本發明涉及一種變壓吸附與膜分離耦合的回收氫氣系統及其方法。

背景技術：

膜分離技術是近十幾年來發展起來的一種新氣體分離方法，其原理是利用混合氣體通過高分子聚合物膜時的選擇性滲透原理，不同的組分有不同的滲透率，氣體組分透過膜的推動力是膜兩側的壓力差，根據各組分滲透率的差異，具有較高滲透率的氣體如氫氣富集在膜的滲透側，而具有較低滲透性的氣體則富集在未滲透側，從而達到分離混合氣體的目的。隨著氣體不斷的滲透過膜，較低滲透性的組分相對增多，因此，需要氫的純度較高時則回收率較低，需要氫的純度較低時則回收率較高。膜分離系統的產品氫純度對氫回收率的影響比變壓吸附或深冷工藝更明顯，要求氫回收率較高時，在原料組分和系統壓力一定的條件下，所需膜的面積也越大，且膜面積隨氫回收率的增加以指數關系增加，但是，對于特定的膜分離系統和原料組分，氫回收率主要取決于原料和滲透側之間的壓力比，而與兩者的絕對壓差關系較小，壓力比越大則氫回收率越高，但是，壓力比越大則壓縮原料所需壓縮功就越大，因此，綜合考慮，受產品氫壓力的限制，膜分離工藝的操作壓力較高，因此，尾氣壓力也較高，造成尾氣壓力能浪費，如果原料氣壓力較低則需要將原料氣壓縮到較高壓力，壓縮功越大，采用膜分離技術越不經濟，而對于壓力較高的氣體，采用膜分離技術則比較經濟。

技術實現要素：

本發明通過將變壓吸附裝置與膜分離裝置耦合，解決了上述問題。

本發明提供了一種變壓吸附與膜分離耦合的回收氫氣系統，所述系統包括重整氫管路，所述重整氫管路的出口Ⅰ與一段膜連接，所述一段膜的出口Ⅰ與氫網管路連接；

所述重整氫管路的出口Ⅱ先與加裂低分氣管路匯合后再與變壓吸附裝置連接，所述變壓吸附裝置的出口Ⅰ與氫網管路連接，所述變壓吸附裝置的出口Ⅱ依次通過壓縮機Ⅱ、壓縮機Ⅲ與二段膜連接，汽油加氫干氣管路連接在所述壓縮機Ⅱ與壓縮機Ⅲ之間，所述二段膜的出口Ⅰ與重整氫管路連接，所述二段膜的出口Ⅱ與瓦斯網管路連接；

