[发明专利]一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及炼厂干气回收利用领域，具体是一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢的方法。

背景技术

炼厂干气中的有用组份主要为氢气、轻烯烃和轻烷烃等。这些组份在炼厂中都是很有价值的，但目前它们很大量仍然没有实现最优化利用，而是直接用作了燃料，有的甚至直接点火炬放空。炼厂干气中既含有氢气，还含有大量轻烯烃和轻烷烃。这些组份可以分离出来分别利用，比将其直接用作燃料或重整制氢、合成甲醇的原料效益要高。

吸附分离法是利用吸附剂对混合气体中各组份的吸附选择性不同，通过压力或温度改变来实现吸附与再生的一种分离方法，具有再生速度快、能耗低、操作简单、工艺成熟稳定等特点。通过压力变化实现分离的变压吸附回收干气中氢气工艺相对成熟，可获得纯度为98%（体积比）以上的氢气产品，但氢气回收率一般在85%左右。采用现有的变压吸附分离技术要从含低浓度氢气、乙烯等炼厂干气中同时回收高纯度的氢气、乙烯及乙烷，存在收率低、不能实现炼厂干气主要组份完全清晰分离、投资占地巨大等问题。比如，在中石化某石化炼厂干气变压吸附回收乙烯及氢气示范装置中，乙烯、氢气的收率低于75-80%，且无法同时回收高纯度的乙烷丙烯等。

膜分离法是在一定压力下，利用其他各组份在膜中渗透速率的差异进行分离的。膜分离法回收炼厂干气中氢气的装置于1987年在美国庞卡城Okia建成，氢气回收率为80-90%。膜分离法尤其适用于带压、氢气含量低的干气中氢气回收，其优点在于占地小、操作简单、能耗低等。但膜分离回收氢气的纯度不高，一般为95-99%。而在回收乙烯、乙烷方面，膜分离技术仍处于开发阶段。

炼厂干气直接与水蒸汽重整转化制备氢气已有开发，主要在于催化剂的研发，目的是将干气中C2及C2以上组分尽可能的转化裂解，以便使得干气重整制氢的收率更高。但这种方法要求干气中氢气含量比较低，一般不超过20%。炼厂干气中过多的氢气存在，使得氢分压较大以及氢碳比过高，导致甲烷等轻烃催化与中变反应负荷加大、反应器容量增大、投资增加、转化率低等，使得干气直接与水蒸汽重整制氢的效率不高。

发明内容

本发明提供了一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢的方法，解决了以往炼厂干气在转化制氢的过程中，存在氢气收率不高、纯度相对较低的问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢的方法，包括以下步骤：

（1）膜分离：将氢气浓度为10-40%（体积比）、甲烷浓度为20-50%（体积比）、氮气浓度为10-30%（体积比）、C2及C2以上馏分浓度为1-4%（体积比）的炼厂干气通过膜分离，渗透侧富集氢气，非渗透侧富集甲烷、乙烯、乙烷及C2以上馏分；

（2）精制提氢：将步骤（1）中渗透侧富集的氢气在压强为1-2MPa、温度为20-40℃的条件下进行变压吸附，得到产品氢气；

（3）粗制脱乙烯：将步骤（1）中非渗透侧的混合气体进行变压吸附，排出不吸附的甲烷、乙烷及其它轻烃气；

（4）催化反应：步骤（3）中排出的甲烷、乙烷及其它轻烃气在温度为650-900℃、压强为1-3MPa、水蒸汽与碳之比为3-7的条件下，通过催化剂，与水蒸汽反应产生一氧化碳、氢气和二氧化碳混合气体；

（5）中变反应：步骤（4）中产生的混合气体再与水蒸汽反应，其中的一氧化碳进一步转化生成氢气和二氧化碳，与步骤（4）中产生的混合气中未参与反应的氢气和二氧化碳一起形成中变反应混合气体；

（6）再次精制提氢：将步骤（5）中得到的含氢气和二氧化碳的中变反应混合气体经换热后，在压强为1-2MPa、温度为20-40℃的条件下，进入步骤（2）进行变压吸附，得到产品氢气。

进一步地，作为优选，本发明还包括净化步骤，所述净化步骤的具体过程为：在进行步骤（1）之前，采用低温甲醇洗工艺脱除炼厂干气中的酸性气体，再进行膜分离。

更进一步地，作为优选，本发明还包括干燥步骤，所述干燥步骤的具体过程为：采用活性碳变温吸附塔对经过净化步骤后的炼厂干气进行干燥。

更进一步地，作为优选，本发明还包括除雾除尘除油步骤，其具体过程为：分别采用除雾器、捕尘器和捕油器对干燥后的气体进行除雾、除尘和除油处理，并将处理后的气体送入膜分离系统。