專利名稱：串聯(lián)式膜分離石化干氣中低濃度氫的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及串聯(lián)式膜分離石化干氣中低濃度氫的方法及其裝置，不僅適用于煉廠 干氣中氫烴的工業(yè)化高效分離，而且也適用于其它以氫烴為主的混合氣源或經(jīng)處理轉(zhuǎn)變成 以氫烴為主的混合氣源的氫烴工業(yè)化高效分離。屬于氣體分離技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著石油化工工業(yè)的不斷發(fā)展和加工與合成技術(shù)的不斷進步，石油加工和化工合 成工業(yè)中形成的循環(huán)氣、釋放氣和尾氣中含有大量的氫烴類氣體，這些氣體如果送入到燃 燒爐燃燒，必將形成極大的資源浪費并相應(yīng)地增加工業(yè)成本。另外在石油加工過程中，為了 提高石油加工的輕油率，采用催化裂化、重整、焦化和加氫等深度加工技術(shù)工藝，使加工干 氣中含有大量的氫氣、甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯甚至碳四和碳五等多種寶貴的化工原材 料，因此需要發(fā)展新的氣體分離技術(shù)和工藝，以分離回收干氣中氫和烴類組份?，F(xiàn)在工業(yè)上常用的分離方法有深冷分離法、淺冷分離法、油品吸收法、吸附法、膜 分離法等方法；國內(nèi)外也有利用這三種或三種中的兩種方法相結(jié)合的專利(92109983. 5、 200710131549. 4,200610135849. 5和92100812. 0等)，但在工業(yè)上應(yīng)用較少，而且成本相對 較高。也有利用二級膜分離和變溫二級膜分離的專利(93103019. 6、95117302. 2)，但這些專 利技術(shù)不能分離氫烴組份含量都相對較大的混合氣源，也不能分離氫含量在30飛0%的混 合氣源，現(xiàn)在工業(yè)上已使用的氫膜分離裝置大多都是分離氫含量在60%以上的混合氣源； 如果分離氫含量較低而烴含量較高的混合氣源時，會有液態(tài)烴在第二道氫膜分離過程中析 出。因為烴含量較高，在氫分離過程中隨著氫氣的分離滲出，烴類組份的分壓加大，必將有 氣態(tài)烴類變成液態(tài)在膜中析出而損害分離膜的性能和使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠保證在分離過程中不會有液態(tài)烴類在膜中析出而 損害分離膜，并能更高效地且更能適用于不同比例的氫烴為主的混合氣源、還能大規(guī)模地 同時分離氫烴的串聯(lián)式膜分離石化干氣中低濃度氫的方法，還提供了相應(yīng)的裝置。串聯(lián)式膜分離石化干氣中低濃度氫的方法，包括兩組氫分離膜(A與C)和一組有 機氣體分離膜(B)串聯(lián)分級分離出石化干氣中的氫烴組份，其特征在于
1、混合氣源經(jīng)預(yù)處理后，先經(jīng)過A組氫分離膜，一級分離部分氫氣；滲余氣進入B組有 機氣體分離膜，二級分離烴類組份；B組膜的滲余氣再進入C組氫分離膜，三級分離氫組份。2、A組、B組和C組三組膜的數(shù)量不一定相等，要通過對混合氣源中氫與烴類組份 含量比例計算確定A、B、C三組分離膜的膜數(shù)量，從而使膜分離工藝配置達到最優(yōu)化，通常 是A組膜的數(shù)量大于等于B組膜的膜數(shù)量，而B組膜的數(shù)量也大于等于C組膜的膜數(shù)量。3、A組膜和C組膜分離出來的滲透氣為富氫氣體，而B組膜分離出來的滲透氣為 富烴氣體。4、B組膜的作用是在分離烴類氣體的同時降低了滲余氣中烴類氣體的分壓并提高了氫氣的分壓，這樣不僅保證了液態(tài)烴類不在C組膜分離過程中析出，同時又提高了 C組膜 的分離效率。