[发明专利]串联式膜分离石化干气中低浓度氢的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及串联式膜分离石化干气中低浓度氢的方法及其装置，不仅适用于炼厂干气中氢烃的工业化高效分离，而且也适用于其它以氢烃为主的混合气源或经处理转变成以氢烃为主的混合气源的氢烃工业化高效分离。属于气体分离技术领域。

背景技术

随着石油化工工业的不断发展和加工与合成技术的不断进步，石油加工和化工合成工业中形成的循环气、释放气和尾气中含有大量的氢烃类气体，这些气体如果送入到燃烧炉燃烧，必将形成极大的资源浪费并相应地增加工业成本。另外在石油加工过程中，为了提高石油加工的轻油率，采用催化裂化、重整、焦化和加氢等深度加工技术工艺，使加工干气中含有大量的氢气、甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯甚至碳四和碳五等多种宝贵的化工原材料，因此需要发展新的气体分离技术和工艺，以分离回收干气中氢和烃类组份。

现在工业上常用的分离方法有深冷分离法、浅冷分离法、油品吸收法、吸附法、膜分离法等方法；国内外也有利用这三种或三种中的两种方法相结合的专利（92109983.5、200710131549.4、200610135849.5和92100812.0等），但在工业上应用较少，而且成本相对较高。也有利用二级膜分离和变温二级膜分离的专利（93103019.6、95117302.2），但这些专利技术不能分离氢烃组份含量都相对较大的混合气源，也不能分离氢含量在30~60%的混合气源，现在工业上已使用的氢膜分离装置大多都是分离氢含量在60%以上的混合气源；如果分离氢含量较低而烃含量较高的混合气源时，会有液态烃在第二道氢膜分离过程中析出。因为烃含量较高，在氢分离过程中随着氢气的分离渗出，烃类组份的分压加大，必将有气态烃类变成液态在膜中析出而损害分离膜的性能和使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够保证在分离过程中不会有液态烃类在膜中析出而损害分离膜，并能更高效地且更能适用于不同比例的氢烃为主的混合气源、还能大规模地同时分离氢烃的串联式膜分离石化干气中低浓度氢的方法，还提供了相应的装置。

串联式膜分离石化干气中低浓度氢的方法，包括两组氢分离膜（A与C）和一组有机气体分离膜（B）串联分级分离出石化干气中的氢烃组份，其特征在于：

1、混合气源经预处理后，先经过A组氢分离膜，一级分离部分氢气；渗余气进入B组有机气体分离膜，二级分离烃类组份；B组膜的渗余气再进入C组氢分离膜，三级分离氢组份。

2、A组、B组和C组三组膜的数量不一定相等，要通过对混合气源中氢与烃类组份含量比例计算确定A、B、C三组分离膜的膜数量，从而使膜分离工艺配置达到最优化，通常是A组膜的数量大于等于B组膜的膜数量，而B组膜的数量也大于等于C组膜的膜数量。

3、A组膜和C组膜分离出来的渗透气为富氢气体，而B组膜分离出来的渗透气为富烃气体。

4、B组膜的作用是在分离烃类气体的同时降低了渗余气中烃类气体的分压并提高了氢气的分压，这样不仅保证了液态烃类不在C组膜分离过程中析出，同时又提高了C组膜的分离效率。如果没有B组有机气体分离膜分离部分烃类并降低烃类气体的分压，含烃类组份较多的混合气源虽经预处理分离出部分烃类组分，仍会有部分烃类在第二次分离氢气的分离膜中析出而极大地损害氢分离膜的性能和使用寿命。

5、三组膜的分离温度是要用HYSYS（一种炼厂通用的工艺设计软件）对进膜气体（混合气源或上一级的渗余气）和出膜的渗余气进行露点计算，在保证每组膜的操作温度均高于进膜气体（混合气源或上一级的渗余气）的露点温度和出膜气体（该组膜的渗余气）的露点温度10℃左右条件下，尽量将操作温度控制在30℃~70℃之间；而且A组膜和C组膜的操作温度相差最好控制在0~40℃之间，而B组膜的操作温度与A组相同，B组膜的操作温度也可以高于A组膜的操作温度而与C组膜相同。如果HYSYS计算三组膜的进膜气和出膜气露点都较低时，A、B、C三组膜的操作温度可以相同；因为操作温度增加，膜的渗透性增加，从而提高膜的分离产率，但却降低了膜的选择性，造成膜的分离效率下降。同时操作温度高于80℃~90℃将影响膜的使用寿命。

6、利用膜分离渗余气压降较小的特点，只给渗余气进行多次分离；渗透气压降较大，直接送入相应的收集管路。

总之，就是通过HYSYS对每组膜的进气和出气进行露点计算，确定A、B、C三组膜的操作温度，并根据混合气源的气量和氢与烃类组份的含量比例计算确定各组膜的膜数量（如果烃类组份含量较低时，B组膜的膜数量可以为零），然后按A、B、C三组膜顺序依次串联分离。