用于使用天然气燃料改善综合设施中变压吸附氢气单元的性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于增加综合精炼厂和石油化工复合工厂的氢气回收率的方法，其中将天然气被用作变压吸附单元中的共吹扫气体。在来自所述变压吸附单元的尾气中回收这种天然气。这种方法可以用于精炼厂废气和部分氧化进料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用天然气燃料改善综合设施中变压吸附氢气单元的性能的方法
技术介绍
氢气是用于精炼和石油化学产品加工的有价值产品，并且需要方法来增加从变压吸附(PSA)单元的氢气回收率。这在氢气具有高价值且当前实践使用增加的压缩功率(真空再生、尾气再循环、或串联的两个PSA)来增加氢气回收率的领域中尤其如此。本专利技术公开提出了可应用于精炼厂和精炼厂/石油化工复合工厂的替代方法，其中天然气用作燃料。虽然燃料油或燃料气体通常用于精炼厂和石油化工工厂的燃料需求，但在一些情况下希望的是将天然气用于过程和通用加热器(utilityheater)以及用于用气体涡轮机来发电，以减少或消除通过利用桶底(bottomofthebarrel)加工技术来从精炼厂中生成燃料油。在使用天然气来提供精炼厂运行所需的燃料的情况下，现已发现天然气可以用作变压吸附单元中的共吹扫流以增加氢气回收率。如本文所示，与当前实践相比，这种方法通过去除真空压缩机并从而降低压缩功率需求，提供了经济、安全和操作性/可靠性的优点。
技术实现思路
与基于真空再生、尾气再循环或串联的两个PSA的当前选项相比，本专利技术提供了用于实现高水平的氢气回收率的在经济方面具有吸引力的新选项。这种新方法可以在将天然气用作设施的燃料时应用，这在综合精炼厂/石油化工复合工厂中可以具有特别的吸引力。在这种情况下，天然气被用作PSA单元中的共吹扫以提取附加的氢气。天然气在PSA尾气中被回收并保持其作为燃料的价值。使用外部吹扫或共吹扫流来增加氢气回收率的概念是本领域已知的。然而，在过去，天然气尚未用于此目的，并且在进行详细的模拟研究之前所述方法的益处并不明显。附图说明图1是用于本专利技术的基本流程图。图2示出了本专利技术的变压吸附循环。图3是氢气回收率针对天然气：PSA进料比率的图。图4是简单投资回报针对天然气：PSA进料比率的图。具体实施方式变压吸附方法利用以下事实：在高压下，气体趋于被吸引到固体表面或被“吸附”。压力越高，被吸附的气体越多。当压力降低时，气体被释放或解吸。PSA方法可以用于分离混合物中的气体，原因在于不同的气体趋于以较大或较小的强度被吸引到不同的固体表面。使用两个或更多个吸附剂容器允许产物气体的连续生产。它还允许所谓的压力均衡，其中离开正在被减压的容器的气体被用于对第二容器部分加压。这导致较高的轻质气体(氢气)回收率，并且是常见的工业实践。PSA单元或容器的天然气共吹扫的示意图示于图1中。示出天然气流2被任选地用作精炼厂燃料3。天然气流4的一部分被送至PSA单元6用作PSA循环中的共吹扫气体。PSA单元6用于纯化含氢气进料10，其中经纯化的氢气产物流12从PSA单元6的顶部离开，并且低压尾气流14从PSA单元6的另一侧离开以在压缩机16处被压缩并在燃料气体流18中离开。天然气燃料的滑流被用在PSA单元中以产生附加的氢气。这种天然气在PSA尾气中被回收。提取这种附加的氢气的代价是在现有(现在更大的)尾气压缩机中进行的天然气(假定在PSA进料压力下可用)再压缩。在PSA循环中使用所述天然气的方法在图2中示出。在正常高压吸附(ADS)步骤之后，使用高压天然气共吹扫步骤。在这种共吹扫步骤期间，将天然气进料到床的底部(进料端)并从床的顶部(产物端)将附加的纯氢气推出。将这种附加的氢气与来自主吸附步骤的产物氢气混合。图2示出了总体PSA循环的简化形式(称为子循环)，并且所述简化形式通常被从业者用来捕集最少量的所需信息以表示完整的多床PSA循环。这些子循环根据已知的工序(其中每行对应于一个床)进行复制，以便产生完整的循环图。