所述一段膜的出口Ⅱ與三通閥連接，所述三通閥的出口Ⅰ與瓦斯網管路連接，所述三通閥的出口Ⅱ連接在所述壓縮機Ⅲ與二段膜之間；

輕烴回收干氣管路先與煤柴油干氣管路匯合后通過壓縮機Ⅴ再與所述二段膜連接。

本發明所述一段膜優選為包括分液罐Ⅰ、除霧器Ⅰ、加熱器Ⅰ與膜分離裝置Ⅰ；

所述重整氫管路的出口Ⅰ依次通過分液罐Ⅰ、除霧器Ⅰ、加熱器Ⅰ與膜分離裝置Ⅰ連接，所述膜分離裝置Ⅰ的出口Ⅱ與三通閥連接。

本發明所述膜分離裝置Ⅰ的出口Ⅰ優選為依次通過水冷器Ⅰ、分液罐Ⅱ、壓縮機Ⅰ與氫網管路連接。

本發明所述二段膜優選為包括水冷器Ⅱ、分液罐Ⅲ、除霧器Ⅱ、過濾器、加熱器Ⅱ與膜分離裝置Ⅱ；

所述壓縮機Ⅲ的出口依次通過水冷器Ⅱ、分液罐Ⅲ、除霧器Ⅱ、過濾器、加熱器Ⅱ與膜分離裝置Ⅱ連接，所述膜分離裝置Ⅱ的出口Ⅱ與瓦斯網管路連接。

本發明所述膜分離裝置Ⅱ的出口Ⅰ優選為依次通過水冷器Ⅲ、分液罐Ⅳ、壓縮機Ⅳ與重整氫管路連接，老區柴油加氫低分氣管路連接在所述水冷器Ⅲ與分液罐Ⅳ之間。

本發明另一目的是提供一種利用上述系統回收氫氣的方法，所述方法為：

由重整氫管路的出口Ⅰ流出的重整氫通過除液、除霧、加熱、膜分離得到氫氣Ⅰ與瓦斯Ⅰ，將氫氣Ⅰ通過水冷、除液、升壓流入氫網管路，將一部分瓦斯Ⅰ流入瓦斯網管路；

由重整氫管路的出口Ⅱ流出的重整氫與加裂低分氣匯合后通過變壓吸附得到氫氣Ⅱ與尾氣Ⅰ，將氫氣Ⅱ流入氫網管路，將尾氣Ⅰ升壓后與汽油加氫干氣匯合，再升壓后與另一部分瓦斯Ⅰ匯合得到混合氣Ⅰ，輕烴回收干氣與煤柴油干氣匯合后升壓得到混合氣Ⅱ，混合氣Ⅰ與混合氣Ⅱ匯合后通過水冷、除液、除霧、過濾、加熱、膜分離得到瓦斯Ⅱ與尾氣Ⅱ，將瓦斯Ⅱ流入瓦斯網管路，將尾氣Ⅱ通過水冷、與老區柴油加氫低分氣匯合、除液、升壓流入重整氫管路。

本發明所述重整氫的主要組成為：氫氣、輕烴，所述氫氣的含量為90-92％。

本發明所述加裂低分氣的主要組成為：氫氣、輕烴，所述氫氣的含量為84-86％。

本發明所述汽油加氫干氣的主要組成為：氫氣、輕烴，所述氫氣的含量為84-86％。

本發明所述輕烴回收干氣的主要組成為：氫氣、輕烴，所述氫氣的含量為79-81％。

本發明所述煤柴油干氣的主要組成為：氫氣、輕烴，所述氫氣的含量為84-86％。

本發明所述老區柴油加氫低分氣的主要組成為：氫氣、輕烴，所述氫氣的含量為79-81％。

本發明有益效果為：

①本發明所述系統通過變壓吸附與膜分離耦合，使氫回收率達到95％以上，氫純度達到99％以上。

②本發明所述系統實現了煉廠氣壓力和氫氣濃度的梯級利用，限制了有害雜質對流程整體的影響范圍，在提高資源利用率的同時極大地降低了生產能耗，使氫氣提純的單耗低于0.5KWh·Nm^-3。

附圖說明

本發明附圖1幅，

圖1為實施例1所述利用變壓吸附與膜分離耦合回收氫氣的系統的結構簡圖；

其中，1、重整氫管路，2、分液罐Ⅰ，3、除霧器Ⅰ，4、加熱器Ⅰ，5、膜分離裝置Ⅰ，6、水冷器Ⅰ，7、分液罐Ⅱ，8、壓縮機Ⅰ，9、氫網管路，10、加裂低分氣管路，11、變壓吸附裝置，12、壓縮機Ⅱ，13、汽油加氫干氣管路，14、壓縮機Ⅲ，15、水冷器Ⅱ，16、分液罐Ⅲ，17、除霧器Ⅱ，18、過濾器，19、加熱器Ⅱ，20、膜分離裝置Ⅱ，21、水冷器Ⅲ，22、老區柴油加氫低分氣管路，23、分液罐Ⅳ，24、壓縮機Ⅳ，25、瓦斯網管路，26、輕烴回收干氣管路，27、煤柴油干氣管路，28、壓縮機Ⅴ。

