專利名稱：：一種高效合理利用煉廠尾氣及焦爐煤氣的方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及煉廠尾氣及焦爐煤氣等工業(yè)尾氣利用的
技術領域：
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背景技術：
：煉廠尾氣是煉油廠原油加工過程中產(chǎn)生的含有氫氣、甲烷、乙垸、丙垸、烯烴和輕烴等多種組分的混合氣體的統(tǒng)稱。一般來說，煉廠尾氣總量約占原油加工量的5%，組分中以氫氣含量居多，提取后可作為加氫原料或供應給其他用戶，具有較高的附加值。其他組分，如乙垸可作為裂解制乙烯和氯化生產(chǎn)氯乙烷的原料；LPG、C5輕油可用作化工原料或車用民用能源?？梢?，通過技術挖掘，提取這些高附加值物質后的其他組分，仍有極高的利用價值。目前，國內(nèi)煉廠大多為粗放型生產(chǎn)模式，煉廠尾氣中有用組分的回收技術缺乏優(yōu)化工藝。部分煉廠將其作為生產(chǎn)裝置的燃料利用，甚至仍有不少煉廠尾氣因為瓦斯系統(tǒng)平衡原因，不得不通過火炬燃燒而放空，造成資源的嚴重浪費。即便是采用有用組分回收技術的煉廠，也有不少中間副產(chǎn)品氣體，比如解析氣被浪費掉。因此，如何選擇一種能夠高效合理利用煉廠尾氣的新工藝技術和方法，既分離提取出其中各種高附加值組分，又能使其它組分物盡所能，發(fā)揮出最大利用價值，即高效合理利用、充分挖掘出我國豐富的煉廠尾氣資源的綜合利用價值，這是擺在我們面前極有意義的課題。煉廠尾氣的主要來源有常減壓蒸餾、催化裂化、延遲焦化、催化重整、異構化、加氫裂化、加氫精制等裝置。由于原油及工藝的不同，各裝置副產(chǎn)的煉廠尾氣組分也各不相同。其中，加氫裂化干氣、加氫精制干氣、重整千氣等基本不含烯烴組分；催化裂化干氣、焦化干氣等含有烯烴組分。像重整裝置干氣中氫氣組分含量較高，而有些則不高；有些干氣含硫量高，有些并不太高；有些裝置副產(chǎn)的干氣組分相對穩(wěn)定，有些則變化幅度較大。各裝置典型的煉廠尾氣組分情況如下表1所示。表l:各裝置典型的煉廠尾氣組分情況序裝置H2CH4誘2C2H6C2H4+C3H6COC02CmHn高位熱值低位熱值華白指數(shù)燃燒勢氣體密度號名稱MJ/Nm3(kcal/Nm3)(CP)kg/Nm31催化裂化37,123.615.59.711.51.31.20.128.67(6848)25.97(6204)38.36(9163)76.950,722延遲焦化12.859.02.017.86.100.32.044.20(10558)40.15(9589)54.87(13105)57,150.843重整86.54.403.90005.221.93(5237)19.33(4618)46.21(11038)196.470.294加氫精制55.316.61.214.400012.538.74(9254)35.00(8359)53.48(12774)105.600.685加氫裂化33.020.0010,000037.066.27■(15828)60.62(14480)67.21(16054)68.161.263注參比條件均為O'C、101.325kPa，下同。現(xiàn)在的煉廠尾氣利用現(xiàn)狀如下(1)利用煉廠尾氣制氫最簡單可行的方法是利用有些煉廠尾氣中氫氣含量較高的特點，釆用物理方法直接從為其中分離氫氣組分。工業(yè)上分離煉廠尾氣中氫氣通常采用以下三種工藝深冷分離工藝、變壓吸附分離工藝(PSA)和膜分離工藝。深冷分離技術一般在較高壓力下運行，適應于大規(guī)模、多組分同時回收的場合。變壓吸附分離技術是現(xiàn)今最常見的氫氣回收方法之一，產(chǎn)品純度高、產(chǎn)氣量大。但只適合于處理氫氣濃度較高的煉廠尾氣，且氫回收率較低。氫膜分離技術是一種新技術，投資、占地、運行費用等較PSA和深冷技術低。每一種技術都有其獨特的優(yōu)點和約束條件。要充分利用煉廠尾氣，除采用上述三種分離技術外，通常還配有對氫氣以外組分進行轉化的工藝和設備。