專利名稱：從氣態(tài)烴中脫除乙烷和乙烷以上烴類的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于應(yīng)用變壓吸附技術(shù)從天然氣或油田氣中脫除乙烷和乙烷以上烴類物質(zhì)的方法。
天然氣或油田氣是一種應(yīng)用廣泛的化工原料，其主要組分是甲烷，另外還含有少量氮、二氧化碳、乙烷以及乙烷以上的烴類物質(zhì)。一些化工過程對作為原料的天然氣或油田氣提出嚴(yán)格的要求。例如，由天然氣制取甲烷氯化系列產(chǎn)品的這類加工過程。由三氯甲烷生產(chǎn)裝置運(yùn)行表明，天然氣中乙烷含量小于100ppm情況下，粗氯液中難分離的雜質(zhì)1，1-二氯乙烷含量明顯下降，不僅減少了用于后續(xù)工序的蒸餾的蒸汽消耗，而且使最終產(chǎn)品三氯乙烷中1，1-二氯乙烷含量從1%以上，下降到600ppm以下，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高。
天然氣或油田氣的組成隨氣田或油田不同而異，典型組成為天然氣(V%) 油田氣(V%)CH492～98 86～93CO20.1～0.5 0.1～0.5N21.5～2.0 1.5～2.0C2H60.25～3.5 3.0～6.5C3～C60.15～2.0 0.5～5.0H2S 500ppm 500ppmH2O 飽和飽和從天然氣或油田氣中脫除乙烷和乙烷以上烴類物質(zhì)，目前已在工業(yè)上應(yīng)用的主要是低溫分餾法和變溫吸附法。這兩種方法工藝成熟都能制得純凈的氣體，且甲烷回收水平較高。但由于前一種方法需要在較高壓力(＞5.0MPa)下操作，并配備一系列換熱設(shè)備，因此工藝繁瑣，運(yùn)行費(fèi)用和投資費(fèi)用高。后一種方法對吸附了雜質(zhì)的吸附劑(通常為活性炭)的再生需要加溫而消耗大量蒸汽，并為保證吸附床加溫冷卻的時間，必須增大吸附床容積，因此運(yùn)行費(fèi)用和投資費(fèi)用也較高。
變壓吸附法用于分離具有選擇性吸附組分的氣體混合物是眾所周知的。變壓吸附技術(shù)工藝簡單、整個裝置在環(huán)境溫度下操作，它的短周期吸附特性、提高了吸附劑的利用率，與變溫吸附法比較，相應(yīng)減少了吸附劑用量且吸附劑的再生不需要加熱和冷卻。
本發(fā)明的目的在于采用多床變壓吸附工藝從天然氣或油田氣中脫除乙烷和乙烷以上烴類物質(zhì)，獲得乙烷和乙烷以上烴類物質(zhì)含量小于0.5v%或更低的純凈氣體。
本發(fā)明的另一目的在于提供為達(dá)到上述目的所適用的吸附劑種類和這些吸附劑在吸附床內(nèi)的配比以及裝填方法。
多床變壓吸附工藝實(shí)施已由早先的四床流程發(fā)展到由十至十二個吸附床組成的流程。美國專利(3430418、3564816、3986849)分別詳細(xì)描述了配備有四個、五個、八個、九個、十個吸附床的變壓吸附工作過程。
這些專利所描述的變壓吸附工藝中，每個吸附床包括有以下工作步驟
1、吸附氣體混合物在過程最高壓力下通過吸附床，其中易吸附雜質(zhì)組分被選擇性吸附，難吸附的產(chǎn)品組分從氣相中獲得。
2、順向放壓吸附床停止吸附，床內(nèi)壓力順著吸附流動的方向進(jìn)行逐級降壓，順向放壓所排出的氣體分別用于其它吸附床的升壓和沖洗。當(dāng)易吸附組分的吸附前沿到達(dá)吸附床出口端時，順向放壓終止。
