膜分离变压吸附集成工艺应用于炼厂、油田生产概况.pdf

第六届全国膜及膜过程学术报告会1

膜分离/变压吸附集成工艺应用于炼厂、油田生产概况

叶震王从厚陈小文曹忠民
（中凯化学(大连)有限公司，辽宁大连116021）

摘要：集成工艺可充分发挥各单一技术的优势，是解决炼厂气体资源化及优化油气田开
采工艺的有效技术手段。介绍了中凯化学（大连）有限公司开发的膜分离、变压吸附集成

工艺在炼厂干气综合利用、天然气净化及CO2、CH4回收等方面的应用概况。
关键词：膜分离；集成；炼厂气；二氧化碳

一、背景

每种技术都有其最佳应用范围，利用不同技术的优点，进行多种技术的集成已是分离、纯化技

术应用发展方向之一，集成分离技术越来越引起工业界和学术界的关注[1~3]。
本文介绍了中凯化学（大连）有限公司开发的膜分离和变压吸附集成工艺在炼厂干气综合利用、

天然气净化及CO2、CH4回收等方面的应用概况，

二、炼厂干气综合利用

炼厂干气主要来源于原油二次加工过程，如催化裂化、热裂化、加氢裂化及延迟焦化等，其组

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成包括H2、N2、O2、CO、CO2、CH4、C2、C2、C3等。长期以来，因无适合分离方法利用H2、
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C2、C2等资源，大部分干气作为燃料气烧掉，造成巨大浪费。催化裂化（FCC）产生的干气量最
大，我国炼厂有催化裂化生产装置90多套，生产能力约9300万吨/年，年产干气410万吨，其中乙
烯73万吨、乙烷72万吨、丙烯11万吨、氢气11万吨。

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回收炼厂气中H2、C2、C2等的方法主要有：深冷法、溶剂吸收法、吸附法、膜法。回收部分
轻烃并加以利用，每年可节约大量生产乙烯的轻质油；回收氢气能大大减少制氢原料，降低氢气成

本。目前国内外主要研究和应用的重点是吸附法、膜法、吸附法/膜法组合工艺、浅冷/膜法组合工艺。

™膜分离和变压吸附集成工艺组成

中凯化学开发的“吸附/膜法组合工艺干气回收”试验装置系统可以从炼厂干气中高效回收乙烯、

乙烷和氢气，实现炼厂干气的合理化、高值化利用。

原料炼厂气参数为：常温，0.8～1.2MPa（绝）、C2H4和C2H6总含量30～40vol%，H2浓度约为

20vol%。炼厂气中的杂质，如H2S、CO2、CO、H2O、NOx、重金属等会使吸附剂和催化剂中毒，特

别是NOx在低温下能反应生成极不稳定的硝酸铵、亚硝酸铵及硝化树脂，当受热或受力冲击时都有

发生爆炸的危险。因此，干气在进吸附单元前需经预处理过程除去有害杂质，H2S、H2O、O2、CO2

等可脱除到1ppm以下，NOx脱除到ppb级。

首先用催化法脱除炼厂气中的NOx和O2，再用PSA脱除CO2和H2O等杂质，然后进PSA装置

回收C2H4、C2H6等产品，尾气再进膜分离装置提浓H2，剩余尾气（主要含C1、N2、CO等）返回

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除杂装置作再生气，用后进入燃料管网。工艺流程简图如图1所示。

催化脱吸附精除杂吸附分离膜分离
NOx和O2

乙烯/乙烷提浓氢气

燃气管网

图1吸附/膜法组合工艺干气回收工艺流程简图

1催化脱氮氧化合物
炼厂气先经原料气预热器及电加热器升温到250~300℃后送脱氮氧化合物催化塔，在此温度和
催化剂的作用下，一次将原料中的氮氧化合物与炼厂干气中大量的氢气反应，使之生成氨和水，达

到脱出氮氧化合物到ppb级，脱氮后的炼厂气再经过原料预热器换热后送炼厂气“催化脱氧单元”。

2催化脱氧
来自脱氮的炼油厂，温度通过换热后降为60℃后直接进入装有脱氧催化剂的脱氧塔中，在脱氧
催化剂的作用下，利用炼厂气中大量的氢气与微量的氧气充分反应，以达到脱出炼厂气中氧的目的。
脱氧剂采用常温型催化剂。经过脱氧后的炼厂气温度略高，同时含有一定量的二氧化碳和水，

为此再冷却到常温后送后续的“脱二氧化碳和水”单元。

3脱二氧化碳和水
本单元采用由五个吸附塔组成的PSA工艺，其中一个吸附塔始终处于进料吸附状态，其余四台
吸附塔处于再生的不同阶段，其工艺过程由吸附、三次均压降压、顺放、逆放、冲洗、三次均压升
压和处理气最终升压等步骤组成。再生过程的冲洗气源采用膜分离制氢后的尾气，该部分气体不含

二氧化碳、水、氧及氮氧化合物。
在本单元，一次性除去炼厂气内二氧化碳、水、部分重烃物质及部分重金属，获得主要为氢气、

甲烷、碳二和碳三的净化炼厂气，从塔顶排出送“烯烃/烷烃回收单元”。

4变压吸附烯烃/烷烃回收
本单元亦采用由五个吸附塔组成的PSA工艺，其中一个吸附塔始终处于进料吸附状态，一个吸
附塔处于抽真空状态，其余三台吸附塔处于再生的不同阶段，其工艺过程由吸附、二次均压降压、

顺放、逆放、抽真空、二次均压升压和产品最终升压等步骤组成。
本单元得到收率为85%、纯度为80vol％的主要成份为乙