從煉廠干氣中高收率、高純度回收氫氣的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種從煉廠干氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，包括以下步驟：一段變壓吸附再生步驟；二段變壓吸附再生步驟；膜分離步驟；并將膜分離步驟中的含氫氣體返回一段變壓吸附再生步驟，將脫氫氣體作為燃料氣體排出。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)合吸附分離法和膜分離法，能夠高收率、高純度的回收氫氣，氫氣收率達(dá)到90-95%以上，氫氣的純度達(dá)到99.9%。
【專利說明】從煉廠干氣中高收率、高純度回收氫氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種廢氣處理方法，具體涉及一種從煉廠干氣中高收率、高純度回收氫氣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煉廠干氣中含有大量氫氣、輕烯烴和輕烷烴組分。這些組分在煉廠干氣中都是很有價(jià)值的。其中，目前煉廠干氣中的氫氣仍然沒有實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化利用，而是直接用作了燃料，有的甚至直接點(diǎn)火炬放空。煉廠干氣中含有的氫氣，可以分離出來重新利用，比將其直接用作燃料的效益要高。
[0003]從煉廠干氣中回收氫氣的技術(shù)主要有吸附分離法、膜分離法和其它分離法，如深冷分離。
[0004]吸附分離法是利用吸附劑對(duì)混合氣體中各組分的吸附選擇性不同，通過壓力或溫度改變來實(shí)現(xiàn)吸附與再生的一種分離方法，具有再生速度快、能耗低、操作簡(jiǎn)單、工藝成熟穩(wěn)定等特點(diǎn)。通過壓力變化實(shí)現(xiàn)分離的變壓吸附回收干氣中氫氣工藝相對(duì)成熟，可獲得純度為98% (體積比)以上的氫氣產(chǎn)品，但氫氣回收率一般在85%左右。采用現(xiàn)有的變壓吸附分離技術(shù)要從含低濃度氫氣的煉廠干氣中同時(shí)回收高純度的氫氣，存在收率低、投資占地巨大等問題。
[0005]膜分離法是在一定壓力下，利用混合氣各組分在膜中滲透速率的差異進(jìn)行分離的。膜分離法回收FCC干氣中氫氣的裝置于1987年在美國(guó)龐卡城建成，氫氣回收率為80-90%。膜分離法尤其適用于帶壓、氫氣含量低的干氣中氫氣回收，其優(yōu)點(diǎn)在于占地小、操作簡(jiǎn)單、能耗低等。但膜分離回收氫氣的純度不高，一般為95-99%。
[0006]深冷分離技術(shù)早在上世紀(jì)50年代就有發(fā)展了，目前該技術(shù)比較成熟。它是利用原料中各組分相對(duì)揮發(fā)度的差異(沸點(diǎn)差)，通過氣體透平膨脹制冷，在低溫下將干氣中各組分按工藝要求冷凝下來，不易冷凝的氫氣最先得到，氫氣回收率為90-95%，純度為95-98%。其后用精餾法將其中的各類烴逐一分離。深冷分離單獨(dú)用于回收氫氣，經(jīng)濟(jì)上不合算，產(chǎn)品氫氣的純度不高、投資大、能耗高、不適合中小規(guī)模的煉廠干氣回收氫氣。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的即在于克服現(xiàn)有的吸附分離法、膜分離法各自單獨(dú)進(jìn)行練廠干氣處理的局限，提供一種從煉廠干氣中高收率、高純度回收氫氣的方法。
[0009]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
從煉廠干氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，包括以下步驟:
一段變壓吸附再生步驟:將煉廠干氣送入一段變壓吸附再生塔進(jìn)行變壓吸附，得到由未被吸附的組分組成的中間氣體，得到由再生的被吸附組分組成的富乙烯干氣；
二段變壓吸附再生步驟:將一段變壓吸附再生步驟中得到的中間氣體送入二段變壓吸附再生塔進(jìn)行變壓吸附，得到產(chǎn)品氫氣和再生的吸附氣體；
膜分離步驟:將一段變壓吸附再生步驟中再生得到的富乙烯干氣和二段變壓吸附再生步驟中再生得到的吸附氣體送入膜分離系統(tǒng)，得到含氫氣體和脫氫氣體，含氫氣體返回一段變壓吸附再生步驟，將脫氫氣體作為燃料氣體排出。