還有一種方法是在分離出煉廠尾氣中氫氣組分的基礎上，對剩余的甲烷等烴類物質再進行蒸汽轉化，進一步制取氫氣產(chǎn)品。制取的氫氣一般用于煉廠的加氫裝置。(2)煉廠尾氣中LPG及輕烴的回收LPG及輕烴的回收，一般采用膜分離工藝或深冷分離工藝，技術已經(jīng)相當成熟，回收效果也較好?；厥盏囊夯蜌庾鳛樯唐分苯油馐郏p烴可用作煉廠制裝置的原料，也可外售。(3)煉廠尾氣作為燃料將煉廠尾氣送入燃料氣管網(wǎng)，經(jīng)過初步凈化處理后供各裝置用作燃料，無法平衡的多余煉廠尾氣通過火炬排空燃燒。目前，仍有許多煉廠采用此中利用方式。部分或者大部分煉廠尾氣被用作燃料、且存在浪費情況的企業(yè)不在少數(shù)。上述煉廠尾氣利用中存在著以下的問題1)煉廠尾氣中的高附加值組分沒有完全得到回收。以氫氣為例一方面，隨著原油中重質烴和硫化物含量越來越高，而燃油標準中硫、烯烴、芳烴等含量指標越來越低，加氫精制需要的氫氣大增，不得不耗費大量的天然氣或石腦油作為原料制氫。另一方面，大量煉廠尾氣中的氫氣組分被當作燃料燒掉甚至因負荷平衡原因而被迫排空燃燒，造成能源的極大浪費。煉油數(shù)據(jù)表明，加工一噸原油平均需要消耗氫氣約50m3，生產(chǎn)lt氫氣需消耗石油45t。這無疑加大了煉油成本。2)煉廠尾氣的負荷平衡問題難度大。因為原油來源復雜多變，原油加工方案自然隨之調(diào)整，裝置副產(chǎn)的煉廠尾氣產(chǎn)量、質量、組分頻繁變化也就不足為奇。既要平衡煉廠尾氣負荷，又要考慮煉廠尾氣中有用組分的回收成本，同時還要適應外銷市場的變化，難度之大可想而知。因此，目前很少有煉廠能夠完全平衡全廠煉廠尾氣的產(chǎn)銷，依賴火炬燃燒排空，已經(jīng)成為一種必不可少的平衡手段。特別是提取過氫氣、LPG、輕烴等組分后的煉廠尾氣，單靠企業(yè)內(nèi)部燃料系統(tǒng)全部消耗掉存在難度，富余氣體沒有出路。因此，在完全平衡全廠煉廠尾氣負荷的基礎上，同時做到煉廠尾氣附加值最大化，這是煉廠尾氣的高效合理利用的難題。3)目前國內(nèi)煉廠利用煉廠尾氣普遍存在的問題是沒有從整體上、站在全局的高度考慮煉廠尾氣的綜合利用問題。因為各大煉油廠生產(chǎn)裝置一直都在不斷擴充、變化，煉油工藝技術也在不斷改進，因而導致原有工藝難以完全適應新的生產(chǎn)模式，煉廠尾氣利用工藝不優(yōu)化的問題普遍存在且在所難免，由此表現(xiàn)出回收成本較高，經(jīng)濟性不明顯，導致煉油企業(yè)回收利用煉廠尾氣的積極性受到抑制。4)只是局限于單個煉油企業(yè)內(nèi)部考慮煉廠尾氣的利用問題，無法真正做到煉廠尾氣有用組分回收成本最低化，實現(xiàn)利用價值最大化目標。比如，單從煉廠來看，分離煉廠尾氣中某一組分是利用煉廠尾氣的一條必要途徑，但存在分離成本過高，回收的經(jīng)濟性不明顯的問題，可又不得不為之。如果越過行業(yè)界限看，不分離該組分，同樣可以實現(xiàn)該組分利用的附加值最高，同樣能實現(xiàn)煉廠尾氣的高效利用。那么，不采取成本較高的分離工藝，則反而可以達到煉廠尾氣利益最大化目的，不分離該組分經(jīng)濟效益會更好?？梢?，局部優(yōu)化的方案放在大局上考慮，有些地方是有必要而且值得斟酌的。鋼鐵企業(yè)煉焦過程中的焦爐煤氣利用，也存在與煉廠尾氣相似的問題。
發(fā)明內(nèi)容從煉廠尾氣回收工藝中，我們不難發(fā)現(xiàn)某些組分看起來具有分離回收價值，但分離成本較高，或者實際上分離價值不大，有些甚至完全是為了平衡負荷而不得不為之的措施。如果改換一種利用方式，不加分離即可實現(xiàn)該組分的高效利用，同時也能解決負荷平衡問題，這才是真正做到了成本最低化和利益最大化。本發(fā)明的目的就在于提供一種全面、高效地合理利用煉廠尾氣及焦爐煤氣的方法。