对于石化企业而言，高效回收液化气组分具有十分重要的挖潜增效意义。
目前石化企业回收液化气的方法主要为吸收稳定工艺，即以汽油等流股作为质量分离剂，依靠物理吸收脱除干气中夹带的液化气组分。石化企业中典型的催化裂化装置、延迟焦化装置、轻烃回收装置等都采用了相似的工艺。吸收稳定工艺的设计指标通常为干气产品中夹带的液化气组分≯3%(V)。吸收稳定工艺在实际生产中，易受原料组成、流量波动以及稳定过程热量不足等因素的影响，因此许多石化企业的干气产品中夹带的液化气组分含量＞5%(V)。干气夹带液化气组分多，一方面造成了高附加值组分损失，另一方面也易影响干气下游去向（如燃料气、制氢、干气制乙苯、干气提浓等）的操作。
CN107278786A提供了一种吸收稳定工艺方法，该发明于解吸塔顶设置分凝器，从而避免解吸塔顶气相与富气、吸收塔底液一同进入气液平衡罐对相平衡的影响，进而降低吸收塔底的气相负荷。通过该发明，可将吸收稳定系统的干气产品C3+含量降低至2.0%。该技术中解吸塔分凝器的液相作为回流返回解吸塔，需增大解吸塔再沸器热量方可保证脱乙烷汽油中的C2含量指标，故该技术主要适用于系统热量充足的场景。
CN107338068A根据稳定汽油、粗汽油组成不同的特点，将它们分段进入吸收塔不同位置，从而避免吸收塔内组分返混，强化其吸收效果。另外，该发明还可于再吸收塔优选管壳式涡流管集束器，将干气的压力能转化为冷流和热流，从而进一步降低干气中的C3+组分含量至约1.5%。该发明优选的管壳式涡流管集束器在石化领域中应用较少，还需验证其能否适应石化领域气体、液体各类杂质较多的情况。
膜分离技术作为一种高效分离技术，在气体分离领域具有高效节能、操作便捷的方法，目前在石化企业中得到了广泛的应用。如通过膜分离技术提纯氢气的工艺路线，已在许多加氢装置的循环氢系统中使用，用以提高循环氢的氢气纯度。膜分离技术在气体分离领域主要通过不同气体在高分子有机膜孔中的通量差异进行分离，分离过程的推动力为原料侧与渗透侧的压力差。
CN1580191A公开了一种膜分离与吸收稳定系统联合回收液化气的方法。该发明通过以硅橡胶为分离层的复合膜将原料气中的液化气组分分离。膜的渗透侧采出富集的液化气组分。液化气组分通过富气压缩机返回催化裂化装置的吸收稳定系统，从而完成液化气组分的回收。该发明可进一步回收炼厂干气、气柜燃料气等气源中的液化气组分。该发明中膜分离得到的液化气组分中含有C2及以下杂质，因此需至催化裂化装置处理，一方面增加了其富气压缩机及其吸收稳定系统的负荷，另一方面降低吸收稳定系统的分离效果，使催化裂化干气中的液化气组分增加。
发明内容
本发明提供了一种增加液化气收率的吸收稳定工艺及系统。该工艺可通过膜分离技术降低吸收稳定单元负荷，并通过渗余气、解析塔顶气相分段进料提升吸收塔的吸收效果，从而减少干气中跑损的液化气组分，强化工艺装置的液化气回收能力。
根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种增加液化气收率的吸收稳定工艺。
具体的，本发明的一种增加液化气收率的吸收稳定工艺包括以下内容：
（1）来自催化裂化分馏塔的原料气A经富气压缩机压缩，与吸收塔底得到富吸收油混合，并经冷却降温后，进入气液分离罐闪蒸，所得气相经过可选择的过滤后，进入膜分离单元进行分离；
