CN1832901A - 氢气净化系统 - Google Patents

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Abstract

一种在炼油厂和石化产物作业中回收氢气的方法，其中将用于独立的PSA装置的部分或全部进料物流结合，并用作单PSA装置的进料，其中部分或全部用作不同的PSA装置的进料物流的蒸汽重整器产物与炼油厂废气物流结合，并用作单PSA装置的进料。通过使从炼油厂废气回收氢气最大化来增加总的氢气回收。通过降低重整器进料物流减小蒸汽重整器上的负荷。减少了在蒸汽重整器燃烧炉中炼油厂燃料气体消耗量。减少了作为燃料燃烧或被送到火炬的PSA进料物流的量。减小了接收来自炼油厂废气进料的PSA装置上的负荷。以及富集来自蒸汽重整器产物流所供给的PSA装置的尾气的烃含量和热值。

Description

氢气净化系统
发明背景
1.发明领域
本发明涉及从气体混合物中回收氢气，更具体地说，涉及一种通过蒸汽重整器氢气产物流与废气物流结合并利用结合的物流作为单变压吸附(PSA)装置的进料而从炼油厂和石化产物或天然气作业中获得增量氢气回收的方法。
2.现有技术的描述
在本领域中利用变压吸附(PSA)分离气体混合物为大家所熟知。更具体地说，在炼油厂和石化产物作业中可以使用一个或多个PSA装置从含氢气和烃的混合物物流中回收氢气是众所周知的。例如，以前有人建议在炼油厂或石化产物作业中利用单PSA装置从流动物流中回收氢气。Anand等人的标题为″通过吸附膜的氢气回收″(Hydrogen Recovery By Adsorbent Membranes)的美国专利No.5,435,836说明了用于处理蒸汽-甲烷重整器产物流的单PSA装置。同样地，Rao等人的标题为″通过吸附膜的氢气回收″(Hydrogen Recovery By AdsorbenMembranes)的美国专利No.5,507 856说明了用于处理由蒸汽-甲烷重整器产物流和炼油厂废气物流组成的结合的物流的单PSA装置。以前也有人建议在炼油厂工艺流程中利用多PSA装置提高增量氢气回收。例如，Ravi和Satish的标题为″在H2工厂中从变压吸附废气中回收CO2和H2″(Recovery of CO2 and H2from PSA Offgas in an H2 Plant)的专利WO 0027505说明了利用多PSA装置的气体分离工艺。
然而，这些及其他以前的使用PSA装置回收氢气的建议方案存在许多缺陷。例如，对于正在使用多PSA装置处理不同的进料物流的情况，如果这些PSA装置之一的某些部分进料物流将要超过该PSA装置的容量，则没有有效地利用过量部分提高氢气回收率。相反，过量部分一般被送到火炬或在炼油厂其它地方作为燃料气体燃烧。以前使用多PSA装置的建议方案的另一个缺陷是为了达到最大量氢气回收，每个PSA装置必须在最高容量或其附近进行操作。在这么高的容量下运转这些装置，由于增大了在吸附层之间携带杂质的可能性，将损害装置内部的吸附材料。还有，在最高容量下或其附近运转一些PSA装置要求增加的进料物流和燃料气体物流(用于提供进料物流的装置运转)，这提高了生产费用。
因此，在本发明出现前，在炼油厂和石化产物作业中一直没有单一的氢气回收方法，其中部分或全部来自不同的PSA装置的进料物流结合并用作单PSA装置的进料，而且部分或全部蒸汽重整器产物流与用作不同的PSA装置的进料物流的炼油厂废气物流结合并用作单PSA装置的进料，并且其中通过使来自炼油厂废气的氢气回收最大化来增加总的氢气回收，并且其中通过降低重整器进料物流而减小蒸汽重整器上的负荷，并且其中减少蒸汽重整器中的炼油厂燃料气体消耗量，并且其中减少来自作为燃料燃烧或被送到火炬的PSA进料物流的过量气体量，并且其中降低对接收来自炼油厂废气的进料的PSA装置上的负荷，并且其中富集来自蒸汽重整器产物流所供给的PSA装置的尾气的烃含量和热值。
因此，在炼油厂和石化产物作业中提供一种氢气回收方法将是有益的，其中不同的PSA装置的部分或全部进料物流结合并用作单PSA装置的进料。有部分或全部用作不同的PSA装置的进料物流的蒸汽重整器产物与炼油厂废气物流结合并用作单PSA装置的进料也是有益的。通过使从炼油厂废气回收氢气最大化来增加总的氢气回收将更有益，并且其中通过减少重整器进料物流来减小蒸汽重整器上的负荷，并且其中减少蒸汽重整器燃烧炉中的炼油厂燃料气体消耗量，并且其中减少作为燃料燃烧或送到火炬的PSA进料物流的量，并且其中降低对接收来自炼油厂废气的进料的PSA装置上的负荷，并且其中富集来自蒸汽重整器产物流所供给的PSA装置的尾气的烃含量和热值。
发明概述
根据本发明，通过本氢气回收方法已经获得上述优点。本发明包括下列步骤：形成结合的物流，该结合的物流包括至少部分来自蒸汽重整器的产物流和至少部分废气物流，其中该部分废气物流取自第一变压吸附装置的进料物流；使至少一部分结合的物流通过第二变压吸附装置；和从第二变压吸附装置中回收高纯度氢气物流。本发明的特征是控制蒸汽重整器的工作压力来限定预选的工作压力，预选的工作压力是可操作的，允许废气物流流入并与蒸汽重整器中的产物流结合。本发明的另一个特征是蒸汽重整器的产物流的压力为约280psig到约330psig。本发明的另一个特征是来自炼油厂的废气物流的压力为约280psig到约330psig。本发明的附加特征是氢气回收发生在炼油厂作业中。本发明的另一个特征是氢气回收发生在石油化工厂作业中。本发明的附加特征是氢气回收发生在天然气加工厂作业中。本发明的另一个特征是蒸汽重整器进料含有丁烷。本发明的另一个特征是蒸汽重整器进料含有丙烷。本发明的附加特征是降低了蒸汽重整器上的负荷。本发明的另一个特征是降低了用于蒸汽重整器的燃烧炉的燃料气体的消耗量。本发明的附加特征是降低了作为燃料燃烧的炼油厂废气量。本发明的另一个特征是降低了被送到火炬的炼油厂废气量。本发明的另一个特征是降低了第一PSA装置上的负荷。本发明的附加特征是增加了来自第二PSA装置的尾气的烃含量。本发明的另一个特征是增加了来自第二PSA装置的尾气的热值。
