用膜分离技术从催化干气中回收氢气的装置

摘要

本发明提供一种用膜分离技术从催化干气中回收氢气的装置。该装置采用升压、冷却、分液除雾、加热后，用膜进行气-气分离，从一级膜分离器渗透气侧出来的富氢气体再经过冷却、缓冲、升压、冷却、分液除雾、加热，再用膜进行气-气分离出高浓度氢气，并通过脱氧、分水就可以得到浓度达97％(V)，收率达92％的氢气产品，本工艺流程简单，操作方便，适合于含氢在30～70％(V)的催化干气中回收高浓度的氢气产品。

说明书

本发明属于石油炼制工艺过程，尤其涉及到催化装置及其配套装置处理后的催化干气，利用膜分离技术回收氢气的工艺装置。

众所周知随着薄膜制造技术的不断发展，世界上用膜分离方法从炼厂气体中回收轻组分或氢气的领域不断地扩大，例如美国专利（US4892564）公开一种“用于回收液态烃的膜工艺”见附图2，其发明目的是为了回收液态烃，并取代oleflex工艺的后处理系统-深冷分离部分，其原料气是催化脱氢（oleflex）后的气体，采用原料气升压、冷却、换热后分离出一部分液态烃，再用膜进行气-气分离，将轻组分（H₂，CH₄）渗透出去后，不凝气进入膜分离器渗透出轻组分（H₂，CH₄），尾气再进行冷却分液得到液态烃，该过程不断进行，直至达到回收液态烃为目的产品，该专利是计算机模拟结果，未进行工业小试和放大。

法国专利FR2636249是将膜分离，变压吸附和深冷分离三者结合起来，用以回收氢气、液态烃和燃料气的工艺过程，该专利工艺过程复杂，涉及气体的三种分离过程。欧洲专利EP0445041A1是一种膜分离与深冷分离相结合的专利，用来回收液态烃、氢气和燃料气的工艺，该专利工艺过程复杂，还需要制冷设备。