3、逆向放壓吸附床內(nèi)剩余壓力逆著吸附流動的方向降到過程的最低壓力。床內(nèi)被吸附劑吸附的雜質(zhì)組分隨著壓力下降而釋放排出。
4、沖洗利用另一吸附床順向放壓步驟排出的壓力較低部份的難吸附組分氣體在過程最低壓力下對吸附床進(jìn)行沖洗，進(jìn)一步清除殘留于吸附床內(nèi)的易吸附組分。吸附床獲得再生。
5、升壓再生好的吸附床在進(jìn)行下一步吸附之前，分別利用其它吸附床順向放壓壓力較高部份的難吸附組分、先低后高地進(jìn)行逐級升壓。最后直接用作為產(chǎn)品的難吸附組分升壓到吸附壓力。接著重復(fù)上述步驟循環(huán)操作。
這些多床變壓吸附工藝已在從富氫混合氣中提取純氫和從空氣中富集氧氣等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
西德專利(2624346)列舉了變壓吸附過程從天然氣中脫除乙烷的應(yīng)用實(shí)例。天然氣組成(v%)CH490.0、C2H66.50、C3H80.15、C4H100.15、C5H120.05、C6+0.20。天然氣壓力30巴，溫度30℃，吸附床內(nèi)裝填的吸附劑是為活性炭，通過變壓吸附過程后獲得的產(chǎn)品組成(v%)為CH499.0、C2H60.8、C3H80.2。該專利是在較高壓力下采用九床五次均壓變壓吸附工藝，甲烷回收率達(dá)85%。
活性炭對于脫除氣體中烴類物質(zhì)是一種良好吸附材料，一般說來，對于分子結(jié)構(gòu)相似的烴類組分在活性炭上的吸附量隨分子量的增加而增加。然而本發(fā)明通過實(shí)驗(yàn)證明，僅采用活性炭吸附劑在上述的變壓吸附過程中要使天然氣或油田氣中乙烷含量脫除到0.5v%以下，甲烷回收率顯著下降。這是由于活性炭對于在甲烷同系物中乙烷以上(包括乙烷)的烴類組分在低分壓下的吸附能力減弱的緣故。
本發(fā)明確定了為進(jìn)一步脫除甲烷同系物中低含量的高烴組分，可以采用5A或13X分子篩。分子篩與活性炭相比，在甲烷同系物中對于低含量的乙烷仍具有較高的吸附能力，同時對于乙烷以上的烴類組分同樣有滿意的脫除效果。
本發(fā)明指出，應(yīng)用上述的變壓吸附過程，從天然氣或油田氣中脫除乙烷，產(chǎn)品中乙烷含量大于0.5v%時，可以采用活性炭吸附床。對于產(chǎn)品中乙烷含量要求較低(一般低于0.5v%時，甚至達(dá)0.01v%)時，宜采用活性炭加分子篩的復(fù)合床?；钚蕴垦b填在吸附床的入口端，分子篩裝填在吸附床的出口端。活性炭裝填量由原料中乙烷含量和原料通過活性炭床層后氣體中乙烷脫除精度來確定。原料中乙烷含量在1～6v%的范圍內(nèi)，活性炭與分子篩在吸附床內(nèi)的裝填配比取1∶0.1～6(重量比)較為適宜。
在上述的變壓吸附過程中，采用活性炭與分子篩的復(fù)合吸附床，都能適用于從天然氣或油田氣中脫除乙烷以及乙烷以上的烴類組分，產(chǎn)品中乙烷含量最低可在50ppm以下。這樣的復(fù)合吸附床只要將活性炭與分子篩的配比作一些調(diào)整，也可同時脫除天然氣或油田氣中所含有的CO2和H2S。熟悉本領(lǐng)域范圍的技術(shù)人員都知道，在吸附床入口端適當(dāng)添加三氧化二鋁或硅膠等吸附劑，通過上述變壓吸附過程也可除去氣體中的飽和水份。
