炼油装置的生产过程中副产多种富氢气体的干气, 而加氢精制装置在反应过程中又需要用氢。氢气的高价格导致炼厂的生产成本大大增加, 因而通过回收炼厂富氢干气中的氢气, 能够大大增加炼厂经济效益[1]。该炼化公司采用国内成都华西化工科技股份有限公司的变压吸附 (VPSA) 专利技术, 该装置设计产氢能力为10000Nm3/h, 装置于2012年8月开始建设, 2013年11月装置建成中交。2013年12月5日开车投料一次成功并产出合格的氢气。
吸附是指当两种相态不同的物质接触时, 其中密度较低物质的分子在密度较高的物质表面被富集的现象和过程。具有吸附作用的物质 (密度相对较大的多孔固体) 被称为吸附剂, 被吸附的物质 (密度相对较小的气体或液体) 称为吸附质。VPSA装置中的吸附主要为物理吸附[2]。
变压吸附氢提纯工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在这种物理吸附中所具有的两个性质:一是对不同组分的吸附能力不同, 二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加, 随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的第一个性质, 可实现对含氢气源中杂质组分的优先吸附而使氢气得以提纯;利用吸附剂的第二个性质, 可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生, 从而构成吸附剂的吸附与再生循环, 达到连续分离提纯氢气的目的[3]。
装置原料主要成分是H2, 其余是C1~C5的烃类, 吸附剂主要是活性氧化铝类、活性炭类、硅胶类和分子筛类等。原料气通过吸附床层, H2以外的其余组份作为杂质被吸附剂选择吸附, 最后氢气以99.9% (v) 纯度离开吸附塔。
本装置所采用的VPSA8-2-3变压吸附工艺技术, 具有如下优点:
(1) 采用成熟的VPSA8-2-3流程, 流程简单、运行可靠。
(2) VPSA8-2-3流程采用双塔连续抽真空流程, 可减小解吸气系统压力波动, 真空时间长, 吸附剂的再生彻底, 能耗低。
(3) VPSA8-2-3流程解吸气控制系统采用了先进的两级缓冲、调节系统, 解吸气的热值、压力和流量更稳定, 更有利于解吸气的后段利用。
(4) 本装置先进的VPSA专用软件在某个吸附塔出现故障时, 可自动无扰动地将故障塔切除, 转入7塔、6塔、5塔、4塔。在切换到4塔操作时, 可将装置隔离分成两个独立的系列任意检修, 一个系列生产, 另一个系列可作任意检修。因而大大地提高了装置运行的可靠性。
(5) 采用华西所开发的专门用于VPSA氢提纯的吸附剂, 吸附剂动态吸附量大、脱除杂质精度高, 可更有效地保证产品质量和回收率。
(6) 本装置先进成熟的控制软件包可自动实现吸附时间的优化和吸附压力自适应调节, 保证产品的合格和收率的最高。
低压VPSA工序采用8塔VPSA工艺流程, 即:主装置由八个吸附塔组成。其吸附和再生工艺过程由吸附、连续三次均压降压、逆放、抽真空、连续三次均压升压和产品气升压等步骤组成[4]。
混合原料气进入原料分液罐中, 分离掉其中的夹带或冷凝下的液滴, 再自塔底进入正处于吸附状态的吸附塔内。在多种吸附剂的依次选择吸附下, 其中的H2O、烃类等杂质被吸附下来, 未被吸附的氢气作为产品从塔顶流出, 其中H2纯度大于99.9%, 再经过氢气压缩机压缩到2.0MPa.G后送氢气管网。
被吸附的杂质经过吸附塔三次均压、逆放和抽真空等步序后, 吸附剂解吸出来的解吸气送入解吸气混合罐中, 再经过解吸气压缩机压缩到0.5MPa.G后送燃气管网。流程简图见图1。
本装置原料来源为混合干气、烃化尾气、气柜干气、异构化干气和乙苯脱氢尾气。各股原料的性质组成见下表1, 表2和表3分别列出装置运行中原料气量和氢气含量的变化及时调整吸附时间。
注:气柜干气由于硫含量较高, 在没有脱硫的情况下未引入VPSA装置。
注:2016年12月装置检修, 加工量降低;2017年3月渣油加氢装置换剂, 氢气过剩, VPSA产氢部分放至燃料气管网。
由表2和表3可看出, VPSA装置运行稳定, 岗位上根据原料气量和氢气含量的变化及时调整吸附时间, 确保产品氢纯度>99.9%, 同时着重控制好解吸气中的氢气含量, 保证最大量回收氢气。装置氢气平均回收率达到89.59%以上, 设计值仅为81%, 高于设计值8%。
装置投用后平均负荷87.41% (相对进料) , 每年可获经济效益3258.88万元, 由表4计算得出, 3年可收回投资成本。
(1) VPSA装置产品的纯度高, 工艺流程简单, 操作灵活性, 高可靠性高, 操作弹性大, 自动化程度高, 装置开停车极为方便
(2) VPSA装置经过3年多的运行, 产品氢产量、氢气回收率指标和氢气品质都达到设计要求, 且高于设计值。
(3) VPSA装置提供充裕的氢源的同时, 大大降低了公司制氢成本, 同时也为公司增效3000多万元/年。
摘要：某炼化公司采用变压吸附技术回收厂内多股干气中的氢气, 装置主要以混合干气、烃化尾气、气柜干气、异构化干气和乙苯脱氢尾气为原料, 经过真空变压吸附 (VPSA) 工艺分离后, 得到氢纯度≥99.9%氢气和氢气含量<10%的解吸气, 然后氢气压缩到2.2MPa后并入厂内氢气管网, 解吸气压缩到0.5MPa后并入厂内燃料气管网, 装置进料负荷87.41%, 每年可获经济效益3258.88万元, 有效降低厂内用氢成本。
关键词：变压吸附,氢气,效益
[1] 王萍, 吴昊鹏, 徐以泉.加氢型炼厂富氢尾气回收氢气技术[J].中外能源, 2016, 21:78-82.
[2] 薛重阳.VPSA技术在干气回收氢气的应用.广州化工, 2010, 38 (11) :191-194.
[3] 焦书建.采用变压吸附技术回收炼油厂装置尾气中的氢气[J].石油化工, 2006, 35 (4) :350-353.
[4] 李学伟, 刘彩红.氢气回收装置稳定运行总结[J].中国氯碱, 2011, 9:12-14.
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