本文關(guān)鍵詞： 氫氣回收 富氫氣體 膜耦合工藝 UniSim Design 模擬　出處：《大連理工大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著人們對生存環(huán)境的日益重視,我國燃油標準不斷提高,車用汽油、柴油中的硫、烯烴、芳烴含量等指標控制越來越嚴格；然而煉油廠為了降低原油采購成本,大幅度提高含硫、含酸、重質(zhì)原油的加工比例,因此,選擇清潔化的加氫技術(shù)是解決問題的主要措施。但帶來的問題是,氫氣的消耗量逐年大幅度的增加,已經(jīng)成為了煉油過程中僅次于原油成本的第二成本。同時,在加工原油過程中產(chǎn)生的含氫尾氣被作為燃料氣使用,或由于現(xiàn)有的分離回收工藝比較單一,對氫氣和輕烴的回收率低,造成氫氣和輕烴資源的極大浪費。因此,針對某煉廠尾氣的氫氣回收,本論文提出利用膜分離和變壓吸附(PSA)工藝的耦合技術(shù)來實現(xiàn)煉廠尾氣中氫氣組分的高收率高純度回收,以滿足清潔燃料生產(chǎn)需要,降低制氫裝置的負荷,節(jié)約了資源和降低能耗。在原有變壓吸附(PSA)裝置基礎(chǔ)上,增加氫氣分離膜(HM)對現(xiàn)有尾氣進行回收利用。設(shè)計了分別利用單級膜和PSA回收流程,回收原PSA裝置解吸氣及其他煉廠尾氣。在此基礎(chǔ)上,提出了二段膜和PSA回收流程,在該流程中增加第二段膜分離單元回收一段膜滲余側(cè)氣體,達到增加氫氣回收率的目的。為進一步增大氫氣回收率和PSA裝置利用率,提出了二段膜和PSA耦合流程,通過一段氫膜分離器處理部分氫氣濃度較高的重整氫原料,直接得到高純度產(chǎn)品氫；氫氣濃度較低的幾股尾氣和一段膜滲余側(cè)氣體混合進入二段膜分離器提純到90%左右,然后作為PSA裝置的原料進行氫氣的提純回收,以實現(xiàn)氫氣回收的高純度和高收率。利用UniSim Design軟件對三種工藝流程進行模擬與優(yōu)化�？疾爝M料壓力、操作壓比等操作參數(shù)對氫氣回收率、經(jīng)濟效益等結(jié)果的影響,發(fā)現(xiàn)隨著操作壓力和壓力比增大,所需膜面積減小、氫氣回收率增大。在不同操作條件下,分別對三種尾氣回收流程進行經(jīng)濟核算。一級膜分離流程中,新增面積為9561m2的膜分離裝置,得到濃度為98 mo1%的氫氣產(chǎn)品,每年增加氫氣回收量4683 t,將氫氣回收率由71.86%提高到96.63%,年經(jīng)濟效益收增加1.68×108 CNY。二段膜和PSA回收流程的氫氣回收率為97.51%,較單獨PSA流程,回收率提高了25%左右。該流程總膜面積為24197m2,其中一段膜面積與單級膜流程基本一致。每年可回收產(chǎn)品氫148688 t,總收益7.85×108 CNY。二段膜分離和PSA耦合流程所需膜面積為21335m2,達到產(chǎn)品氫濃度99mol%的要求,氫氣回收率為97.67%,年收益為7.30×108 CNY。結(jié)果表明,回收該煉廠尾氣中的氫氣時,不同工藝流程均受到進料壓力和操作壓力比等參數(shù)對經(jīng)濟效益具有直接影響,結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的膜和PSA耦合工藝充分利用了膜分離和PSA裝置的優(yōu)勢互補,有助于提高氫氣回收率和氫氣產(chǎn)品的濃度,增加經(jīng)濟效益。
[Abstract]:As people pay more and more attention to the living environment, the standard of fuel oil in our country is increasing, and the content of sulfur, olefins and aromatics in gasoline and diesel oil is controlled more and more strictly. However, in order to reduce the cost of crude oil procurement, the oil refinery, The processing ratio of crude oil containing sulfur, acid and heavy oil has been greatly increased. Therefore, the choice of clean hydrogenation technology is the main measure to solve the problem, but the problem is that the consumption of hydrogen is increasing by a large margin year by year. At the same time, the hydrogen-containing tail gas produced during the processing of crude oil is used as a fuel gas, or because the existing separation and recovery process is relatively simple. The low recovery of hydrogen and light hydrocarbons causes a great waste of hydrogen and light hydrocarbon resources. In this paper, the coupling technology of membrane separation and pressure swing adsorption (PSA) process is proposed to realize the high yield and high purity recovery of hydrogen components in refinery tail gas, so as to meet the needs of clean fuel production and reduce the load of hydrogen production plant. It saves resources and reduces energy consumption. On the basis of the original pressure swing adsorption (PSA) plant, hydrogen separation membrane (HM) is added to recycle the existing tail gas. The single stage membrane and PSA recovery process are designed, respectively. Based on the recovery of gas from the original PSA plant and other refinery exhaust gas, a two-stage membrane and PSA recovery process was proposed, in which a second membrane separation unit was added to recover the residual gas from the first stage of membrane infiltration. In order to further increase the hydrogen recovery rate and the utilization rate of PSA unit, a two-stage membrane and PSA coupling process was proposed to treat some reforming hydrogen feedstocks with high hydrogen concentration through a one-stage hydrogen membrane separator. High purity hydrogen was obtained directly, and several tail gases with low hydrogen concentration were mixed into the secondary membrane separator to be purified to about 90%, and then used as raw material of PSA unit for hydrogen purification and recovery. In order to achieve high purity and high yield of hydrogen recovery, three processes were simulated and optimized by UniSim Design software. The effects of operating parameters such as feed pressure and operating pressure ratio on hydrogen recovery and economic benefit were investigated. It is found that the required membrane area decreases and the hydrogen recovery rate increases with the increase of operating pressure and pressure ratio. A new membrane separator with an area of 9561 m2 was added to obtain hydrogen products with a concentration of 98 mol%. The hydrogen recovery rate was increased from 71.86% to 96.63 t per year, and the annual economic benefit was increased by 1.68 脳 108CNY. the hydrogen recovery rate of the two-stage membrane and PSA recovery process was 97.51%, which was higher than that of the single PSA process. The recovery rate was increased by about 25%. The total membrane area of the process was 24197m2, and the membrane area of the first segment was basically the same as that of the single-stage membrane process. The recoverable product hydrogen was 148688 tons per year, and the total revenue was 7.85 脳 108CNY. the membrane area required for the two-stage membrane separation and PSA coupling process was 21335m2. Reaching the requirement of 99mol% hydrogen concentration, The hydrogen recovery rate is 97.67 and the annual income is 7.30 脳 108CNY. the results show that when the hydrogen is recovered from the tail gas of the refinery, the different technological processes are directly affected by the parameters such as feed pressure and operating pressure ratio on the economic benefits. The membrane and PSA coupling process with relatively complex structure makes full use of the advantages of the membrane separation and the PSA unit to complement each other, which is helpful to increase the hydrogen recovery rate and the hydrogen product concentration and increase the economic benefit.
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ116.2;X742

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本文編號：1502527