一种从轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统

摘要

本发明公开一种从轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统，加热器连接在的汽液分离设备的上部汽相出口与膜分离器之间，由汽液分离设备出来的待处理工艺气体经加热后送入膜分离器；节流阀设置在上游汽液分离设备的液相或塔进料口以上的精馏段塔盘与膜分离器渗透侧之间的管线上，来自上游气液分离设备或塔进料口以上的精馏段塔盘的物流，经节流阀或调节阀后以汽相物流进入膜分离器，与通过膜渗透过来的组分混合作为回收富氢气体；中和洗涤罐与膜分离器相连接，在膜分离器中经部分回收氯化氢和氢气后仍含有部分残余氯化氢的非渗透气物流进入中和洗涤罐，采用湿法工艺处理非渗透气物流；或部分回收氯化氢和氢气后的非渗透气物流采用干法工艺处理。

权利要求

1.一种从轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统，其特征在于，包括：脱烃组分塔、与所述脱烃组分塔连接的汽液分离设备、加热器、膜分离器和中和洗涤罐，其中：所述加热器连接在汽液分离设备的上部汽相出口与所述膜分离器之间，所述加热器对由汽液分离设备上部汽相出口出来的待处理工艺气体进行加热，经加热后的待处理工艺气体送入所述膜分离器，其中所述待处理工艺气体是指含有氯化氢、氢气、烷烃类气体组分和少量其他轻烃类组分的气体物流；

节流阀或调节阀设置在上游汽液分离设备的液相或塔进料口以上的精馏段塔盘与所述膜分离器渗透侧之间的管线上，来自上游汽液分离设备或塔进料口以上的精馏段塔盘的物流，经节流阀或调节阀后以汽相物流进入所述膜分离器的渗透侧，与通过所述膜分离器中的膜渗透过来的组分混合作为回收富氢气体；

所述中和洗涤罐与所述膜分离器相连接，在所述膜分离器中经部分回收氯化氢和氢气后仍含有部分残余氯化氢的非渗透气物流进入所述中和洗涤罐，通入所述中和洗涤罐中的中和液及洗涤液对非渗透物流中残余的氯化氢进行脱除，处理后不含氯化氢的燃料气从所述中和洗涤罐上部回收。

2.根据权利要求1所述的从轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统，其特征在于，所述汽液分离设备为塔顶回流罐。

3.根据权利要求1所述的从轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统，其特征在于，所述中和液为能与氯化氢起中和反应的碱液。

4.根据权利要求1所述的从轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统，其特征在于，所述洗涤液为水。

5.根据权利要求1所述的从轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统，其特征在于，所述中和洗涤罐为卧式或立式，内置逐级中和段和内置逐级洗涤段，以及脱气段。

6.一种从轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统，其特征在于，包括：脱烃组分塔、与所述脱烃组分塔连接的汽液分离设备、加热器、膜分离器和吸附脱吸单元，其中：所述加热器连接在汽液分离设备的上部汽相出口与所述膜分离器之间，所述加热器对由汽液分离设备上部汽相出口出来的待处理工艺气体进行加热，经加热后的待处理工艺气体送入所述膜分离器，其中所述待处理工艺气体是指含有氯化氢、氢气、烷烃类气体组分和少量其他轻烃类组分的气体物流；

节流阀或调节阀设置在上游汽液分离设备的液相或塔进料口以上的精馏段塔盘与所述膜分离器渗透侧之间的管线上，来自上游汽液分离设备或塔进料口以上的精馏段塔盘的物流，经节流阀或调节阀后的汽相物流进入所述膜分离器的渗透侧，与通过所述膜分离器中的膜渗透过来的组分混合作为回收富氢气体；

所述吸附脱吸单元与所述膜分离器相连接，在所述膜分离器中经部分回收氯化氢和氢气后仍含有部分残余氯化氢的非渗透气物流进入所述吸附脱吸单元，所述吸附脱吸单元包括两台装有吸附剂的吸附罐，非渗透气进入装有吸附剂的两台吸附罐脱除氯化氢，处理后的非渗透气符合环保标准作燃料气使用或进一步进行其他气体回收利用。

7.根据权利要求6所述的从轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统，其特征在于，所述汽液分离设备为塔顶回流罐。

说明书

一种从轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统

技术领域

[0001] 本发明涉及炼油和石油化工企业节能环保领域，具体而言，涉及一种从轻质烷烃异构化工艺的轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统。

