炼化单位烯烃及制氢生产工艺分析

炼化单位烯烃及制氢生产工艺分析

王宏达1杨鹏2杨孝林2

1.四川天一科技股份有限公司四川成都610225；

2.青海省格尔木市青海油田格尔木炼油厂816099

摘要：本文主要对炼化生产单位的制氢过程进行介绍，并对变压吸附PSA工段的工艺生产过程进行简要概述。

关键词：制氢；变压吸附；生产

烯烃的制取大致分为2个主要部分，其中第1部分为裂解部分，由于该过程在较高的温度下进行化学反应，故可称为热工段部分。另一个部分为压缩、分离部分，由于该过程在相对较低的温度条件下进行，故称之为冷工段操作部分。在第1部分热单元操作过程中，大量的碳氢化合物分子在气化炉中进行热裂解反应，从而产生含有烯烃的混合气体。乙烯既可以作为生产聚乙烯的基础化工原料，亦可以将其液化，以便于运输或者直接出售。

一、烯烃生成单元描述

烯烃的生产过程见下面图1所示。

图1烯烃生产过程的简略流程图

（一）裂解单元过程

在热裂解工段的过程中，含有乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、石脑油以及瓦斯油被引入到裂解气化炉中，用以制取烯烃。热裂解反应过程是整个烯烃制取过程的核心。以乙烷或者石脑油为原料进行的热裂解反应最为常见，其中乙烷为气相反应，而石脑油为液相反应。在制取烯烃的工艺中，即可以采用气相反应，使用气体裂解反应炉，亦可以用液相反应，使用液化反应炉实现热裂解反应。而反应的目标产物为烯烃，如：乙烯、丙烯等等。

（二）急冷工段

混合气体经过裂解反应换热后，再经过急冷塔进行降温。

由于上工段的裂解反应是在较高的温度下进行的，而如此高温条件下，时常伴随着烯烃单体间发生聚合这样的副反应，为避免此类反应的发生，所以需要急冷工段对其进行迅速降温。

（三）混合气的压缩系统

在此工段，从急冷塔出来的混合气体经过压缩机进行升压，用以满足后续变压吸附和加氢工段的生产需要，但其升压后的压力不宜过高，以避免聚合反应的发生。

（四）脱酸

由于后续乙烯聚合工段中如果有硫化物和CO的存在，将容易引起催化剂的中毒。同样，CO2的存在，也影响着后工段的正常生产，为保证后续聚合工段原料气乙烯的浓度，CO2在本工段应脱除到0.1ppm以下。

（五）脱甲烷

脱酸后的混合气体进入脱甲烷塔，进行对甲烷的分离。脱除的甲烷由塔顶离开，脱甲烷塔的底部为富含氢气的混合气体，该气体首先经过变压吸附PSA工段工段，得到高纯氢气，所得的高纯氢气再进入后续加氢工段。在加氢工段，乙炔将转化为乙烯，同时部分炔烃和长链烷烃将转化为烯烃。下面的内容将对变压吸附工段进行讨论。

二、变压吸附工段

当1台吸附塔完成了吸附过程后，开始进行再生，一台吸附塔从吸附到再生结束，开始下一次吸附时，这里称为一个大的循环周期。

由于工业混合气体中含有多种不同的杂质，如我们这里所研究的需要分离的混合气体中，含有的杂质为CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6和N2。而吸附剂具有选择性吸附气体杂质的性能，所以PSA装置中往往装有多种不同的吸附剂。如果混合气体中的CO进入到后面的加氢工段，将会引起加氢反应器中的催化剂中毒，所以在PSA工段，必须将CO气体进行脱除。如下面图2所示，吸附塔中所装填的最上面的吸附剂H1，其主要成分为沸石分子筛，这种吸附剂对于甲烷和CO具有较强的分离效果，但是其价格相对昂贵。

所有吸附剂的具体装填顺序，见下面图2所示。

图2吸附塔内吸附剂装填简略图

对于一台吸附塔而言，经历着吸附再生到再次吸附的过程。如：某台吸附塔在3.0MPa的工作压力下进行吸附，然后与其他吸附塔进行压力均衡，压力由3.0MPa降低到2.0MPa,在此过程中吸附前沿向着吸附塔的出口端推进；之后进行顺放过程，目的是对其他需要冲洗再生的吸附塔进行冲洗，在此过程中，吸附前沿继续向着吸附塔出口端推进，压力由2.0MPa降低到0.9MPa；顺放过程结束后，该吸附塔进行逆放再生过程，含有大量杂质的气体由吸附塔底部相关的逆放阀门排出，在此过程中，吸附塔内压力降低，同时吸附前沿向吸附塔底部推移，过程压力由0.9MPa降低至0.5MPa；当该吸附塔完成逆放过程后，开始进行冲洗，在冲洗的过程中，同样借助吸附塔顶部相应的阀门，由顺放吸附塔提供的顺放气，对该吸附塔内的吸附剂进行冲洗再生,冲洗再生的过程中，吸附前沿同时向吸附塔底部推移，此过程中塔内压力几乎保持0.5MPa不变；当该吸附塔完成冲洗过程后，开始进行一均升压过程，如降压过程一样，借助吸附塔顶部相关阀门，由一均降的吸附塔通过均压阀门对其升压，再此过程中，吸附前沿向吸附塔底部推移，过程压力由0.5MPa升高到2.0MPa；当吸附塔完成一均升压后，进行最后的升压过程，此过程中利用最终升压调节阀，以及相关二位式程控阀门，对该吸附塔进行最后的升压，以备再一次吸附，再此过程中，利用产品氢气，对该吸附塔内的吸附剂进行升压再生过程，此时，吸附前沿向着吸附塔底部推移，过程压力由2.0MPa升高到3.0MPa；当该吸附塔完成了上述循环后，进行下一次吸附工作。

结语：

炼化生产单位烯烃和氢气的生产，都经历了相对复杂的工艺过程。的对于变压吸附工段，吸附塔内的吸附剂的装填顺序及其配比，考虑其实用性的同时应兼顾其经济性。

参考文献：

[1]苏鹏.炼油化工企业催化汽油加氢工艺技术探讨[J].中国化工贸易,2017(4).

[2]王智杰,雷玉.制氢装置烯烃饱和催化剂积碳原因分析及建议[J].广州化工,2017,(21).