如果沒有B組有機氣體分離膜分離部分烴類并降低烴類氣體的分壓，含烴類 組份較多的混合氣源雖經(jīng)預(yù)處理分離出部分烴類組分，仍會有部分烴類在第二次分離氫氣 的分離膜中析出而極大地?fù)p害氫分離膜的性能和使用壽命。5、三組膜的分離溫度是要用HYSYS (—種煉廠通用的工藝設(shè)計軟件)對進膜氣 體(混合氣源或上一級的滲余氣)和出膜的滲余氣進行露點計算，在保證每組膜的操作溫度 均高于進膜氣體(混合氣源或上一級的滲余氣)的露點溫度和出膜氣體(該組膜的滲余氣) 的露點溫度10°c左右條件下，盡量將操作溫度控制在30°C 70°C之間；而且A組膜和C組 膜的操作溫度相差最好控制在(T40°C之間，而B組膜的操作溫度與A組相同，B組膜的操作 溫度也可以高于A組膜的操作溫度而與C組膜相同。如果HYSYS計算三組膜的進膜氣和出 膜氣露點都較低時，A、B、C三組膜的操作溫度可以相同；因為操作溫度增加，膜的滲透性增 加，從而提高膜的分離產(chǎn)率，但卻降低了膜的選擇性，造成膜的分離效率下降。同時操作溫 度高于80°C 90°C將影響膜的使用壽命。6、利用膜分離滲余氣壓降較小的特點，只給滲余氣進行多次分離；滲透氣壓降較 大，直接送入相應(yīng)的收集管路?？傊?，就是通過HYSYS對每組膜的進氣和出氣進行露點計算，確定A、B、C三組膜 的操作溫度，并根據(jù)混合氣源的氣量和氫與烴類組份的含量比例計算確定各組膜的膜數(shù)量 (如果烴類組份含量較低時，B組膜的膜數(shù)量可以為零)，然后按A、B、C三組膜順序依次串聯(lián) 分離。相應(yīng)地，本發(fā)明根據(jù)上述方法還提供了相應(yīng)的串聯(lián)式膜分離石化干氣中低濃度氫 的裝置，包括混合氣源的預(yù)處理系統(tǒng)和三級膜分離系統(tǒng)兩大部分，其中預(yù)處理系統(tǒng)包括壓 縮機、冷卻器、分液罐、旋風(fēng)分離器、三級過濾器和加熱器，三級膜分離系統(tǒng)包括A組膜(一 級分離膜)、B組膜(二級分離膜)、再加熱器和C組膜(三級分離膜)；從混合氣源管來的 混合氣源經(jīng)壓縮機加壓至2. 0 5. 0 Mpa，經(jīng)冷卻器冷卻至(T40°C后，順次進入分液罐、旋 風(fēng)分離器和三級過濾器，除去混合氣源中部分易液化的烴類和大于0. 01 μ m的液滴及機械 雜質(zhì)，然后由加熱器加熱至計算確定的A組膜操作溫度，完成混合氣源的預(yù)處理過程；經(jīng)預(yù) 處理的混合氣源送入A組膜(氫分離膜)的入氣口實施一級膜分離，A組膜的滲透氣(富氫氣 體)進入富氫氣收集管，滲余氣進入B組膜(有機氣體分離膜)二級分離，分離的滲透氣(富 烴氣體)被送入混合氣源管重新冷凝分離，滲余氣進入再加熱器加熱至計算確定的C組膜操 作溫度后，進入C組膜(氫分離膜)實施三級分離，C組膜的滲透氣(富氫氣體)進入富氫氣收 集管，滲余氣送入尾氣收集管。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點
1、爭對干氣組份中烴類含量較高的富氫混合氣源，在兩組氫分離膜之間加設(shè)一組有機 氣體分離膜，以分離出大部分烴類氣體，并降低進入第二道氫分離膜的混合氣體中烴類氣 體的分壓，從而保證在第二道氫分離膜中絕對不會有液態(tài)烴析出來損害氫分離膜的性能和 使用壽命。2、通過HYSYS計算確定A、B、C三組膜的操作溫度，從而使三組分離膜的分離性能 達到最佳。3、通過對混合氣源中氫與烴類組份含量比例計算確定A、B、C三組膜的膜數(shù)量，從而使膜分離工藝配置達到最優(yōu)化。4、利用膜分離滲余氣壓降較小的特點，只給滲余氣進行多次分離；滲透氣壓降較 大，直接送入相應(yīng)的收集管路。


圖1是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖中1、壓縮機，2、冷卻器，3、分液罐，4、旋風(fēng)分離器，5、三級過濾器，6、 加熱器，7、A組膜(一級分離膜)，8、B組膜(二級分離膜)，9、再加熱器，10、 C組膜(三級分離膜)，11、混合氣源管，12、液態(tài)烴類回收總管，13、尾氣(三級分 離滲余氣)收集管，14、富氫氣收集管
