CN212348215U

CN212348215U - 一种浅冷和psa耦合装置

Info

Publication number: CN212348215U
Application number: CN202021024743.XU
Authority: CN
Inventors: 刘吉顺; 王剑锋; 余金森; 龚燕
Original assignee: Guangzhou Youhua Process Technology Co ltd; Shanghai Youhua System Integration Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Youhua Process Technology Co ltd; Shanghai Youhua System Integration Technology Co ltd
Priority date: 2020-06-05
Filing date: 2020-06-05
Publication date: 2021-01-15
Anticipated expiration: 2030-06-05

Abstract

本实用新型提供了一种浅冷和PSA耦合装置，包括相连通的浅冷系统和PSA系统；富氢气原料气输入浅冷系统，浅冷系统用于从富氢气原料气中分离出气相产物、液化石油气和尾气；PSA系统用于从气相产物分离氢气和尾气。本实用新型的装置通过浅冷系统前置于PSA系统，能有效降低原料气中进入PSA系统的重烃组分含量，可有效地减少PSA系统中吸附剂用量及提高吸附剂寿命，通过浅冷和PSA工艺耦合，充分发挥了浅冷和PSA各自的优势，提高了回收氢气的纯度和副产品LPG的回收率，实现了高含烃富氢气的资源综合利用，显著提高了经济效益；同时，PSA系统中吸附剂用量的减少使得PSA结构更加紧凑，降低了PSA系统的成本；此外，浅冷系统和PSA系统均可模块化设计，投资收益更高。

Description

一种浅冷和PSA耦合装置

技术领域

本实用新型涉及石油化工领域，具体地说，涉及一种回收氢气和液化石油气的浅冷和PSA耦合装置。

背景技术

随着炼厂原油重质化、劣质化趋势的加剧以及_,环保要求日趋严格，汽柴油产品质量升级项目也随之加快，相应地，炼厂的氢气需求量也越来越大，氢气网络已逐渐成为炼厂必不可少的“公用工程”，因此，如何获得更多廉价的氢气，降低用氢成本，已成为提升企业竞争力和提高企业经济效益的重要课题。

目前，炼厂富氢尾气的回收是获得廉价氢气的重要途径，其中大部分的富氢气均得到有效回收，如乙烯裂解气、重整尾气、加氢低分气和苯乙烯尾气等，该类富氢气中氢气含量较高，C3及以上重组分(重烃)含量较低，通常直接通过变压吸附(Pressure SwingAdsorption，PSA)提纯回收。除此之外，炼厂还存在另一类富氢尾气回收率较低，该类富氢气中氢气和C3及以上重烃组分含量均较高，如重整PSA解析气、加氢干气和汽提塔顶气等，直接通过常规PSA提纯后氢气收率较低，通常直接排入瓦斯管网或经吸收稳定后进瓦斯管网，造成了氢气和液化石油气组分的高质低用。

随着我国炼油行业深度加工的迅速发展，副产富氢气量也大大增加，如何综合利用好这部分宝贵的气体，提高炼油厂的综合经济效益，成为了亟需解决的问题。

现有的针对高含烃富氢气处理技术包括：变压吸附法(PSA)、膜分离法和深冷分离法等。

其中，变压吸附法利用吸附剂对不同气体选择性吸附能力差异，从气体混合物中分离出某些气体种类的技术。该技术具有原料气适应性较好，氢气纯度较高，操作弹性大等优势。但由于高含烃富氢尾气C3及以上重组分含量较高，容易造成吸附剂失活，随着变压吸附装置运行时间的延长，吸附剂的性能指标逐渐降低，导致产品氢气的产量和纯度降低，从而使氢气损失增加。为改善吸附剂的性能，需要对吸附剂进行热氮气再生，既消耗了蒸汽和氮气，又造成装置停工，损失了氢气。因此，根据相关运行数据，针对C3及以上重烃组分含量(C₃+含量≥5％)≥5％的富氢气尾气，不宜采用变压吸附法分离。

