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        淺冷油吸收-膜分離技術(shù)在煉廠干氣回收中的應(yīng)用

        2021-03-06 09:54:34壽魯陽
        石油石化綠色低碳 2021年1期
        關(guān)鍵詞:干氣煉廠膜分離

        壽魯陽

        (浙江石油化工有限公司,浙江舟山 316000)

        煉廠干氣主要來源于原油的二次加工裝置,如催化裂化、延遲焦化、連續(xù)重整和芳烴聯(lián)合裝置等,其富含氫氣、碳一、碳二、碳三等輕烴資源,在傳統(tǒng)的煉廠,煉廠干氣主要用于補充全廠燃料氣,其中的乙烯、乙烷和氫氣等主要組分未得到高效綜合利用,造成資源浪費,且排放大量CO2,污染環(huán)境。隨著國家環(huán)保法規(guī)日趨嚴格和石油資源日益枯竭,國內(nèi)部分煉廠開始合理利用煉廠干氣這一重要石油和化工資源,如劉天翼、孫建懷等分別利用膜分離技術(shù)和PSA技術(shù)回收煉廠干氣中氫氣,取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益[1-2]。李建偉、劉文杰等利用催化干氣中的乙烯組分與苯反應(yīng)制備乙苯和高辛烷值汽油組分[3-4]。中國石化北京化工研究院針對國內(nèi)煉廠干氣回收現(xiàn)狀,開發(fā)了淺冷油吸收煉廠干氣成套技術(shù)[5-6],該技術(shù)在淺冷操作(10~15℃)條件下對煉廠干氣進行吸收分離,在齊魯分公司實現(xiàn)焦化干氣和催化裂化干氣回收裝置一次開車成功,裝置運行平穩(wěn),經(jīng)濟效益顯著[7]。茂名石化煉廠利用兩段吸附分離技術(shù)將催化裂化和焦化混合干氣的乙烯和乙烷資源高效回收,實現(xiàn)資源的綜合利用[8]。

        某石化4 000 萬t/a 煉化一體化項目一期工程,各類石化裝置規(guī)模都名列世界同類裝置前茅,在實際生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量煉廠干氣,含有豐富的氫氣、碳二資源,包括來自重油催化裂化裝置以乙烯為主的飽和干氣和來自延遲焦化、連續(xù)重整和芳烴聯(lián)合裝置以乙烷為主的不飽和干氣(如表1 所示),綜合利用這部分煉廠干氣,一方面回收其中占比6%~35%(φ)高附加值的粗氫氣,作為氫氣提純裝置的補充原料;另一方面,回收占煉廠干氣10%~70%(φ)的碳二組分,代替部分輕質(zhì)油作為乙烯裂解原料,可使裂解原料輕質(zhì)化,優(yōu)化乙烯原料結(jié)構(gòu)。發(fā)揮煉化一體化優(yōu)勢,進一步提高乙烯裝置經(jīng)濟性。

        1 煉廠干氣回收裝置技術(shù)方案比選

        目前,已開發(fā)成功的回收煉廠干氣中的氫氣、碳二等高價值組分的技術(shù)主要有深冷分離法、PSA變壓吸附法、淺冷油吸收法。

        表1 某煉化企業(yè)煉廠干氣組成 %(φ)

        深冷分離法是一種低溫精餾分離工藝,主要原理為利用原料中各組分相對揮發(fā)度及沸點的差異,通過氣體透平膨脹制冷,在-90 ~120℃低溫下,將混合干氣各組分按工藝要求逐步冷凝成液相,然后再利用精餾方法將乙烯、乙烷、丙烯等組分依次分離,并脫除其中硫化氫、二氧化碳、水等雜質(zhì),最終得到乙烯、乙烷、丙烯等目標產(chǎn)品。深冷分離法的優(yōu)點為技術(shù)成熟,目標產(chǎn)品回收率高,產(chǎn)品純度高,但循環(huán)制冷流程較為復(fù)雜,設(shè)備投資大,后期裝置運行維護成本高。

