一種催化裂化干氣中氫氣的分離方法及其系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種催化裂化干氣中氫氣的分離方法及其系統(tǒng)，該分離方法包括使催化裂化干氣發(fā)生水合反應(yīng)，并收集富氫氣體的過(guò)程，其中，實(shí)現(xiàn)水合反應(yīng)的水合反應(yīng)器具有以下結(jié)構(gòu)：水合反應(yīng)器腔體沿水合物工作液流動(dòng)方向具有入口段、喉管段和穩(wěn)定段，且喉管段的流通面積均小于入口段和穩(wěn)定段的流通面積，該水合反應(yīng)器腔體對(duì)應(yīng)于喉管段的側(cè)壁開(kāi)設(shè)有進(jìn)氣口。本發(fā)明專利技術(shù)提供的催化裂化干氣中氫氣的分離方法不需要現(xiàn)有水合物分離法分離催化裂化干氣中氫氣需要對(duì)催化裂化干氣壓縮升壓的步驟，具有操作可靠、實(shí)際工業(yè)應(yīng)用可行性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種催化裂化干氣中氫氣的分離方法及其系統(tǒng)，屬于化工

技術(shù)介紹
由于催化裂化干氣中含有大量的氫氣和乙烯，因此，對(duì)它們的綜合利用可以每年節(jié)省數(shù)以百萬(wàn)噸的乙烯裂解原料和制氫原料，具有數(shù)十億的經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái)，許多研究者對(duì)催化裂化干氣中氫氣和乙烯的分離和回收進(jìn)行了大量的研究，現(xiàn)有用于分離催化裂化干氣中氫氣和乙烯的方法有深冷分離法、吸收分離法、膜分離法和水合物分離法。然而上述方法卻存在不同的缺陷，制約了催化裂化干氣中氫氣和乙烯的回收。例如，雖然深冷分離技術(shù)較為成熟，但是能耗較高的缺點(diǎn)卻一直制約著該技術(shù)的推廣應(yīng)用，一般只有在處理量較大的煉廠、石油催化裂化裝置較多的地區(qū)，或者煉油-化工一體化企業(yè)才會(huì)考慮使用深冷分離技術(shù)分離催化裂化干氣；膜分離法在乙烯提取方面還處在研究階段，由于分離使用的膜容易受雜質(zhì)的影響而損壞，同時(shí)又存在制膜成本較高的問(wèn)題，從而一直未能得到廣泛的應(yīng)用；吸收分離法具有工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備材料普通、操作條件溫和以及能耗低、效率高的優(yōu)點(diǎn)，但通常只能處理低濃度的氣體，而且雜質(zhì)的脫除比較困難。吸收分離法按吸收的方式可以分為物理吸收和化學(xué)吸收。其中，物理吸收法中的典型技術(shù)是冷油吸收法，該冷油吸收法是分離催化裂化干氣中乙烯的傳統(tǒng)技術(shù)，具有適應(yīng)性強(qiáng)、投資費(fèi)用低、工藝規(guī)模小的優(yōu)點(diǎn)，但該工藝存在能耗高、乙烯損失量大的缺陷；化學(xué)吸收法又叫π絡(luò)合吸附分離技術(shù)，該方法具有吸收容量大，乙烯回收率高的優(yōu)點(diǎn)，但目前工業(yè)應(yīng)用并不多見(jiàn)。水合物分離法是一種新的分離低沸點(diǎn)混合氣體的分離技術(shù)，原理是根據(jù)不同氣體形成水合物的難易程度，從而實(shí)現(xiàn)混合氣體中各組分的分離。相對(duì)于上述氣體分離法，水合物分離法的優(yōu)勢(shì)在于條件較溫和，可以在溫度0-15℃之間實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離和提純，無(wú)論在能耗還是在設(shè)備投資上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。然而，現(xiàn)有技術(shù)在利用水合物分離法分離催化裂化干氣中氫氣和乙烯時(shí)，通常要對(duì)作為原料氣的催化裂化干氣實(shí)施壓縮升壓處理，然后送入氣體水合反應(yīng)器中與水合物工作液混合。限于現(xiàn)場(chǎng)操作空間，以及氣體壓縮機(jī)的能耗等方面的原因，目前水合物分離技術(shù)在分離催化裂化干氣中的氫氣方面尚未得到廣泛應(yīng)用。因此，研究新的水合物法分離催化裂化干氣中的氫氣，一直被研究者所關(guān)注。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種催化裂化干氣中氫氣的分離方法及其系統(tǒng)，該方法不需要現(xiàn)有水合物分離法分離催化裂化干氣中氫氣需要對(duì)催化裂化干氣壓縮升壓的步驟，具有操作可靠、實(shí)際工業(yè)應(yīng)用可行性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。