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下技術方案一種高效合理利用煉廠尾氣及焦爐煤氣的方法，其特征在于以煉廠尾氣和/或焦爐煤氣作為原料氣，經(jīng)凈化處理及逐級分離工序制氫，一方面得到氫氣產(chǎn)品，另一方面所述分離工序各副產(chǎn)氣體進入混配裝置由LNG或LPG氣體摻混、調(diào)配熱值，得到12T代天然氣產(chǎn)品并被輸送往天然氣管網(wǎng)。一般來說，許多城市的煉油企業(yè)都與燃氣生產(chǎn)企業(yè)為鄰，甚至雙方本身就已經(jīng)形成了很好的合作關系，附近有城市燃氣管網(wǎng)，鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，還有其它化工企業(yè)也可能與此距離不是太遠。本發(fā)明將鋼鐵企業(yè)、石化企業(yè)與燃氣企業(yè)聯(lián)合起來，結合這個聯(lián)合體各方的實際，采用最經(jīng)濟的方式提取煉廠尾氣和焦爐煤氣中的氫氣或其它高附加值組分。除被提純組分之外的其它所有混合氣體，只須經(jīng)過簡單處理即可被制成符合要求的代天然氣產(chǎn)品供應城市管網(wǎng)；純度不同的氫氣分別對應供給不同的用戶。供(產(chǎn)品生產(chǎn))需(產(chǎn)品使用)方各取所需、各得其所，跨行業(yè)合作使得各方實現(xiàn)優(yōu)勢互補，獲取較好的效益，因地制宜地挖掘出煉廠尾氣和焦爐煤氣的高效合理利用新途徑。通過采用本發(fā)明的集成工藝技術，使聯(lián)合體各方各種工況下，能源利用價值能夠達到最高化。以煉廠氣中的C3+組分為例，若經(jīng)提純并最終生產(chǎn)LPG外銷作為燃料使用，其分離過程需要較高的成本。然而就燃料而言，天然氣與LPG的利用價值基本是相同的。因此，如果不加分離，以特低的成本將其制成代天然氣產(chǎn)品，就近送入城市天然氣管網(wǎng)替代天然氣作為燃料，即可實現(xiàn)與制作成LPG完全等同的價值，但卻大大降低了加工成本和運輸成本。由此可見，采取分離手段回收利用煉廠尾氣中的C3+等組分，單從煉廠的角度看，無疑算得上是綜合利用，支付的一部分分離成本只是沖抵了其中的一小部分利潤。但是，跳出煉廠這個圈子，跨行業(yè)與城市燃氣行業(yè)、鋼鐵行業(yè)聯(lián)合起來，形成一個利益共同體，將各自的生產(chǎn)工藝統(tǒng)籌兼顧，全盤考慮煉廠尾氣(含焦爐煤氣)的綜合利用問題，不必耗費其中的分離費用，以最低成本換取最大的利用價值，這才是煉廠尾氣、焦爐煤氣真正的高效合理利用。本發(fā)明開發(fā)出了一種貼近企業(yè)實際的實用型工藝技術，使煉廠尾氣和焦爐煤氣發(fā)揮出最大效能，既從國家能源層面上達到利用價值最大化，同時又能使企業(yè)獲取可觀的經(jīng)濟效益。不只是單純的解決煉廠尾氣/焦爐煤氣全部被利用的問題，而是"跳出"煉廠(焦化廠)的小圈子，站在更上一層的戰(zhàn)略高度，全面考慮煉廠尾氣/焦爐煤氣的綜合利用問題。即，在兼顧綜合效益的基礎上，決定哪些組分需要分離？哪些組分需要提純？確保生產(chǎn)裝置的運行模式永遠是最優(yōu)的，采用最佳的工藝路線。實際上，就是采用最經(jīng)濟的工藝技術，解決煉廠尾氣中/焦爐煤氣各組分"物盡其用"的問題。煉廠尾氣/焦爐煤氣綜合利用中一個較為關鍵的問題，是需要一個吞吐量無窮大的"肚子"一一這就是本發(fā)明中的城市天然氣管網(wǎng)，一個能夠消化所有煉廠尾氣(焦爐煤氣)的特大用戶，可以容納已分離或未分離某些組分的煉廠尾氣或焦爐煤氣；隨時隨地都可以將這些氣體裝進去；量多量少都行；而且消化系統(tǒng)良好，各種組分(可燃或非可燃)均可，對雜質指標要求不高(滿足國標要求即可)，遠不及煉廠或焦化廠的分離工藝對煉廠尾氣(焦爐煤氣)雜質的要求嚴格。這個"肚子"的作用之一，是徹底解決了煉廠(焦化廠)的生產(chǎn)裝置靈活性問題，所有氣體都不擔心沒有出路，負荷隨時都能得到平衡；其次是低成本前提下，以低質物品(各種除去有用組分后的"廢氣")替代高質物品(天然氣)，實現(xiàn)高效利用，提升了煉廠尾氣(焦爐煤氣)的綜合利用價值(與天然氣等同)。