一种自产氢气的重油加氢系统和加氢方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自产氢气的重油加氢系统和加氢方法，所述重油加氢系统包括煤气化反应单元、重油气化反应单元、水煤气变换反应单元、三级二氧化碳分离膜、两级氢气分离膜、四级压缩单元、分液罐、过滤单元、冷凝单元、脱硫单元、加热单元、重油加氢反应单元和分馏单元。本发明专利技术还公开了一种采用上述系统的加氢方法。所述的重油加氢系统和加氢方法可以大幅提高氢气分压，进而提升加氢反应效率和产品质量，同时副产二氧化碳，降低加氢装置碳排放。

【技术实现步骤摘要】
一种自产氢气的重油加氢系统和加氢方法
本专利技术属于炼油化工
，特别是涉及一种氢气自给的加氢系统及加氢方法。
技术介绍
劣质重油由于其性质粘稠，杂质含量高，易结焦生炭。在日益严格的产品要求和环保规范的限制下，成为了附加值低、难以利用的石油组分。加氢方法是一种有效的重油提质、转化手段。大中型炼厂中往往需要150～500万吨/年量级的加氢装置来满足重油转化的需求，以1%～1.5%的氢耗记，炼厂增加的氢气消耗量可达到2～7.5万吨/年。为了满足加氢装置对氢气的需求，低成本的制氢技术成为炼厂的首选。煤气化制氢技术可以有效的将价格低廉的煤炭转化为一氧化碳、氢气和二氧化碳，再通过水煤气变换反应提高氢气产率，经过二氧化碳的分离和氢气的提纯，最终以较低的成本完成氢气的产出。虽然煤制氢工艺效率较高，但其氢气粗产品中往往含有30～50%的二氧化碳，大幅提高了氢气提纯的难度。通常加氢工艺要求氢气中一氧化碳和二氧化碳的总浓度低于20～30ppm，为达到上述标准，煤制氢粗产物首先需要经过氨洗脱除二氧化碳，再通过变压吸附装置深度脱除一氧化碳。常用的氨洗装置在二氧化碳脱除过程中需要反复对溶剂进行再生，能耗较高；此外，氨溶液夹带的问题不但提高了后续装置的除雾、除液要求，不断补充的新鲜吸收剂也增加了操作成本。变压吸附工艺虽然可以高效率的脱除氢气中的杂质，但大型变压吸附装置在均压过程中空体积内将存在大量无法利用的吹扫氢气，这部分氢气将进入变压吸附解吸气中作为废气排出，使外排尾气中氢气浓度达到30～60vol%以上，降低了变压吸附装置的氢气回收率；此外，变压吸附装置在处理高二氧化碳浓度的原料时会面临吸附剂快速老化的问题，频繁更换的吸附剂也使变压吸附装置的分离成本居高不下。由于煤制氢产物的氢气/二氧化碳体系分离成本较高，加氢装置在操作过程中往往将脱硫的冷高分气通过膜分离装置提纯或直接作为循环氢使用。这样虽然节省了氢气提纯的操作成本，但是将显著降低加氢反应器体系内的氢气纯度，进而使反应器中的氢分压下降。通常炼厂中新氢的纯度为98～99%以上，然而由于循环氢的重复利用，加氢装置中的平均氢气浓度往往只有85～90%，相比之下氢分压降低了10%以上，意味着操作压力需要提高10%才能弥补损失的反应活性。加氢装置在利用煤制氢装置作为氢源的同时面临着碳排放的环保压力。中国政府从2012～2013年开始，由财政部逐渐推广二氧化碳排放税政策；随着国内企业二氧化碳排放量的不断提高，二氧化碳税将成为制约企业成本的重要因素。煤制氢工艺副产大大量二氧化碳面临无法储存或贮藏成本过高的问题，因而可能成为炼厂的主要二氧化碳排放源，进而降低了加氢装置的利润。专利CN101391746A公开了一种小型煤汽化制氢方法，其特点是利用空气和煤进行气化后除杂，再通过变换反应提高氢气含量，最后由VPSA和PSA装置对氢气进行提纯。专利CN103112825A公开了一种PSA制氢方法，采用类似的煤气变换反应制取粗氢气，通过二氧化碳PSA和氢气PSA装置对氢气提纯；其中部分解吸气由真空泵排入气柜，部分解吸气放空。专利CN202016991U公开了一种组合加氢装置，其特点为二至多个加氢装置共用一个新氢压缩系统。然而该专利仍需要新氢压缩机和循环氢压缩机，装置集成度较差；且多个加氢装置共用一个新氢压缩系统将造成装置负荷过大，不得不采用多台压缩机，不但多装置负荷难以调配，操作也极为复杂。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种自产氢气的重油加氢系统和加氢方法，所述的重油加氢系统和加氢方法可以大幅提高氢气分压，进而提升加氢反应效率和产品质量，同时副产二氧化碳，降低加氢装置碳排放；加氢尾油用于制氢过程，实现加氢过程氢气自给，无需提供外部氢气。