[0010]本發(fā)明的主要目的是提供一種吸附分離法和膜分離法相結(jié)合的分離方法，從煉廠干氣中回收氫氣。在一段變壓吸附再生步驟和二段變壓吸附再生步驟中被吸附的氣體中，含有少量氫氣，通過膜分離步驟將其中的氫氣分離出后再返回一段變壓吸附再生步驟，能夠有效提高氫氣的收率。采用一段變壓吸附再生步驟和二段變壓吸附再生步驟結(jié)合的兩段式變壓吸附再生步驟和膜分離步驟集成，能夠有效提高產(chǎn)品氫氣的純度。
[0011]進(jìn)一步的，在所述一段變壓吸附再生步驟之前，還包括:一級(jí)壓縮步驟:將所述煉廠干氣的壓力提升至0.7-1.2MPa。
[0012]進(jìn)一步的，在所述一級(jí)壓縮步驟之后，在所述一段變壓吸附再生步驟之前還包括:凈化步驟:采用低溫甲醇洗工藝脫出所述一級(jí)壓縮步驟中得到的壓力為0.7-1.2MPa的煉廠干氣中的酸性氣體。該酸性氣體包括二氧化碳、二氧化硫、硫化氫等。
[0013]進(jìn)一步的，還包括二級(jí)壓縮步驟:將所述一段變壓吸附再生步驟中再生得到的富乙烯干氣和所述二段變壓吸附再生步驟中再生得到的吸附氣體加壓至2.0-3.0MPa后送入所述膜分離系統(tǒng)。
[0014]進(jìn)一步的，在所述二級(jí)壓縮步驟和所述膜分離步驟之間，還包括:干燥步驟:采用活性炭變溫吸附塔對(duì)所述二級(jí)壓縮步驟中加壓至2.0-3.0MPa的氣體進(jìn)行干燥；除霧除塵除油步驟:分別采用除霧 器、捕塵器和捕油器對(duì)干燥后的氣體進(jìn)行除霧、除塵和除油處理，并將處理后的氣體送入所述膜分離系統(tǒng)。
[0015]進(jìn)一步的，所述一段變壓吸附再生步驟在3(T40°C溫度條件下進(jìn)行，所述二段變壓吸附再生步驟在0.7-1.2MPa壓力、30-40°C溫度條件下進(jìn)行，所述膜分離步驟在
2.0-3.0MPa壓力、30_50°C溫度條件下進(jìn)行。
[0016]進(jìn)一步的，所述一段變壓吸附再生步驟中，所述中間氣體為包括氫氣、甲烷和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，所述富乙烯干氣為包括碳二及以上組分、少量的氫氣、甲烷和氮?dú)獾幕旌蠚怏w；所述二段變壓吸附再生步驟中，所述吸附氣體為甲烷、氮?dú)饧吧倭康臍錃?、碳二及以上組分的混合氣體。
[0017]綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于:
1.本發(fā)明結(jié)合吸附分離法和膜分離法對(duì)煉廠干氣進(jìn)行處理，能夠得到高純度的氫氣；
2.本發(fā)明包括干燥步驟和除霧除塵除油步驟，能夠去除氣體中的微量水霧、粉塵和油滴，進(jìn)一步提高膜分離系統(tǒng)的使用壽命，降低膜分離步驟的操作成本；
3.本發(fā)明包括膜分離步驟，能夠?qū)σ欢巫儔何皆偕襟E和二段變壓吸附再生步驟中再生得到的碳二及以上組分、甲烷、氮?dú)庖约吧倭康臍錃膺M(jìn)行分離，滲透的氫氣返回到一段變壓吸附再生步驟，使得氫氣最終的回收率能達(dá)到90-95%以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明的實(shí)施例，下面將對(duì)描述本發(fā)明實(shí)施例中所需要用到的附圖作簡(jiǎn)單的說明。顯而易見的，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，還可以根據(jù)下面的附圖，得到其它附圖。
[0019]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。顯而易見的，下面所述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明實(shí)施例中的一部分，而不是全部?；诒景l(fā)明記載的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下得到的其它所有實(shí)施例，均在本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。
[0021]本文中，碳二組分表示乙烯和乙烷，碳二及以上組分表示分子式中碳原子數(shù)量大于2的氣體。
[0022]實(shí)施例1:
如圖1所示，從煉廠干氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，包括以下步驟:
一級(jí)壓縮步驟:將氫氣含量56.2%、乙烷含量7.2%、乙烯含量6.2%、甲烷含量22.2%、氮?dú)夂?.5%、碳2以上組分含量0.9%、酸性氣體含量1.8%的煉廠干氣(體積比)的壓力提升至 0.7Mpa。
[0023]凈化步驟:采用現(xiàn)有的低溫甲醇洗工藝脫出所述一級(jí)壓縮步驟中得到的壓力為
0.7MPa的煉廠干氣中的二 氧化碳、二氧化硫、硫化氫等酸性氣體。
[0024]一段變壓吸附再生步驟:將煉廠干氣送入一段變壓吸附再生塔在30°C條件下進(jìn)行變壓吸附。本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是，變壓吸附為現(xiàn)有工藝，對(duì)于其原理，此處不再贅述。在本步驟中，吸附劑吸附碳二組分、少量的氫氣、甲烷、氮?dú)夂吞级陨辖M分，未被吸附的氫氣、甲烷、氮?dú)饧吧倭康奶级耙陨辖M分組成中間氣體。在吸附劑再生時(shí)，被吸附的碳二組分、少量的氫氣、甲烷、氮?dú)夂吞级陨辖M分從吸附劑脫離，組成富乙烯干氣。
[0025]二段變壓吸附再生步驟:將一段變壓吸附再生步驟中得到的中間氣體送入二段變壓吸附再生塔在30°C條件下進(jìn)行變壓吸附。在本步驟中，吸附劑吸附甲烷、氮?dú)?、少量的碳二及以上組分和極少量的氫氣，未被吸附的氫氣即為純度為99.9% (體積比)產(chǎn)品氫氣。在吸附劑再生時(shí)，被吸附的甲烷、氮?dú)?、少量的碳二及以上組分和極少量的氫氣從吸附劑脫離，組成吸附氣體。
[0026]二級(jí)壓縮步驟:將所述一段變壓吸附再生步驟中再生得到的富乙烯干氣和所述二段變壓吸附再生步驟中再生得到的吸附氣體加壓至2 MPa,以提高后續(xù)膜分離步驟的分離效率。
[0027]干燥步驟:采用活性炭變溫吸附塔對(duì)所述二級(jí)壓縮步驟中加壓至2MPa的氣體進(jìn)行干燥，去除其中的水分。
[0028]除霧除塵除油步驟:分別采用除霧器、捕塵器和捕油器對(duì)干燥后的氣體進(jìn)行除霧、除塵和除油處理，并將處理后的氣體送入所述膜分離系統(tǒng)。
[0029]上述的干燥步驟和除霧除塵除油步驟，其工藝和設(shè)備都是現(xiàn)有的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)現(xiàn)有的已經(jīng)公開的技術(shù)方案進(jìn)行，因此，對(duì)于其原理，此次不再詳述。
[0030]膜分離步驟:將經(jīng)壓縮、干燥和除霧除塵除油后的氣體送入膜分離系統(tǒng)。氫氣過膜后形成含氫氣體，含氫氣體返回一段變壓吸附再生步驟，繼續(xù)進(jìn)行氫氣的分離，如此循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)氫氣的充分利用，提高氫氣的收率。被膜阻擋的其它氣體組成脫氫氣體，將脫氫氣體作為燃料氣體排出。
[0031]本實(shí)施例中，氫氣的收率為93%。
[0032]實(shí)施例2:
如圖1所示，從煉廠干氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，包括以下步驟:
一級(jí)壓縮步驟:將氫氣含量46.5%、乙烷含量12.4%、乙烯含量6.0%、甲烷含量20%、氮?dú)夂?.5%、碳二及以上組分含量2.2%、酸性氣體含量3.2%的煉廠干氣(體積比)的壓力提升至 1.0Mpa0
[0033]凈化步驟:采用現(xiàn)有的低溫甲醇洗工藝脫出所述一級(jí)壓縮步驟中得到的壓力為1.0MPa的煉廠干氣中的二氧化碳、二氧化硫、硫化氫等酸性氣體。
[0034]一段變壓吸附再生步驟:將煉廠干氣送入一段變壓吸附再生塔在35°C條件下進(jìn)行變壓吸附。本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是，變壓吸附為現(xiàn)有工藝，對(duì)于其原理，此處不再贅述。在本步驟中，吸附劑吸附碳二組分、少量的氫氣、甲烷、氮?dú)夂吞级陨辖M分，未被吸附的氫氣、甲烷、氮?dú)饧吧倭康奶级耙陨辖M分組成中間氣體。在吸附劑再生時(shí)，被吸附的碳二組分、少量的氫氣、甲烷、氮?dú)夂吞级陨辖M分從吸附劑脫離，組成富乙烯干氣。
[0035]二段變壓吸附再生步驟:將一段變壓吸附再生步驟中得到的中間氣體送入二段變壓吸附再生塔在35°C條件下進(jìn)行變壓吸附。在本步驟中，吸附劑吸附甲烷、氮?dú)?、少量的碳二及以上組分和極少量的氫氣，未被吸附的氫氣即為純度為99.9% (體積比)產(chǎn)品氫氣。在吸附劑再生時(shí)，被吸附的甲烷、氮?dú)?、少量的碳二及以上組分和極少量的氫氣從吸附劑脫離，組成吸附氣體。
