炼厂气集中梯级回收方法.pdf

一种炼厂干气集中梯级回收方法，属于石油化工技术领域。该方法将精馏、压缩冷凝等传统分离技术与吸附、膜分离等新型分离技术集成为一个有机整体，在充分考虑物料压力、组成等特点，将分离工艺梯级布局，多技术相互促进，相互改善操作条件，梯级回收目标产品，实现了炼厂干气能源和资源的梯级利用、梯级回收，打破了单一技术发展瓶颈，提高了产品收率、降低了回收能耗。该方法通过各分离技术的相互促进作用，改善了各分离工艺的操作条件，从而提高了能源的利用效率和物质的回收率；具有多目标同时回收、目标回收率高、能源利用率高，能从低目标浓度的炼厂干气中回收目标产品的优；适用于石油炼制与加工领域。

1、  一种炼厂气集中梯级回收方法，其特征在于：所述炼厂气集中梯级回收方法采用把炼厂气高纯氢回收系统(1)、炼厂气高浓度氢回收系统系统(2)、第三压缩机(3)、冷凝分离系统(4)、精馏系统(5)和有机蒸气/氢气分离系统(6)通过管道连接在一起的回收装置；输入所述回收装置的炼厂气根据组成和压力分类，比如可分为下列几种：
(1)氢浓度在60mol％以上和表压力在1.0MPa以下的第一炼厂气(a)，
(2)氢浓度在60mol％以上和表压力在0.7MPa以上的第二炼厂气(b)，
(3)氢浓度在30～70mol％之间和表压力在1.0MPa以下的第三炼厂气(c)，
(4)氢浓度在30～70mol％之间和表压力在0.7MPa以上的第四炼厂气(d)，
(5)氢浓度在30mol％以下和表压力在0.7MPa以上的第五炼厂气(e)，
(6)氢浓度在30mol％以下和表压力在1.0MPa以下的第六炼厂气(f)；
输出所述回收装置的气体分别为下列几种：高纯氢气(g)、富乙烷气(h)、轻烃(i)、石脑油(j)、燃料气(k)和高浓度氢气(1)；
利用所述回收装置进行炼厂气集中梯级回收方法的过程如下：
(1)第一炼厂气(a)进入炼厂气高纯氢回收系统(1)的第一压缩机(1a)，升压后经第一冷却器(1b)降温，降温后和第二炼厂气(b)混合进入变压吸附装置(PSA)，以得到氢浓度≮99mol％的高纯氢气(g)外排接收，变压吸附装置(PSA)的解吸气送入中氢炼厂气氢回收系统(2)与第三炼厂气(c)混合进入第二压缩机(2a)；
(2)第三炼厂气(c)与炼厂气高纯氢回收系统(1)的变压吸附装置(PSA)的解吸气混合，混合气进入第二压缩机(2a)升压，升压后的炼厂气与第四炼厂气(d)混合进一级氢气分离装置(HS1)，经一级氢气分离装置(HS1)处理后得到的高浓氢气与有机蒸气/氢气分离系统(6)的高浓度氢气混合成氢气浓度95mol％以上的高浓度氢气(1)外排接收；
(3)第六炼厂气(f)与有机蒸气/氢气分离系统(6)的循环气混合进入第三压缩机(3)升压，升压后的炼厂气与第五炼厂气(e)组成贫氢高压流股与炼厂气高浓度氢回收系统(2)的贫氢流股混合成贫氢高压混合气，进入冷凝分离系统(4)的第三冷却器(4a)；
(4)贫氢高压混合气进入冷凝分离系统(4)，进入冷凝分离系统(4)的贫氢高压混合气经第三冷却器(4a)冷却后，进入第一气液分离器(4b)，液相流股送入第二轻烃泵(4g)，气相流股送入冷箱(4c)换热后进入第四冷却器(4d)，经第四冷却器(4d)降温后送入第二气液分离器(4e)，液相流股送入第一轻烃泵(4f)，气相流股进入冷箱(3c)换热后进入有机蒸气/氢气分离系统(6)的第一加热器(6a)；