具體實施例方式在圖1所示的實施例中混合氣源管11送來的混合氣源，經(jīng)壓縮機1加壓至2. 0 5. 0 Mpa，經(jīng)冷卻器2冷卻至(T40°C后，順次進入分液罐3、旋風(fēng)分離器4和三級過濾器5， 除去混合氣源中部分易液化的烴類和大于0. 01 μ m的液滴及機械雜質(zhì)，然后由加熱器6加 熱至計算確定的A組膜操作溫度，完成混合氣源的預(yù)處理過程；經(jīng)預(yù)處理的混合氣源送入A 組膜7 (氫分離膜)的入氣口實施一級膜分離，A組膜7的滲透氣(富氫氣體)進入富氫氣收 集管14，滲余氣進入B組膜8 (有機氣體分離膜)二級分離，分離的滲透氣(富烴氣體)被送 入混合氣源管11重新冷凝分離，滲余氣進入再加熱器9加熱至計算確定的C組膜10操作 溫度后，進入C組膜10 (氫分離膜)實施三級分離，C組膜10的滲透氣(富氫氣體)進入富 氫氣收集管14，滲余氣送入尾氣收集管13。實施例石化干氣中氫烴的分離回收
實施例中用戶提供的混合氣源的流量和組成見附表1，提供的混合氣源壓力0.5 Mpa(G)；
用戶要求回收氫氣的濃度達到85%以上，回收率盡可能高，并且要求回收氫氣壓力 1. 2MPa 以上。采用本發(fā)明工藝和計算A、B、C三組膜各配置一支膜，三膜的操作溫度都設(shè)計為 55 V ；
0. 5 MPa (G)的混合氣源經(jīng)壓縮升壓到3. 5MPa (G)，產(chǎn)品富氫氣壓力為1. 2 MPa (G)0最終可獲得的產(chǎn)品氫氣即A膜滲透氣+C膜滲透氣的混合氣濃度為85. 73%，氫氣 回收率83%。三組膜分離滲透氣和滲余氣計算數(shù)據(jù)詳見附表2
附表1 混合氣源組成和預(yù)處理計算數(shù)據(jù)
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附表2 :A、B、C三組膜分離滲透氣和滲余氣計算數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
串聯(lián)式膜分離石化干氣中低濃度氫的方法，包括兩組氫分離膜(7)(10)和一組有機氣體分離膜(8)串聯(lián)分級分離出石化干氣中的氫烴，其特征在于混合氣源經(jīng)預(yù)處理后，先經(jīng)過A組氫分離膜(7)，一級分離部分氫氣；滲余氣進入B組有機氣體分離膜(8)，二級分離烴類組份；B組膜(8)的滲余氣再進入C組氫分離膜(10)，三級分離氫氣。
2.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)式膜分離石化干氣中低濃度氫的方法，其特征在于三組 膜的分離溫度要用HYSYS (—種煉廠通用的工藝設(shè)計軟件)對進膜氣體(混合氣源或上一級 的滲余氣)和出膜的滲余氣進行露點計算，在保證每組膜的操作溫度均高于進膜氣體(混合 氣源或上一級的滲余氣)的露點溫度和出膜氣體(該組膜的滲余氣)的露點溫度10°C左右條 件下，盡量將操作溫度控制在30°C 70°C之間；而且A組膜(7)和C組膜(10)的操作溫度 相差最好控制在(T40°C之間；如果HYSYS計算三組膜的進膜氣和出膜氣露點都較低時，A、 B、C三組膜的操作溫度可以相同；因為操作溫度增加，膜的滲透性增加，從而提高膜的分離 產(chǎn)率，但卻降低了膜的選擇性，造成膜的分離效率下降；同時操作溫度高于80°C 90°C將影 響膜的使用壽命。
3.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)式膜分離石化干氣中低濃度氫的方法，其特征在于B組 膜(8)的作用是在分離烴類氣體的同時降低了滲余氣中烴類氣體的分壓并提高了氫氣的分 壓，這樣不僅保證了液態(tài)烴類不在C組膜(10)分離中析出，同時又提高了 C組膜(10)的分 離效率；如果沒有B組有機氣體分離膜(8)分離部分烴類并降低烴類氣體的分壓，含烴類組 份較多的混合氣源雖經(jīng)預(yù)處理分離出部分烴類組分，仍會有部分烴類在第二次分離氫氣的 分離膜中析出而極大地?fù)p害氫分離膜的性能和使用壽命。
