[發明專利]中變氣脫碳-變壓吸附聯合提取二氧化碳和氫氣的新工藝

有效

• 申請號: 201210140326.5
• 申請日: 2012-05-08
• 公開（公告）號: CN102659104A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 劉家海;沈喜洲;劉百強;吳元欣;后磊;謝承志;瞿東蕙;袁軍;劉治田;孫煒;劉漢紅
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;武漢工程大學
• 主分類號: C01B31/20
• 分類號: C01B31/20;C01B3/56
• 代理公司: 北京萬科園知識產權代理有限責任公司 11230
• 代理人: 張亞軍;夏新

技術領域：

本發明涉及的是一種在以輕烴、天然氣、煉廠尾氣、二次加工產生干氣、石腦油等為原料烴——蒸汽轉化法生產出來的中變氣中分離氫氣和二氧化碳，采用濕法脫碳-變壓吸附組合新工藝對變換氣的組分進行分離的工藝，可以得到高純度的氫氣和純度大于98%的二氧化碳，此方法特別適合以煉廠二次加工尾氣作原料制氫，其中變氣N₂的含量高。該專業屬于石油煉制領域，其技術關鍵：

采用濕法脫碳-變壓吸附（PSA）串聯技術。將脫附出的雜質氣體經過PSA脫N₂裝置，循環回流至未脫碳的中變氣中，有利于PSA裝置提高氫氣收率，同時可以提高解吸氣（98%CO₂）的壓力，降低了后續二氧化碳精制系統的生產成本。

背景技術

用于中變氣氫氣提純裝置分為兩大類：濕法及干法。上個世紀八十年代以前主要采用濕法，濕法中苯菲爾法和MEDA法是其代表流程；其優點是氫回收率高，可獲得高純度副產品CO₂，但產品純度不高，需中、低變換甲烷化處理。八十年代后，隨著變壓吸附PSA技術的進步，裝置大型化取得進展，PSA分離中變氣獲得高純度氫技術在世界范圍內煉油加氫裝置獲得了廣泛的應用。PSA具有操作成本低，操作穩定性高，產品純度高的優點，但PSA裝置的氫回收率低是運行中的PSA所遇到的共性問題。CN1248482A發明了一種從變換氣分離氫、氮和純CO₂的變壓吸附方法。US3751878介紹了對低品質天然氣用沸石分子篩選擇性吸附二氧化碳的PSA系統，操作系統在100psia壓力及300℃下，該系統用二氧化碳作為沖洗劑，脫除沸石上部分被吸附的甲烷和沖洗塔內空隙中的甲烷。US4077779介紹了碳分子篩選擇性吸附分離二氧化碳與氫氣或甲烷的應用。在吸附步驟之后，用二氧化碳高壓沖洗，而后降壓及脫除二氧化碳，然后在中壓下用外部氣體諸如空氣清洗。接著再對該塔抽真空，脫除外部氣體和殘余二氧化碳。US4915711記述了一種變壓吸附方法，該方法生產兩種高純度的產物，采用二次產物（二氧化碳）低壓沖洗塔中產物（甲烷），和在近似1~4psia的真空條件下再生該吸附劑。這種方法包括在防空過程中塔間壓力平衡的任選步驟。US5026406是US4915711方法部分稍加改進的延伸部分。CN1349841A發明了一種由甲醇合成工藝弛放氣以變壓吸附方式分離制取高純度氫和CO₂的方法。用PSA提取CO₂，得到解吸的CO₂壓力低，增加了CO₂的壓縮成本。隨著原油價格的上升，如何提高制氫裝置H2回收率及CO2的利用率，同時降低其綜合能耗、成本已成為該領域未來技術的發展方向。

發明內容：

本發明采用濕法脫碳工藝-變壓吸附（PSA）新的組合工藝，即用化學吸收法（濕法）脫除中變氣中的CO₂，可以用來生產食品級和工業級CO₂；凈化氣進PSA裝置提純氫氣。脫附的雜質氣體（CO、CH₄等）進入變壓吸附脫氮氣裝置，脫完氮氣的雜質氣體回流至中變氣中。該方法能使氫氣回收率進一步提高，達到效益最大化的目的。

本發明采用的技術方案為：

一種采用濕法脫碳串聯變壓吸附的新組合工藝，該工藝從干氣烴類蒸汽轉化法生產出來的產物，再經中壓變換器反應后所得的氣體（簡稱中變氣）中分離氫氣和二氧化碳，脫附出來的雜質氣體（CO、CH₄等）回引至未脫碳的中變氣中，其特征在于：中變氣在吸收塔內與逆流的吸收溶液劑貧液充分接觸，吸收了中變氣中CO₂的溶液（簡稱富液），從吸收塔底引出送到解吸工段，先去閃蒸罐，其閃蒸氣送入到低壓瓦斯管網，另外閃蒸出溶解的氫、甲烷等氣體的富液去CO₂解吸塔的上部減壓解吸，并同時被下塔熱再生的CO₂、H₂O熱蒸汽汽提，CO₂解吸塔頂部出來的高純度CO₂氣體經過冷卻洗滌、分液后進入CO₂精制工段；從解吸塔底部出來的液體（簡稱貧液）進冷卻、升壓送到吸收塔頂部；中變氣經吸收塔吸收后的氣體（簡稱凈化氣）進PSA（變壓吸附工段）；利用吸附劑對吸附質在不同分壓下其吸附量不同，在0.5~3.0MPa的吸附壓力下，對凈化氣中的雜質有選擇地吸附而得高純氫并從產品端出來后進入純氫管網；吸附了雜質的吸附劑減壓脫附這些雜質后獲得再生，脫附出的氣體進入變壓吸附脫氮氣裝置，脫完氮氣的雜質氣體回流至中變氣中。