[0036]二級(jí)壓縮步驟:將所述一段變壓吸附再生步驟中再生得到的富乙烯干氣和所述二段變壓吸附再生步驟中再生得到的吸附氣體加壓至2.5 MPa,以提高后續(xù)膜分離步驟的分離效率。
[0037]干燥步驟:采用活性炭變溫吸附塔對(duì)所述二級(jí)壓縮步驟中加壓至2.5MPa的氣體進(jìn)行干燥，去除其中的水分。
[0038]除霧除塵除油步驟:分別采用除霧器、捕塵器和捕油器對(duì)干燥后的氣體進(jìn)行除霧、除塵和除油處理，并將處理后的氣體送入所述膜分離系統(tǒng)。
[0039]上述的干燥步驟和除霧除塵除油步驟，其工藝和設(shè)備都是現(xiàn)有的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)現(xiàn)有的已經(jīng)公開的技術(shù)方案進(jìn)行，因此，對(duì)于其原理，此次不再詳述。
[0040]膜分離步驟:將經(jīng)壓縮、干燥和除霧除塵除油后的氣體送入膜分離系統(tǒng)。氫氣過膜后形成含氫氣體，含氫氣體返回一段變壓吸附再生步驟，繼續(xù)進(jìn)行氫氣的分離，如此循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)氫氣的充分利用，提高氫氣的收率。被膜阻擋的其它氣體組成脫氫氣體，將脫氫氣體作為燃料氣體排出。
[0041]本實(shí)施例中，氫氣的收率為95%。
[0042]實(shí)施例3:
如圖1所示，從煉廠干氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，包括以下步驟:
一級(jí)壓縮步驟:將氫氣含量18.5%、乙烷含量14.5%、乙烯含量16%、甲烷含量30%、氮?dú)夂?4.5%、碳2以上組分含量3.5%、酸性氣體含量3%的煉廠干氣(體積比)的壓力提升至
1.2Mpa0[0043]凈化步驟:采用現(xiàn)有的低溫甲醇洗工藝脫出所述一級(jí)壓縮步驟中得到的壓力為
1.2MPa的煉廠干氣中的二氧化碳、二氧化硫、硫化氫等酸性氣體。
[0044]—段變壓吸附再生步驟:將煉廠干氣送入一段變壓吸附再生塔在40°C條件下進(jìn)行變壓吸附。本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是，變壓吸附為現(xiàn)有工藝，對(duì)于其原理，此處不再贅述。在本步驟中，吸附劑吸附碳二組分、少量的氫氣、甲烷、氮?dú)夂吞级陨辖M分，未被吸附的氫氣、甲烷、氮?dú)饧吧倭康奶级耙陨辖M分組成中間氣體。在吸附劑再生時(shí)，被吸附的碳二組分、少量的氫氣、甲烷、氮?dú)夂吞级陨辖M分從吸附劑脫離，組成富乙烯干氣。
[0045]二段變壓吸附再生步驟:將一段變壓吸附再生步驟中得到的中間氣體送入二段變壓吸附再生塔在40°C條件下進(jìn)行變壓吸附。在本步驟中，吸附劑吸附甲烷、氮?dú)狻⑸倭康奶级耙陨辖M分和極少量的氫氣，未被吸附的氫氣即為純度為99.9% (體積比)產(chǎn)品氫氣。在吸附劑再生時(shí)，被吸附的甲烷、氮?dú)?、少量的碳二及以上組分和極少量的氫氣從吸附劑脫離，組成吸附氣體。
[0046]二級(jí)壓縮步驟:將所述一段變壓吸附再生步驟中再生得到的富乙烯干氣和所述二段變壓吸附再生步驟中再生得到的吸附氣體加壓至3.0 MPa,以提高后續(xù)膜分離步驟的分離效率。
[0047]干燥步驟:采用活性炭變溫吸附塔對(duì)所述二級(jí)壓縮步驟中加壓至3.0MPa的氣體進(jìn)行干燥，去除其中的水分 。
[0048]除霧除塵除油步驟:分別采用除霧器、捕塵器和捕油器對(duì)干燥后的氣體進(jìn)行除霧、除塵和除油處理，并將處理后的氣體送入所述膜分離系統(tǒng)。
[0049]上述的干燥步驟和除霧除塵除油步驟，其工藝和設(shè)備都是現(xiàn)有的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)現(xiàn)有的已經(jīng)公開的技術(shù)方案進(jìn)行，因此，對(duì)于其原理，此次不再詳述。
[0050]膜分離步驟:將經(jīng)壓縮、干燥和除霧除塵除油后的氣體送入膜分離系統(tǒng)。氫氣過膜后形成含氫氣體，含氫氣體返回一段變壓吸附再生步驟，繼續(xù)進(jìn)行氫氣的分離，如此循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)氫氣的充分利用，提高氫氣的收率。被膜阻擋的其它氣體組成脫氫氣體，將脫氫氣體作為燃料氣體排出。