煉油企業(yè)內(nèi)有多套生產(chǎn)裝置副產(chǎn)各類煉廠尾氣，同時，自身也有加氫裝置需要消耗大量的氫氣；鋼鐵企業(yè)的煉焦廠副產(chǎn)焦爐煤氣，而冷軋廠又需要高純度的氫氣用作冷軋鋼板光亮退火爐的保護氣；燃氣企業(yè)的管網(wǎng)可作為一個特大用戶，接納利用煉廠尾氣、焦爐煤氣等可燃氣體，通過合適的工藝加工生產(chǎn)的、符合管網(wǎng)要求的替代燃氣產(chǎn)品，比如代天然氣。此外，煉廠、焦化廠及其它化工企業(yè)也可能作為供應方供應富余的可燃氣體，或者作為需求方需要氫氣產(chǎn)品。供應方、需求方都在這個聯(lián)合體內(nèi)。本發(fā)明從新的角度把鋼鐵企業(yè)、石化企業(yè)與燃氣企業(yè)攜同聯(lián)合起來，多位一體，形成一個煉廠尾氣和焦爐煤氣回收利用的大系統(tǒng)，各取所需，充分利用城市天然氣管網(wǎng)容量大、負荷承載能力強的獨特優(yōu)勢，為有效利用煉廠尾氣乃至鋼鐵企業(yè)的焦爐煤氣，甚至其它各種各樣的可燃氣體，提供了良好的外部條件，達到了參與的合作方互贏的目的。-總而言之，本發(fā)明實現(xiàn)了以下有益效果1.將供需方(產(chǎn)品生產(chǎn)與使用)生產(chǎn)工藝有機結合，集成優(yōu)化出貼近企業(yè)各方裝置實際、兼顧并滿足各方需求的工藝流程。較好解決煉廠尾氣及焦爐煤氣利用中存在的問題。2.上述集成工藝功能齊全、實施靈活，可適應各種工況下的各生產(chǎn)裝置的高效運行的需求。3.將膜分離工藝與變壓吸附工藝有機結合，有機蒸汽膜工藝與聚酯膜工藝聯(lián)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，循序漸進，逐步獲得所需要的高附加值產(chǎn)品，達到煉廠尾氣與焦爐煤氣高效利用之目的。4.工藝技術能夠完全利用提純氫氣產(chǎn)品過程中的各種剩余氣體，杜絕能源浪費，較好解決了富余尾氣的出路問題，為煉廠和焦化廠生產(chǎn)裝置的靈活運行提供良好的外部條件。5.使提取氫氣后的富余氣體及利用價值不大的其他可燃氣體、非可燃氣體達到高效利用，以"廢氣"頂替天然氣，實現(xiàn)低值產(chǎn)品價值最大化。6.解決煉廠和焦化廠相關生產(chǎn)裝置異常時的原料氣的利用出路問題。7.可依據(jù)用戶需要，分級別提取純度不同的氫氣產(chǎn)品，實現(xiàn)煉廠尾氣和焦爐煤氣利用價值的提升。8.能源就近高效利用，實現(xiàn)合作各方利益最大化目標。優(yōu)化工藝使得合作方設備安全運行可靠性提高。圖1是本發(fā)明的高效合理利用煉廠尾氣和焦爐煤氣的優(yōu)化工藝流程圖。圖2是有機膜分離器串聯(lián)運行時的工作原理示意圖。具體實施例方式原料氣包括煉廠尾氣和焦爐煤氣。煉廠尾氣被分為四種類型1)氫氣含量較高(體積百分比一般在30%以上、雜質相對較少)、具有回收價值、壓力較低的煉廠尾氣。比如，常壓蒸餾裝置干氣，氫氣組分具有回收價值。2)氫氣含量較高(體積百分比一般在30%以上、雜質相對較少)、具有回收價值、壓力較高的煉廠尾氣；比如，重整裝置、加氫精制裝置、催化裂化裝置的煉廠干氣，氫氣組分具有回收價值。3)乙烯等烯烴含量較高的煉廠干氣，比如，催化裂化裝置的煉廠干氣，烯烴具有回收價值。4)氫氣含量較低、且組分復雜、雜質組分偏多的煉廠尾氣，或其它可燃氣體。比如，焦化裝置干氣，氫氣含量不高，組分復雜，甲烷含量較高，與天然氣性質最為接近。至于焦爐煤氣，將鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的氣體分為兩種類型1)氫氣含量較高、具有回收價值的焦爐煤氣；2)除此之外的其它可燃氣體。如圖1所示，上述具有氫氣回收價值的原料氣，即煉廠尾氣或焦爐煤氣依次按以下工序處理1、凈化工序由冷動設備構成。