膜分离法以选择性膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力(如浓度差、压力差或电位差等)，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。由于高含烃富氢尾气C3及以上重烃组分含量较高，原料中C3及以上重烃组分易出现凝液，烃类液体会溶解膜材料，造成膜丝永久损坏。为减少凝液对膜分离性能的影响，往往需提高操作温度至大于80℃，但原料气的温度过高则会损坏膜的分离系数，缩短膜的使用寿命。因此，膜分离法提纯氢气虽结构紧凑，但产品氢纯度较低，尤其对C3及以上重烃组分含量较高的气体膜组件易损坏，维护费用较高。

深冷分离法又称低温精馏法，实质就是气体液化技术。原料气先增压后进入分离撬，经过换热器冷却降温后进入液化石油气(Liquefied Petroleum Gas，LPG)分离塔，塔底产出LPG，塔顶为以氢气为主要成分的含烃混合物，再经过主换热器降温至-160℃后进入高效分离器，气相主要是以氢气为主(氢气纯度≥95％)，含有少量甲烷、乙烷复温后送往燃料气管网。深冷分离法产品收率较高，副产LPG，但产品氢纯度偏低，同时深冷分离工艺流程复杂，投资较大，能耗较高。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

实用新型内容

针对现有技术中的问题，本实用新型的目的在于提供一种浅冷和PSA耦合装置，耦合装置通过浅冷系统前置于PSA系统，提高PSA系统分离氢气的效率和纯度，实现了高含烃富氢气的资源综合利用，提高经济效益。

本实用新型的实施例提供了一种浅冷和PSA耦合装置，所述装置包括相连通的浅冷系统和PSA系统；

富氢气原料气输入所述浅冷系统，所述浅冷系统用于从所述富氢气原料气中分离出气相产物、液化石油气和尾气；

所述PSA系统用于从所述气相产物分离氢气和尾气。

根据本实用新型的一示例，所述装置还包括增压系统，富氢气原料气通过所述增压系统输入所述浅冷系统。

根据本实用新型的一示例，所述增压系统出口的原料气的压力范围为1.0～3.0MPa。

根据本实用新型的一示例，所述浅冷系统包括干燥单元、浅冷单元、制冷单元和稳定单元；

所述干燥单元的入口与所述增压系统的出口相连通，对所述富氢气原料气进行脱水；

所述制冷单元用于冷凝富氢气原料气；

所述浅冷单元用于将富氢气原料气进行气相产物和液相产物的分离；

所述气相产物的出口与所述PSA系统的入口相连接；

所述液相产物的出口与所述稳定单元的入口相连接，所述稳定单元用于从所述液相产物中分离液化石油气和尾气。

根据本实用新型的一示例，所述制冷单元采用丙烷或R22作制冷剂。

根据本实用新型的一示例，所述干燥单元为分子筛脱水装置。

根据本实用新型的一示例，所述原料气经所述分子筛脱水装置脱水后的水露点≥-40℃。

根据本实用新型的一示例，所述耦合装置还包括解析气压缩机，所述解析气压缩机设置于所述PSA系统的尾气出口。

本实用新型的装置利用PSA系统进行氢气提纯，通过将浅冷系统的前置于PSA系统，利用浅冷系统的脱除C3及以上重烃组分(重烃)，使得进入PSA系统的原料气中重烃组分杂质大幅度降低，可有效地减少PSA系统中吸附剂用量及提高吸附剂寿命，通过浅冷和PSA工艺耦合，充分发挥了浅冷和PSA各自的优势，提高了回收氢气的纯度和副产品LPG的回收率，实现了高含烃富氢气的资源综合利用，显著提高了经济效益；同时，PSA系统中吸附剂用量的减少使得PSA结构更加紧凑，降低了PSA系统的成本；此外，浅冷系统和PSA系统均可模块化设计，投资收益更高。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理，通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例的浅冷和PSA耦合装置的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例的浅冷系统的结构示意图；

