加氢基本操作法2

扬州石化加氢装置循环氢弛放气 膜回收氢气 初步方案 九江紫环科技发展有限公司 二五年五月 1技术说明 美国 AIR PRODUCTS AND CHEMICALS Inc 所属的 PERMEA 是世界气体膜分离 领域的开拓者。PERMEA 及其普里森 气体膜分离技术从 1977 年推出第一套商业 化装置以来已成功地走过了二十年的历程。九江紫环科技发展有限公司是 AIR PRODUCTS AND CHEMICALS Inc 在中国石化唯一的普里森 代理公司，拥有普里 森 系统设计、监制及售后服务的工程技术力量。目前，在世界范围内普里森 膜已有二百多套普里森 氢气膜系统在运行，其中有六十余套在石油化工行业中 应用。经验证明：普里森 膜分离技术与深冷、变压吸附（PSA）等技术相比， 具有投资省、占地少、起动快、甚少维修、稳定可靠等特点。是有着光明前景 的高新技术 ，甚至有人将膜技术的应用称之为“第三次工业革命”。 膜分离的基本原理就是利用各气体组分在高分子聚合物中的溶解扩散速率 不同，因而在膜两侧分压差的作用下导致其渗透通过纤维膜壁的速率不同而分 离。推动力（膜两侧相应组分的分压差）、膜面积及膜的分离选择性，构成了 膜分离的三要素。依照气体渗透通过膜的速率快慢，可把气体分成“快气”和 “慢气”。常见气体中，H 2O、H 2、 He、H 2S、CO 2等称为“快气”；而称为“慢 气”的则有的 CH4 及其它烃类、N2、CO、Ar 等。 普里森 分离器的外壳类似一管壳式换热器，内装数万根细小的中空纤维 丝。中空纤维的优点就是能够在最小的体积中提供最大的分离面积，使得分离 系 统紧凑高效，同时可以在很薄的纤维壁支撑下，承受较大的压力差。混合气体 进入膜分离器壳程后，沿纤维外侧流动，维持纤维内外两侧一适当的压力差， 则气体在分压差的驱动下，“快气”（氢气）选择性地优先透过纤维膜壁在管 内低压侧富集而作为渗透气（产品气）导出膜分离系统，渗透速率较慢的气体 （烃类）则被滞留在非渗透气侧，压力几乎跟原料气的相同，经减压冷却后送 出界区。 2工艺流程简述 在炼厂加氢装置中，由于加氢反应的氢气过量及转化率的影响，总有一部分 氢气在循环，也就是循环氢，但有于 H2S、CH4 等气体的累积，到一定程度后影 响加氢反应，必然要定期排放一部分循环氢，造成宝贵氢源浪费，普里森膜 分离器能有效的将这股定期排放循环氢中 H2S、CH4 等气体排除，而将氢气回收， 从而避免了定期排放一部分循环氢,节约了宝贵氢源，每年可获得可观效益。 膜分离的工艺流程非常简单，可分为预处理和膜分离两部分。 含氢尾气由 7.8MPa（G）进入膜分离界区，首先原料气进入除雾器（X- 101），除去大部分可冷凝的液体和粒子。一液位变送器对除雾器的液位实行液 位指示、报警及联锁。除雾器出来的气体进入两个串联的凝结型联合过滤器(X- 102)，以进一步除去油雾及大于 0.01m 的粒子（两组并联便于更换过滤器芯件） ；一加热器(E-101 )将原料气加热至 75C，使原料气远离露点，不至因氢气渗 透后滞留气烃类含量升高冷凝形成液膜而影响分离性能，用一蒸汽调节阀(TV- 101)与温度变送器(TT-101)联合实现原料气温度的调节、指示、报警及联锁； 温度变送器(TT-101)和 温度变送器(TT-102)联合对加热器前后的温差实行报警 联锁；加热过的气体经一管道过滤器进入膜分离器组(M-101)进行分离，在低压 九江紫环科技发展有限公司 扬州石化加氢装置循环氢弛放气膜回收氢气方案 Page- 3 - 侧得到氢气纯度为 98%以上、压力为 2.6MPa(G)的渗透气；非渗透气经减压到指 定压力后送到用户燃料的管网。 该系统设计有一个联锁导流阀(DV-101)，对膜分离器进行保护。当下列条 件满足时，DV-101 将关闭： A除雾器高液位，LSHH； B原料气高、低温度，TSHH、TSLL； C膜分离器两侧高压差 D紧急停车； 整个膜分离系统基本上无运动部件，控制回路及监控点少，开停车方便快 捷，甚少维修，开工率极高。简单的流程示意图如下（虚线框内为卖方供货范 围）： 联合过滤器 加热器 尾气 冷却器 80 原料气 除雾器 膜分离器组 冷却器 H 2 产品 压缩机 3工艺数据 31 用户提供的原料气工况条件： 原料气来源 加氢废氢回收 组分（%(mol)） 流 量（Nm3/hr） 2000 H2 91.30 压 力（Mpa（G） 78 CH4 6.20 温 度（） 40 C2H6 0.87 C3 0.24 C4 0.38 N2 0.01 H2S 1.0 32 根据用户提供的数据我们进行优化,将进膜分离装置气量定为 2000Nm3/h 并采用 AEP-401SB3S 膜一组进行的计算，结果如下： 原料气 膜入口 渗透气 尾气 流量 Nm3/h 2000 2000 1801 199 压力 Mpa（G） 7.8 7.4 2.6 7.3 温度 C 40 75 75 75 组成（mol%） H2 91.30 91.30 98.25 28.39 CH4 6.20 6.20 0.98 53.43 C2 0.87 0.87 893PPM 7.94 C3 0.24 0.24 198PPM 4.23 C4 0.38 0.38 251PPM 3.59 N2 0.01 0.01 20PPM 824PPM H2S 1.0 1.0 0.63 4.34 H2 回收率（%） 96.90 33 保证指标：若进入膜分离系统的原料气在提供的工况指标范围内，则膜分 离系统的保证指标为： 产品气氢气纯度 97% H2 回收率 95% 二十多年的运行经验证明：正常操作条件下，普里森 膜的使用寿命在十年 以上，氢回收装置的质量保证期为开车后一年或合同交货期后十八个月，以先 到时间为准。 