(5)第二轻烃泵(4g)和第一轻烃泵(4f)分别将第一气液分离器(4b)和第二气液分离器(4e)的液相流股送入精馏系统(5)，进入精馏系统(5)的液相流股首先进入脱乙烷塔(5a)，塔顶得到乙烷含量70mol％以上的富乙烷气经冷箱(4c)换热后可作为燃料气或进一步分离回收乙烷的富乙烷气(h)外排接收，塔底液相流股送往脱丁烷塔(5b)，脱丁烷塔(5b)的塔顶得到C₃+C₄含量大于90mol％的轻烃(i)，塔底得到C₅⁺含量大于90mol％的石脑油(j)。
(6)进入有机蒸气/氢气分离系统(6)的气体首先经第一加热器(6a)升温后进入一级有机蒸气分离装置(VS1)，富轻烃流股与二级有机蒸气分离装置(VS2)的富轻烃流股混合作为循环气与第六炼厂气(f)混合进入第三压缩机(3)，贫轻烃流股经第二加热器(6b)升温后进入二级氢气分离装置(HS2)，得到的富氢流股与炼厂气高浓度氢回收系统(2)的一级氢气分离装置(HS1)的富氢流股混合成氢气浓度85mol％以上的高浓度氢气(1)外排接收，贫氢流股经第五冷却器(6c)冷却后送入二级有机蒸气分离装置(VS2)，富轻烃流股与一级有机蒸气分离装置(VS1)的富轻烃流股混合作为循环气与第六炼厂气(f)混合进入第三压缩机，贫轻烃气作为燃料气(k)外排接收。

炼厂气集中梯级回收方法
技术领域
本发明涉及一种炼厂气集中梯级回收方法，属于石油化工技术领域。该方法利用炼厂气梯级生产氢气、轻烃、石脑油等，能够最大限度地利用炼厂能源和资源。
背景技术
石油炼制与加工是一个非常庞大的工业过程，在蒸馏、裂化、重整、烷基化、异构化等石油加工过程中，会产生大量由氢气、氮气、甲烷、轻烃组成的炼厂气。由于缺乏合适的分离方法，这些炼厂气只能被用作燃料气，含有的氢气、轻烃、石脑油等高价值物质得不到有效利用。通常，炼油厂产生的炼厂气占石油总加工量的5％左右，造成了资源的严重浪费。将炼厂气中高价值资源充分回收利用将大大提高资源利用率和企业效益。
在炼厂气回收过程中，吸附技术、压缩、冷凝技术、精馏技术发挥了巨大作用。但总的来说，由于炼厂气是一个多组分、压力、温度组成等变化复杂的体系，并且各技术的最佳操作条件(压力、温度等)也千差万别，因此，使用单一技术很难实现对炼厂气资源和能源最大限度利用。总的来说单一技术应用于炼厂气回收主要存在有回收目标单一、回收率低下、回收过程能源利用率低等缺点。
发明内容
为打破单一分离技术的发展瓶颈，充分发挥现有技术和过程的长处，实现炼厂气能源和资源的充分回收，提高分离过程的能量利用效率和各物质的回收率。本发明提供一种炼厂气集中梯级回收方法，该方法应将压缩冷凝、精馏、变压吸附等技术有机集合起来，按照各炼厂气压力、温度、组成等和各分离技术最佳操作条件的不同，针对不同的炼厂气和不同的回收目标，选择最佳分离工艺，通过不同分离技术在分离过程中的相互促进作用，改善分离过程的操作条件，实现能源的梯级利用和资源的梯级回收，从而提高能源利用率和高价值组份的回收率。
本发明的具体技术方案是：一种炼厂气集中梯级回收方法采用把炼厂气高纯氢回收系统、炼厂气高浓度氢气回收系统系统、第三压缩机、冷凝分离系统、精馏系统和有机蒸气/氢气分离系统通过管道连接在一起的回收装置；输入所述回收装置的炼厂气分别为下列几种：
(1)氢浓度在60mol％以上和表压力在1.0MPa以下的第一炼厂气，
(2)氢浓度在60mol％以上和表压力在0.7MPa以上的第二炼厂气，
(3)氢浓度在30～70mol％之间和表压力在1.0MPa以下的第三炼厂气，
(4)氢浓度在30～70mol％之间和表压力在0.7MPa以上的第四炼厂气，
(5)氢浓度在30mol％以下和表压力在0.7MPa以上的第五炼厂气，
(6)氢浓度在30mol％以下和表压力在1.0MPa以下的第六炼厂气；输出所述回收装置的气体分别为下列几种：高纯氢气、富乙烷气、轻烃(LPG)、石脑油、燃料气和高浓度氢气。
利用所述回收装置进行炼厂气集中梯级回收方法的过程如下：