应当理解，循环细节的其他变型也是可能的。图2从左到右示出了从下方进入吸附床32的氢气进料30。产生了氢气产物流34。天然气流38用于在36处吹扫，其中附加的氢气40被释放并与氢气产物34混合。接下来以在向上方向(与吸附和天然气共吹扫相同的方向)上的流动示出三个减压(均衡)步骤42、44和46，并且然后提供吹扫步骤48、扰动步骤(blowdownstep)50、吹扫步骤52、在向下方向上的三个再加压(均衡)步骤56、58和60，之后是再加压62。示出了吹扫气体54以及PSA尾气56和58。表1示出了使用典型精炼厂废气(ROG)和部分氧化(POX)PSA条件的示例。使用具有PSA工艺模型的图2中的循环来模拟这些进料气体条件。表1向精炼厂废气(ROG)和部分氧化(POX)PSA单元的进料气体ROGPOX天然气压力，psia350350350流量，mmscfd150150变量摩尔％摩尔％摩尔％H285.096.8--C18.01.093.0C24.0--5.0C32.0--1.0C4+1.00.5CO--1.0--N2--1.00.5氩气--0.15--CO2，ppmv--10050如图3和图4所示，氢气回收率随着天然气：PSA进料比率的增加而增加。对于精炼厂废气的情况下，氢气回收率增加最多6个百分点，而对于部分氧化的情况下，氢气回收率增加最多5个百分点。部分氧化情况下的增加较少的原因在于氧化铝和硅胶吸附剂需要被包含在床的底部作为天然气组分的保护层，而精炼厂废气不需要改变吸附剂。图3中还示出了简单的投资回报评估。增加的CAPEX是由于成本更高的PSA(两个附加床和略大的床体积)和更大的尾气压缩机。从投资回报曲线可以看出，最佳的天然气：PSA进料比率为15％至20％。最后，与现有技术方案的比较示于表2中。天然气共进料PSA的优点在于：(1)无真空压缩机，以及(2)显著更低的功率需求。表2天然气共吹扫VPSA尾气再循环ROGPSA进料流量，mmscfd150150150天然气流量，mmscfd27产物H2纯度，摩尔％99.999.999.9H2回收率，％94.094.094.0真空压缩kW--2,490--尾气压缩，kW3,8102,2209,070总功率，kW3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于纯化具有小于1摩尔％的二氧化碳的含氢气进料的方法，所述方法包括将所述含氢气进料送至变压吸附单元，在与所述含氢气进料相同的流动方向上用包含大于80摩尔％的甲烷的含甲烷料流吹扫所述变压吸附单元，回收产物流，所述产物流包含燃料气体流和超过99摩尔％的氢气。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171227 US 62/610,7951.一种用于纯化具有小于1摩尔％的二氧化碳的含氢气进料的方法，所述方法包括将所述含氢气进料送至变压吸附单元，在与所述含氢气进料相同的流动方向上用包含大于80摩尔％的甲烷的含甲烷料流吹扫所述变压吸附单元，回收产物流，所述产物流包含燃料气体流和超过99摩尔％的氢气。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氢气进料包含小于0.5摩尔％的二氧化碳，并且所述含甲烷料流包含小于2摩尔％的二氧化碳。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述天然气流置换来自所述变压吸附单元的氢气，从而导致至少4个百分点的氢气回收率改进。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述产物流包含超过99.5摩尔％的氢气。


5.根据权利要求1所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：布兰得利·P·拉塞尔，
申请(专利权)人：环球油品有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US