浅冷油吸收－膜分离技术在炼厂干气回收中的应用

寿鲁阳

（浙江石油化工有限公司，浙江舟山 316000）

炼厂干气主要来源于原油的二次加工装置，如催化裂化、延迟焦化、连续重整和芳烃联合装置等，其富含氢气、碳一、碳二、碳三等轻烃资源，在传统的炼厂，炼厂干气主要用于补充全厂燃料气，其中的乙烯、乙烷和氢气等主要组分未得到高效综合利用，造成资源浪费，且排放大量CO2，污染环境。随着国家环保法规日趋严格和石油资源日益枯竭，国内部分炼厂开始合理利用炼厂干气这一重要石油和化工资源，如刘天翼、孙建怀等分别利用膜分离技术和PSA技术回收炼厂干气中氢气，取得了良好的经济效益和社会效益[1-2]。李建伟、刘文杰等利用催化干气中的乙烯组分与苯反应制备乙苯和高辛烷值汽油组分[3-4]。中国石化北京化工研究院针对国内炼厂干气回收现状，开发了浅冷油吸收炼厂干气成套技术[5-6]，该技术在浅冷操作（10～15℃）条件下对炼厂干气进行吸收分离，在齐鲁分公司实现焦化干气和催化裂化干气回收装置一次开车成功，装置运行平稳，经济效益显著[7]。茂名石化炼厂利用两段吸附分离技术将催化裂化和焦化混合干气的乙烯和乙烷资源高效回收，实现资源的综合利用[8]。

某石化4 000 万t/a 炼化一体化项目一期工程，各类石化装置规模都名列世界同类装置前茅，在实际生产过程中产生大量炼厂干气，含有丰富的氢气、碳二资源，包括来自重油催化裂化装置以乙烯为主的饱和干气和来自延迟焦化、连续重整和芳烃联合装置以乙烷为主的不饱和干气（如表1 所示），综合利用这部分炼厂干气，一方面回收其中占比6%～35%（φ）高附加值的粗氢气，作为氢气提纯装置的补充原料；另一方面，回收占炼厂干气10%～70%（φ）的碳二组分，代替部分轻质油作为乙烯裂解原料，可使裂解原料轻质化，优化乙烯原料结构。发挥炼化一体化优势，进一步提高乙烯装置经济性。

1 炼厂干气回收装置技术方案比选

目前，已开发成功的回收炼厂干气中的氢气、碳二等高价值组分的技术主要有深冷分离法、PSA变压吸附法、浅冷油吸收法。

表1 某炼化企业炼厂干气组成 %（φ）

深冷分离法是一种低温精馏分离工艺，主要原理为利用原料中各组分相对挥发度及沸点的差异，通过气体透平膨胀制冷，在-90 ～120℃低温下，将混合干气各组分按工艺要求逐步冷凝成液相，然后再利用精馏方法将乙烯、乙烷、丙烯等组分依次分离，并脱除其中硫化氢、二氧化碳、水等杂质，最终得到乙烯、乙烷、丙烯等目标产品。深冷分离法的优点为技术成熟，目标产品回收率高，产品纯度高，但循环制冷流程较为复杂，设备投资大，后期装置运行维护成本高。

PSA变压吸附法基于不同种类气体分子在固体吸附剂内部表面作用力不同，在加压条件下，吸附力较大的碳二组分在吸附床层被吸附，排出吸附力较小的氢气、甲烷、氮气等组分；在减压条件下，吸附床层解吸排出吸附组分。同时，吸附剂实现再生。工业应用上采用多塔变压吸附－解吸循环程控过程，实现工艺连续操作，达到提纯分离目的。变压吸附法优势在于产品纯度高、能耗低、工艺流程简单、自动化程度高等。但该技术操作过程转动设备较多，机械故障率高导致装置在线率低。

浅冷油吸收法利用“相似相溶”的原理，以炼厂常见碳四和汽油作为吸收剂，将炼厂干气中“相似”的碳二及以上组分吸收下来并通过解吸获得回收提纯，而将“不相似”的氢气、氮气、氧、甲烷等尾气直接排入燃料气或进一步提取氢气。浅冷油吸收法主要优点为原料适应性强，以碳四为吸收剂，原料不需精制，碳二回收率高，操作条件温和，流程相对简单，运行稳定，能耗较低。

根据三种技术的各自特点（见表2），结合企业自身实际，最终采用浅冷油吸收技术回收炼厂干气中的碳二组分。富乙烯气送入乙烯装置裂解气压缩单元深冷分离，富乙烷气送入乙烯装置裂解炉作为乙烯裂解原料。利用膜分离技术回收富氢气体中的粗氢气，送至PSA装置进一步提纯，补充至氢气管网，提升气体利用率。剩余膜分离尾气作为全厂燃料气。