4.效益 定期排放一部分循环氢大约 1000Nm3/h，氢气含量在 90%,每年排放氢气为 W=(1000 0.9 22.4) 2 8000 = 642.86 吨 采用膜分离后每年排放氢气为 W1=(199 0.2839 22.4) 2 8000 = 40.35 吨 每年回收氢气=WW1=602.51 吨 按每吨氢气 1.1 万元计 折合人民币=602.51 1.1 = 662.8 万元 整个项目投资 202 万元。3 个半月收回投资，膜分离器使用寿命 8-10 年。 5供货范围 九江紫环科技发展有限公司将提供普里森膜分离系统的所有设备、仪表、 管线、管件、阀门及其它所需的材料，并提供相关的设备和工艺设计及技术培 训和技术服务。 5.1 主要设备 A. 除雾器（X101） 总高度，mm 2200 内径，mm 325 内件 高效丝状除雾元件 设计压力，Mpa 8.6 材质 16MnR 九江紫环科技发展有限公司 扬州石化加氢装置循环氢弛放气膜回收氢气方案 Page- 5 - 腐蚀裕度，mm 3 压力容器类别 II 设备单重，Kg 4 加工厂家 九江制氧机厂或其他用户认可厂 家 数量，台 1 B.联合过滤器（X102） 型号 MF0240/12+SMF0240/12 介质 H2、C1、C2+、H2S 设计压力，Mpa 8.6 设计温度，C 150 操作温度、压力 75C，7.8MPa 厂家 顺风派尼尔或杭州海人 数量，台 4 C.加热器（E-101） 类型 套管式 加热介质 低压蒸汽 材质 不锈钢 设计压力，Mpa 壳程 2.5 管程 86 设备单重，Kg 500 加工厂家 九江制氧机厂或其他用户认可 厂家 数量，台 1 D. Prism膜分离器组（M-101） 高，mm 3000 公称直径，mm 100 芯件 美国产普里森 中空纤维 壳体材质 20钢 设计压力，Mpa 8.6 腐蚀裕度，mm 3 压力容器类别 II 设备单重，Kg 500 壳体加工厂家 九江制氧机厂或其他用户认可厂家 5.2 仪表及阀门 膜分离装置的现场仪表及阀门由柏美亚（中国）有限公司提供。 5.3 组装 九江紫环科技发展有限公司将把所有设备及现场仪表作为一撬装设备，组装 在两个框架上整体交货，并提供界区配对法兰、垫片及螺栓。 5.4 主要文件资料 PID,PFD 主要控制点及其控制参数 控制回路图及报警联锁值 仪表逻辑图及联锁说明 平面布置及基础图 配管图及外接管口方位图 外接管口管径及介质物性表 仪表引压管试压报告 最终仪表清单 设备表 设备装配图 操作手册（包括运行维护说明） 压力容器检验合格证书 5.5 技术服务及技术培训 卖方将派至少一名工程师到用户现场对装置就位、边界及框架之间的连接 和开车进行指导，协助配合进行 DCS 的组态，并负责培训用户的技术人员及操 作人员，连续时间限于 14 天以内。 6使用规范 换热器 TERM R or GB150-99 and/or ASME B31.3 管路 GBJ 235-82 or ASME B31.3 and/or ANSI B36.10 法兰及安装 ANSI B16.5 或等同的石化标准 SH/T3406-96 材料 ASTM 或等同的中国国家标准 电气 IEC 或等同的中国国家标准 仪表 ANSI, GBJ 9386 7性能测试及验收 本系统一经开车，买方应在卖方指导下进行性能测试。所有流量、压力、 温度数据由现场仪表测量获得。气体组成由气相色谱仪分析或由双方协商确定； 当进入系统的原料气在 性能测试原料气指标 所规定的范围内，系统连续运转 48 小时的平均性能达到系统 保证指标 的参数，则认为测试完成，完全达到要求。 在系统性能达到保证指标后，双方代表签署验收合格证书一式两份，双方各持 九江紫环科技发展有限公司 扬州石化加氢装置循环氢弛放气膜回收氢气方案 Page- 7 - 一份。 在交货后、性能测试前的时间内，如果因为买方的原因引起的氢回收装置 故障，卖方应协助解决，费用由买方自理。 8装置占地 整套膜装置将安装在两个框架上，占地面积为 2.5（宽）X 7（长）M 9预计公用工程消耗 买方应为普里森 膜分离系统提供的公用工程包括：电、蒸汽、仪表空气、 氮气等。少量仪表用电；蒸汽用来加热原料气；仪表空气用于现场仪表的操作 和控制；氮气用于开车前的管路置换。预计用量为： 项 目 耗 量 蒸汽（1.0Mpa） 约 100 Kg/hr 仪表空气 5 Nm 3/hr 氮气 20 Nm3/次 10制造周期 合同生效后 20 周内 附 PID 图 如果采用将进膜分离装置气量定为 8000Nm3/h 并采用 AEP-801SB3S 膜一组进行 的计算，结果如下： 原料气 膜入口 渗透气 尾气 流量 Nm3/h 8000 8000 7131.6 868.4 压力 Mpa（G