(1)第一炼厂气进入炼厂气高纯氢回收系统的第一压缩机，升压后经第一冷却器降温，降温后和第二炼厂气混合进入变压吸附装置，以得到氢浓度≮99mol％的高纯氢气外排接收，变压吸附装置的解吸气送入炼厂气高浓度氢气回收系统与第三炼厂气混合进入第二压缩机；
(2)第三炼厂气与炼厂气高纯氢回收系统的变压吸附装置的解吸气混合，混合气进入第二压缩机升压，升压后的炼厂气与第四炼厂气混合进一级氢气分离装置，经一级氢气分离装置处理后得到的高浓氢气与有机蒸气/氢气分离系统的高浓度氢气混合成氢气浓度85mol％以上的高浓度氢气外排接收；
(3)第六炼厂气与有机蒸气/氢气分离系统的循环气混合进入第三压缩机升压，升压后的炼厂气与第五炼厂气组成贫氢高压流股与炼厂气高浓度氢气回收系统的贫氢流股混合成贫氢高压混合气，进入冷凝分离系统的第三冷却器；
(4)贫氢高压混合气进入冷凝分离系统，进入冷凝分离系统的贫氢高压混合气经第三冷却器冷却后，进入第一气液分离器，液相流股送入第二轻烃泵，气相流股送入冷箱换热后进入第四冷却器，经第四冷却器降温后送入第二气液分离器，液相流股送入第一轻烃泵，气相流股进入冷箱换热后进入有机蒸气/氢气分离系统的第一加热器；
(5)第二轻烃泵和第一轻烃泵分别将第一气液分离器和第二气液分离器的液相流股送入精馏系统，进入精馏系统的液相流股首先进入脱乙烷塔，塔顶得到乙烷含量70mol％以上的富乙烷气经冷箱换热后可作为燃料气或进一步分离回收乙烷的富乙烷气外排接收，塔底液相流股送往脱丁烷塔，脱丁烷塔的塔顶得到C₃+C₄含量大于90mol％的轻烃(LPG)，塔底得到C₅⁺含量大于90mol％的石脑油。
(6)进入有机蒸气/氢气分离系统的气体首先经第一加热器升温后进入一级有机蒸气分离装置，富轻烃流股与二级有机蒸气分离装置的富轻烃流股混合作为循环气与第六炼厂气混合进入第三压缩机，贫轻烃流股经第二加热器升温后进入二级氢气分离装置，得到的富氢流股与炼厂气高浓度氢气回收系统的一级氢气分离装置的富氢流股混合成氢气浓度85mol％以上的高浓度氢气外排接收，贫氢流股经第五冷却器冷却后送入二级有机蒸气分离装置，富轻烃流股与一级有机蒸气分离装置的富轻烃流股混合作为循环气与第六炼厂气混合进入第三压缩机，贫轻烃气作为燃料气外排接收。
本发明的有益效果是：这种炼厂气集中梯级回收方法将精馏、压缩冷凝等传统分离技术与变压吸附等新型回收技术集合起来，在不同的压力和组成等级，选择合适的分离技术，将能量网络和质量网络的同时优化，多技术相互促进，相互改善操作条件，实现了能源的梯级利用和资源的梯级回收，打破了单一技术发展瓶颈，达到了提高产品回收率、降低回收能耗的双重目标。对于富含氢气而轻烃较少的炼厂气，首先进行氢气回收，在获得氢气产品的同时轻烃的浓度也得到提高，有利于轻烃在更高的温度下冷凝，减少低温冷剂的消耗；对于轻烃含量高而氢气浓度低的炼厂气，经过压缩冷凝、有机蒸气分离等处理以后，氢气浓度升高，采用氢气分离技术对其回收；在有机蒸气分离过程中，于适当阶段使用的氢分离技术既提高了轻烃浓度，又同时降低了后续有机蒸气分离过程的处理量，保证了轻烃的高回收率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
图1是通用的处理炼厂气的梯级回收流程简图。
图2是处理不含第一、第二、第四炼厂气时的梯级回收流程简图。
图3是处理不含第一、第三、第四炼厂气时的梯级回收流程简图。
图4是处理不含第一、第四、第五、第六炼厂气时的梯级回收流程简图。