根据本发明的另一个方面，通过本氢气回收方法也已经获得上述优点。本发明的这个方面可以包括下列步骤：形成结合的物流，该结合的物流包括至少部分第一物流和至少部分第二物流，其中该部分第一物流取自第一变压吸附装置的进料物流，并且其中该部分第二物流取自第二变压吸附装置的进料物流；使至少部分结合的物流通过第一和第二变压吸附装置中的至少一个；和从接收结合的物流的变压吸附装置中回收高纯度氢气物流。
当与以前建议的方法相比较，本发明氢气回收的方法有下列优点：通过使从炼油厂废气回收氢气最大化来增加总的氢气回收，通过降低重整器进料物流来降低蒸汽重整器上的负荷，降低蒸汽重整器的燃烧炉的炼油厂燃料气的消耗量，减少作为燃料燃烧或被送到火炬的炼油厂废气量，减少接收来自炼油厂废气的进料的PSA装置上的负荷，以及富集来自蒸汽重整器产物流所供给的PSA装置的尾气的烃含量和热值。
附图简述
图1是本发明优选实施方案流程图的示意图。
图2是本发明实施方案流程图的示意图。
当结合优选实施方案描述本发明时，很清楚它不是用于将本发明限制在那些实施方案中。相反地，它是用来覆盖正如所附的权利要求书所定义的所有的可以包括在本发明精神和范围之内的替代方案、修改方案和等同方案。
本发明的详细说明
图1说明根据本发明用于提高炼油厂或石化产物作业中的氢气回收的一种优选实施方案。废气物流10优选来自炼油厂20，并且一般是含有氢气、烃及其他组分的炼油厂废气物物流。或者，废气物流10可以起源于其它地方或含有不同的组分。部分物流10用作第一PSA装置40的进料物流30。优选大约90％的物流10用作第一PSA装置40的进料，而更多物流将会增加装置40携带杂质的可能性。第一PSA装置40使氢气与进料物流30中的其它组分分离，产生高纯度氢气产物流50和尾气物流60。物流60用作炼油厂其它地方的燃料或用于其它要求的目的。
蒸汽重整器80有一种含烃的进料物流70，其与重整器80中的蒸汽起催化反应产生含主要氢气、一氧化碳和二氧化碳的蒸汽重整器产物流90。进料物流70优选含有丙烷和/或丁烷。蒸汽重整器80包括用于消耗燃料气体或尾气130的燃烧炉81(未示出)。产物流90用作第二PSA装置100的部分进料物流120。第二PSA装置100可以交替地接收来自其它地方或含有不同组分的进料。产物流90与从废气物流10转移来的物流110结合。此转移物流是将另外被送到火炬或作为燃料气体燃烧的过量气流。所形成的结合的物流120用作第二PSA装置100的进料物流。蒸汽重整器80通常在大约330psig下运转。然而，可以根据需要调整重整器80的工作压力以促进进料物流110与蒸汽重整器产物流90的合并，并避免较低压力的物流被″阻止″进入较高压力的物流。第二PSA装置100产生高纯度氢气产物流210。来自第二PSA装置100的尾气物流130再循环并作为燃料气体通过燃烧炉81(未示出)再输入到蒸汽重整器80中。
参考图2，图解说明本发明氢气回收方法的另一个实施方案。来自炼油厂20的废气物流10通过二甘醇胺吸收器(DGA)装置140除去酸性气体组分如H2S和CO2，以便产生″脱硫的″产物流150。然后，产物流150与连续的催化剂再生物流160混合产生所得的物流170。然后，物流170分成第一PSA装置40的进料物流180和最终变成第二PSA装置100的部分进料物流200的物流190。
现在通过下列实施例更进一步描述本发明，其是用于说明本发明及其优点，不是用于以任何方式限制范围或根本原则。
实施例
在炼油厂现场实施本发明的实施方案，并进行评估以便确定各种工艺数据的影响。在实施本发明前后的工艺数据的总结示于表1中。
表1
工艺数据比较
  工艺参数   实施之前   实施之后   单位
  进料到蒸气重整炉的丁烷   22000   13300   MLB/HR
  从炼油厂尾气流转移到第二个PSA装置的物流   0.0   0.63   MMSCFD
  到重整炉的燃料气体流   5.5   3.0   MLB/HR
  火炬燃烧(flared)和/或燃烧的炼油厂气体   0.63   0.0   MSCFH
  蒸气重整炉出口物流   74.07.016.01.0   75.07.01600.9   摩尔％H2摩尔％CO摩尔％CO2摩尔％C1
在实施如表1说明的本发明后，蒸汽重整器的丁烷进料减少了大约1000BBL/天，而且蒸汽重整器炉用燃料气体消耗量减少了大约1.5MMSCFH。火炬气体也减少了大约630MSCFH，而且反而用于氢的生产。在火炬气体中大约82摩尔％氢气时，这产生大约417MSCFH的额外的氢气产量。通过从第一PSA装置到第二PSA装置转移大约10％的负荷，或大约0.63SCFD，第一PSA装置上的负荷也从100％减少到大约90％。
应该理解，本发明不局限于所说明和描述的结构、作业、具体材料或实施方案的具体细节，因为明显的修改和等同方案对本领域技术人员来说显而易见。因此，本发明的范围是仅仅由所附的权利要求所限制。