提取過氫氣以外高附加值組分后的、來自煉廠的氫氣含量較高、具有回收價值、壓力較低的煉廠尾氣(1類氣體)，經(jīng)壓縮機加壓后，與高壓力的煉廠尾氣(2類氣體)、以及來自焦化廠經(jīng)過加壓后的焦爐煤氣混合，進入換熱器從低溫氫氣(由高壓氫氣經(jīng)節(jié)流膨脹閥減壓獲取冷能)獲取冷量，從而降溫至5'C左右，再經(jīng)過旋風分離器分離，使混合氣體中的焦油、萘、Q以上重組份被分離出去，若這部分雜質含量較低，則此工序設備可不啟動運行。對于含硫量較高的氣體，也可增設脫硫裝置預先進行脫硫處理。2、有機蒸汽膜分離工序(初分離)由多臺硅橡膠—_聚礬復合膜分離器組成。上道工序除去相關雜質后的原料氣體，進入本有機蒸汽膜分離裝置，這是為了將C3及以上組分從混合氣體中分離出來。本有機膜材料具備優(yōu)先透過容易液化的C3及以上重組分的特性。S卩，原料氣中的C3及以上重組分透過膜后成為滲透氣，此部分滲透氣熱值較高、壓力不高，可送入煉廠和焦化廠燃料氣系統(tǒng)用作燃料，也可被送入混配裝置作為生產(chǎn)代天然氣產(chǎn)品的原料之一。其它輕組分，主要是氫氣、甲烷等的非滲透氣體，則依然保持較高的壓力，再進入第二道分離裝置一一聚酯膜分離設備(精分離)。初分離工序的多個膜分離器可以依據(jù)需要進行串聯(lián)(并聯(lián))組合，對原料氣進行2級或多級分離，使得非滲透氣體組分更加純凈。膜分離器串聯(lián)運行時的工作原理示意圖如下圖2所示，非滲透氣依然保持著與原料氣接近的壓力，進入下一個膜分離器，實現(xiàn)多級分離。3、聚酯膜分離工序(精分離)由多臺聚酯膜分離器組成。來自初分離裝置一一有機蒸汽膜分離器出口的非滲透氣作為原料，以較高壓力進入本工序。作為聚酯膜材料，原料氣體中各組分進入膜表面后滲透率差別較大。其中，H2的滲透率最大，為165.0(1012mL*(S*cm*mniHg)—其次是C02，為31.0〔1012mL.(Scm'rmnHg)—')，而混合氣體中C02含量不高；再其次則是CH"為3.5(1012mL*(S.cm'mmHg)—1〕。利用Hz在膜上滲透快、其他組分滲透慢的這個特點，實現(xiàn)對H2進行分離。H2成為滲透氣，從而將112提純至95%左右，即初級氫氣產(chǎn)品。氫氣產(chǎn)品的純度可依據(jù)實際需要，靈活調(diào)整分離深度。其余的CH4等組分則是非滲透氣，具備一定的壓力，其中，一部分可作為燃料返回煉廠或焦化廠自身燃料氣系統(tǒng)燃燒，其余部分可送入混配裝置作為生產(chǎn)代天然氣的原料之一。出于降低成本的考慮，本工序分離深度可依據(jù)實際需要，靈活掌握。非滲透氣中，可允許有一定量的H2含量，g卩，分離深度可以不必太深?！鼋?jīng)過聚酯膜分離裝置的H2產(chǎn)品的純度可達到95%左右，直接作為煉廠加氫裝置的原料，或送入下一道工序繼續(xù)提純，制取更高純度的H2產(chǎn)品。本工序的膜材料，除采用聚酯外，還可采用聚砜等材料，工業(yè)上普遍采用的氣體膜分離器，是由聚砜材料制成的中空纖維管。若依靠上道工序及本級聚酯膜分離裝置即能滿足產(chǎn)品氫氣的要求，則下一道變壓吸附工序即可省去，以縮短流程，降低運行成本。4、變壓吸附精制氫工序(第三道分離)由多臺填充有分子篩的吸附塔組成。對于鋼鐵企業(yè)冷軋鋼板光亮退火爐的保護氣，要求H2純度較高，99.9%以上。為了獲得高純度氫氣產(chǎn)品，因此，本發(fā)明工藝在上述聚酯膜分離裝置后，增設了氫氣進一步提純裝置一_變壓吸附制氫裝置。含氫量高達95%左右的初級氫氣產(chǎn)品被加壓至吸附裝置所要求的壓力，然后進入裝有分子篩的吸附塔。除H2之外的其它組分作為強吸附組份被吸附劑選擇吸附，弱吸附組份H2作為產(chǎn)品則從吸附床的另一端流出。被吸附劑吸附的組分經(jīng)過減壓被解析，稱之為解析氣，被送入混配裝置作為生產(chǎn)代天然氣的原料之利用多個吸附塔，交替經(jīng)過吸附、解吸、升壓三個循環(huán)過程，從而構成吸附劑的吸附與再生的循環(huán)，達到連續(xù)分離提純H2組分的目的。和初分離工序類似，變壓吸附塔可以串聯(lián)、并聯(lián)運行。