图中：1、炼厂气高纯氢回收系统，1a、第一压缩机，1b、第一冷却器，PSA、变压吸附装置，2、炼厂气高浓度氢回收系统，2a、第二压缩机，2b、第二冷却器，HS1、一级氢气分离装置，3、第三压缩机，4、冷凝分离系统，4a、第三冷却器，4b、第一气液分离器，4c、冷箱，4d、第四冷却器，4e、第二气液分离器，4f、第一轻烃泵，4g、第二轻烃泵，5、精馏系统，5a、脱乙烷塔，5b、脱丁烷塔，6、有机蒸气/氢气分离系统，6a、第一加热器，VS1、一级有机蒸气分离装置，6b、第二加热器，HS2、二级氢气分离装置，6c、第五冷却器，VS2、二级有机蒸气分离装置，a、第一炼厂气，b、第二炼厂气，c、第三炼厂气，d、第四炼厂气，e、第五炼厂气，f、第六炼厂气，g、高纯氢气，h、富乙烷气，i、轻烃(LPG)，j、石脑油，k、燃料气，l、高浓度氢气。
具体实施方式
图1示出了通用的处理炼厂气的梯级回收流程简图。图中，把炼厂气高纯氢回收系统1、炼厂气高浓度氢气回收系统系统2、第三压缩机3、冷凝分离系统4、精馏系统5和有机蒸气/氢气分离系统6通过管道连接在一起构成一套回收装置。
下面对该回收装置作进一步说明：炼厂气高纯氢回收系统1把第一压缩机1a、第一冷却器1b、变压吸附装置PSA连接在一起，变压吸附装置PSA的下出口连接到炼厂气高浓度氢气回收系统2第二压缩机2a的进口。炼厂气高浓度氢气回收系统2把第二压缩机2a、第二冷却器2b和一级氢气分离装置HS1连接在一起，一级氢气分离装置HS1的下出口连接到冷凝分离系统4的第三冷却器4a的入口。第三压缩机3把有机蒸气/氢气分离系统6和冷凝分离系统4连接在一起，它设置在有机蒸气/氢气分离系统6和冷凝分离系统4之间。冷凝分离系统4把第三冷却器4a、第一气液分离器4b、冷箱4c、第四冷却器4d和第二气液分离器4e连接在一起，在第一气液分离器4b的下出口连接第二轻烃泵4g，在第二气液分离器4e的下出口连接第一轻烃泵4f，第一轻烃泵4f和第二轻烃泵4g的出口连接到精馏系统5中的脱乙烷塔4a的进口。精馏系统5把脱乙烷塔5a和脱丁烷塔5b串联在一起，脱乙烷塔5a的上出口连接冷凝分离系统4中的冷箱4c后接外排，脱乙烷塔5a的下出口连接脱丁烷塔5b的进口，脱丁烷塔5b的上出口和下出口接外排。有机蒸气/氢气分离系统6把第一加热器6a、一级有机蒸气分离装置VS1、第二加热器6b、二级氢气分离装置HS2、第五冷却器6c和二级有机蒸气分离装置VS2连接在一起，一级有机蒸气分离装置VS1位于第一加热器6a和第二加热器6b之间，二级氢气分离装置HS2位于第二加热器6b和第五冷却器6c之间，第五冷却器6c出口连接到二级有机蒸气分离装置VS2的进口。在冷凝分离系统4中第二气液分离器4e的上出口经冷箱4c后连接到在有机蒸气/氢气分离系统6中第一加热器6a的进口，一级有机蒸气分离装置VS1和二级有机蒸气分离装置VS2的下出口连接到第三压缩机3的进口，二级有机蒸气分离装置VS2的上出口接外排。
采用上述回收装置处理的炼厂气包括原油分馏、裂解、裂化、重整和异构化原油加工过程中产生的经过脱硫、脱水处理后的无硫干燥炼厂气(硫含量和水含量在100ppm以下)，若炼厂气未经脱硫、脱水处理，且硫含量或水含量超标，则炼厂气需先经过脱硫或脱水工艺处理达标后再并入本系统。
上述回收装置中的一级氢气分离装置HS1、二级氢气分离装置HS2、一级有机蒸气分离装置VS1和二级有机蒸气分离装置VS2可采用变压吸附PSA装置，也可使用气体膜分离装置。气体分离膜可以为中空纤维、板框或螺旋卷式结构；变压吸附PSA装置可以是常压解吸变压吸附装置，也可以是真空解吸变压吸附装置。
图2、3、4示出了输入不同品种炼厂气时在图1基础上的梯级回收流程简图。
下述的四个实施例将有助于对本发明的进一步了解，实施例数据源自下表1所示：
表1炼厂气典型组成