一种焦炉气中氢气资源综合利用的系统和方法与流程

本发明属于传统能源深化加工的技术领域，具体涉及一种焦炉气中氢气资源综合利用的系统和方法。

背景技术：

为适应冶金行业的产能过剩，焦化产业利润较低等现状，考虑充分利用焦化产业的副产焦炉气，增加焦化产业的附加值。因为焦炉气富含～55％的氢气和25％的甲烷，然而因为焦炉气中含焦油、萘、co2、h2s等杂质，处理相对困难，同时提取氢气无配套产业可用；因此目前往往将焦炉气用于燃烧利用其热值，因为富含氢气所以焦炉气热值和价格均较低；因此如何产出高附加值的焦炉产品显然十分重要；然而对于氢气资源在石油化工行业却极为紧缺，随着原油劣质化、产品质量升级和清洁生产要求，炼油厂催化加氢规模、化纤行的己内酰胺均消耗大量氢气，然而，增设制氢装置，不仅投资成本高、操作费用高，而且消耗能源、污染环境，折算氢气成本很高，因此获取价格低廉的氢气资源显得十分关键。

因此，对于焦化企业，如何充分利用好焦炉气就成为重要关键，具体说利用好焦炉气中的氢气和甲烷气体至关重要；对于石化和化纤行业，如何开发低成本氢气，满足生产需求成为石化非常关心的议题；同时面对环境污染日趋严重，清洁的联产液化天然气(lng)资源市场紧俏，利润价值较高。

本发明综合以上三方需求，设计开发了一种以焦炉气为主要原料，联产液化天然气(lng)和氢气同时匹配使用氢气生产己内酰胺的系统和方法。

技术实现要素：

本发明针对现有行业壁垒(焦化和石化)以及企业既有资源认知的差异性，提出一种焦炉气中氢气资源综合利用的系统和方法。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供一种焦炉气中氢气资源综合利用的系统，该系统包括：焦炉气预处理单元、焦炉气净化单元、焦炉气分离部分和氢气利用部分；

焦炉气在所述焦炉气预处理单元内脱除重质杂质，之后进入所述焦炉气净化单元脱除co2和h2s气体杂质，得到净化焦炉气；

所述焦炉气分离部分包括液化分离单元和psa(变压吸附)提氢单元，所述净化焦炉气部分进入所述液化分离单元提取出lng(液化天然气)，提取lng后的富氢气体和剩余部分净化焦炉气混合后进入所述psa提氢单元，提取出工业氢气；

所述氢气利用部分为己内酰胺联合装置；所述工业氢气进入所述己内酰胺联合装置进行己内酰胺的生产。

优选地，所述焦炉气预处理单元包括：气柜、压缩机、tsa(变温吸附)等设备或成套设备。

焦炉气在所述焦炉气预处理单元内，经气柜缓冲和沉降分馏焦油后，再经压缩机初步升压后去tsa脱除重质杂质，保证足够清洁可以进入后续焦炉气净化单元，再经后续二次升压至便于操作的压力范围进入焦炉气净化单元。

优选地，所述焦炉气净化单元为低温甲醇洗单元；

经过脱重的和升压后的焦炉气进入所述焦炉气净化单元，进行低温甲醇洗脱除其中co2，h2s等气体杂质。

对于液化分离单元和psa提氢单元，本领域技术人员容易理解的，所述液化分离单元为常规lng生产单元包，所述psa提氢单元为常规的psa提氢单元。

所述焦炉气分离部分，包括液化分离单元和psa提氢单元，其原料均为所得洁净的净化焦炉气，可按需优先送入液化分离单元进行低温分离提取lng，提取lng后的富氢气体和剩余部分净化焦炉气混合后进入psa提氢单元，提取工业氢气。

其中所述“按需”主要是由于工厂对于产品和能耗的需求矛盾，净化后的焦炉气分两路分离，一路用以提取lng，另一路用以提取氢气，两者之间存在矛盾；lng是产品，但是工厂运行还需要燃料气，提取氢气后的psa尾气就是作为燃料气使用的；也即燃料气和lng为竞争关系，此消彼长，更不能将生产的lng用作燃料气烧，这样只会增加过程能量消耗。因此，此处“按需”是按照工厂对于燃料气和lng产品的比例需求进行调整。