（2）步骤（1）得到气相进入膜分离单元分离，得到含有氢气的渗透气和渗余气；
（3）步骤（2）得到渗透气进入吸收塔下部的第一气体入口，与吸收塔上部进入的吸收剂在塔板或填料上接触，进行传质和传热；
（4）步骤（3）吸收塔所得塔顶气体离开装置，进入再吸收塔，与再吸收剂（如轻柴油等）进行传质传热，再吸收塔得到干气从再吸收塔塔顶离开，再吸收塔所得再吸收富剂离开装置；
（5）步骤（1）气液分离罐所得液相经换热后进入解吸塔上部，从而脱除富吸收剂中过吸的C2等轻组分，解吸塔塔顶采出解吸塔气相，塔底采出脱乙烷汽油；
（6）步骤（5）解吸塔塔顶得到解吸气经过换热降温后，从吸收塔下部的第二气体入口进入吸收塔；
（7）步骤（5）中解吸塔塔底的脱乙烷汽油进入稳定塔，在稳定塔中分离得液化气产品和稳定汽油。
进一步，步骤（1）所述可选择的过滤是指，气液分离罐得到气相需要经过或不经过过滤处理，优选经过过滤。过滤的目的是滤出气相中可能含有的少量固体杂质，从而避免固体杂质污染、损坏膜分离器。过滤后经预热器加热至60-80℃，使气相温度高于其露点20℃以上，以避免气相在膜分离器中发生液化。
进一步，步骤（1）所述的预热过程，热源可选取吸收稳定系统未被回收的低温热，比较典型的如稳定汽油进入空冷、水冷的100℃以下的热量，因此不会增加装置工艺加热所需的能耗。
进一步，步骤（2）中，预热后的气相进入膜分离器，在膜分离器中进行分离。经过膜分离操作后，所得渗透气中主要含有H2、CH4及少量C2等组分，其中C3及以上组分含量较低，可直接送出装置界区。膜分离所得渗余气中C3+组分浓度增加，渗余气中C3+组分的分压随之变大，从而有利于后续吸收过程。渗余气经冷却至30-40℃后送入吸收塔的第一气体入口。
进一步，步骤（2）中膜分离器的操作条件为本领域技术人员的常识。例如，膜分离操作条件包括：操作压力为1.00-3.00MPaG，渗透测压力为0.01-0.50MPaG，渗余侧压力与膜分离器的压力基本一致。所述的膜分离器，膜材料可选取常见氢气分离膜的各种材料，如可以选用聚酰亚胺膜等氢气分离领域中常用的膜材料。膜分离器的膜组件形式可选取中空纤维、螺旋卷式、板框平板式等。安装形式可选取卧室或立式，为减轻气相中残余杂质对膜的污染、损坏，优选立式。
进一步，步骤（3）中，吸收塔中可以以稳定汽油和/或粗汽油作为吸收剂。
进一步，步骤（4）中再吸收塔塔底采出富再吸收剂，可以单独设置再生塔，或可以返回主分馏塔再生。进一步，所述吸收塔的操作条件为本领域熟知的常识。
进一步，步骤（6）中，第二气体入口和第一气体入口可以均设置在塔底进料，也可以分别位于不同理论塔板。本发明中，由于解吸塔塔顶气相中富含C2组分，为避免解吸塔气相中C2等轻组分降低渗余气中C3+组分的分压，而弱化膜分离过程对吸收效果的提升作用，优选的，第二气体入口高于第一气体入口，且二者相差至少一层理论塔板；更优选的，设置解吸塔塔顶气相在吸收塔塔底往上2-4块理论板进料，而渗余气在吸收塔塔底进料。本发明中，由于膜分离单元处理后的渗余气中C3+组分含量上升，上述两股气相的分段进料更符合吸收塔内气相组成的梯度分布，可有效降低塔内组分返混，降低吸收过程中C2组分的过吸量，从而降低吸收塔-解吸塔物流循环的累积量，进一步提升吸收塔的处理能力。
根据本发明的第二个方面，本发明还提供了一种增加液化气收率的吸收稳定工艺系统。
