膜耦合工艺提高炼厂气氢气及轻烃回收率研究

摘要

炼厂气是炼厂在加工原油过程中产生的尾气，组成主要为氢气和甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等碳氢化合物，由于现有的分离工艺比较单一，对氢气和轻烃的回收率低，导致剩余大量的炼厂气难以被利用，外排瓦斯管网，造成氢气和轻烃资源的极大浪费。因此，找到一种能够提高炼厂气中氢气与轻烃回收率的工艺，从而减少氢气和轻烃资源的浪费，成为目前已成为各石化企业和科研部门亟待解决的问题。
　　某炼厂气体总量接近30000Nm3/h，氢气含量(mol％)约占42％，轻烃含量(mol％)约占10％，原使用PSA对其中的氢气进行回收，但由于进料气组成复杂，部分流股不满足PSA进料条件，氢气和轻烃的回收率低。
　　本研究在氢气和轻烃分离传统的工艺基础上，设计了PSA/冷凝/精馏工艺，并以此为基础，为进一步提高氢气和轻烃的回收率，采用氢膜(HM)与有机蒸汽膜(VM)与其耦合，开发出HM/PSA/冷凝/精馏膜耦合工艺和VM/HM/PSA冷凝/精馏膜耦合工艺。HM对PSA进料气进行提纯，VM对含有部分轻烃的HM渗余气和PSA解吸气进行回收，并优化了工艺流程。
　　利用UniSim Design软件对三种工艺的流程模拟与优化后，考察了冷凝温度、膜面积等参数对经济效益的影响，冷凝温度降低，经济效益增加;膜面积增加，经济效益先增加后降低。并分别计算三种工艺的炼厂气氢气和轻烃的回收率与经济效益，进行三组间比较。当冷凝温度为-23℃，HM膜面积为8492 m2，VM膜面积为2530m2，进料压力为2500kPa时，经济效益最佳，为3.147亿元/年。
　　采用VM/HM/PSA/冷凝/精馏耦合工艺，与无膜工艺相比，氢气回收率提高了22％，LPG回收率提高了30.37％，C5+轻油回收率提高了61.67％，LPG产量27143 t·a-1，C5+轻油产量5487t·a-1，氢气产量6790t·a-1，经济效益提高了0.907亿元/年。
　　研究结果说明，在对炼厂氢气与轻烃的回收中，冷凝温度、膜面积、进料压力等参数对经济效益具有直接影响，膜耦合工艺有助于提高氢气和轻烃的回收率，增加经济效益。