[0051]本實(shí)施例中，氫氣的收率為90%。
[0052]如上所述，便可較好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.從煉廠干氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，其特征在于，包括以下步驟: 一段變壓吸附再生步驟:將煉廠干氣送入一段變壓吸附再生塔進(jìn)行變壓吸附，得到由未被吸附的組分組成的中間氣體，得到由再生的被吸附組分組成的富乙烯干氣； 二段變壓吸附再生步驟:將一段變壓吸附再生步驟中得到的中間氣體送入二段變壓吸附再生塔進(jìn)行變壓吸附，得到產(chǎn)品氫氣和再生的吸附氣體； 膜分離步驟:將一段變壓吸附再生步驟中再生得到的富乙烯干氣和二段變壓吸附再生步驟中再生得到的吸附氣體送入膜分離系統(tǒng)，得到含氫氣體和脫氫氣體，含氫氣體返回一段變壓吸附再生步驟，將脫氫氣體排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從煉廠干氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，其特征在于:在所述一段變壓吸附再生步驟之前，還包括: 一級(jí)壓縮步驟:將所述煉廠干氣的壓力提升至0.7-1.2MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的從煉廠干氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，其特征在于:在所述一級(jí)壓縮步驟之后，在所述一段變壓吸附再生步驟之前還包括: 凈化步驟:采用低溫甲醇洗工藝脫出所述一級(jí)壓縮步驟中得到的壓力為0.7-1.2MPa的煉廠干氣中的酸性氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從煉廠干氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，其特征在于:還包括二級(jí)壓縮步驟:將所述一段變壓吸附再生步驟中再生得到的富乙烯干氣和所述二段變壓吸附再生步驟中再生得到的吸附氣體加壓至2.0-3.0MPa后送入所述膜分離系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的從煉廠干氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，其特征在于:在所述二級(jí)壓縮步驟和所述膜分離步驟之間，還包括: 干燥步驟:采用活性炭變溫吸附塔對(duì)所述二級(jí)壓縮步驟中加壓至2.0-3.0MPa的氣體進(jìn)行干燥； 除霧除塵除油步驟:分別采用除霧器、捕塵器和捕油器對(duì)干燥后的氣體進(jìn)行除霧、除塵和除油處理，并將處理后的氣體送入所述膜分離系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5中任意一項(xiàng)所述的從煉廠干氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，其特征在于:所述一段變壓吸附再生步驟在3(T40°C溫度條件下進(jìn)行，所述二段變壓吸附再生步驟在0.7-1.2MPa壓力、30_40°C溫度條件下進(jìn)行，所述膜分離步驟在2.0-3.0MPa壓力、30-501:溫度條件下進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~5中任意一項(xiàng)所述的從煉廠干氣中高收率、高純度回收氫氣的方法，其特征在于:所述一段變壓吸附再生步驟中，所述中間氣體為包括氫氣、甲烷和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，所述富乙烯干氣為包括碳二及以上組分、少量的氫氣、甲烷和氮?dú)獾幕旌蠚怏w；所述二段變壓吸附再生步驟中，所述吸附氣體為甲烷、氮?dú)饧吧倭康臍錃?、碳二及以上組分的混合氣體。
【文檔編號(hào)】C01B3/50GK104030244SQ201410220676
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】鐘雨明, 張學(xué)文, 詹家聰, 陳運(yùn), 蔡躍明 申請(qǐng)人:四川天采科技有限責(zé)任公司