本專利技術(shù)提供了一種催化裂化干氣中氫氣的分離方法，包括使催化裂化干氣發(fā)生水合反應(yīng)，并收集富氫氣體的過(guò)程，其中，實(shí)現(xiàn)水合反應(yīng)的水合反應(yīng)器具有以下結(jié)構(gòu)：水合反應(yīng)器腔體沿水合物工作液流動(dòng)方向具有入口段、喉管段和穩(wěn)定段，且喉管段的流通面積均小于入口段和穩(wěn)定段的流通面積，該水合反應(yīng)器腔體對(duì)應(yīng)于喉管段的側(cè)壁開(kāi)設(shè)有進(jìn)氣口；所述分離方法包括：將水合物工作液從入口段送入所述水合反應(yīng)器中，使催化裂化干氣通過(guò)進(jìn)氣口與水合反應(yīng)器連通，利用流經(jīng)喉管段的水合物工作液產(chǎn)生的吸力將待分離催化裂化干氣吸入水合反應(yīng)器，并使二者在流至穩(wěn)定段過(guò)程中被混合而發(fā)生水合反應(yīng)，生成水合物漿液和富氫氣體；將所述水合物漿液和富氫氣體送入水合物分離器，分離并收集富氫氣體。上述催化裂化干氣中氫氣的分離方法，主要利用了流體力學(xué)的原理，利用水合物工作液在水合反應(yīng)器中的不同位置的流動(dòng)與壓力的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了催化裂化干氣的吸入、自升壓以及水合分離的過(guò)程。具體表現(xiàn)在：將水合物工作液從水合反應(yīng)器的入口段注入，當(dāng)其到達(dá)水合反應(yīng)器的喉管段時(shí)，由于流通截面積急劇縮小，從而使其流速突然增大，使水合反應(yīng)器內(nèi)的靜壓快速降低，在壓力差的作用下，催化裂化干氣被吸入了水合反應(yīng)器中與水合物工作液混合，當(dāng)催化裂化干氣與水合物工作液到達(dá)水合反應(yīng)器的穩(wěn)定段時(shí)，由于流通截面積的擴(kuò)大，從而使流體的靜壓升高，系統(tǒng)的壓力高于催化裂化干氣進(jìn)入水合反應(yīng)器的壓力，當(dāng)流體的靜壓大于水合物的生成壓力時(shí)，催化裂化干氣中的甲烷、乙烷、乙烯和二氧化碳等組分與水合物工作液發(fā)生水合反應(yīng)，形成水合物漿液，而催化裂化干氣中所含氫氣的一部分氣相得到富集形成富氫氣體。在本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式中，使所述富氫氣體從水合物分離器的頂部出口排出而被收集，將所述水合物漿液經(jīng)水合物分離器的底部出口送入水合物化解器實(shí)施化解，化解出的脫除氣體的水合物工作液供水合反應(yīng)循環(huán)使用。在本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式中，使水合物工作液進(jìn)入水合反應(yīng)器時(shí)的溫度為4-15℃，壓力為1.0-5.1MPa。該溫度和壓力下的水合物工作液更有利于在其流經(jīng)喉管段形成壓力差，從而有利于裂化催化干氣被吸入水合反應(yīng)器的穩(wěn)定段，使之與水合物工作液進(jìn)行水合反應(yīng)，形成水合物漿液。在本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式中，所述水合反應(yīng)器的入口段的管道內(nèi)徑為15-50mm，所述喉管段的內(nèi)徑與所述入口段的管道內(nèi)徑比值為0.05-0.5，所述進(jìn)氣口的直徑與所述喉管段的內(nèi)徑比值為0.2-0.5；所述入口段的長(zhǎng)度與所述入口段的管道內(nèi)徑比值為1-3，所述喉管段長(zhǎng)度與所述喉管段內(nèi)徑的比值為1-2.5，所述穩(wěn)定段的長(zhǎng)度與所述入口段的管道內(nèi)徑比值為3-5。在本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式中，所述水合物分離器的操作溫度為4-15℃，操作壓力為1.1-5.1MPa。在水合物分離器中控制上述操作溫度和操作壓力可以使水合物漿液和催化裂化干氣中的氫氣盡可能的分離完全，實(shí)現(xiàn)氣相和液相的分離。在本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式中，所述水合物化解器的操作溫度為8-23℃，操作壓力為0.1-2.1MPa。在水合物化解器中控制上述操作溫度和壓力可以使水合物漿液盡可能的完全化解得到貧氫氣體和水合物工作液，實(shí)現(xiàn)貧氫氣體與水合物工作液的分離。在本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式中，待分離催化裂化干氣被吸入水合反應(yīng)器前的壓力為0.6-1.6MPa。