此工序的氫氣產(chǎn)品壓力較高，通過節(jié)流膨脹閥減壓后，氫氣溫度急劇下降，被送入冷凍凈化工序的換熱器與原料氣進行熱交換，原料氣由此獲取冷量。經(jīng)過此工序后，產(chǎn)品氣中的氫氣純度達99.99%(純氫產(chǎn)品)。若增加吸附裝置進一步精制，還可得到高純氫產(chǎn)品(99.999%)和超純氫產(chǎn)品(99.9999%),分別送入H2純度要求較高的裝置以供其使用。三道分離設備(有機蒸汽膜、聚酯膜、變壓吸附)并非必須同時運行?？梢罁?jù)原料組分含量特征及對產(chǎn)品氫氣的純度要求等，只開啟其中的2道分離設備。比如，原料氣組分單一，對產(chǎn)品純度要求95%以下，這種情況下，只開啟有機蒸汽膜、聚酯膜分離設備即可滿足要求。若本工序產(chǎn)品氫氣中的氧氣、二氧化碳等其他組分含量高，產(chǎn)品純度難以符合要求，則需增設相應裝置，脫除上述雜質組分直至符合要求。5、混合及調(diào)配熱值，生產(chǎn)代天然氣產(chǎn)品由單臺或多臺混合器組成。含有大量易液化重質組分及以上組分)的有機蒸汽膜滲透氣、含有大量甲垸等組分的聚酯膜分離裝置非滲透氣與來自變壓吸附裝置的解析氣一道；還有經(jīng)過初步凈化處理后的煉廠和鋼鐵廠其它各類企業(yè)內(nèi)部自身無法自我消化的可燃氣體；還有生產(chǎn)裝置異常時富余的煉廠尾氣和焦爐煤氣，以及其它無回收分離價值的煉廠尾氣等等，全部進入該生產(chǎn)裝置進行調(diào)配、摻混，生產(chǎn)符合國標要求的12T代天然氣供應城市天然氣管網(wǎng)。視其熱值高低及華白指數(shù)大小，在摻混裝置中同時混入氣化后的液化石油氣(LPG)或液化天然氣(LNG)用于增熱(提高熱值)或者壓縮空氣降熱(降低熱值)，用以調(diào)配12T代天然氣的熱值與燃燒特性，確保其符合要求。LPG、LNG用于對代天然氣產(chǎn)品增熱，而壓縮空氣則用于降熱，同時兼顧燃燒特性參數(shù)的調(diào)控。由于進入本裝置的各路氣體均含有大量的甲烷組分，燃燒特性與天然氣比較接近，因此，只要通過調(diào)配后熱值符合要求，代天然氣產(chǎn)品的燃燒特性參數(shù)(華白指數(shù)、燃燒勢)均相應符合要求。此外，城市燃氣對氣質的要求相對某些化丄行業(yè)要低一些，因此，對進入本裝置的各類氣體的雜質含暈要求不是特別高，只要求最終產(chǎn)品符合國標相關要求即可。所以，允許某一路或多路氣體中的雜質含量超標，只需確?；炫溲b置出口的代天然氣產(chǎn)品合格就行。實踐表明，經(jīng)過此工序后制成的代天然氣產(chǎn)品完全能夠符合國標要求，用戶使用此類氣體與使用天然氣完全相同。特別需要說明的是，當煉廠尾氣及焦爐煤氣相關生產(chǎn)裝置異常時，或者氫氣產(chǎn)品沒有銷路時，所有煉廠尾氣和焦爐煤氣直接進入本工序，生產(chǎn)代天然氣供應城市天然氣管網(wǎng)，避免氣體排空而導致能源浪費及生產(chǎn)裝置受到影響，煉廠和焦化廠生產(chǎn)靈活性人幅度提高。實施例1某市有一座天然氣事故備用氣源廠，周邊有一座煉油廠和焦化廠。為了充分利用煉廠尾氣和焦爐煤氣，經(jīng)過談判，三家企業(yè)達成共識，聯(lián)合設計了一套綜合利用煉廠尾氣和焦爐煤氣的集成工藝流程，如圖l所示，裝置建在氣源廠內(nèi)，通過管線與煉油廠和焦化廠相通。(一)氫氣提純裝置正常運行時的情況煉廠所有生產(chǎn)裝置的煉廠尾氣依據(jù)壓力不同，分2路送入本發(fā)明流程，流量和壓力分別為12000Nm7h、5800Nm7h;1.5Mpa、0.6Mpa;焦化廠有一路焦爐煤氣送入本裝置，流量和壓力分別為8500Nm3/h:0.55Mpa,進入本發(fā)明工藝裝置的各氣源組分和相關參數(shù)如下表2所示。