一种提高加氢装置氢分压的处理系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种提高加氢装置氢分压的处理系统及方法，所述处理系统包括加氢系统、制氢系统、膜分离气体综合处理系统，其中，加氢系统用于接收氢气和原料油进行加氢反应，反应流出物经分离后得到高分气、低分气、汽提气和加氢产品油；制氢系统用于接收水蒸气和净化制氢原料气进行重整制氢反应，反应后得到氢气粗产品；膜分离气体综合处理系统用于接收制氢原料气、来自制氢系统的氢气粗产品和来自加氢系统分离后得到的高分气、低分气、汽提气，经处理后得到净化制氢原料气、二氧化碳、硫化氢、氢气、燃料气和轻烃。本发明专利技术所述的处理系统及方法可以提高加氢装置的氢分压、降低加氢装置操作成本。

【技术实现步骤摘要】
一种提高加氢装置氢分压的处理系统及方法
本专利技术属于炼油化工领域，特别是涉及一种提高加氢装置氢分压的处理系统及方法。
技术介绍
随着原油重质化程度的日益加深和油品环保要求的日趋严格，炼油厂普遍依赖加氢技术对汽柴油及馏分油和渣油等进行处理，以达到提高轻质油收率、优化产品分子结构、降低油品硫含量、提高产品附加值的目的。加氢装置规模庞大、工艺复杂，其过程中也副产多种气体，如脱杂产生的硫化氢、氨气和加氢裂化产生的轻烃、液化气等。这些组成复杂、来源多样、压力各异的气体在现有工艺中只能被统一脱硫处理后排放至火炬或瓦斯官网，造成了大量的资源浪费；部分轻烃、液化气组分可能在不断生成的过程中伴随原料油物料流经多个反应器，显著降低了氢气的分压，使加氢过程的反应深度和效率无法达标。另一方面，加氢技术的广泛应用使得炼厂氢气消耗量大幅提升，通常炼厂需要新建多套制氢装置以满足临氢装置需求，其中天然气制氢方法凭借其经济性高、污染低的特点成为了最广泛应用的制氢方法。然而在天然气过程中，氢气产物与大量的二氧化碳、一氧化碳、氮气、甲烷等混合排出，需要复杂的分离方法对其进行提纯，以满足加氢装置一氧化碳、二氧化碳浓度不高于20ppm的要求。目前变压吸附方法可以实现连续、高纯度的氢气提纯分离，但是变压吸附方法需要反复抽真空、升压、稳压、降压，能耗高、操作繁琐、尾气附加值低；尤其对于氢气/二氧化碳混合气体，变压吸附方法难以有效分离二者，往往造成吸附剂快速老化、氢气产品纯度波动、氢气收率低等问题。作为制氢原料的天然气也存在诸多杂质的干扰。通常船运LNG提供的粗天然气内含有二氧化碳、轻烃和硫化氢组分，这些组分在进入蒸汽重整制氢反应器之前需要进行氨洗预处理，不但提高了能耗，溶剂夹带等问题也对后续反应器的稳定操作造成了影响。通常天然气脱硫、脱碳的方法采用氨洗，但氨洗方法能耗较高，吸收剂夹带、溶剂再生和低压二氧化碳尾气利用的问题提高了天然气使用成本。专利CN103421566A提供了一种天然气脱硫并回收单质硫的方法，其特点使利用中空纤维膜组件作为溶剂与天然气的接触界面，本质上仍然是氨溶剂吸收酸性气体的方法，其面临的主要问题来自于溶剂再生所需的较高能耗，和膜高损耗率造成的装置快速老化。专利CN104203811A提供了一种系统处理天然气重整制氢气体分离的工艺。该工艺改进了常规气体分离工艺，将产品氢气分别进行二氧化碳和氢气的提纯，再将尾气返回至重整反应器进行循环处理。专利CN104449925A报道了一种脱除合成气/天然气中二氧化碳的系统。该方法通过PTFE微孔膜过滤颗粒固体杂质，并采用二段串联的膜分离器装置对二氧化碳进行脱除。
技术实现思路
现有加氢工艺中，加氢反应器所使用的氢气分为新氢（纯度≥95%）和循环氢（纯度≥80%）两部分，其中新氢是在制氢装置中提纯设备对氢气粗产品提纯后的高纯氢气产品；而循环氢是由加氢装置中的热高分、冷高分等分离器中闪蒸气脱硫获得。由于缺乏有效的氢气提纯手段，通常加氢装置中的循环氢纯度较低，其中混有大量的硫化氢、氨和轻烃（C1～C4）等组分，即使经过脱硫处理，循环氢的氢纯度也仅能达到80～85%。以减压蜡油加氢裂化工艺为例，注入反应器的氢纯度往往只有85%，意味着相同系统压力下循环氢的氢分压低于新氢氢分压10%以上；而在高压蜡油加氢裂化过程中，采用循环氢后系统压力需要提高2MPa以上才能达到与全部使用新氢相同的反应效率并保证产品油的质量。但是新氢价格较高，氢气的提纯的能耗也较高，因而迫于成本压力，加氢装置不得不使用低纯度的循环氢作为氢源以降低成本。