背景技术

[0002] 在炼油、石油化工领域，有许多生产过程中排放的烃类气体中含有HCl和H2，而H2很具有回收价值，回收氢气再利用意味着生产成本的降低；HCl的回收再利用也可以为生产降低成本，而且存在于气体中的HCl不但有毒有腐蚀性，而且对气体的再应用带来限制，常常会造成环境污染，其中为了脱除HCl经常采用的加碱中和法就会产生废碱液，处理不当仍会污染环境，而且需要更多的处理费用。

[0003] 目前实际生产中关于膜分离用于对气体组分提纯分离的技术很多，其膜分离的原理没有差别，各种技术的差别主要体现在应用领域和对膜分离的应用方法上。

发明内容

[0004] 本发明提供一种从轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统，用以通过膜分离和湿式(或干式)尾气处理工艺相结合的方式从含有HCl、H2、烷烃类和少量其他烃类气体组分的气体物流中分离出HCl和/或H2，如：主要是炼油企业和石油化工企业的采用卤素类催化剂的正丁烷异构化工艺(包括烷基化工艺中的正丁烷异构化部分，异丁烯工艺生产装置中的丁烷异构化部分)、正戊烷异构化工艺、正己烷异构化工艺、轻石脑油异构化工艺的尾气处理。

[0005] 为达到上述目的，本发明提供了一种从轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统，包括：加热器、膜分离器和中和洗涤罐，其中：

[0006] 所述加热器连接在的汽液分离设备的上部汽相出口与所述膜分离器之间，所述加热器对由汽液分离设备上部汽相出口出来的待处理工艺气体进行加热，经加热后的待处理工艺气体送入所述膜分离器，其中所述待处理工艺气体是指含有氯化氢、氢气、烷烃类气体组分和少量其他轻烃类组分的气体物流；

[0007] 所述节流阀或调节阀设置在上游汽液分离设备的液相或塔进料口以上的精馏段塔盘与所述膜分离器渗透侧之间的管线上，来自上游气液分离设备或塔进料口以上的精馏段塔盘的物流，经节流阀或调节阀后以汽相物流进入所述膜分离器，与通过膜渗透过来的组分混合作为回收富氢气体；

[0008] 所述中和洗涤罐与所述膜分离器相连接，在所述膜分离器中经部分回收氯化氢和氢气后仍含有部分余氯化氢的非渗透气物流进入所述中和洗涤罐，通入所述中和洗涤罐中的中和液及洗涤液对非渗透物流中残余的氯化氢进行脱除，处理后不含氯化氢的燃料气从所述中和洗涤罐上部回收。此为湿法处理工艺。

[0009] 进一步地，所述汽液分离设备为塔顶回流罐或其他类型汽液分离容器。

[0010] 进一步地，所述中和液为能与氯化氢起中和反应的碱液。

[0011] 进一步地，所述洗涤液为水。

[0012] 进一步地，所述中和洗涤罐为卧式或立式，内置逐级中和段和内置逐级洗涤段，以及脱气段。

[0013] 进一步地，所述来自上游汽液分离设备或塔进料口以上的精馏段塔盘的物流，经节流阀或调节阀后以汽相物流注入到所述膜分离器渗透侧。

[0014] 为达到上述目的，本发明还提供了一种从轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统，包括：加热器、膜分离器和吸附脱吸单元，其中：

[0015] 所述加热器连接在汽液分离设备的上部汽相出口与所述膜分离器之间，所述加热器对由汽液分离设备上部汽相出口出来的待处理工艺气体进行加热，经加热后的待处理工艺气体送入所述膜分离器，其中所述待处理工艺气体是指含有氯化氢、氢气、烷烃类气体组分和少量其他轻烃类组分的气体物流；

[0016] 所述节流阀或调节阀设置在上游气液分离设备的液相或塔进料口以上的精馏段塔盘与所述膜分离器渗透侧之间的管线上，来自上游汽液分离设备或塔进料口以上的精馏段塔盘的物流，经节流阀或调节阀后以汽相物流进入所述膜分离器，与通过膜渗透过来的组分混合作为回收富氢气体；

[0017] 所述吸附脱吸单元与所述膜分离器相连接，在所述膜分离器中经部分回收氯化氢和氢气后仍含有部分残余氯化氢的非渗透气物流进入所述吸附脱吸单元，所述吸附脱吸单元包括两台装有吸附剂的吸附罐，非渗透气进入装有吸附剂的两台吸附罐脱除氯化氢，处理后的非渗透气回收利用。此为干法处理工艺。