表2:本發(fā)明工藝;<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>凈化三路高壓氣體混合后，總流量為26300NmVh左右、壓力為1.2Mpa，進入冷凍凈化工序，從換熱器中獲取高壓氫氣節(jié)流膨脹產(chǎn)生的低溫冷能，原料氣自身降溫至5'C，經(jīng)過旋風分離器后，除去焦油、萘、Cs以上重組份等雜質。此前，硫雜質已被除去。出本工序的原料氣體流量為26000NraVh左右。分離C3及以上重質組分凈化后的上述原料氣體進入有機蒸汽膜分離裝置，G及以上重組分作為滲透氣，流量約為1846Nm7h，壓力較低、熱值較高，全部被送入煉廠自身的燃料氣系統(tǒng)作為燃料燃燒；氫氣、甲烷等非滲透氣仍以較高壓力，進入下道工序繼續(xù)分離，流量為24154NmVh左右。分離甲垸等輕組分上述含有大量氫氣、甲烷等組分的混合氣體進入聚酯膜分離裝置中，以H2為主導組分的一股氣流(流量約為15306Nm3/h)作為滲透氣成為初級產(chǎn)品，氫含量為95%。CH4等組分(流量約為8848NmVh)作為非滲透氣，被送入混配裝置作為生產(chǎn)代天然氣產(chǎn)品的原料之一。氫氣精制加壓后的含氫量高達95%左右的氣體(初級產(chǎn)品)一部分送給煉廠加氫裝置使用，其余部分進入變壓吸附裝置繼續(xù)提純。在此設備內(nèi)，除H2之外的其他組分被吸附劑吸附，然后解析作為混配裝置生產(chǎn)原料。通過吸附塔、純度高達99.99%純氫產(chǎn)品被送入鋼鐵企業(yè)相關生產(chǎn)裝置使用。如需生產(chǎn)高純氫產(chǎn)品和超純氫產(chǎn)品，則只需對純氫產(chǎn)品繼續(xù)增加吸附次數(shù)即可。上述進出各丁序相關裝置的氣體組分與相關參數(shù)如下表3所示。表3:進出各相關裝置的氣體組分與相關參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>生產(chǎn)代天然氣:制氫過程中的2路氣體:含CH4組分為主的聚酯膜分離裝置非滲透氣，流量為8848NmVh;及變壓吸附解析氣，流量為825Ntn7h，被送入摻混裝置(混合器)作為生產(chǎn)12T代天然氣的原料。此外，其它可燃氣體，如煉廠延遲焦化裝置副產(chǎn)的干氣中，氫氣含量低而甲烷含量高，沒必要分離其中的氫氣，將其直接引入摻混裝置作為生產(chǎn)代天然氣的原料。這部分氣體流量為5000NmVh。其它可燃氣體還有煉廠催化裂化裝置副產(chǎn)的干氣，氫氣含量不太高，甲烷含量不少，且組分多而復雜，其中含許多烯烴及不可燃氣體，分離難度偏大，成本較高。因此，不進行分離，也直接將其引入摻混裝置作為生產(chǎn)代天然氣的原料。這部分氣體流量為6800NmVh。以上共4路氣體同時在此工序的混配裝置中進行摻混，摻混后的混合氣體熱值較國標要求低，因此，須提高其熱值。依據(jù)來源及成本情況，可分別采取LNG或LPG增熱方式，用于調(diào)控并同時滿足產(chǎn)品氣熱值及燃燒特性參數(shù)要求。此工況下，LNG或者LPG摻混比例(氣相體積比)分別為15.53%和2.48%。各摻混氣及代天然氣產(chǎn)品氣組分與相關參數(shù)如下表4所示。兩種不同增熱方式情況下，混配裝置代天然氣產(chǎn)品總產(chǎn)量分別為22019Nm7h或25420Nm7h。對比《國標》"城鎮(zhèn)燃氣分類和基本特性"(GB13611—2006)，12T類別天然氣的燃燒特性參數(shù)范圍為華白指數(shù)W:48.1(11500)57.8(13800);燃燒勢CP:3694?？梢?，2種增熱方式所生產(chǎn)的代天然氣產(chǎn)品均符合國標要求。表4:代天然氣產(chǎn)品組分與相關參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>(二)氫氣提純裝置運行不正常時的情況煉廠尾氣及焦爐煤氣相關生產(chǎn)裝置異常時，可直接利用本發(fā)明工藝的混配裝置來生產(chǎn)代天然氣供應城市天然氣管網(wǎng)，避免氣體排空而導致能源浪費及生產(chǎn)裝置受到影響。