VPSA技術(shù)在煉廠干氣中回收氫氣的效益分析

蘇福輝 宋鵬俊 闞寶訓(xùn)（中國石化海南煉油化工有限公司，海南洋浦578101）

VPSA技術(shù)在煉廠干氣中回收氫氣的效益分析

蘇福輝 宋鵬俊 闞寶訓(xùn)（中國石化海南煉油化工有限公司，海南洋浦578101）

煉油裝置的生產(chǎn)過程中副產(chǎn)多種富氫氣體的干氣，而加氫精制裝置在反應(yīng)過程中又需要用氫。氫氣的高價(jià)格導(dǎo)致煉廠的生產(chǎn)成本大大增加，因而通過回收煉廠富氫干氣中的氫氣，能夠大大增加煉廠經(jīng)濟(jì)效益[1]。該煉化公司采用國內(nèi)成都華西化工科技股份有限公司的變壓吸附（VPSA）專利技術(shù)，該裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)氫能力為10000Nm3/h，裝置于2012年8月開始建設(shè)，2013年11月裝置建成中交。2013年12月5日開車投料一次成功并產(chǎn)出合格的氫氣。

1 變壓吸附（VPSA）工作原理及技術(shù)特點(diǎn)

1.1 工藝原理

吸附是指當(dāng)兩種相態(tài)不同的物質(zhì)接觸時(shí)，其中密度較低物質(zhì)的分子在密度較高的物質(zhì)表面被富集的現(xiàn)象和過程。具有吸附作用的物質(zhì)（密度相對較大的多孔固體）被稱為吸附劑，被吸附的物質(zhì)（密度相對較小的氣體或液體）稱為吸附質(zhì)。VPSA裝置中的吸附主要為物理吸附[2]。

變壓吸附氫提純工藝過程之所以得以實(shí)現(xiàn)是由于吸附劑在這種物理吸附中所具有的兩個(gè)性質(zhì)：一是對不同組分的吸附能力不同，二是吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附容量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加，隨吸附溫度的上升而下降。利用吸附劑的第一個(gè)性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)對含氫氣源中雜質(zhì)組分的優(yōu)先吸附而使氫氣得以提純；利用吸附劑的第二個(gè)性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)吸附劑在低溫、高壓下吸附而在高溫、低壓下解吸再生，從而構(gòu)成吸附劑的吸附與再生循環(huán)，達(dá)到連續(xù)分離提純氫氣的目的[3]。

裝置原料主要成分是H2，其余是C1～C5的烴類，吸附劑主要是活性氧化鋁類、活性炭類、硅膠類和分子篩類等。原料氣通過吸附床層，H2以外的其余組份作為雜質(zhì)被吸附劑選擇吸附，最后氫氣以99.9%(v)純度離開吸附塔。

1.2 工藝技術(shù)特點(diǎn)

本裝置所采用的VPSA8-2-3變壓吸附工藝技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用成熟的VPSA8-2-3流程，流程簡單、運(yùn)行可靠。

（2）VPSA8-2-3流程采用雙塔連續(xù)抽真空流程，可減小解吸氣系統(tǒng)壓力波動(dòng)，真空時(shí)間長，吸附劑的再生徹底，能耗低。

（3）VPSA8-2-3流程解吸氣控制系統(tǒng)采用了先進(jìn)的兩級緩沖、調(diào)節(jié)系統(tǒng)，解吸氣的熱值、壓力和流量更穩(wěn)定，更有利于解吸氣的后段利用。

（4）本裝置先進(jìn)的VPSA專用軟件在某個(gè)吸附塔出現(xiàn)故障時(shí)，可自動(dòng)無擾動(dòng)地將故障塔切除，轉(zhuǎn)入7塔、6塔、5塔、4塔。在切換到4塔操作時(shí)，可將裝置隔離分成兩個(gè)獨(dú)立的系列任意檢修，一個(gè)系列生產(chǎn)，另一個(gè)系列可作任意檢修。因而大大地提高了裝置運(yùn)行的可靠性。

（5）采用華西所開發(fā)的專門用于VPSA氫提純的吸附劑，吸附劑動(dòng)態(tài)吸附量大、脫除雜質(zhì)精度高，可更有效地保證產(chǎn)品質(zhì)量和回收率。

（6）本裝置先進(jìn)成熟的控制軟件包可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)吸附時(shí)間的優(yōu)化和吸附壓力自適應(yīng)調(diào)節(jié)，保證產(chǎn)品的合格和收率的最高。

2 工藝流程

低壓VPSA工序采用8塔VPSA工藝流程，即：主裝置由八個(gè)吸附塔組成。其吸附和再生工藝過程由吸附、連續(xù)三次均壓降壓、逆放、抽真空、連續(xù)三次均壓升壓和產(chǎn)品氣升壓等步驟組成[4]。

圖1 VPSA裝置工藝流程簡圖

混合原料氣進(jìn)入原料分液罐中，分離掉其中的夾帶或冷凝下的液滴，再自塔底進(jìn)入正處于吸附狀態(tài)的吸附塔內(nèi)。在多種吸附劑的依次選擇吸附下，其中的H2O、烴類等雜質(zhì)被吸附下來，未被吸附的氫氣作為產(chǎn)品從塔頂流出，其中H2純度大于99.9 %，再經(jīng)過氫氣壓縮機(jī)壓縮到2.0MPa.G后送氫氣管網(wǎng)。