[0018] 进一步地，所述汽液分离设备为塔顶回流罐或其他类型汽液分离容器。

[0019] 本发明是将烃类气体物流中的氯化氢(HCl)和氢气(H2)，首先采用膜分离的方式将其分离出来，返回装置再利用，然后非渗透气继续用湿法洗涤或干法吸附的方式进一步脱除未回收的氯化氢，完全脱除氯化氢的非渗透气可做燃料气使用。本发明同时回收了氯化氢(HCl)和氢气(H2)，减轻了尾气处理费用，也减少了生产装置中氯化剂和氢气(H2)的消耗量，从而降低生产运营成本，减小环保压力，直至彻底解决环保问题，具体体现在：

[0020] (1)进入膜分离器的工艺气体通过加热器过热方式改善稳定膜分离回收效果和延长膜寿命；

[0021] (2)采用来自上游分离设备液相经节流阀汽化后的汽相物流(或来自塔进料口以上的精馏段塔盘抽出物流经调节阀调节后)注入渗透侧提高回收率；

[0022] (3)采用膜分离方法对氢和氯化氢组分同时提浓、回收再利用；

[0023] (4)采用膜分离、中和洗涤湿法(或吸附、脱吸干法)相结合的手段达到回收再利用和减少环境污染物排放的目的；

[0024] (5)中和洗涤湿法脱氯化氢中采用中和洗涤罐，而不是传统的洗涤塔，可以减少投资。

附图说明

[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0026] 图1为本发明一个实施例的从轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统示意图。

具体实施方式

[0027] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0028] 图1为本发明一个实施例的从轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统示意图。图1中，1为脱烃组分塔，2为回流泵，3为塔顶回流罐，4为加热器，5为膜分离器，6为中和洗涤罐，7为吸附脱吸单元，8为节流阀，A为冷媒，B为热媒，C为回收的富氢气体，D为处理后的燃料气，E为中和液，F为洗涤液，G为废液，H为解吸剂，J为燃料气，K为脱吸气。本发明中，根据脱除氯化氢方式的不同，可以分为湿法、干法脱除氯化氢两类系统结构。

[0029] 当采用湿法脱除氯化氢时，从轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统包括：加热器、膜分离器和中和洗涤罐，其中：

[0030] 加热器连接在的汽液分离设备(如图1中采用的是塔顶回流罐)的上部汽相出口与膜分离器之间，加热器对由汽液分离设备上部汽相出口出来的待处理工艺气体进行加热，经加热后的待处理工艺气体送入膜分离器，其中待处理工艺气体是指含有氯化氢(HCl)、氢气(H2)、烷烃类和少量其他烃类气体组分的气体物流；

[0031] 节流阀或调节阀设置在上游汽液分离设备的液相或塔进料口以上的精馏段塔盘与膜分离器渗透侧之间的管线上，来自上游气液分离设备或塔进料口以上的精馏段塔盘的物流，经节流阀或调节阀后以汽相物流进入膜分离器，与通过膜渗透过来的组分混合作为回收富氢气体；

[0032] 中和洗涤罐与膜分离器相连接，在膜分离器中经部分回收氯化氢和氢气后仍含有部分残余氯化氢的非渗透气物流进入中和洗涤罐，通入中和洗涤罐中的中和液及洗涤液对非渗透物流中残余的氯化氢进行脱除，处理后尾气不含氯化氢符合环保标准作燃料气使用或进一步进行其他气体回收。

[0033] 其中，待处理工艺气体的工艺操作限制条件由膜分离器的膜组件要求决定，为了满足膜分离器的工艺条件要求，可以采用加热、冷却、升压等手段使原料气满足进入膜分离器的限制要求。一般来的原料气为常温饱和气体，需要用加热器提高温度，使气体物流远离露点温度进入膜分离器。经过节流阀的物流来自回流罐，也可以来自塔进料口以上的精馏段塔盘抽出后经调节阀调节，其工艺操作限制条件由膜分离器的膜组件要求决定，为了满足膜分离器的工艺条件要求，可以采用加热、冷却、调压等手段使原料气满足进入膜分离器的限制要求。进一步采用湿法脱氯化氢时，非渗透气富烃物流(离开膜分离器去中和洗涤罐物流)限制条件由中和洗涤罐及后续系统的要求决定，为了满足其要求，可以采用冷却、调压等手段。进一步采用干法脱氯化氢时，非渗透气富烃物流限制条件由吸附罐、脱吸罐要求决定。

[0034] 进一步地，所述中和洗涤罐为卧式或立式，内置逐级(一般为1～5级)中和段和内置逐级(一般为1～5级)洗涤段，以及脱气段。

[0035] 进一步地，所述来自上游汽液分离设备或塔进料口以上的精馏段塔盘的物流，经节流阀或调节阀后以汽相物流注入到所述膜分离器渗透侧。

[0036] 当采用干法脱除氯化氢时，从轻烃类气中回收HCl和氢气的工艺系统包括：加热器、膜分离器和吸附脱吸单元，其中：

[0037] 加热器连接在汽液分离设备的上部汽相出口与膜分离器之间，加热器对由汽液分离设备上部汽相出口出来的待处理工艺气体进行加热，经加热后的待处理工艺气体送入膜分离器，其中待处理工艺气体是指含有氯化氢、氢气、烷烃类气体组分和少量其他轻烃类组分的气体物流；