针对现有技术中氢气提纯成本高、循环氢纯度低造成的加氢装置中氢分压不足的问题，本专利技术提供提高加氢装置氢分压的多气体综合处理系统及方法，通过设置膜气体综合处理系统，同时对制氢原料气、制氢粗产物、加氢装置分离得到的高分气、低分气和汽提气等多种气体进行综合处理，将氢气、甲烷、二氧化碳、轻烃、硫化氢和一氧化碳等多种组分选择性分离，从而在取消循环氢及其处理系统的的同时使加氢反应系统的氢源纯度均达到高纯度的新氢标准，提高了加氢装置的氢分压、降低了加氢装置操作成本。本专利技术第一方面提供一种提高加氢装置氢分压的处理系统，所述处理系统包括加氢系统、制氢系统、膜分离气体综合处理系统，其中：加氢系统，其用于接收氢气和原料油进行加氢反应，反应流出物经分离后得到高分气、低分气、汽提气和加氢产品油；制氢系统，其用于接收水蒸气和净化制氢原料气进行重整制氢反应，反应后得到氢气粗产品；膜分离气体综合处理系统，其用于接收制氢原料气、来自制氢系统的氢气粗产品和来自加氢系统分离后得到的高分气、低分气、汽提气；经处理后得到净化制氢原料气、二氧化碳、硫化氢、氢气、燃料气和轻烃；其中净化制氢原料气返回制氢系统与水蒸气进行制氢反应，氢气可以进入加氢系统利用或者作为产品外排，二氧化碳、硫化氢、燃料气和轻烃可作为产品离开界区。本专利技术所述的提高加氢装置氢分压的处理系统中，所述膜分离气体综合处理系统包括二氧化碳分离提纯单元、轻烃回收单元、氢气提纯单元和硫化氢分离单元，其中：二氧化碳分离提纯单元包括二氧化碳分离膜（具体包括第一二氧化碳分离膜、第二二氧化碳分离膜、第三二氧化碳分离膜）、第一压缩机和第二压缩机；制氢原料气经进料管线与第一二氧化碳分离膜入口连接，第一二氧化碳分离膜渗透气出口经第一压缩机与第二二氧化碳分离膜入口连接，第二二氧化碳分离膜渗透气出口经第二压缩机与第三二氧化碳分离膜入口连接，第三二氧化碳分离膜渗余气出口经管线与第二二氧化碳分离膜入口连接，第三二氧化碳分离膜渗透气为二氧化碳气体；第一二氧化碳分离膜渗余气出口和第二二氧化碳分离膜渗余气出口均通过管线与轻烃回收单元入口连接；轻烃回收单元包括有机蒸汽分离膜（具体包括第一有机蒸汽分离膜、第二有机蒸汽分离膜）、冷凝器、分液罐和第三压缩机；第一二氧化碳分离膜渗余气出口和第二二氧化碳分离膜渗余气出口经管线与第一有机蒸汽分离膜入口连接，第一有机蒸汽分离膜渗透气出口经管线依次与冷凝器和分液罐连接，第一有机蒸汽分离膜渗余气为净化制氢原料气，返回制氢系统与水蒸气进行制氢反应；分液罐顶部不凝气出口经管线与第二有机蒸汽分离膜入口连接，分液罐底部得到轻烃，第二有机蒸汽分离膜渗透气出口经第三压缩机与冷凝器入口连接；第二有机蒸汽分离膜渗余气为燃料气，可作为加热炉燃料使用。氢气提纯单元包括氢气分离膜（具体包括第一氢气分离膜、第二氢气分离膜、第三氢气分离膜）、第四压缩机和第五压缩机；来自加氢系统的高分气与第一氢气分离膜入口连接，第一氢气分离膜的渗透气出口与第五压缩机入口连接，压缩后得到氢气；来自制氢系统的氢气粗产品经管线与第二氢气分离膜入口连接，第二氢气分离膜渗余气出口与第二二氧化碳分离膜入口连接，第二氢气分离膜渗透气经第四压缩机与第三氢气分离膜入口连接；第三氢气分离膜渗透气与第一氢气分离膜渗透气混合经第五压缩机增压得到氢气，第三氢气分离膜的渗余气返回第二氢气分离膜入口循环处理；硫化氢分离单元包括硫化氢分离膜（具体包括第一硫化氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高加氢装置氢分压的处理系统，所述处理系统包括加氢系统、制氢系统、膜分离气体综合处理系统，其中：/n加氢系统，其用于接收氢气和原料油进行加氢反应，反应流出物经分离后得到高分气、低分气、汽提气和加氢产品油；/n制氢系统，其用于接收水蒸气和净化制氢原料气进行重整制氢反应，反应后得到氢气粗产品；/n膜分离气体综合处理系统，其用于接收制氢原料气、来自制氢系统的氢气粗产品和来自加氢系统分离后得到的高分气、低分气、汽提气；经处理后得到净化制氢原料气、二氧化碳、硫化氢、氢气、燃料气和轻烃；其中净化制氢原料气返回制氢系统与水蒸气进行制氢反应。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高加氢装置氢分压的处理系统，所述处理系统包括加氢系统、制氢系统、膜分离气体综合处理系统，其中：
加氢系统，其用于接收氢气和原料油进行加氢反应，反应流出物经分离后得到高分气、低分气、汽提气和加氢产品油；
制氢系统，其用于接收水蒸气和净化制氢原料气进行重整制氢反应，反应后得到氢气粗产品；
膜分离气体综合处理系统，其用于接收制氢原料气、来自制氢系统的氢气粗产品和来自加氢系统分离后得到的高分气、低分气、汽提气；经处理后得到净化制氢原料气、二氧化碳、硫化氢、氢气、燃料气和轻烃；其中净化制氢原料气返回制氢系统与水蒸气进行制氢反应。