        PSA變壓吸附法基于不同種類氣體分子在固體吸附劑內(nèi)部表面作用力不同,在加壓條件下,吸附力較大的碳二組分在吸附床層被吸附,排出吸附力較小的氫氣、甲烷、氮氣等組分;在減壓條件下,吸附床層解吸排出吸附組分。同時,吸附劑實現(xiàn)再生。工業(yè)應(yīng)用上采用多塔變壓吸附-解吸循環(huán)程控過程,實現(xiàn)工藝連續(xù)操作,達到提純分離目的。變壓吸附法優(yōu)勢在于產(chǎn)品純度高、能耗低、工藝流程簡單、自動化程度高等。但該技術(shù)操作過程轉(zhuǎn)動設(shè)備較多,機械故障率高導(dǎo)致裝置在線率低。

        淺冷油吸收法利用“相似相溶”的原理,以煉廠常見碳四和汽油作為吸收劑,將煉廠干氣中“相似”的碳二及以上組分吸收下來并通過解吸獲得回收提純,而將“不相似”的氫氣、氮氣、氧、甲烷等尾氣直接排入燃料氣或進一步提取氫氣。淺冷油吸收法主要優(yōu)點為原料適應(yīng)性強,以碳四為吸收劑,原料不需精制,碳二回收率高,操作條件溫和,流程相對簡單,運行穩(wěn)定,能耗較低。

        根據(jù)三種技術(shù)的各自特點(見表2),結(jié)合企業(yè)自身實際,最終采用淺冷油吸收技術(shù)回收煉廠干氣中的碳二組分。富乙烯氣送入乙烯裝置裂解氣壓縮單元深冷分離,富乙烷氣送入乙烯裝置裂解爐作為乙烯裂解原料。利用膜分離技術(shù)回收富氫氣體中的粗氫氣,送至PSA裝置進一步提純,補充至氫氣管網(wǎng),提升氣體利用率。剩余膜分離尾氣作為全廠燃料氣。

        2 裝置運行情況

        該裝置主要由干氣分離、膜分離和公用工程部分組成。干氣回收分離部分主要由不飽和干氣回收分離、飽和干氣回收分離、汽油吸收-穩(wěn)定、混合干氣分離單元等組成;膜分離部分主要由膜分離單元、膨脹機組成。該裝置建成后一次開車成功,經(jīng)過不斷優(yōu)化調(diào)整,裝置運行平穩(wěn),各類工藝參數(shù)穩(wěn)定,產(chǎn)品符合預(yù)期。

        表2 煉廠干氣回收工藝技術(shù)比較

        2.1 不飽和干氣單元原料與產(chǎn)品情況

        根據(jù)原設(shè)計方案,催化干氣總量大約22 t/h。在實際運行期間,裝置進料量平均21 t/h。由于原料變化,氫氣和甲烷含量較設(shè)計值偏高,實際運行數(shù)據(jù)見表3,富乙烯氣各組分占比滿足控制指標要求,甲烷摩爾分數(shù)小于5%,可作為原料直接送至乙烯裝置堿洗塔。經(jīng)過實際測算,不飽和單元C2 回收率大于92%,滿足乙烯回收率不低于90%控制指標要求,不飽和干氣回收效果良好。

        2.2 飽和干氣單元和混合干氣單元原料與產(chǎn)品情況

        飽和干氣吸收單元以焦化干氣、重整干氣、歧化燃料氣和異構(gòu)化氣體為原料。在實際運行期間,重整干氣、歧化燃料氣和異構(gòu)化氣體等混合干氣組分變化,丙烷含量比設(shè)計值高許多。根據(jù)原設(shè)計方案,焦化干氣和混合干氣總量大約74 t/h。在實際運行期間,裝置進料量平均68 t/h,實際運行數(shù)據(jù)見表4,各組分占比滿足控制指標要求。甲烷和碳四以上重組分含量低,其中雜質(zhì)符合乙烯裂解原料要求,可作為原料直接送至乙烯裝置裂解爐。經(jīng)過實際測算,飽和單元和混合干氣C2回收率大于90%,滿足乙烷回收率不低于90%控制指標要求,飽和干氣回收效果良好。