[0038] 节流阀和调节阀设置在上游气液分离设备的液相或塔进料口以上的精馏段塔盘与膜分离器渗透侧之间的管线上，来自上游汽液分离设备或塔进料口以上的精馏段塔盘的物流，经节流阀或调节阀后以汽相物流进入膜分离器，与通过膜渗透过来的组分混合作为回收富氢气体；

[0039] 吸附脱吸单元与膜分离器相连接，在膜分离器中经部分回收氯化氢和氢气后仍含有部分残余氯化氢的非渗透气物流进入吸附脱吸单元，吸附脱吸单元包括两台装有吸附剂的吸附罐，非渗透气进入装有吸附剂的两台吸附罐(吸附、脱吸切换使用)脱除氯化氢，处理后的非渗透气符合环保标准作燃料气使用或进一步进行其他气体回收利用，干法吸附脱氯化氢的优点是不消耗碱液，没有废水和废碱液产生，但吸附剂寿命期后有废固产生。

[0040] 上述实施例中，工艺气体为来自上游的汽液分离设备(图1中的塔顶回流罐)，经加热器加热到符合膜分离器要去的条件后，进入膜分离器，膜分离器的渗透侧接入一股来自上游分离设备液相经节流阀汽化后的汽相物流(或来自塔进料口以上的精馏段塔盘抽出后经调节阀)，与通过膜渗透过来的组分一起混合作为回收富氢气体返回装置再利用；经膜分离器仍含有残余氯化氢的非渗透气物流直接去中和洗涤罐，在此通过湿法中和洗涤完成对物流中残余的氯化氢彻底脱除，不含氯化氢的处理后燃料气可以作为干净环保的燃料气使用或进行进一步的气体回收利用。所述的中和液为能与氯化氢起中和反应，完全反应掉残余氯化氢的碱液，所述的洗涤液为针对离开中和洗涤罐的处理后燃料气进行最后洗涤，确保处理后燃料气完全符合环保要求的液体，一般大多数情况是水；中和及洗涤后的液体叫废液，排出装置进行另外处理。当采用干法脱除非渗透气中氯化氢时，非渗透气进入装有吸附剂的两台吸附罐(吸附、脱吸切换使用)脱除氯化氢，处理后的非渗透气符合环保标准作燃料气使用或进一步进行其他气体回收利用，干法吸附脱氯化氢的优点是不消耗碱液，没有废水和废碱液产生，但吸附剂寿命期后有废固产生。

[0041] 本发明是将烃类气体物流中的氯化氢(HCl)和氢气(H2)，首先采用膜分离的方式将其分离出来，返回装置再利用，然后非渗透气继续用湿法中和洗涤或干法吸附的方式进一步脱除未回收的氯化氢，完全脱除氯化氢的非渗透气可做燃料气使用。本发明同时回收了氯化氢(HCl)和氢气(H2)，减轻了尾气处理费用，也减少了生产装置中氯化剂和氢气(H2)的消耗量，从而降低生产运营成本，减小环保压力，直至彻底解决环保问题。

[0042] 为了进一步说明其实际应用效果，以下按照实际生产装置尾气为例进行具体说明。实例中和液为20％wtNaOH碱液，洗涤液为干净水。

[0043] 表1 原料气数据

[0044]

[0045] 表2 产品数据汇总

[0046]

[0047] 案例中原料气温度为40℃，压力0.7MPa；新碱液和补充水均为环境温度，压力0.5MPa。

[0048] 本发明处理后的氯化氢回收率(回收富氢气体中HCl/原料气中HCl)为37.91％，氢气回收率(回收富氢气体中氢/原料气中氢)为90.17％。节省氢气消耗2700×104Nm3/a，节省氯化剂消耗148t/a，节省碱液消耗约38％，减少废碱液排放约50％。

[0049] 通过上述实施例可以看出，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0050] (1)本发明经济效果明显：可以节省90％氢气消耗；节省38％氯化剂消耗；节省38％碱液消耗；

[0051] (2)本发明环保效果明显：可以减少50％的废液排放；

[0052] (3)本发明可以达到短期内回收投资的目的，案例情况按照某当地经济数据计算，可以在2～3个月内回收全部投资，经济效果明显。

[0053] 本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

[0054] 本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

[0055] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。