同樣，可采取LNG或LPG兩種增熱方式，用于調(diào)控并同時滿足產(chǎn)品氣熱值及燃燒特性參數(shù)要求。此工況下，LNG或者LPG摻混比例(氣相體積比)分別為58.3%或8.3%。各摻混氣及代天然氣產(chǎn)品氣組分與相關參數(shù)如下表5所示。裝置總產(chǎn)量分別為91400NmVh或41560Nm3/h。對比《國標》"城鎮(zhèn)燃氣分類和基本特性"(GB13611—2006)，12T類別天然氣的燃燒特性參數(shù)范圍為華白指數(shù)W:48.1(11500)57.8(13800);燃燒勢CP:3694。可見，2種增熱方式所生產(chǎn)的代天然氣產(chǎn)品均符合國標要求。表5:摻混氣、代天然氣產(chǎn)品氣組分與相關參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>權利要求1、一種高效合理利用煉廠尾氣及焦爐煤氣的方法，其特征在于以煉廠尾氣和/或焦爐煤氣作為原料氣，經(jīng)凈化處理及逐級分離工序制氫，一方面得到氫氣產(chǎn)品，另一方面所述分離工序各副產(chǎn)氣體進入混配裝置由LNG或LPG氣體摻混、調(diào)配熱值，得到12T代天然氣產(chǎn)品并被輸送往天然氣管網(wǎng)。2、根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述逐級分離工序包括有機蒸汽膜分離工序，分離出包含C3及以上易液化組分的滲透氣，并得到以H2、CH4為主要組分的非滲透氣，所述滲透氣被送往混配裝置參加摻混或被送入煉廠、鋼廠自身低壓燃料氣系統(tǒng)燃燒。3、根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于所述逐級分離工序還包括對所述以H2、CH4為主要組分的非滲透氣進行的聚酯膜分離工序，分別得到初級氫氣產(chǎn)品及以CH4為主要組分的非滲透氣，所述非滲透氣被送往混配裝置參加摻混或被送入煉廠、鋼廠廠自身高壓燃料氣系統(tǒng)燃燒。.4、根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于所述逐級分離工序還包括對所述以H2、CH4為主要組分的非滲透氣進行的變壓吸附氫氣精制工序，得到高壓高純度氫氣，及得到解析氣被送往混配裝置參加摻混。5、根據(jù)權利耍求3所述的方法，其特征在于所述逐級分離工序還包括對所述初級氫氣產(chǎn)品進行的變壓吸附氫氣精制工序，得到高壓高純度氫氣，及得到解析氣被送往混配裝置參加摻混。6、根據(jù)權利要求4或5所述的方法，其特征在于所述高壓高純度氫氣通過節(jié)流膨脹閥降壓降溫，得到的低溫氫氣被送入所述凈化工序與所述原料氣進行熱交換，所述原料氣由此獲取冷量。7、根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于所述有機蒸汽膜分離工序包括2臺或2臺以上的有機膜分離器，串聯(lián)/并聯(lián)組合，對原料氣進行2級或2級以上分離。全文摘要本發(fā)明公開了一種高效合理利用煉廠尾氣及焦爐煤氣的方法，以煉廠尾氣和/或焦爐煤氣作為原料氣，經(jīng)凈化處理及逐級分離工序制氫，一方面得到氫氣產(chǎn)品，另一方面所述分離工序各副產(chǎn)氣體進入混配裝置由LNG或LPG氣體摻混、調(diào)配熱值，得到12T代天然氣產(chǎn)品并被輸送往天然氣管網(wǎng)。本發(fā)明的方法使煉廠尾氣和焦爐煤氣發(fā)揮出最大效能，既從國家能源層面上達到利用價值最大化，同時又能使企業(yè)獲取可觀的經(jīng)濟效益，采用最經(jīng)濟的工藝技術，解決煉廠尾氣中/焦爐煤氣各組分“物盡其用”的問題。文檔編號C01B3/50GK101525120SQ20091003867公開日2009年9月9日申請日期2009年4月16日優(yōu)先權日2009年4月16日發(fā)明者羅東曉申請人:羅東曉