本专利技术第一方面提供了一种自产氢气的重油加氢系统，所述系统包括：煤气化反应单元，重油气化反应单元，水煤气变换反应单元，过滤单元，第一二氧化碳分离膜，第一压缩单元，第二二氧化碳分离膜，第二压缩单元，冷凝单元，分液罐，第三二氧化碳分离膜，第一氢气分离膜，第三压缩单元，第二氢气分离膜，脱硫单元，第四压缩单元，加热单元，重油加氢反应单元和分馏单元；其中，煤经进料管线与煤气化反应单元入口连通，煤气化反应单元出口经管线与水煤气变换反应单元入口连通，水煤气变换反应单元出口经过滤单元与第一二氧化碳分离膜入口连通，第一二氧化碳分离膜的渗透气出口经第一压缩单元与第二二氧化碳分离膜入口连通；第二二氧化碳分离膜渗透气出口经第二压缩单元和冷凝单元与分液罐入口连通，第二二氧化碳分离膜渗余气出口经管线与第一二氧化碳分离膜入口连接；分液罐液相出口流股为液化二氧化碳，排出界区进行贮存，分液罐气相出口与第三二氧化碳分离膜入口连通，第三二氧化碳分离膜渗透气出口与第一压缩单元入口连通，第三二氧化碳分离膜渗余气出口与第二氢气分离膜入口连通；第一二氧化碳分离膜的渗余气出口与第一氢气分离膜入口连通；第一氢气分离膜渗余气为燃料气，排出界区，第一氢气分离膜渗透气出口经第三压缩单元与第二氢气分离膜入口连通，第二氢气分离膜渗余气出口与第一氢气分离膜入口连通，第二氢气分离膜渗透气出口经脱硫单元和第四压缩单元与加热单元入口连通，加热单元出口与重油加氢反应单元入口连通，重油加氢反应单元物料出口与分馏单元入口连通；所述重油加氢反应单元包括1个以上的反应区，其中第一反应区的气相出口经管线与第二氢气分离膜入口连通；第二反应区的气相出口和分馏单元的汽提气出口均经管线与第一氢气分离膜入口连通；其余反应区的气相出口均通过管线与第四压缩机入口连通；分馏单元的加氢尾油出口与重油气化反应器入口连通；重油气化反应器出口与水煤气变换反应器入口连通。本专利技术所述的重油加氢系统中，所述的重油加氢反应单元的反应区中设置1个以上的加氢反应器，优选设置1～3个加氢反应器，进一步优选设置1～2个加氢反应器。所述加氢反应器可以为固定床反应器、移动床反应器、沸腾床反应器和悬浮床反应器中的一种或几种，优选为沸腾床反应器，所述沸腾床反应器可以为带循环系统的沸腾床反应器，或者不带循环系统的沸腾床反应器。所述的沸腾床反应器可以采用抚顺石油化工研究院开发的带三相分离器的沸腾床反应器。本专利技术所述的重油加氢系统中，重油加氢反应单元中的加氢反应器的操作温度为380～480℃，空速为0.2～0.6h-1，操作压力为13～18MPa，氢油体积比为50～800。本专利技术所述的重油加氢系统中，当加氢反应器采用固定床反应器、移动床反应器、带循环系统的沸腾床反应器或悬浮床反应器时，加氢反应器后设置有分离罐，闪蒸气由闪蒸罐顶排出；当加氢反应器采用不带循环系统的沸腾床反应器或反应器内置气体分离结构的加氢反应器时，闪蒸气直接由加氢反应器气相出口排出。本专利技术所述的重油加氢系统中，所述的重油气化反应器的原料为油品，具体可以为渣油、加氢尾油、沥青或燃料油中的一种或几种；其中加氢尾油可以为重油加氢系统中重油加氢反应单元得到的加氢尾油。所述的煤气化反应器的制氢原料为煤，根据不同生产需求，煤和油品两种制氢原料进行灵活调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自产氢气的重油加氢系统，所述系统包括煤气化反应单元，重油气化反应单元，水煤气变换反应单元，过滤单元，第一二氧化碳分离膜，第一压缩单元，第二二氧化碳分离膜，第二压缩单元，冷凝单元，分液罐，第三二氧化碳分离膜，第一氢气分离膜，第三压缩单元，第二氢气分离膜，脱硫单元，第四压缩单元，加热单元，重油加氢反应单元和分馏单元；/n其中，煤经进料管线与煤气化反应单元入口连通，煤气化反应单元出口经管线与水煤气变换反应单元入口连通，水煤气变换反应单元出口经过滤单元与第一二氧化碳分离膜入口连通；/n第一二氧化碳分离膜的渗透气出口经第一压缩单元与第二二氧化碳分离膜入口连通；第二二氧化碳分离膜渗透气出口经第二压缩单元和冷凝单元与分液罐入口连通，第二二氧化碳分离膜渗余气出口经管线与第一二氧化碳分离膜入口连接；分液罐气相出口与第三二氧化碳分离膜入口连通，第三二氧化碳分离膜渗透气出口与第一压缩单元入口连通，第三二氧化碳分离膜渗余气出口与第二氢气分离膜入口连通；/n第一二氧化碳分离膜的渗余气出口与第一氢气分离膜入口连通；第一氢气分离膜渗透气出口经第三压缩单元与第二氢气分离膜入口连通，第二氢气分离膜渗余气出口与第一氢气分离膜入口连通，第二氢气分离膜渗透气出口经脱硫单元和第四压缩单元与加热单元入口连通，加热单元出口与重油加氢反应单元入口连通，重油加氢反应单元液相物料出口与分馏单元入口连通；所述重油加氢反应单元包括1个以上的反应区，其中第一反应区的气相出口经管线与第二氢气分离膜入口连通；第二反应区的气相出口和分馏单元的汽提气出口均经管线与第一氢气分离膜入口连通；其余反应区的气相出口均通过管线与第四压缩机入口连通；分馏单元的加氢尾油出口与重油气化反应器入口连通；重油气化反应器出口与水煤气变换反应器入口连通。/n...

