一種從含氫氣體中回收利用氫氣的方案探討

江枝建

摘 要：分析了某煉化一體化一期項目中的氫氣平衡和一種含氫氣體情況，探討從含氫氣體回收氫氣的技術方案，主要為利用現有C1/C2分離裝置處理PSA解析尾氣，處理后的膜分離氫氣進入PSA提濃升壓后為用氫裝置提供氫源，同時可以分離高附加值的C2+以上組分作為乙烯裂解的原料。

關鍵詞：氫氣;方案;氫氣回收

某石化一期項目是大型煉化一體化項目。煉油芳烴部分建設15套耗氫裝置，加氫規模為1950萬噸/年，乙烯化工部分建設7套耗氫裝置。加氫裝置多，氫氣消耗量大，氫氣成本高。因此，從煉廠現有的含氫氣體中回收氫氣是一種減低氫氣成本的有效方法。將提濃的含氫氣體經過PSA 裝置再一次提濃達到制氫裝置產氫的純度，該氫氣作為氫耗裝置的氫源。是一種成本相對低的氫氣，對企業的效益有正面的意義。

1 煉化一體化的氫氣平衡

1.1工廠含氫氣體情況

1.2全廠耗氫情況

一期的煉化一體化項目共有22套耗氫裝置（乙烯+化工），其中煉油部分的加氫設計規模為1950萬噸/年，乙烯化工部分消耗的氫氣是乙烯裂解氫。具體的耗氫統計見表1-2

1.3現有氫氣回收探討

根據含氫氣體來源不同、組成不同、含氫量不同。一期的的重整氫和乙烯氫進入50萬Nm3/h重整氫提純裝置;丙烷脫氫氫氣、苯乙烯脫氫尾氣、蠟渣油加氫低分氣、柴油加氫低分氣、輕烴回收干氣、膜分離氫氣等含氫氣體進入15 萬Nm3/h富氫氣體提濃裝置。 PSA分離提濃出純度為99.9%（mol）的氫氣，經產品氫壓縮機增壓后送至4.8MPa氫氣管網作為全廠氫氣來源。而PSA解析氣是一種混合物，含有氫氣、N2、CO、H2O、H2S各種組分及輕烴組分。一期設計是并入燃料氣管網作為燃料使用。

根據設計重整氫PSA產解析氣21.93萬噸/年，含氫量2.07～2.43wt%，根據模擬數據氫量0.45～0.53萬噸/年，碳二及以上的量為32.22～32.29萬噸/年。富氫PSA裝置產解析氣22.65萬噸/年，含氫量5.3wt%。推算出純氫量為1.2萬噸/年。兩種PSA解析氣合計可以回收的氫氣1.65～1.73萬噸/年，碳二及以上的量為32.22～32.29萬噸/年。因此，綜上分析可以得出PSA解析氣中富含的氫氣和碳二及碳二以上組分，總量大，具有很高的回收價值。

1.4 C1/C2分離裝置分離回收氫氣和碳二及以上組分

根據現有總流程，C1/C2分離裝置規模為90萬噸/年。設計上是以煉廠干氣為原料，經過進一步加工后，生產富乙烯氣、富乙烷氣，同時副產膜分離氫氣、輕烴、抽出油、不凝氣。其中的富乙烯氣送乙烯裂解裝置裂解壓縮單元、富乙烷氣送入乙烯裝置裂解爐，膜分離粗氫氣可以作為富PSA裝置的原料，輕烴送C3/C4分離裝置，得到丙烷和丁烷產品，不凝氣去燃料氣管網做燃料氣。

PSA解析氣組成和C1/C2分離裝置現有進料類似，富含氫氣和C2+。因此，如將PSA解析氣和煉廠干氣等一起進入C1/C2分離回收氫氣和C2以上烴類，其中膜分離氫氣可至PSA裝置提濃并進入氫氣管網，膜分離氫氣組成見表1-3

根據一期總工藝流程，C1/C2分離裝置的設計規模為90萬噸/年，實際進料66.55萬噸/年，操作范圍50～110%。因此，C1/C2分離裝置富裕能力23.45～32.45萬噸/年。

CCR PSA裝置產解析氣21.93萬噸/年，ROG PSA裝置產解析氣22.65萬噸/年。在不改造的情況下，可以有一下兩種選擇：

1） CCR PSA裝置產解析氣：選擇該解析氣可以回收0.40～0.50萬噸/年的氫氣，21萬噸/年的碳二及以上組分。

2） ROG PSA裝置產解析氣：選擇該解析氣可以回收1.2萬噸/年的氫氣，4.7萬噸的碳二及以上組分。

1.5改造措施

該改造僅需要將PSA裝置排放的PSA尾氣從進燃料氣管網改為進C1/C2裝置進料管線。

1.6經濟效益

本項目作為一個系統的工程，涉及的裝置為C1/C2裝置、PSA裝置，沒有大的改造，不需要較大的投資，僅改造管線即可。

1）提高PSA裝置和C1/C2裝置的負荷，降低單位加工成本。

2）回收的氫氣可以降低公司單位氫氣成本。

3）回收的碳二及以上組分是乙烯裂解裝置的優質原料。

2 結論

通過以上分析，利用現有C1/C2分離裝置富裕能力，能回收氫氣和碳二及以上組分，氫氣回收作為氫源，碳二及以上餾分回收后送人乙烯裝置為原料，可增加乙烯和節省裂解原料油。同時，利用富裕能力，可以提高裝置利用率，降低單位加工能耗。具有十分明顯的經濟效益和社會效益均。