氢气分离膜内嵌改进蒸汽活化转化丙烷脱氢过程模拟和经济分析

摘要

在蒸汽活化转化(STAR)工艺中,丙烷脱氢反应产物含有大量氢气、甲烷等不凝组分,传统的高压低温液化流程,操作压力达到3.30MPa,浅冷温度-24℃,深冷温度-78℃,不仅压缩能耗高,而且氢气副产品浓度低,无法直接在炼化过程中实现利用。对此,本文提出在浅冷之后嵌入氢气膜分离单元,采用Prism-Ⅱ膜脱除反应产物中大部分氢气后再进一步增压和深冷液化。采用HYSYS对改进工艺模拟优化后得出:浅冷操作压力2.40MPa、温度-24℃,深冷操作压力3.30MPa、温度-78℃,总压缩能耗降低16.1%,氢气纯度由82.8%提高到99.0%,回收率超过85%。以350kt/a STAR工艺为例进行改进工艺的技术经济分析,最优膜面积为2680m^2,总压缩功耗由6850kW降低至5750kW,节约公用工程约5.72×10^6CNY/a,设备折旧仅增加0.61×10^6CNY/a,产出氢气约1.23×10^8m^3/a。综合考虑节能、新增设备折旧和氢气产出,年净收益增加8.7×10^7CNY。结果表明,膜分离改进有效地提高了STAR工艺的能效和经济性。