【技术特征摘要】
1.一种自产氢气的重油加氢系统，所述系统包括煤气化反应单元，重油气化反应单元，水煤气变换反应单元，过滤单元，第一二氧化碳分离膜，第一压缩单元，第二二氧化碳分离膜，第二压缩单元，冷凝单元，分液罐，第三二氧化碳分离膜，第一氢气分离膜，第三压缩单元，第二氢气分离膜，脱硫单元，第四压缩单元，加热单元，重油加氢反应单元和分馏单元；
其中，煤经进料管线与煤气化反应单元入口连通，煤气化反应单元出口经管线与水煤气变换反应单元入口连通，水煤气变换反应单元出口经过滤单元与第一二氧化碳分离膜入口连通；
第一二氧化碳分离膜的渗透气出口经第一压缩单元与第二二氧化碳分离膜入口连通；第二二氧化碳分离膜渗透气出口经第二压缩单元和冷凝单元与分液罐入口连通，第二二氧化碳分离膜渗余气出口经管线与第一二氧化碳分离膜入口连接；分液罐气相出口与第三二氧化碳分离膜入口连通，第三二氧化碳分离膜渗透气出口与第一压缩单元入口连通，第三二氧化碳分离膜渗余气出口与第二氢气分离膜入口连通；
第一二氧化碳分离膜的渗余气出口与第一氢气分离膜入口连通；第一氢气分离膜渗透气出口经第三压缩单元与第二氢气分离膜入口连通，第二氢气分离膜渗余气出口与第一氢气分离膜入口连通，第二氢气分离膜渗透气出口经脱硫单元和第四压缩单元与加热单元入口连通，加热单元出口与重油加氢反应单元入口连通，重油加氢反应单元液相物料出口与分馏单元入口连通；所述重油加氢反应单元包括1个以上的反应区，其中第一反应区的气相出口经管线与第二氢气分离膜入口连通；第二反应区的气相出口和分馏单元的汽提气出口均经管线与第一氢气分离膜入口连通；其余反应区的气相出口均通过管线与第四压缩机入口连通；分馏单元的加氢尾油出口与重油气化反应器入口连通；重油气化反应器出口与水煤气变换反应器入口连通。


2.按照权利要求1所述的重油加氢系统，其特征在于：所述的二氧化碳分离膜和氢气分离膜包括膜分离组件和辅助设备，辅助设备包括膜前过滤器、膜前换热器和膜后止回阀。


3.按照权利要求2所述的重油加氢系统，其特征在于：所述的膜前过滤器为聚结式，膜前过滤器内滤芯材质为聚四氟乙烯纤维、二氧化硅纤维、氧化铝颗粒、氧化钙颗粒、聚苯乙烯纤维、活性炭、石棉中的一种或几种。


4.按照权利要求1所述的重油加氢系统，其特征在于：所述的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的膜分离组件采用平板式、螺旋卷式、牒式或中空纤维形式，优选为螺旋卷式。


5.按照权利要求1所述的重油加氢系统，其特征在于：所述的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的材料为多孔聚合物支撑材料与均质聚合物涂层材料组成的复合膜材料，其中多孔聚合物支撑材料为聚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯并咪唑或聚丙烯腈，优选为聚醚酰亚胺；聚合物涂层材料为聚环氧乙烷、聚二甲基氧硅烷或聚环氧乙烷/聚丙烯嵌段聚合物，优选为聚环氧乙烷/聚丙烯嵌段聚合物。


6.按照权利要求1所述的重油加氢系统，其特征在于：所述的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的膜分离组件的流动方式为逆流流动或并流流动，优选为逆流流动方式。


7.按照权利要求1所述的重油加氢系统，其特征在于：所述的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的渗透气压力为100～3000kPa，原料气/渗透气压力比为2:1～20:1，操作温度为10～40℃。<...

【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