优选地，所述工业氢气的纯度为99.9％。

优选地，psa提氢单元提取工业氢气后的psa尾气为富甲烷气，经压缩机压缩后送出装置作为燃料气使用。

优选地，所述己内酰胺联合装置包含双氧水单元、环己酮单元、合成氨单元、硫酸单元和己内酰胺单元；

所述psa提氢单元所得工业氢气分别送入双氧水单元、环己酮单元、合成氨单元和己内酰胺单元，作为各自单元的一种原料用以生产双氧水、环己酮和合成氨；所述双氧水、环己酮和合成氨分别送入己内酰胺单元，同时所述硫酸单元将硫酸送入己内酰胺单元，最终生产己内酰胺。

本发明的系统中，psa提氢单元所提取的工业氢气最终用于生产己内酰胺，氢气生产量等于消耗量，以氢气产量确定己内酰胺的生产量。部分净化焦炉气送往液化分离单元分离出lng产品，多余部分的净化焦炉气经提氢后作为燃料气，燃料气消耗量等于富余psa尾气量，以燃料气消耗量确定lng产量。

本发明另一方面提供一种焦炉气中氢气资源综合利用的方法，该方法包括：

焦炉气进行处理分离后得到lng产品和工业氢气，所述工业氢气进入己内酰胺联合装置进行己内酰胺的生产。

优选地，所述焦炉气进行处理分离的步骤包括：焦炉气依次进入焦炉气预处理单元、焦炉气净化单元和焦炉气分离部分；焦炉气在所述焦炉气预处理单元内脱除重质杂质，之后进入所述焦炉气净化单元脱除co2和h2s气体杂质，得到净化焦炉气；所述焦炉气分离部分包括液化分离单元和psa提氢单元，所述净化焦炉气部分进入所述液化分离单元提取出lng，提取lng后的富氢气体和剩余部分净化焦炉气混合后进入所述psa提氢单元，提取出工业氢气。

优选地，焦炉气在所述焦炉气预处理单元内脱除重质杂质的步骤包括：

焦炉气在所述焦炉气预处理单元内，经气柜缓冲和沉降分馏焦油后，再经初级升压后去tsa脱除苯、萘、重碳氢化合物等重质杂质，所得预处理气体经二次升压后进入焦炉气净化单元。

优选地，所述焦炉气净化单元为低温甲醇洗单元；经过脱重的和升压后的焦炉气进入所述焦炉气净化单元，进行低温甲醇洗脱除其中co2、h2s等气体杂质。

所述焦炉气分离部分，包括液化分离单元和psa提氢单元，其原料均为所得洁净的净化焦炉气，可按需优先送入液化分离单元进行低温分离提取lng，提取lng后的富氢气体和剩余部分净化焦炉气混合后进入psa提氢单元，提取工业氢气。

优选地，所述工业氢气的纯度为99.9％。

优选地，psa提氢单元提取工业氢气后的psa尾气为富甲烷气，经压缩机压缩后送出装置作为燃料气使用。

优选地，所述己内酰胺联合装置包含双氧水单元、环己酮单元、合成氨单元、硫酸单元和己内酰胺单元；

所述psa提氢单元所得工业氢气分别送入双氧水单元、环己酮单元、合成氨单元和己内酰胺单元，作为各自单元的一种原料用以生产双氧水、环己酮和合成氨；所述双氧水、环己酮和合成氨分别送入己内酰胺单元，同时所述硫酸单元将硫酸送入己内酰胺单元，最终生产己内酰胺。

本发明对传统的焦化企业的副产焦炉气提出能够产出更高价值的加工方案和产品去向，同时给石化企业提供廉价和丰富的氢气资源，得以提高企业效益和增强产品竞争力。结合氢气资源的供需行业的差异性，拟将焦化行业的富氢气体生产出合格工业氢气和lng，并供给氢气资源紧缺的石化行业，折中氢气的计算价格，从而使焦化装置产出的氢气得以高价出售，石化行业得以获取低成本的氢气资源；或者作为产业的耦合，实现了氢资源的高效利用，为企业创造更高的利润价值。