Claims (25)

1.一种氢气回收方法，包括下列步骤：
形成结合的物流，该结合的物流包括至少部分来自蒸汽重整器的产物流和至少部分来自炼油厂的废气物流，其中该部分废气物流取自第一变压吸附装置的进料物流；
使至少部分结合的物流通过第二变压吸附装置；和
从第二变压吸附装置中回收高纯度氢气物流。
2.权利要求1的方法，其中控制蒸汽重整器的工作压力来限定预选的工作压力，预选的工作压力是可操作的，允许废气物流流入并与蒸汽重整器中的产物流结合。
3.前述权利要求中的任何一项的方法，其中蒸汽重整器的产物流的压力为约280psig到约330psig。
4.前述权利要求中的任何一项的方法，其中来自炼油厂的废气物流的压力为约280psig到约330psig。
5.前述权利要求中任何一项的方法，其中该氢气回收发生在炼油厂作业中。
6.前述权利要求中任何一项的方法，其中该氢气回收发生在石油化工厂作业中。
7.前述权利要求中任何一项的方法，其中该氢气回收发生在天然气加工厂作业中。
8.前述权利要求中任何一项的方法，其中该蒸汽重整器有丁烷进料。
9.前述权利要求中任何一项的方法，其中该蒸汽重整器有丙烷进料。
10.前述权利要求中任何一项的方法，其中减小了该蒸汽重整器上的负荷。
11.前述权利要求中任何一项的方法，其中减少了用于蒸汽重整器的燃烧炉的燃料气体消耗量。
12.前述权利要求中任何一项的方法，其中减少了作为燃料燃烧的炼油厂废气量。
13.前述权利要求中任何一项的方法，其中减少了被送到火炬的炼油厂废气量。
14.前述权利要求中任何一项的方法，其中减小了第一PSA装置上的负荷。
15.前述权利要求中任何一项的方法，其中增加来自第二PSA装置的尾气的烃含量。
16.前述权利要求中任何一项的方法，其中增加来自第二PSA装置的尾气的热值。
17.一种氢气回收方法，包括下列步骤：
形成结合的物流，该结合的物流包括至少部分第一物流和至少部分第二物流，其中该部分第一物流取自第一变压吸附装置的进料物流，并且其中该部分第二物流取自第二变压吸附装置的进料物流；
使至少部分结合的物流通过第一和第二变压吸附装置中的至少一个；和
从接收结合的物流的变压吸附装置中回收高纯度氢气物流。
18.前述权利要求中的任何一项的方法，其中第一物流的压力为约280psig到约330psig。
19.前述权利要求中的任何一项的方法，其中第二物流的压力为约280psig到约330psig。
20.前述权利要求中任何一项的方法，其中该氢气回收发生在炼油厂作业中。
21.前述权利要求中任何一项的方法，其中该氢气回收发生在石油化工厂作业中。
22.前述权利要求中任何一项的方法，其中该氢气回收发生在天然气加工作业中。
23.前述权利要求中任何一项的方法，其中减小了第一变压吸附装置上的负荷。
24.前述权利要求中任何一项的方法，其中增加来自第二变压吸附装置的尾气的烃含量。
25.前述权利要求中任何一项的方法，其中增加来自第二变压吸附装置的尾气的热值。
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