被吸附的雜質(zhì)經(jīng)過吸附塔三次均壓、逆放和抽真空等步序后，吸附劑解吸出來的解吸氣送入解吸氣混合罐中，再經(jīng)過解吸氣壓縮機(jī)壓縮到0.5MPa.G后送燃?xì)夤芫W(wǎng)。流程簡圖見圖1。

3 原料與產(chǎn)品性質(zhì)

本裝置原料來源為混合干氣、烴化尾氣、氣柜干氣、異構(gòu)化干氣和乙苯脫氫尾氣。各股原料的性質(zhì)組成見下表1，表2和表3分別列出裝置運(yùn)行中原料氣量和氫氣含量的變化及時(shí)調(diào)整吸附時(shí)間。

表1 各股原料的性質(zhì)組成

注：氣柜干氣由于硫含量較高，在沒有脫硫的情況下未引入VPSA裝置。

表2 混合原料氣與產(chǎn)品性質(zhì)比較

表3 裝置物料平衡及氫氣回收率

注：2016年12月裝置檢修，加工量降低；2017年3月渣油加氫裝置換劑，氫氣過剩，VPSA產(chǎn)氫部分放至燃料氣管網(wǎng)。

由表2和表3可看出，VPSA裝置運(yùn)行穩(wěn)定，崗位上根據(jù)原料氣量和氫氣含量的變化及時(shí)調(diào)整吸附時(shí)間，確保產(chǎn)品氫純度＞99.9%，同時(shí)著重控制好解吸氣中的氫氣含量，保證最大量回收氫氣。裝置氫氣平均回收率達(dá)到89.59%以上，設(shè)計(jì)值僅為81%，高于設(shè)計(jì)值8%。

4 裝置經(jīng)濟(jì)效益分析

裝置投用后平均負(fù)荷87.41%（相對進(jìn)料），每年可獲經(jīng)濟(jì)效益3258.88萬元，由表4計(jì)算得出，3年可收回投資成本。

表4 VPSA裝置經(jīng)濟(jì)效益分析

固定資產(chǎn)投資折舊（10年計(jì)）效益循環(huán)冷水0.85MPa氮?dú)鈨艋L(fēng)非凈化風(fēng)除鹽水合計(jì)固定資產(chǎn)投資噸Nm3Nm3Nm3噸萬元萬元萬元7461186.0036406.4476691 0.638,490.2517,636.352146.607973.83258.880.180.900.080.0811.68134.303.286.140.0720.602146.60797.383258.88

5 結(jié)語

(1)VPSA裝置產(chǎn)品的純度高，工藝流程簡單，操作靈活性，高可靠性高,操作彈性大，自動(dòng)化程度高，裝置開停車極為方便

(2)VPSA裝置經(jīng)過3年多的運(yùn)行，產(chǎn)品氫產(chǎn)量、氫氣回收率指標(biāo)和氫氣品質(zhì)都達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且高于設(shè)計(jì)值。

(3)VPSA裝置提供充裕的氫源的同時(shí)，大大降低了公司制氫成本，同時(shí)也為公司增效3000多萬元/年。

[1]王萍，吳昊鵬，徐以泉.加氫型煉廠富氫尾氣回收氫氣技術(shù)[J].中外能源，2016，21:78-82.

[2]薛重陽.VPSA技術(shù)在干氣回收氫氣的應(yīng)用.廣州化工，2010，38(11):191-194.

[3]焦書建.采用變壓吸附技術(shù)回收煉油廠裝置尾氣中的氫氣[J].石油化工，2006,35（4）:350-353.

[4]李學(xué)偉，劉彩紅.氫氣回收裝置穩(wěn)定運(yùn)行總結(jié)[J].中國氯堿，2011，9:12-14.

Economic analysis of the recovery of hydrogen by VPSA technology in refinery dry gas

Su Fuhui,Song Pengjun,Kan Baoxun
(Hainan Refining&Chemical Co Ltd.SINOPEC,Yangpu，578101)

某煉化公司采用變壓吸附技術(shù)回收廠內(nèi)多股干氣中的氫氣，裝置主要以混合干氣、烴化尾氣、氣柜干氣、異構(gòu)化干氣和乙苯脫氫尾氣為原料，經(jīng)過真空變壓吸附（VPSA）工藝分離后，得到氫純度≥99.9%氫氣和氫氣含量＜10%的解吸氣，然后氫氣壓縮到2.2MPa后并入廠內(nèi)氫氣管網(wǎng)，解吸氣壓縮到0.5 MPa后并入廠內(nèi)燃料氣管網(wǎng)，裝置進(jìn)料負(fù)荷87.41%，每年可獲經(jīng)濟(jì)效益3258.88萬元，有效降低廠內(nèi)用氫成本。

變壓吸附；氫氣；效益

The refining company of China petrochemical by VPSA technology recycling plant more hydrogen in the dry gas, the material include hydrocarbon exhaust,dry gas holder,isomeri?zation of dry gas and ethyl benzene dehydrogenation exhaust gas as. After VPSA after separation,the product hydrogen,the purity reach to 99.9%and the inhale H2purity below 10%,then hydrogen compression to 2.2MPa into hydrogen gas pipe network in facto?ry,the inhale compressed into a merged into fuel gas pipe network in plant,by equipment load 87.41%,annual economic benefits 32, 58 million yuan,effective reduced the cost with hydrogen.

variablepressureadsorption;Hydrogengas;eco?nomic

蘇福輝（1986-），男，海南省?？谑腥耍夹g(shù)員，現(xiàn)從S Zorb-加制氫聯(lián)合裝置的工藝技術(shù)管理工作。