2 装置运行情况

该装置主要由干气分离、膜分离和公用工程部分组成。干气回收分离部分主要由不饱和干气回收分离、饱和干气回收分离、汽油吸收－稳定、混合干气分离单元等组成；膜分离部分主要由膜分离单元、膨胀机组成。该装置建成后一次开车成功，经过不断优化调整，装置运行平稳，各类工艺参数稳定，产品符合预期。

表2 炼厂干气回收工艺技术比较

2.1 不饱和干气单元原料与产品情况

根据原设计方案，催化干气总量大约22 t/h。在实际运行期间，装置进料量平均21 t/h。由于原料变化，氢气和甲烷含量较设计值偏高，实际运行数据见表3，富乙烯气各组分占比满足控制指标要求，甲烷摩尔分数小于5%，可作为原料直接送至乙烯装置碱洗塔。经过实际测算，不饱和单元C2 回收率大于92%，满足乙烯回收率不低于90%控制指标要求，不饱和干气回收效果良好。

2.2 饱和干气单元和混合干气单元原料与产品情况

饱和干气吸收单元以焦化干气、重整干气、歧化燃料气和异构化气体为原料。在实际运行期间，重整干气、歧化燃料气和异构化气体等混合干气组分变化，丙烷含量比设计值高许多。根据原设计方案，焦化干气和混合干气总量大约74 t/h。在实际运行期间，装置进料量平均68 t/h，实际运行数据见表4，各组分占比满足控制指标要求。甲烷和碳四以上重组分含量低，其中杂质符合乙烯裂解原料要求，可作为原料直接送至乙烯装置裂解炉。经过实际测算，饱和单元和混合干气C2回收率大于90%，满足乙烷回收率不低于90%控制指标要求，饱和干气回收效果良好。

表3 不饱和干气单元原料及产品组成

续表

2.3 膜分离单元原料与产品情况

富含氢气的甲烷氢尾气经过气液分离器除去气体中夹带的较大液体和固体颗粒，经过过滤器进一步除去细微的液滴，预热至80℃进入膜分离组件分离，在低压侧得到纯度高于80%（φ）产品粗氢气，送至PSA装置进一步提纯。高压侧非渗透气经过膜分离尾气膨胀机回收发电或通过跨线再并入燃料气管网。由表5 可见，粗氢气纯度高于设计标准，杂质含量较低，硫化氢和烃类含量极低，满足氢气提纯装置进料要求。

3 装置存在问题和优化措施

该装置自投产以来基本维持高负荷运行，在运行过程中不断摸索操作要领，优化操作参数，提高装置性能，目前存在如下问题，需要改进。

表4 饱和干气原料及产品组成

表5 膜分离单元原料及产品组成

3.1 焦化干气含焦粉

原设计方案中，考虑到焦化干气可能存在焦粉，已在流程上设置了两组过滤器，过滤器精度分别为15μm和2μm。在运行过程中，经常出现两组过滤器堵塞情况，当堵塞特别严重时，造成上游延迟焦化装置柴油再吸收塔憋压。为了保证上下游装置正常运行，现阶段增加过滤器切换频次，利用蒸汽吹扫等固定操作，保障了机组长周期运行。后期拟通过增加喷淋水洗塔脱除焦粉。

3.2 混合干气压缩机带液

重整干气、异构化气体和歧化燃料气经过混合干气压缩机升压分相，送至2#碳四吸收塔吸收分离，得到碳二提浓气，送至乙烷塔进一步分离。在运行期间，已出现多次压缩机联锁停机。经过分析比对发现，上游装置原料干气介质雾沫夹带液相，引起混合干气组分变重，造成压缩机振动超标联锁停机。为了保证离心压缩机长周期稳定运行，主要通过加强与上游装置沟通联系，稳定上游操作。后期择机增加分液设施和在线分析仪器，有效减少原料干气带液，监控压缩机运行情况。

4 结论

采用浅冷油吸收－膜分离技术对炼厂干气中目标组分进行系统分离回收，自装置投产以来，生产出符合要求的富乙烯气、富乙烷气和粗氢气。装置运行平稳，处理能力、产品质量和回收率等均达到设计值。目标产品杂质满足下游乙烯裂解装置和氢气提纯装置对原料的要求。在当前炼化一体化项目中，充分利用炼厂干气资源及装置连续平稳运行方面，浅冷油吸收－膜分离技术更有优势，具有良好的经济效益和社会效益。

需要加强焦化干气和混合干气原料管理，通过采取必要的净化处理措施，确保焦化干气中焦粉含量。同时，严格控制混合干气带液问题，通过增加分液措施和在线分析仪组合方案，从源头上预防压缩机进料带液问题，确保装置安全、平稳运行。