本发明所述的吸收稳定工艺系统包括：
气液分离罐，其用于将经过压缩、冷却后的富气和富吸收油在此进行闪蒸，并得到闪蒸罐气相和闪蒸罐液相；
膜分离单元，其用于对闪蒸罐所得气相进行分离，并得到富含氢气、CH4和C2的渗透气和渗余气；
吸收塔，其用于吸收剂与膜分离所得渗余气、解吸塔顶气在塔板或填料上传质和传热，并得到吸收塔顶气和富吸收油；所述吸收塔包括上部的吸收剂进口、塔顶气体移出管线、塔底富吸收油移出管线、第一气体入口和第二气体入口；
再吸收塔，用于吸收塔顶气和轻柴油传质和传热，并得到塔顶干气和富轻柴油；
解吸塔，用于气液分离罐得到闪蒸罐液相进行解吸，并得到解吸塔顶气和解吸塔底油；
稳定塔，其用于对解吸塔底油进行分馏，并得到液化气产品和稳定汽油。
进一步，所述的第一气体入口和第二气体入口可共同位于塔底，或第一气体入口位于塔底，第二气体入口位于塔底往上数块理论塔板；优选的，第二气体入口第二气体入口高于第一气体入口；更进一步，优选第二气体入口位于自吸收塔塔底往上2-4块理论塔板。
进一步，所述膜分离单元通常包括预热器、过滤器、膜分离器以及冷却器。膜分离器的膜材料可选取常见氢气分离膜的各种材料，如可以选用聚酰亚胺膜等氢气分离领域中常用的膜材料。膜分离器的膜组件形式可选取中空纤维、螺旋卷式、板框平板式等。安装形式可选取卧室或立式，为减轻气相中残余杂质对膜的污染、损坏，优选立式。
本发明中，所述的吸收稳定工艺和系统适用于催化裂化、延迟焦化、轻烃回收等工艺吸收稳定系统中富气的分离。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供了一种改进现有吸收稳定系统的工艺。通过设置膜分离器，对压缩富气气液分离罐得到的气相进行膜分离操作，从而降低吸收塔进料中的氢分压、C1、C2分压，使C3+组分更易在吸收塔内被吸收剂吸收；同时结合两股气相进料位置的调整，降低吸收过程中C2组分的过吸量，从而降低吸收塔-解吸塔物流循环的累积量，在吸收剂循环量一定时增加了其对C3+组分的吸收量。综上，本发明可有效增加吸收稳定系统的液化气收率。
2、当优选吸收塔的两股气相分别进料时，由于吸收过程过吸的C2量降低，解吸塔气相的采出量也随之降低，因此本发明还可一定程度上降低解吸塔再沸器的热负荷。
3、本发明膜分离过程得到的渗透气具有较高的氢气纯度，可送至厂内氢气回收单元（如PSA）进行回收，从而提高全厂氢气回收率。
附图说明
图1为本发明工艺的工艺流程图，其中解吸塔气相于第二气体入口进料，第二气体入口位于吸收塔塔底。
图中，各数字标记分别对应：1-富气压缩机；2-水冷器；3-气液分离罐；4-过滤器；5-预热器；6-膜分离器；7-渗余气冷却器；8-吸收塔；9-再吸收塔；10-解吸塔；11-稳定塔；12-解吸塔气相冷却器；13-第一气体入口；14-第二气体入口；A-原料气；B-渗透气；C-渗余气；D-干气产品；E-液化气产品；F-稳定汽油;G-再吸收贫柴油；H-再吸收富柴油；I-解吸塔气相。
图2为本发明工艺的工艺流程图，其中解吸塔气相于第二气体入口进料，第二气体入口位于吸收塔底往上数块理论板。