具體實施方式

下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。

下述重整氫的主要組成為：氫氣、輕烴，所述氫氣的含量為91％。

下述加裂低分氣的主要組成為：氫氣、輕烴，所述氫氣的含量為85％。

下述汽油加氫干氣的主要組成為：氫氣、輕烴，所述氫氣的含量為85％。

下述輕烴回收干氣的主要組成為：氫氣、輕烴，所述氫氣的含量為80％。

下述煤柴油干氣的主要組成為：氫氣、輕烴，所述氫氣的含量為85％。

下述老區柴油加氫低分氣的主要組成為：氫氣、輕烴，所述氫氣的含量為80％。

實施例1

一種變壓吸附與膜分離耦合的回收氫氣系統，所述系統包括重整氫管路1，所述重整氫管路1的出口Ⅰ依次通過分液罐Ⅰ2、除霧器Ⅰ3、加熱器Ⅰ4與膜分離裝置Ⅰ5連接，所述膜分離裝置Ⅰ5的出口Ⅰ依次通過水冷器Ⅰ6、分液罐Ⅱ7、壓縮機Ⅰ8與氫網管路9連接；

所述重整氫管路1的出口Ⅱ先與加裂低分氣管路10匯合后再與變壓吸附裝置11連接，所述變壓吸附裝置11的出口Ⅰ與氫網管路9連接，所述變壓吸附裝置11的出口Ⅱ依次通過壓縮機Ⅱ12、壓縮機Ⅲ14、水冷器Ⅱ15、分液罐Ⅲ16、除霧器Ⅱ17、過濾器18、加熱器Ⅱ19與膜分離裝置Ⅱ20連接，汽油加氫干氣管路13連接在所述壓縮機Ⅱ12與壓縮機Ⅲ14之間，所述膜分離裝置Ⅱ20的出口Ⅰ依次通過水冷器Ⅲ21、分液罐Ⅳ23、壓縮機Ⅳ24與重整氫管路1連接，老區柴油加氫低分氣管路22連接在所述水冷器Ⅲ21與分液罐Ⅳ23之間，所述膜分離裝置Ⅱ20的出口Ⅱ與瓦斯網管路25連接；

所述膜分離裝置Ⅰ5的出口Ⅱ與三通閥連接，所述三通閥的出口Ⅰ與瓦斯網管路25連接，所述三通閥的出口Ⅱ連接在所述壓縮機Ⅲ14與水冷器Ⅱ15之間；

輕烴回收干氣管路26先與煤柴油干氣管路27匯合后通過壓縮機Ⅴ28再與所述水冷器Ⅱ15連接。

實施例2

一種利用實施例1所述系統回收氫氣的方法，所述方法為：

由重整氫管路1的出口Ⅰ流出的重整氫通過除液、除霧、加熱、膜分離得到氫氣Ⅰ與瓦斯Ⅰ，將氫氣Ⅰ通過水冷、除液、升壓流入氫網管路9，將一部分瓦斯Ⅰ流入瓦斯網管路25；

由重整氫管路1的出口Ⅱ流出的重整氫與加裂低分氣匯合后通過變壓吸附得到氫氣Ⅱ與尾氣Ⅰ，將氫氣Ⅱ流入氫網管路9，將尾氣Ⅰ升壓后與汽油加氫干氣匯合，再升壓后與另一部分瓦斯Ⅰ匯合得到混合氣Ⅰ，輕烴回收干氣與煤柴油干氣匯合后升壓得到混合氣Ⅱ，混合氣Ⅰ與混合氣Ⅱ匯合后通過水冷、除液、除霧、過濾、加熱、膜分離得到瓦斯Ⅱ與尾氣Ⅱ，將瓦斯Ⅱ流入瓦斯網管路25，將尾氣Ⅱ通過水冷、與老區柴油加氫低分氣匯合、除液、升壓流入重整氫管路1。