炼油厂干气资源综合利用的流程优化

王大同，谭建平

（山东三维石化工程股份有限公司，山东 青岛 266000）

炼油化工行业是以煤或原油为基本原料，生产石油燃料及下游化工产品。在生产过程中会产生大量炼油厂干气，主要组分为氢气和低碳烃类化合物。

炼油厂干气中氢气作为炼油厂较为重要的化工原料，现多以天然气制氢工艺获得；低碳烃类中C2、C3作为乙烯装置原料，回收低碳烃类产品可有效降低乙烯装置原料成本，提高装置经济效益。

现阶段炼油企业对炼油厂干气资源已进行一定程度回收，但随炼油规模扩大，炼油厂干气资源愈加丰富，现有干气回收设施不能满足需求，仍有部分干气资源未能得到有效利用，多被排至燃料气管网作为燃料，造成氢气及轻烃资源的浪费。

目前，对于炼油厂干气中氢气资源，可通过变压吸附、低温冷凝、膜分离等方法获得产品氢气；对于干气中轻烃资源，则通常采用深冷分离、变压吸附、油吸收分离等方法来提浓回收其中的轻烃组分［1］。

文中结合炼油厂干气资源的实际状况，选取合理的工艺技术耦合方案，实现最大限度的氢气、轻烃资源的回收利用［2］。

1 炼油厂干气资源回收现状

1.1 炼油厂干气资源

某炼油厂随着改造项目投产，将副产饱和干气和不饱和干气，其中饱和干气约35.41×104t/a，主要包括2#焦化干气、1#PSA解吸气、1#加裂干气和2#加裂干气及新增3#干裂干气；不饱和干气大约为19.80×104t/a，主要包括1#催化裂化干气、2#催化裂化干气。目前干气资源合计约55.21×104t/a，各股干气物流组分详见表1、2。

表1 饱和干气物流参数

表2 不饱和干气物流参数

由表1、2可见，该炼油厂干气中C2、C3等轻烃资源及氢气资源含量较高，具有很大的回收潜力。

1.2 现有C2回收装置概况

该炼油厂现有32×104t/a的C2回收装置，采用变压吸附（PSA）技术，分2个系列PSAⅠ、PSAⅡ。其中PSA I设计规模是4.6×104t/a，用于处理不饱和干气（催化干气），采用贵金属脱氧，提浓得到的2.17×104t/a富乙烯气送至乙烯装置分离系统；PSA II设计30×104t/a，用于处理饱和干气（2套焦化干气和2套加裂干气），采用半产品气加氢方案，提浓得到的14.97×104t/a富乙烷气送至乙烯装置裂解炉。因炼油改造项目投产后，干气产量大幅增加，已超出了现有PSA装置的处理能力，需配套规划1套C2回收装置，目的是与现有C2回收装置相结合，对全厂干气资源进行整合，完善工艺流程，对氢气及轻烃资源进行更为合理、有效回收利用。

2 生产方案对比分析

根据炼油改造项目的干气资源情况，考虑3个方案，具体见表3；各方案优缺点见表4。

表3 具体实施方案

表4 各方案优缺点分析

上述3个方案中，涉及到现有PSA装置改造的部分，方案1考虑新建C2回收装置处理不饱和干气兼顾1#加裂干气，可采用浅冷油技术；方案2新建C2回收装置仅处理不饱和干气，可采用浅冷油吸收技术或者变压吸附技术；方案3新建C2回收装置处理饱和干气，可采用浅冷油技术。3个方案中均考虑尾气中氢资源的综合回收，因场地面积有限，暂按采用膜分离技术考虑。

综合对比考虑上述3个方案，方案1在统筹回收全厂轻烃资源和氢气资源优势较明显，在其产品质量可满足下游乙烯装置接收前提下，采用方案1进行处理全厂干气资源。

3 工艺技术分析

3.1 技术概况

浅冷油技术是北京化工研究院针对炼油厂干气的特点，将中冷油吸收法分离乙烯技术和FCC吸收稳定系统的技术特点相结合，开发出的浅冷油吸收法回收炼油厂干气成套技术。

浅冷油吸收法利用的是“相似相溶”的原理，以C4为吸收剂，将干气中“相似”的C2及以上组分吸收下来，而将“不相似”的H2、N2、O2、NOX、CO、CH4等组分脱除，可从各类炼油厂干气中高效回收乙烯、乙烷等组分。

3.2 工艺流程分析

该工程采用浅冷油吸收技术+膜分离技术组合工艺。浅冷油吸收工艺与炼油厂吸收—稳定系统接近，原料进装置经1台压缩机增压，流程简单且采用常规设备，装置操作及维护都比较容易，浅冷油部分流程见图1。

图1 浅冷油部分工艺流程

浅冷油技术的吸收尾气经膜分离提浓氢气，考虑膜分离技术无法脱除部分杂质，使产品氢气满足管网氢的要求，此工程按较高回收率（96.5%），相对较低纯度（88.3%）考虑，粗氢气经现有制氢装置PSA获取质量合格工业氢，膜分离部分流程见图2。

图2 膜分离部分工艺流程

而与之并列的PSA技术流程长且相对比较复杂，流程中使用真空泵、冷干机组等动转设备以及多台程控阀，依据经验预测装置的运行稳定性稍差，且设备维护相对复杂。同时，浅冷油吸收废气压力为3.2 MPa，可直接进入膜分离系统；PSA技术吸附废气较低，在进膜分离部分需增加1台压缩机，流程较复杂,投资和能耗均大幅增加。

3.3 产品分析

以1#催化干气、2#催化干气及1#加裂干气为原料，采用浅冷油吸收技术，所产富乙烯气产品中的C2及乙烯含量指标均可满足乙烯装置要求，其中H2+N2+CO2+CH4含量为4.09%，相对较低。如富乙烯气中甲烷氢含量高，将对下游乙烯装置不利，因为甲烷氢会占用裂解气压缩机以及深冷系统较多的负荷，导致乙烯装置能耗增加。

对于浅冷油吸收技术，C2回收率＞93%，如齐鲁石化催化干气回收装置乙烯回收率为93.19%、齐鲁焦化干气回收装置C2回收率为93.12%、福建联合石化炼油厂干气回收装置C2回收率为93.75%、燕山石化炼油厂饱和干气回收装置C2回收率达95.47%。该技术采用塔内吸收—解吸过程，C2回收率不受运行周期影响，且回收率容易通过增加或减少吸收剂循环量来进行调整。

3.4 应用现状

近几年新建及扩建的大型炼化一体化企业，基本采用浅冷油吸收技术来处理炼油厂干气，如中科炼化、浙江石化、山东京博、中化泉州、广东石化等。可见，随着炼油规模加大，浅冷油吸收技术在处理炼厂干气，回收轻烃资源具有较大优势。

4 结论

（1）确定干气资源处理方案：原有C2装置停掉PSAI，PSAII用于处理30×104t/a饱和干气，提浓得到富乙烷气；新建25×104t/a C2回收装置处理1#催化干气、2#催化干气及1#加裂干气，提浓得到富乙烯气，利用膜分离技术剩余甲烷氢气体提纯氢气。

（2）该工程采用浅冷油技术具有产品品质高，装置回收率高，吸收剂价廉易得，装置操作简便、弹性大，与炼油装置同步检修等优势。但能耗较高，如考虑利用炼油厂富余的余热可降低能耗。

（3）采用浅冷油吸收技术，该工程C2回收率高于93%，采用膜分离技术，装置富产氢气，氢气回收率为96.5%，产品纯度88.3%。依托现有制氢PSA实现产品杂质达标，最大限度回收氢资源。