氫氣分離膜內嵌改進蒸汽活化轉化丙烷脫氫過程模擬和經濟分析

摘要：在蒸汽活化轉化(STAR)工藝中,丙烷脫氫反應產物含有大量氫氣、甲烷等不凝組分,傳統的高壓低溫液化流程,操作壓力達到3.30MPa,淺冷溫度-24℃,深冷溫度-78℃,不僅壓縮能耗高,而且氫氣副產品濃度低,無法直接在煉化過程中實現利用。對此,本文提出在淺冷之后嵌入氫氣膜分離單元,采用Prism-Ⅱ膜脫除反應產物中大部分氫氣后再進一步增壓和深冷液化。采用HYSYS對改進工藝模擬優化后得出:淺冷操作壓力2.40MPa、溫度-24℃,深冷操作壓力3.30MPa、溫度-78℃,總壓縮能耗降低16.1%,氫氣純度由82.8%提高到99.0%,回收率超過85%。以350kt/a STAR工藝為例進行改進工藝的技術經濟分析,最優膜面積為2680m2,總壓縮功耗由6850kW降低至5750kW,節約公用工程約5.72×106CNY/a,設備折舊僅增加0.61×106CNY/a,產出氫氣約1.23×108m3/a。綜合考慮節能、新增設備折舊和氫氣產出,年凈收益增加8.7×107CNY。結果表明,膜分離改進有效地提高了STAR工藝的能效和經濟性。