图3是本实用新型一实施例的浅冷和PSA耦合装置使用方法的流程图。

附图标记

1 增压系统

2 浅冷系统

21 干燥单元

22 浅冷单元

23 制冷单元

24 稳定单元

3 PSA系统

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

图1是本实用新型一实施例的浅冷和PSA耦合装置的结构示意图，具体地，该耦合装置包括浅冷系统和PSA系统；

富氢气原料气输入所述浅冷系统2，所述浅冷系统2用于从所述富氢气原料气中分离出气相产物、液化石油气和尾气；优选地，富氢气原料气可以是氢气含量不低于40％的原料气；

所述PSA系统3用于从所述气相产物分离氢气和尾气。

在一实施例中，所述装置还包括增压系统1，富氢气原料气通过所述增压系统1输入所述浅冷系统2，增压系统1用于将增压富氢气原料气。

图2是本实用新型一实施例的浅冷系统的结构示意图，该浅冷系统包括干燥单元21、浅冷单元22、制冷单元23和稳定单元24；

所述干燥单元21的入口与所述增压系统的出口相连通，优选地，增压系统1出口的原料气的压力范围为1.0～3.0MPa，即富氢气原料气经增压系统增压至1.0～3.0MPa之间后再经由浅冷系统处理。同时，优选地，所述增压系统出口的原料气的温度范围为30～60℃

富氢气原料气经由浅冷系统处理过程中，首先经由干燥单元21，干燥单元21可以是脱水装置，进一步地，干燥单元21可以为分子筛脱水装置。干燥单元21可脱除富氢气原料气中的水分和其他杂质，优选地，所述原料气经所述分子筛脱水装置脱水后的水露点≥-40℃。

经由干燥单元21后的原料气通过所述制冷单元22，所述制冷单元22用于冷凝富氢气原料气，在一实施例中，所述制冷单元22采用丙烷或R22作制冷剂，所用上述制冷剂的制冷单元可将经由的原料气温度降温至-20～-50℃之间；此温度能过很好都将C3及以上重烃组分从气体中分离出来，有利于充分回收了高含烃富氢气中的C3及以上重烃组分。

经由所述制冷单元22然后通过浅冷单元23，浅冷单元23用于将富氢气原料气进行气相产物和液相产物的进一步分离；

所述气相产物的出口与所述PSA系统的入口相连接，经所述PSA系统3将述气相产物分离出氢气和尾气，分离出的氢气可输出至后续的氢气管网。上述制冷单元22和浅冷单元23将C3及以上重烃组分、水分以及杂质从富氢气原料气中脱除，改善了PSA系统的进料条件，进料条件的改善可有效地减少PSA系统中吸附剂用量及提高吸附剂寿命，降低了PSA系统的成本；同时，吸附剂用量的减少使得PSA结构更加紧凑。最重要的是，由于进入PSA系统的原料气中重烃组分以及杂质大幅度降低，经由PSA系统分离氢气效率和分离处的氢气的纯度均得到了有效地提高。

经所述PSA系统分离出的尾气为解析气，即富氢气原料气去除氢气和C3及以上重烃组分后的气体，包括了C1和C2组分的气体。实际的使用中，可以在PSA系统的尾气出口设置解析气压缩机，经由解析气压缩机的尾气可输出至燃料气系统。

而由浅冷单元23分离出的液相产物则通过所述稳定单元24的入口进入稳定单元24。稳定单元可以是蒸馏塔等，用于从所述液相产物中分离液化石油气和尾气，优选地，稳定单元24的操作压力为1.0～3.0MPa。所述稳定单元24用于从所述液相产物中分离液化石油气和尾气。通过稳定单元，将溶解在经制冷单元冷凝后的液相产物中的H2、C1和C2组分有效脱除，得到合格的液相石油气，通过本实用新型的稳定单元后回收的液化石油气中C₂-含量≤2v％。