采用上述配比的活性炭與分子篩的復(fù)合吸附床在變壓吸附過程中，吸附壓力的最低值可為0.15MPa(表壓)，一般取0.6～3.5MPa(表壓)較為適宜。因此普遍的天然氣或油田氣可不經(jīng)壓縮直接作為原料進(jìn)入變壓吸附系統(tǒng)進(jìn)行凈化。然而本發(fā)明對吸附壓力并不加以任何限制。
實(shí)例一天然氣組成(v%)CH493.70、C2H61.63、C3H80.38、C4H100.28、C5H120.06、C6+0.02、N23.47、CO20.38、H2S500mg/m3、H2O飽和，天然氣0.22MPa(表壓)，溫度30℃，天然氣流量1800nm3/h。
采用由四個吸附床組成的一次均壓式變壓吸附工藝。吸附床內(nèi)入口端裝填有少量三氧化二鋁，出口端裝填13X分子篩。在三氧化二鋁和13X分子篩之間裝填活性炭?；钚蕴颗c13X分子篩裝填比1∶3.2(重量)，吸附壓力為0.20MPa(表壓)。
通過變壓吸附過程獲得凈化后的天然氣組成(v%)為CH496.16、C2H6＜100ppm、C3+痕量、N23.83、CO20.01、產(chǎn)品壓力～0.20MPa(表壓)、溫度32℃、流量850nm3/h。
解吸氣輸出壓力0.015MPa(表壓)，可用作燃料或其它化工過程的原料。
實(shí)例二油田氣組成(v%)CH490.10、C2H66.06、C30.45、C+40.53、N22.25、CO20.55、H2S380mg/m3，H2O飽和，壓力1.15MPa(表壓)，溫度30℃，原料流量2000nm3/h。
采用與實(shí)例一相同的變壓吸附工藝。吸附床內(nèi)入口端裝填有少量三氧化二鋁，出口端裝填5A分子篩。在三氧化二鋁和5A分子篩之間裝填活性炭?；钚蕴颗c5A分子篩裝填比為1∶0.45(重量)。吸附壓力為1.0MPa(表壓)。
通過變壓吸附過程獲得凈化氣體的組成(v%)是CH496.06、C2H60.10、C3+痕量;N23.84、CO20.01，產(chǎn)品壓力～1.0MPa(表壓)，溫度32℃，流量1130nm3/h。
解析氣輸出壓力0.015MPa(表壓)，可用作燃料或其它化工過程的原料。
權(quán)利要求
1.一種從氣態(tài)烴中脫除乙烷和乙烷以上烴類的變壓吸附法，其特征是吸附塔內(nèi)同時裝填活性炭和分子篩吸附劑。
2.按權(quán)利要求1的變壓吸附法，其特征是活性炭吸附劑裝填在塔的進(jìn)口端，分子篩裝填在塔的出口端。
3.按權(quán)利要求1和2的變壓吸附法，其特征是活性炭與分子篩的重量配比為1∶0.1～6。
全文摘要
本發(fā)明是采用變壓吸附技術(shù)從天然氣或油田氣中脫除乙烷和乙烷以上烴類物質(zhì)的方法。其特點(diǎn)是活性炭和分子篩兩種吸附劑按合適的配比同時裝于吸附床內(nèi)，活性炭裝填在吸附床的進(jìn)口端，分子篩裝填在吸附床的出口端。本發(fā)明用于從氣態(tài)烴中脫除乙烷和乙烷以上烴類時，其凈化氣中乙烷和乙烷以上烴類物質(zhì)含量在50ppm～0.5V％范圍。
文檔編號C10G5/02GK1069670SQ91107279
公開日1993年3月10日 申請日期1991年8月24日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月24日
發(fā)明者王寶林, 龔肇元 申請人:化學(xué)工業(yè)部西南化工研究院