        表3 不飽和干氣單元原料及產(chǎn)品組成

        續(xù)表

        2.3 膜分離單元原料與產(chǎn)品情況

        富含氫氣的甲烷氫尾氣經(jīng)過氣液分離器除去氣體中夾帶的較大液體和固體顆粒,經(jīng)過過濾器進一步除去細微的液滴,預(yù)熱至80℃進入膜分離組件分離,在低壓側(cè)得到純度高于80%(φ)產(chǎn)品粗氫氣,送至PSA裝置進一步提純。高壓側(cè)非滲透氣經(jīng)過膜分離尾氣膨脹機回收發(fā)電或通過跨線再并入燃料氣管網(wǎng)。由表5 可見,粗氫氣純度高于設(shè)計標準,雜質(zhì)含量較低,硫化氫和烴類含量極低,滿足氫氣提純裝置進料要求。

        3 裝置存在問題和優(yōu)化措施

        該裝置自投產(chǎn)以來基本維持高負荷運行,在運行過程中不斷摸索操作要領(lǐng),優(yōu)化操作參數(shù),提高裝置性能,目前存在如下問題,需要改進。

        表4 飽和干氣原料及產(chǎn)品組成

        表5 膜分離單元原料及產(chǎn)品組成

        3.1 焦化干氣含焦粉

        原設(shè)計方案中,考慮到焦化干氣可能存在焦粉,已在流程上設(shè)置了兩組過濾器,過濾器精度分別為15μm和2μm。在運行過程中,經(jīng)常出現(xiàn)兩組過濾器堵塞情況,當(dāng)堵塞特別嚴重時,造成上游延遲焦化裝置柴油再吸收塔憋壓。為了保證上下游裝置正常運行,現(xiàn)階段增加過濾器切換頻次,利用蒸汽吹掃等固定操作,保障了機組長周期運行。后期擬通過增加噴淋水洗塔脫除焦粉。

        3.2 混合干氣壓縮機帶液

        重整干氣、異構(gòu)化氣體和歧化燃料氣經(jīng)過混合干氣壓縮機升壓分相,送至2#碳四吸收塔吸收分離,得到碳二提濃氣,送至乙烷塔進一步分離。在運行期間,已出現(xiàn)多次壓縮機聯(lián)鎖停機。經(jīng)過分析比對發(fā)現(xiàn),上游裝置原料干氣介質(zhì)霧沫夾帶液相,引起混合干氣組分變重,造成壓縮機振動超標聯(lián)鎖停機。為了保證離心壓縮機長周期穩(wěn)定運行,主要通過加強與上游裝置溝通聯(lián)系,穩(wěn)定上游操作。后期擇機增加分液設(shè)施和在線分析儀器,有效減少原料干氣帶液,監(jiān)控壓縮機運行情況。

        4 結(jié)論

        采用淺冷油吸收-膜分離技術(shù)對煉廠干氣中目標組分進行系統(tǒng)分離回收,自裝置投產(chǎn)以來,生產(chǎn)出符合要求的富乙烯氣、富乙烷氣和粗氫氣。裝置運行平穩(wěn),處理能力、產(chǎn)品質(zhì)量和回收率等均達到設(shè)計值。目標產(chǎn)品雜質(zhì)滿足下游乙烯裂解裝置和氫氣提純裝置對原料的要求。在當(dāng)前煉化一體化項目中,充分利用煉廠干氣資源及裝置連續(xù)平穩(wěn)運行方面,淺冷油吸收-膜分離技術(shù)更有優(yōu)勢,具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

        需要加強焦化干氣和混合干氣原料管理,通過采取必要的凈化處理措施,確保焦化干氣中焦粉含量。同時,嚴格控制混合干氣帶液問題,通過增加分液措施和在線分析儀組合方案,從源頭上預(yù)防壓縮機進料帶液問題,確保裝置安全、平穩(wěn)運行。

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