使用本实用新型的种浅冷和PSA耦合装置可回收氢气和液化石油气，图3为一实施例的浅冷和PSA耦合装置使用方法的流程图。具体地，该回收方法包括如下步骤：

S100：将富氢气原料气输入增压系统增压；

S200：增压后的气体进入所述浅冷系统的所述干燥单元进行脱水处理；

S300：通过所述制冷单元将所述干燥单元输出的气体温度降温，在一实施例中，气体温度降温至-20～-50℃之间；

S400：所述制冷单元输出的产物经过所述浅冷单元进行气相产物和液相产物的分离；

S500：所述气相产物升温后进入所述PSA系统处理，获得氢气和解析气，所述解析气作为尾气输出；

S600：所述液相产物进入所述稳定单元进行解析气和液化石油气分离处理，所述解析气作为尾气输出。

本实用新型通过浅冷和PSA耦合，充分发挥了浅冷和PSA各自的优势；浅冷和PSA耦合装置使用中富氢气原料气首先通过前置于PSA系统的浅冷系统，利用浅冷系统降低了原料气中重烃组分含量，大幅改善了PSA原料气品质，从而提升了PSA吸附剂寿命，降低PSA系统维护成本。得到高纯度氢气和LPG产品，实现了高含烃富氢气的资源综合利用，综合效益显著。

本实用新型的耦合装置通过浅冷系统前置于PSA系统，降低了进入PSA系统的重烃组分含量，因此，本实用新型的耦合装置适用于从高含烃富氢气原料气中回收氢气和液化石油气。实际中，本实用新型的耦合装置适用于C3及以上重烃组分(C₃+含量≥5％)、汞含量≤0.01mg/Nm³、氢气含量≥40％，的富氢气原料气的氢气和液化石油气回收处理。

下面以实施例来阐述使用本实用新型的浅冷和PSA耦合装置回收氢气和液化石油气的效益。

实施例1

以某炼油厂的富氢气尾气(原料气1)为例，按尾气流量为5000Nm³/h、压力0.5MPa、温度30℃的工况进行分析，该尾气中各种组分含量如下表1所示。

表1为实施例1的尾气中各种组分含量

使用本实用新型的浅冷和PSA耦合装置处理后各种组分含量如下表2所示。

表2为实施例1的尾气使用本实用新型的浅冷和PSA耦合装置处理后各种组分含量

由表2可知，富氢气原料气中氢气和液化石油气得到了充分地回收，其中，得到纯度大于99.5％的氢气223kg/h(2382Nm³/h)，回收LPG约952kg/h(357Nm³/h)，氢气回收率达到85％，LPG回收率达到73％，大幅提高该股原料气的经济效益。

实施例1中，按炼厂氢气平均价格12000元/t，原料气价格2800元/t，按LPG与原料气价格差1000元/t计算，电价0.6元/kW，蒸汽120元/t，效益核算结果如表3所示：

表3为实施例1的效益核算表

由表3可知，按年操作时间8400h计算，预计可回收氢气2000万方/年，可回收LPG8000吨/年，合计增加效为益1197.5万元/年，经济效益得到大幅提升。

实施例2

以某炼油厂柴油加氢装置汽提塔顶脱硫后的干气(原料气2)为例，按干气流量为3500Nm³/h，压力0.45MPa，温度35℃的工况进行分析，干气中各种组分含量变化如下表4所示。

表4为实施例2的干气中各种组分含量

组分	单位	数值
			H<sub>2</sub>	mol％	49.41
O<sub>2</sub>	mol％	0.73
			N<sub>2</sub>	mol％	2.09
CH<sub>4</sub>	mol％	4.22
			C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>	mol％	4.71
C<sub>3</sub>H<sub>8</sub>	mol％	17.33
			i-C<sub>4</sub>	mol％	7.86
n-C<sub>4</sub>	mol％	13.07
			i-C<sub>5</sub>	mol％	0.39
n-C<sub>5</sub>	mol％	0.14
			C<sub>6</sub><sup>+</sup>	mol％	0.05
合计	mol％	100