附图说明

图1为本发明优选实施例中的焦炉气中氢气资源综合利用的系统及方法流程。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明提供一个优选实施例，如图1所示，焦炉气中氢气资源综合利用系统包括：焦炉气预处理单元、焦炉气净化单元、焦炉气分离部分和氢气利用部分；其中，焦炉气分离部分包括液化分离单元和psa提氢单元；氢气利用部分为己内酰胺联合装置，包含双氧水单元、环己酮单元、合成氨单元、硫酸单元和己内酰胺单元。

来自焦化装置和化产回收后的焦炉气s1，经焦炉气预处理单元进行初步升压、变温tsa净化脱除苯、萘、重碳氢化合物等重质杂质的脱重等过程；所得s2预处理气体经二次升压后进入焦炉气净化单元，即低温甲醇洗单元，焦炉气可以进一步脱除s2闪蒸气(主要为co2)和s4酸性气(主要为h2s)；剩余净化焦炉气进一步进行液化分离lng和psa提氢，根据需要选择部分净化焦炉气s5进入液化分离单元进行低温分离，可以获得s7lng产品，同时产出s8富氢气体，s8富氢气体是优质的psa提氢原料；其余部分净化焦炉气s6混合富氢气体s8进入psa提氢单元，经变压吸附提氢后可以获得合格工业氢气s9和psa尾气s10，至此焦炉气实现了完整物理分离，得到了合格的氢气和lng产品。

然而焦化企业往往并无氢气需求，因此还需为氢气找到合理的出路就成了后续的关键。对于石化行业氢气需求量很大，成本也居高不下，焦化企业无相关牌照不适合开展重油加氢生产成品油，然而对于石化的下游产品己内酰胺，产业壁垒少，同时氢气消耗量巨大，具有匹配性。因此，本发明将所得氢气送入己内酰胺联合装置，以己内酰胺为目标产品，根据其原料环己酮、双氧水、合成氨及己内酰胺各自耗氢数据，对氢气进行分配使用，因此分配氢气量s11去生产双氧水，分配氢气量s12去生产环己酮和分配氢气量s14去生产合成氨；同时分配氢气量s13配合所产双氧水s15、所产环己酮s16、所产合成氨s17及所需硫酸s18，共同作为己内酰胺的原料，可产出己内酰胺s20。从而实现焦炉气的分质利用，产出清洁的lng产品以及高附加值的己内酰胺产品。

本发明所提出的焦炉气高效利用方法仅是将焦炉气净化和简单分离，但是却获得了更高价值的清洁能源lng和宝贵的氢气资源，同时为所得氢气提供了有效的出路，生产出高附加值的己内酰胺产品。

实施案例说明

结合某年产510万吨/年焦化企业的焦炉气数据，焦炉气送出273500nm³/h；其焦炉气有效组分氢气占比60.34％；ch4占比21.77％。以此为原料进行按照以上优选实施例所提出的工艺方案进行加工处理，在保证燃料气基本平衡的前提下，可产出氢气154615nm³/h；产出lng21509nm³/h。

结合新型的环己酮加工工艺的物料平衡和氢耗计算，此数量的氢气可配套20×3万吨/年内酰胺联合装置使用，具体各自所需供给量、规模及氢气消耗量详见下表1。

表1.60万吨/年己内酰胺单元所需原料量及氢耗表

结合产氢气154600nm³/h，全厂氢气略有富余730nm³/h，氢气产出正好与60万吨己内酰胺规模相互匹配，从而能够有效利用了焦化装置所副产的氢气资源。结合常规焦炉气制氢的成本约0.7元/nm³；然而轻烃制氢成本也需要在1.5元/nm³以上，如此价格差异，对于企业可增加氢气成本优势9.85亿元，可为企业创造利润或增加产品竞争力优势为9.85亿元/年，效益十分可观。本发明的系统和方法在商业上取得了非常可观的成功。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。