图中，各数字标记分别对应：1-富气压缩机；2-水冷器；3-气液分离罐；4-过滤器；5-预热器；6-膜分离器；7-渗余气冷却器；8-吸收塔；9-再吸收塔；10-解吸塔；11-稳定塔；12-解吸塔气相冷却器；13-第一气体入口；14-第二气体入口；A-原料气；B-渗透气；C-渗余气；D-干气产品；E-液化气产品；F-稳定汽油;G-再吸收贫柴油；H-再吸收富柴油；I-解吸塔气相。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式，对本发明的方法和系统进行更详细的描述。
如图1所示，原料气A经富气压缩机1压缩后经水冷器2冷却，冷却后的原料气进入气液分离罐3闪蒸，气液分离罐3的气相送入膜分离单元进行分离。膜分离单元通常由预热器4、过滤器5、膜分离器6以及冷却器7组成。
气液分离罐3分离得到的气相先进入过滤器5，滤出气相中少量的固体杂质，过滤后经预热器4加热至60-80℃。预热后的气相进入膜分离器6，在膜分离器中进行分离，分离得渗透气B直接送出装置界区，分离得渗余气C经冷却器7冷却至30-40℃后送入吸收塔8。为降低膜分离单元的处理量，本发明中解吸塔气相I不进入气液分离罐3，而是经解吸塔气相冷却器12冷却后送入吸收塔8。可选的，渗余气C与解吸塔气相I可在吸收塔不同位置分段进料。
本发明中吸收稳定系统的其它部分流程可选用常规工艺。如吸收塔8可以以稳定汽油、粗汽油作为吸收剂，吸收塔塔顶干气进入再吸收塔9，通过再吸收剂吸收干气中夹带的汽油组分，吸收后的气相作为干气产品D出界。再吸收塔9塔底采出再吸收富剂H，返回主分馏塔再生。吸收塔8塔底液相至气液分离罐3，气液分离罐3的液相经泵送至解吸塔10塔顶，解吸塔10塔底的脱乙烷汽油送至稳定塔11，由稳定塔11分离为液化气产品E及稳定汽油F。
上述工艺方法提及的膜分离器操作压力为1.00-3.00MPaG，渗透测压力为0.01-0.50MPaG，渗余侧压力与膜分离器的压力基本一致。
上述工艺方法提及的吸收塔气相分段进料，设置渗余气进料的第一气体入口13在塔底进料，解吸塔气相的第二气体入口14在塔底向上数块理论板进料，进料位置根据使用时的具体组成决定，优选自下向上2-4块理论板。
实施例1
在某100万吨/年催化裂化装置的吸收稳定系统中，采用本发明提供的增加吸收稳定系统液化气收率的工艺，流程如图1所示。原料气A经富气压缩机1压缩后经水冷器2冷却，冷却后的原料气进入气液分离罐3闪蒸，气液分离罐3的气相送入膜分离单元进行分离。
气液分离罐3的气相质量流量为28947kg/h，摩尔流量为22642Nm3/h，先进入过滤器5滤出气相中少量的固体杂质，从而避免固体杂质污染、损坏膜分离器。过滤后经预热器4加热至70℃，使气相温度高于其露点20℃以上，从而避免气相在膜分离器中发生液化。预热后的气相进入膜分离器6，在膜分离器中进行分离。膜分离器为立式中空纤维膜，膜材料选用聚酰亚胺膜，进料气压力为1.58MPaG，渗透侧压力为0.03MPaG。分离得渗余气C经冷却器7冷却至30-40℃后，送入吸收稳定系统的吸收塔8塔底第一气体入口13，解吸塔10采出的解吸塔气相I经冷却至40℃后进入吸收塔8塔底第二气体入口14。
其余流程与常规吸收稳定流程相同。吸收塔8以稳定汽油、粗汽油作为吸收剂，塔顶干气进入再吸收塔9，通过柴油吸收剂吸收其中夹带的汽油组分，吸收后的气相作为干气产品D出界。再吸收塔9塔底采出再吸收富柴油H，返回主分馏塔再生。吸收塔8塔底液相至气液分离罐3，气液分离罐3的液相经泵送至解吸塔10塔顶，解吸塔10塔底的脱乙烷汽油送至稳定塔11，由稳定塔11分离为液化气产品及稳定汽油。