本发明的目的是提供一种工艺流程简单，操作条件方便，适合于从炼油厂现有催化装置及其配套装置处理后的催化干气中回收高收率，高浓度氢气的工艺装置。

附图及其说明如下：

附图1是本发明装置工艺流程示意图

附图2是美国专利（US4892564）用于液态烃回收的膜工艺流程图

附图1中的说明：

1a-原料气缓冲罐        A        原料气

2a-原料气压缩机        B        产品氢气

3a-原料气水冷器

4a-原料气分液除雾罐

5a-原料气加热器

6a-一级膜分离器

7a-富氢气体（一级渗透气）水冷器

8a-富氢气体缓冲罐

9a-富氢气体压缩机

10a-富氢气体水冷器

11a-富氢气体分液除雾罐

12a-富氢气体加热器

13a-二级膜分离器

14a-脱氧器

15a-水冷器

附图2中的说明：

1-一段压缩机

3-一段压缩机出口空冷器

5-一段压缩机出口水冷器

7-一段压缩机出口分液罐

9-二段压缩机出

11-二段压缩机出口空冷器

13-二段压缩机出口水冷器

15-二段压缩机出口分液罐

17-换热器

19-冷却器

21-分液罐

23-膜分离器

25-水冷器

27-分液罐

29-换热器

31-冷却器

33-分液罐

35-膜分离器

37-水冷器

39-换热器

41-冷却器

43-分液罐

45-加热器

47-膜分离器

49-水冷器

51-冷却器

53-分液罐

55-分液罐

57-分馏塔

本发明的工艺装置见附图1，适合于经过吸收稳定、脱硫后，含氢在30～70%（V）的催化干气，其压力为0.5～1.8MPa（a）作为原料气（A）进入缓冲罐（1a），在缓冲罐中除去原料气中携带的液体，并对原料气（A）起到缓冲作用，经缓冲、分液后的催化干气由原料气压缩机（2a）升压，由进口压力0.5～1.8MPa（a）升至出口压力2.0～7.0MPa（a），再进入水冷器（3a），水冷器（3a）操作压力2.0～7.0MPa（a），温度为30～50℃，进入分液除雾罐（4a）除去冷凝下来的液体和气体中的雾滴，防止液体粘附在膜表面上，原料气在加热器（5a）中加热至45～100℃进入一级膜分离器（6a），（6a）是由多个膜分离器组成的，富集氢气的渗透压力为0.4～1.5MPa（a）富氢气体，先经水冷器（7a）冷却至40℃以下并经分液罐（8a）分液后，进入到富氢压缩机（9a），其进口压力为0.4～1.5MPa（a），出口压力为2.3～7.3MPa（a），进入水冷器（10a），操作压力为2.3～7.3MPa（a），温度为30～50℃。至分液除雾罐（11a）分液后，再由加热器（12a）加热至45～100℃，进入由多个膜分离器组成的二级膜分离器（13a），其进口压力为2.3～7.3MPa（a），进口温度45～100℃，从二级膜分离器的渗透气侧得到的压力为0.1～1.5MPa（a）的渗透气，先经过脱氧器（14a），再经过水冷器（15a）分水后，即为提浓氢气产品（B），其浓度达到97%（V），收率达到92%（V），可直接送至加氢装置使用。

从二级膜分离器（13a）排出的尾气氢浓度较高，为了提高装置氢的回收率，将该尾气返回到原料预处理部分水冷器（3a）的前面，与原料气压缩机（2a）排出的气体混合;一级分离器（6a）排出的尾气，压力为2.0～7.0MPa（a），氢的浓度很低，作为燃料气出装置，也可带压吸收或深冷以得到液化气、乙烯等产品。

本发明的积极效果在于用简单的流程，在方便的操作条件下能从催化干气中回收高浓度、高收率的氢气。

实施例1

处理能力为10000Nm³/hr的催化干气回收氢气装置，进入装置原料气压力为0.88MPa（a），温度40℃，其干气组成如下：

气体名称>2N₂O₂CH₄C₂H₆C₂H₄C₃H₈

含量％（V）    59.58        11.17        0.91        7.64        6.37            9.24            0.18

气体名称 C₃H₆C₄H₁₀C₄H₈C^＋₅CO₂CO>2S>

含量％（V）    0.70        1.62            2.12        0.47            -                -                        -                    100%

上述催化干气采用本发明见附图1的工艺流程，其主要操作条件如下：

原料气压缩机（2a）进口压力0.88MPa（a），出口压力6.2MPa（a），水冷器（3a）的出口压力6.1MPa（a），出口温度40℃，一级膜分离器（6a）共计14根Dg200（面积5600m²）的硅橡胶-聚砜非对称复合中空纤维膜，其进口压力6.0MPa（a），进口温度60℃，渗透气（富氢气体）压力0.8MPa（a），富氢压缩机（9a）进口压力0.75MPa（a），出口压力6.5MPa（a），水冷器（10a）出口压力6.4MPa（a），出口温度40℃，二级膜分离器（13a）共计4根Dg200（面积1600m²）硅橡胶-聚砜非对称复合中空纤维膜，进口压力6.3MPa（a），进口温度60℃，渗透气（氢气）压力1.3MPa（a），脱氧器（14a）进口压力1.3MPa（a），进口温度50℃，经过本装置处理后所得到的氢气组成如下：

气体名称>2N₂O₂CH₄C₂H₆

含量%(V)        97.0000        0.0345        0.1ppm        2.9396        0.0096

气体名称 C₂H₄C₃H₈C₃H₆C₄H₁₀C₄H₈C⁺₅

含量%(V)        0.0095        0.0002        0.0009        0.0034        0.0041        0.0021

合计        100.0000

氢气回收率为92%，产品氢气浓度为97%。