膜與PSA耦合高收率高純度回收煉廠氣中氫氣.pdf

1、隨著人們對(duì)生存環(huán)境的日益重視，我國(guó)燃油標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，車用汽油、柴油中的硫、烯烴、芳烴含量等指標(biāo)控制越來(lái)越嚴(yán)格;然而煉油廠為了降低原油采購(gòu)成本，大幅度提高含硫、含酸、重質(zhì)原油的加工比例，因此，選擇清潔化的加氫技術(shù)是解決問(wèn)題的主要措施。但帶來(lái)的問(wèn)題是，氫氣的消耗量逐年大幅度的增加，已經(jīng)成為了煉油過(guò)程中僅次于原油成本的第二成本。同時(shí)，在加工原油過(guò)程中產(chǎn)生的含氫尾氣被作為燃料氣使用，或由于現(xiàn)有的分離回收工藝比較單一，對(duì)氫氣和輕烴的回收率低，造成

2、氫氣和輕烴資源的極大浪費(fèi)。因此，針對(duì)某煉廠尾氣的氫氣回收，本論文提出利用膜分離和變壓吸附(PSA)工藝的耦合技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)煉廠尾氣中氫氣組分的高收率高純度回收，以滿足清潔燃料生產(chǎn)需要，降低制氫裝置的負(fù)荷，節(jié)約了資源和降低能耗。
　　在原有變壓吸附(PSA)裝置基礎(chǔ)上，增加氫氣分離膜（HM）對(duì)現(xiàn)有尾氣進(jìn)行回收利用。設(shè)計(jì)了分別利用單級(jí)膜和PSA回收流程，回收原PSA裝置解吸氣及其他煉廠尾氣。在此基礎(chǔ)上，提出了二段膜和PSA回收流程，在該流

3、程中增加第二段膜分離單元回收一段膜滲余側(cè)氣體，達(dá)到增加氫氣回收率的目的。為進(jìn)一步增大氫氣回收率和PSA裝置利用率，提出了二段膜和PSA耦合流程，通過(guò)一段氫膜分離器處理部分氫氣濃度較高的重整氫原料，直接得到高純度產(chǎn)品氫;氫氣濃度較低的幾股尾氣和一段膜滲余側(cè)氣體混合進(jìn)入二段膜分離器提純到90％左右，然后作為PSA裝置的原料進(jìn)行氫氣的提純回收，以實(shí)現(xiàn)氫氣回收的高純度和高收率。
　　利用UniSim Design軟件對(duì)三種工藝流程進(jìn)行模擬

4、與優(yōu)化。考察進(jìn)料壓力、操作壓比等操作參數(shù)對(duì)氫氣回收率、經(jīng)濟(jì)效益等結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)隨著操作壓力和壓力比增大，所需膜面積減小、氫氣回收率增大。在不同操作條件下，分別對(duì)三種尾氣回收流程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算。一級(jí)膜分離流程中，新增面積為9561m2的膜分離裝置，得到濃度為98 mol％的氫氣產(chǎn)品，每年增加氫氣回收量4683 t，將氧氣回收率由71.86％提高到96.63％，年經(jīng)濟(jì)效益收增加1.68×108 CNY。二段膜和PSA回收流程的氫氣回收率為9

5、7.51％，較單獨(dú)PSA流程，回收率提高了25％左右。該流程總膜面積為24197m2，其中一段膜面積與單級(jí)膜流程基本一致。每年可回收產(chǎn)品氫148688 t，總收益7.85×108 CNY。二段膜分離和PSA耦合流程所需膜面積為21335m2，達(dá)到產(chǎn)品氫濃度99mol％的要求，氫氣回收率為97.67％，年收益為7.30×108 CNY。
　　結(jié)果表明，回收該煉廠尾氣中的氫氣時(shí)，不同工藝流程均受到進(jìn)料壓力和操作壓力比等參數(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)效益具