表1为实施例1中部分气相的流量、组成等数据，相关数据均通过Aspen Plus模拟软件计算得出。
表1
实施例2
在某100万吨/年催化裂化装置的吸收稳定系统中，采用本发明提供的增加吸收稳定系统液化气收率的工艺，流程如图2所示。原料气A经富气压缩机1压缩后经水冷器2冷却，冷却后的原料气进入气液分离罐3闪蒸，气液分离罐3的气相送入膜分离单元进行分离。
气液分离罐3的气相质量流量为28947kg/h，摩尔流量为22642Nm3/h，先进入过滤器5滤出气相中少量的固体杂质，从而避免固体杂质污染、损坏膜分离器。过滤后经预热器4加热至70℃，使气相温度高于其露点20℃以上，从而避免气相在膜分离器中发生液化。预热后的气相进入膜分离器6，在膜分离器中进行分离。膜分离器为立式中空纤维膜，膜材料选用聚酰亚胺膜，进料气压力为1.58MPaG，渗透侧压力为0.03MPaG。膜分离器进料气、渗透气B、渗余气C的流量、组成等信息见表2。分离得渗余气C经冷却器7冷却至40℃后，送入吸收稳定系统的吸收塔8塔底第一气体入口13，解吸塔10采出的解吸塔气相I进入吸收塔8第二气体入口14，14设置在塔底向上第4块理论板。
其余流程与常规吸收稳定流程相同。吸收塔8以稳定汽油、粗汽油作为吸收剂，塔顶干气进入再吸收塔9，通过柴油吸收剂吸收其中夹带的汽油组分，吸收后的气相作为干气产品D出界。再吸收塔9塔底采出再吸收富柴油H，返回主分馏塔再生。吸收塔8塔底液相至气液分离罐3，气液分离罐3的液相经泵送至解吸塔10塔顶，解吸塔10塔底的脱乙烷汽油送至稳定塔11，由稳定塔11分离为液化气产品及稳定汽油。
表2为实施例2中部分气相的流量、组成等数据，相关数据均通过AspenPlus模拟软件计算得出。
表2
比较例1
以上述100万吨/年催化裂化装置的吸收稳定系统为比较例，该装置吸收稳定系统采用常规工艺，其催化干气产品流量、组成等数据由Aspen Plus模拟软件计算得出，见表3。
表3
表4为实施例、比较例中吸收塔的工艺参数对比。由表4可见，实施例1、2与比较例是在吸收剂用量、吸收压力相同的情况下进行比较的。由表4中实施例1与比较例可见，本发明可通过膜分离单元将氢气等轻组分预分，此时吸收塔的气相进料量也随之降低，有利于吸收过程；由表4中实施例1与实施例2可见，实施例2优选了本发明论述的渗余气、解吸塔气相两股气相分别进料的工艺，从而使进入吸收塔的总气相量进一步降低。
表4
表5为实施例1、2、比较例1中跑损的液化气流量及液化气的收率。由表5可见，在该催化裂化装置中使用本发明提供的工艺，通过将膜分离技术与吸收稳定系统耦合，可将催化干气中的液化气组分含量由3.1%（比较例）降低至1.48%（实施例1），并将吸收稳定系统的液化气收率由比较例的97.70%增加至98.64%。在实施例1的基础上，通过气相分别进料，可将催化干气中的液化气组分含量进一步降低至1.29%（实施例2），此时吸收稳定系统的液化气收率为98.71%。
表5
Claims (12)
1.一种增加液化气收率的吸收稳定工艺，其特征在于，包括以下内容：