本專利技術(shù)還提供了實(shí)現(xiàn)上述催化裂化干氣中氫氣的分離方法的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括水合物工作液儲(chǔ)罐、水合反應(yīng)器、水合物分離器、水合物化解器、加熱器和/或減壓閥；其中，水合反應(yīng)器腔體沿水合物工作液流動(dòng)方向具有入口段、喉管段和穩(wěn)定段，且喉管段的流通面積均小于入口段和穩(wěn)定段的流通面積，該水合反應(yīng)器腔體對(duì)應(yīng)于喉管段的側(cè)壁開(kāi)設(shè)有進(jìn)氣口；所述水合物工作液儲(chǔ)罐設(shè)有入口和出口，所述水合物工作液儲(chǔ)罐的出口與所述水合反應(yīng)器的入口段連通；所述水合反應(yīng)器穩(wěn)定段設(shè)有用于排出水合物漿液和富氫氣體的出口本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種催化裂化干氣中氫氣的分離方法，其特征在于，包括使催化裂化干氣發(fā)生水合反應(yīng)，并收集富氫氣體的過(guò)程，其中，實(shí)現(xiàn)水合反應(yīng)的水合反應(yīng)器具有以下結(jié)構(gòu)：水合反應(yīng)器腔體沿水合物工作液流動(dòng)方向具有入口段、喉管段和穩(wěn)定段，且喉管段的流通面積均小于入口段和穩(wěn)定段的流通面積，該水合反應(yīng)器腔體對(duì)應(yīng)于喉管段的側(cè)壁開(kāi)設(shè)有進(jìn)氣口；所述分離方法包括：將水合物工作液從入口段送入所述水合反應(yīng)器中，使催化裂化干氣通過(guò)進(jìn)氣口與水合反應(yīng)器連通，利用流經(jīng)喉管段的水合物工作液產(chǎn)生的吸力將待分離催化裂化干氣吸入水合反應(yīng)器，并使二者在流至穩(wěn)定段過(guò)程中被混合而發(fā)生水合反應(yīng)，生成水合物漿液和富氫氣體；將所述水合物漿液和富氫氣體送入水合物分離器，分離并收集富氫氣體。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種催化裂化干氣中氫氣的分離方法，其特征在于，包括使催化裂
化干氣發(fā)生水合反應(yīng)，并收集富氫氣體的過(guò)程，其中，
實(shí)現(xiàn)水合反應(yīng)的水合反應(yīng)器具有以下結(jié)構(gòu)：水合反應(yīng)器腔體沿水合物工
作液流動(dòng)方向具有入口段、喉管段和穩(wěn)定段，且喉管段的流通面積均小于入
口段和穩(wěn)定段的流通面積，該水合反應(yīng)器腔體對(duì)應(yīng)于喉管段的側(cè)壁開(kāi)設(shè)有進(jìn)
氣口；
所述分離方法包括：將水合物工作液從入口段送入所述水合反應(yīng)器中，
使催化裂化干氣通過(guò)進(jìn)氣口與水合反應(yīng)器連通，利用流經(jīng)喉管段的水合物工
作液產(chǎn)生的吸力將待分離催化裂化干氣吸入水合反應(yīng)器，并使二者在流至穩(wěn)
定段過(guò)程中被混合而發(fā)生水合反應(yīng)，生成水合物漿液和富氫氣體；
將所述水合物漿液和富氫氣體送入水合物分離器，分離并收集富氫氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離方法，其特征在于，使所述富氫氣體從水
合物分離器的頂部出口排出而被收集，將所述水合物漿液經(jīng)水合物分離器的
底部出口送入水合物化解器實(shí)施化解，化解出的脫除氣體的水合物工作液供
水合反應(yīng)循環(huán)使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離方法，其特征在于，使水合物工作液進(jìn)入
水合反應(yīng)器時(shí)的溫度為4-15℃，壓力為1.0-5.1MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的分離方法，其特征在于，所述水合反應(yīng)器
的入口段的管道內(nèi)徑為15-50mm，所述喉管段的內(nèi)徑與所述入口段的管道內(nèi)
徑比值為0.05-0.5，所述進(jìn)氣口的直徑與所述喉管段的內(nèi)徑比值為0.2-0.5；
所述入口段的長(zhǎng)度與所述入口段的管道內(nèi)徑比值為1-3，所述喉管段長(zhǎng)
度與所述喉管段的內(nèi)徑比值為1-2.5，所述穩(wěn)定段的長(zhǎng)度與所述入口段的管道
內(nèi)徑比值為3-5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離方法，其特征在于，所述水合物分離器
的操作溫度為4...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭緒強(qiáng)，陳光進(jìn)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)石油大學(xué)北京，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11