2.按照权利要求1所述的提高加氢装置氢分压的处理系统，其特征在于：所述膜分离气体综合处理系统包括二氧化碳分离提纯单元、轻烃回收单元、氢气提纯单元和硫化氢分离单元，其中：
二氧化碳分离提纯单元包括二氧化碳分离膜（第一二氧化碳分离膜、第二二氧化碳分离膜、第三二氧化碳分离膜）、第一压缩机和第二压缩机；制氢原料气经进料管线与第一二氧化碳分离膜入口连接，第一二氧化碳分离膜渗透气出口经第一压缩机与第二二氧化碳分离膜入口连接，第二二氧化碳分离膜渗透气出口经第二压缩机与第三二氧化碳分离膜入口连接，第三二氧化碳分离膜渗余气出口经管线与第二二氧化碳分离膜入口连接，第三二氧化碳分离膜渗透气为二氧化碳气体；第一二氧化碳分离膜渗余气出口和第二二氧化碳分离膜渗余气出口均通过管线与轻烃回收单元入口连接；
轻烃回收单元包括有机蒸汽分离膜（第一有机蒸汽分离膜、第二有机蒸汽分离膜）、冷凝器、分液罐和第三压缩机；第一二氧化碳分离膜渗余气出口和第二二氧化碳分离膜渗余气出口经管线与第一有机蒸汽分离膜入口连接，第一有机蒸汽分离膜渗透气出口经管线依次与冷凝器和分液罐连接，第一有机蒸汽分离膜渗余气为净化制氢原料气，返回制氢系统与水蒸气进行制氢反应；分液罐顶部不凝气出口经管线与第二有机蒸汽分离膜入口连接，分液罐底部得到轻烃，第二有机蒸汽分离膜渗透气出口经第三压缩机与冷凝器入口连接；第二有机蒸汽分离膜渗余气为燃料气；
氢气提纯单元包括氢气分离膜（第一氢气分离膜、第二氢气分离膜、第三氢气分离膜）、第四压缩机和第五压缩机；来自加氢系统的高分气与第一氢气分离膜入口连接，第一氢气分离膜的渗透气出口与第五压缩机入口连接，压缩后得到氢气；来自制氢系统的氢气粗产品经管线与第二氢气分离膜入口连接，第二氢气分离膜渗余气出口与第二二氧化碳分离膜入口连接，第二氢气分离膜渗透气经第四压缩机与第三氢气分离膜入口连接；第三氢气分离膜渗透气与第一氢气分离膜渗透气混合经第五压缩机增压得到氢气，第三氢气分离膜的渗余气返回第二氢气分离膜入口循环处理；
硫化氢分离单元包括硫化氢分离膜（第一硫化氢分离膜、第二硫化氢分离膜）；来自加氢系统的低分气和第一氢气分离膜的渗余气进入第一硫化氢分离膜，第一硫化氢分离膜渗透气与汽提气混合后经管线与第二硫化氢分离膜入口连接，第二硫化氢分离膜渗透气为硫化氢，离开界区；第一硫化氢分离膜渗余气和第二硫化氢分离膜渗余气混合后经管线与第四压缩机入口连接。


3.按照权利要求1所述的提高加氢装置氢分压的处理系统，其特征在于：所述加氢系统中的原料油为柴油、减压蜡油、常压渣油、减压渣油、煤焦油中的一种或几种。


4.按照权利要求1所述的提高加氢装置氢分压的处理系统，其特征在于：所述加氢系统中的加氢反应器为固定床反应器、移动床反应器、沸腾床反应器、悬浮床反应器中的一种或几种。


5.按照权利要求1所述的提高加氢装置氢分压的处理系统，其特征在于：所述的加氢系统中的分离系统包括热高压分离器、热低压分离器、冷高压分离器、冷低压分离器和汽提塔。


6.按照权利要求2所述的提高加氢装置氢分压的处理系统，其特征在于：所述的膜分离气体综合处理系统中的氢气分离膜、硫化氢分离膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈博，孟兆会，葛海龙，杨涛，蒋立敬，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11