（1）来自催化裂化分馏塔的原料气A经富气压缩机压缩，与吸收塔底得到富吸收油混合，并经冷却降温后，进入气液分离罐闪蒸，所得气相经过可选择的过滤后，进入膜分离单元进行分离；
（2）步骤（1）得到气相进入膜分离单元分离，得到含有氢气的渗透气和渗余气；
（3）步骤（2）得到渗透气进入吸收塔下部的第一气体入口，与吸收塔上部进入的吸收剂在塔板或填料上接触，进行传质和传热；
（4）步骤（3）吸收塔所得塔顶气体离开装置，进入再吸收塔，与再吸收剂进行传质传热，再吸收塔得到干气从再吸收塔塔顶离开，再吸收塔所得再吸收富剂离开装置；
（5）步骤（1）气液分离罐所得液相经换热后进入解吸塔上部，解吸塔塔顶采出解吸塔气相，塔底采出脱乙烷汽油；
（6）步骤（5）解吸塔塔顶得到解吸气经过换热降温后，从吸收塔下部的第二气体入口进入吸收塔；
（7）步骤（5）中解吸塔塔底的脱乙烷汽油进入稳定塔，在稳定塔中分离得液化气产品和稳定汽油。
2.根据权利要求1所述的吸收稳定工艺，其特征在于，步骤（1）所述可选择的过滤是指，气液分离罐得到气相需要经过或不经过过滤处理。
3.根据权利要求2所述的吸收稳定工艺，其特征在于，所述气相在进入膜分离器之前加热至60-80℃，使气相温度高于其露点20℃以上。
4.根据权利要求1所述的吸收稳定工艺，其特征在于，步骤（2）中得到渗余气经冷却至30-40℃后送入吸收塔的第一气体入口。
5.根据权利要求1所述的吸收稳定工艺，其特征在于，步骤（2）中膜分离器的操作条件包括：操作压力为1.00-3.00MPaG，渗透测压力为0.01-0.50MPaG，渗余侧压力与膜分离器的压力基本一致。
6.根据权利要求1所述的吸收稳定工艺，其特征在于，步骤（3）中，吸收塔中以稳定汽油和/或粗汽油作为吸收剂。
7.根据权利要求1所述的吸收稳定工艺，其特征在于，第一气体入口和第二气体入口均位于塔底，或者，所述第一气体入口位于塔底，所述第二气体入口位于塔底往上数块理论塔板。
8.一种增加液化气收率的所述的吸收稳定系统，其特征在于，包括：
气液分离罐，其用于将经过压缩、冷却后的富气和富吸收油在此进行闪蒸，并得到闪蒸罐气相和闪蒸罐液相；
膜分离单元，其用于对闪蒸罐所得气相进行分离，并得到富含氢气、CH4和C2的渗透气和渗余气；
吸收塔，其用于吸收剂与膜分离所得渗余气、解吸塔顶气在塔板或填料上传质和传热，并得到吸收塔顶气和富吸收油；所述吸收塔包括上部的吸收剂进口、塔顶气体移出管线、塔底富吸收油移出管线、第一气体入口和第二气体入口；
再吸收塔，用于吸收塔顶气和轻柴油传质和传热，并得到塔顶干气和富轻柴油；
解吸塔，用于气液分离罐得到闪蒸罐液相进行解吸，并得到解吸塔顶气和解吸塔底油；
稳定塔，其用于对解吸塔底油进行分馏，并得到液化气产品和稳定汽油。
9.根据权利要求8所述的吸收稳定系统，其特征在于，所述的第一气体入口和第二气体入口均位于塔底。
10.根据权利要求8所述的吸收稳定系统，其特征在于，所述第一气体入口位于塔底，所述第二气体入口位于塔底往上数块理论塔板。
11.根据权利要求10所述的吸收稳定系统，其特征在于，所述第二气体入口位于自吸收塔塔底往上2-4块理论塔板。
12.根据权利要求8所述的吸收稳定系统，其特征在于，所述膜分离单元通常包括预热器、过滤器、膜分离器以及冷却器。
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