4.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)式膜分離石化干氣中低濃度氫的方法，其特征在于A組膜 (7)、B組膜(8)和C組膜(10)三組膜的膜數(shù)量不一定相等，要通過對混合氣源中氫與烴類 組份含量比例計算確定A、B、C三組分離膜的膜數(shù)量，從而使膜分離工藝配置達到最優(yōu)化， 通常是A組膜(7)的膜數(shù)量大于等于B組膜(8)的膜數(shù)量，而B組膜(8)的膜數(shù)量也大于等 于C組膜(10)的膜數(shù)量。
5.如權(quán)利要求1和2所述的串聯(lián)式膜分離石化干氣中低濃度氫的方法，其特征在于 A組膜(7)和C組膜(10)的操作溫度相差控制在(T40°C之間，而B組膜(8)的操作溫度與 A組膜(7 )相同，B組膜(8 )的操作溫度也可以高于A組膜(7 )的操作溫度而與C組膜(10 ) 相同；如果HYSYS計算三組膜的進膜氣和出膜氣露點都較低時，A、B、C三組膜的操作溫度可 以相同。
6.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)式膜分離石化干氣中低濃度氫的方法，其特征在于A組膜 (7)和C組膜(10)分離出來的滲透氣為富氫氣體，而B組膜(8)分離出來的滲透氣為富烴 氣體。
7.串聯(lián)式膜分離石化干氣中低濃度氫的裝置，包括混合氣源的預(yù)處理系統(tǒng)和三級膜分 離系統(tǒng)兩大部分，其特征在于混合氣源的預(yù)處理系統(tǒng)還包括壓縮機(1)、冷卻器(2)、分液 罐(3)、旋風(fēng)分離器(4)、三級過濾器(5)和加熱器(6)，而三級膜分離系統(tǒng)還包括A組膜(7) (一級分離膜)、B組膜(8)( 二級分離膜)、再加熱器(9)和C組膜(10)(三級分離膜)；混合 氣源從混合氣源管(11)出來進入壓縮機(1)加壓后，依次進入冷卻器(2)、分液罐(3)、旋風(fēng) 分離器(4)、三級過濾器(5)，冷卻分離除去混合氣源中部分易液化的烴類和大于0. 01 μ m 的液滴及機械雜質(zhì)，然后經(jīng)加熱器(6)加熱至A組膜(7)的操作溫度后進入A組膜(7)(氫分離膜)的入氣口實施一級膜分離，A組膜(7)的滲透氣(富氫氣體)進入富氫氣收集管(14)， 滲余氣進入B組膜(8)(有機氣體分離膜)二級分離，分離的滲透氣(富烴氣體)被送入混合 氣源管(11)重新冷凝分離，滲余氣進入再加熱器(9)加熱至計算確定的C組膜(10)操作溫 度后，進入C組膜(10)(氫分離膜)實施三級分離，C組膜(10)的滲透氣(富氫氣體)進入富 氫氣收集管(14)，滲余氣送入尾氣收集管(13)。
全文摘要
串聯(lián)式膜分離石化干氣中低濃度氫的方法，包括混合氣源經(jīng)預(yù)處理后，先經(jīng)過A組氫分離膜，一級分離部分氫氣；滲余氣進入B組有機氣體分離膜，二級分離烴類組份；B組膜的滲余氣再進入C組氫分離膜，三級分離氫氣。還提供了串聯(lián)式膜分離石化干氣中低濃度氫的裝置。本發(fā)明具有以下優(yōu)點兩道氫分離膜之間加道有機氣體分離膜分離烴類氣體，以保證第二道氫膜分離中不會有液態(tài)烴析出。同時用HYSYS和混合氣源中烴氫比例計算三組分離膜各自的分離溫度和三組膜的膜數(shù)量配置。從而使膜分離性能和膜配置都達到最優(yōu)化。
文檔編號B01D53/22GK101912720SQ20101027185
公開日2010年12月15日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者魏伯卿 申請人:魏伯卿