使用本实用新型的浅冷和PSA耦合装置处理后各种组分含量如表5所示。

表5为实施例2的干气使用本实用新型的浅冷和PSA耦合装置处理后各种组分含量

由表5可知，柴油加氢装置汽提塔顶脱硫后的干气中氢气和LPG得到充分回收，其中，得到纯度大于99.9％的氢气131kg/h(1454Nm³/h)，回收LPG约2576kg/h(1094Nm³/h)，氢气回收率达到85％，LPG回收率达到81.7％，大幅提高该股原料气的经济效益。

实施例2中，按炼厂氢气平均价格15000元/t，原料气价格2800元/t，按LPG与原料气价格差500元/t计算，电价0.6元/kW，蒸汽120元/t，效益核算结果如表6所示。

表6为实施例2的效益核算表

由表6可知，按年操作时间8400h计算，预计可回收氢气：1220万方/年，回收LPG：21640吨/年，合计增加效益1872.2万元/年，经济效益得到大幅提升。

综上所述，本实用新型的浅冷和PSA耦合装置包括浅冷系统和PSA系统；富氢气原料气输入所述浅冷系统，所述浅冷系统用于从所述富氢气原料气中分离出气相产物、液化石油气和尾气；所述PSA系统用于从所述气相产物分离氢气和尾气。本实用新型的装置利用PSA系统进行氢气提纯，通过将浅冷系统的前置于PSA系统，利用浅冷系统的脱除C3及以上重烃组分(重烃)，使得进入PSA系统的原料气中重烃组分杂质大幅度降低，可有效地减少PSA系统中吸附剂用量及提高吸附剂寿命，通过浅冷和PSA工艺耦合，充分发挥了浅冷和PSA各自的优势，提高了回收氢气的纯度和副产品LPG的回收率，实现了高含烃富氢气的资源综合利用，显著提高了经济效益；同时，PSA系统中吸附剂用量的减少使得PSA结构更加紧凑，降低了PSA系统的成本；此外，浅冷系统和PSA系统均可模块化设计，投资收益更高。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。应当理解的是，“下”或“上”，“向下”或“向上”等用语用来参照示例性实施例的特征在图中显示的位置描述这些特征；第一、第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims

1.一种浅冷和PSA耦合装置，其特征在于，所述装置包括相连通的浅冷系统和PSA系统；

所述PSA系统用于从所述气相产物分离氢气和尾气。

2.根据权利要求1所述的浅冷和PSA耦合装置，其特征在于，还包括增压系统，富氢气原料气通过所述增压系统输入所述浅冷系统。

3.根据权利要求2所述的浅冷和PSA耦合装置，其特征在于，所述增压系统出口的原料气的压力范围为1.0～3.0MPa。

4.根据权利要求2所述的浅冷和PSA耦合装置，其特征在于，所述浅冷系统包括干燥单元、浅冷单元、制冷单元和稳定单元；

所述制冷单元用于冷凝富氢气原料气；

所述气相产物的出口与所述PSA系统的入口相连接；

5.根据权利要求4所述的浅冷和PSA耦合装置，其特征在于，所述制冷单元采用丙烷或R22作制冷剂。

6.根据权利要求4所述的浅冷和PSA耦合装置，其特征在于，所述干燥单元为分子筛脱水装置。

7.根据权利要求6所述的浅冷和PSA耦合装置，其特征在于，所述原料气经所述分子筛脱水装置脱水后的水露点≥-40℃。

8.根据权利要求1所述的浅冷和PSA耦合装置，其特征在于，还包括解析气压缩机，所述解析气压缩机设置于所述PSA系统的尾气出口。