CN113924156A - 乙炔净化系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明包括用于从包括氢馏分和非氢馏分的气体流中去除高级炔烃的方法，其中该气体流总共包括少于约4％的二乙炔和乙烯基乙炔，所述方法包括以下步骤：(i)吸附步骤，所述吸附步骤包括以预选的表面线性气速使气流穿过支撑在外壳内的吸附床，所述吸附床包括结晶多孔陶瓷吸附剂，以将高级炔烃吸附到吸附剂上，由此产生饱和吸附床和包括小于约25ppm二乙炔的净化气流；再生步骤，包括通过使再生气体穿过饱和吸附床来再生饱和吸附床，以解吸保留在其上的高级炔烃，从而产生再生吸附床和含有高级炔烃的污染气流，和(iii)吹扫步骤，包括从外壳中移除污染气流。本发明还包括用于从氢气占主导地位的乙炔‑氢气气体流中除去二乙炔和乙烯基乙炔的系统。

Description

乙炔净化系统和方法
相关申请
本申请要求2019年5月20日递交的美国临时申请第62/850,233号的优先权。该申请的全部内容通过引证在此全部并入本文。
技术领域
本申请涉及从气态乙炔流中去除高级炔烃的系统和方法。
背景技术
当乙炔由烃源生成时，乙炔生成动力学通常会导致生成较高级的炔烃副产物，如C4副产物二乙炔和乙烯基乙炔。如本文所用，术语“高级炔烃”指的是至少含有3个和4个碳原子的炔烃，尽管其也可适用于所有气态炔烃和气态芳烃。这些高级炔烃可以原位聚合，污染下游设备和溶剂。此外，这些高级炔烃非常危险：特别是它们有很高的爆炸危险。乙炔流中的高级炔烃的存在也降低了乙炔流在许多用途中的商业价值，因为高级炔烃可以与乙炔一起参与化学反应，导致化学产品的不良混合物。出于所有这些原因，希望从乙炔流中去除此类高级炔烃，以生产纯乙炔产品。
对于许多工业应用，去除高级炔烃的最简单方法是在工艺的早期将含有它们的乙炔流通入一种溶剂中。在许多溶剂中，高级炔烃比乙炔具有更高的溶解度，因此它们可以优先被吸收。通常，在低压下将含有高级炔烃的乙炔流引入少量溶剂，例如水、甲醇、液氨、二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、苯或其他有机溶剂。然而，尽管比高级炔烃的溶解度小，但乙炔也可溶于这些溶剂。因此，在基于溶剂的净化过程中，一些乙炔与高级炔烃共同被吸收，导致乙炔从处理气体中损失。此外，在液体介质中浓缩较高的炔烃会带来额外的安全隐患。
由于通过暴露于单一溶剂去除所有高级炔烃会导致不可接受的乙炔损失，因此可采用替代的多步骤分离方法，如苛性碱和硫酸洗涤，以减少乙炔损失量，同时仍充分去除高级炔烃。例如，某些高级炔烃(例如，二乙炔和其他碳氢化合物污染物，例如其他C4化合物和芳烃)可在初始含溶剂步骤中去除，而乙烯基乙炔(另一高级炔烃化合物)继续伴随气流中的乙炔，需要通过真空汽提等过程进行后续去除，以生产足够纯净的乙炔产品。但是，由于分离过程中乙炔的损失趋势以及充分去除高级炔烃所需系统的复杂性，基于溶剂的成本效益高的乙炔净化仍然具有挑战性。
在许多工业中，气体或液体流是通过吸附而不是基于溶剂的吸收来净化的。吸附器系统包括一种称为吸附剂的物质，该物质优先从流体中去除某些称为吸附质的分子。通过分离优先吸附的分子，吸附剂将其从流体中去除。被吸附的分子可以是从流体流中去除的污染物，也可以是从流体流中回收的产物。
与流体中的其他化合物相比，吸附剂可以是对目标化合物具有不同亲和力的材料。或者，吸附剂可以根据分子大小或其他物理性质区分分子之间的差异。吸附剂也可根据其他辅助性质进行选择，如在极端温度或压力下的稳定性、在极端pH值下的稳定性或在某些有机溶剂存在下的稳定性。然而，吸附剂的容量有限，随着时间的推移，吸附剂会被目标分子饱和。为了使吸附剂恢复到有效状态，必须进行再生；再生是从吸附剂表面去除吸附质(即解吸)并修复吸附剂表面的过程。
作为吸附器系统的一个示例，可使用变温吸附器(TSA)去除感兴趣的分子。在TSA中，解吸步骤通过加热饱和吸附剂并任选地在其上流动再生气体来完成。由于加热以及在吸附材料和再生气体表面上的吸附质分压差不同，吸附质可被驱入再生气流中。然后，必须在解吸后冷却吸附剂床，使其可用于另一个吸附循环。
吸附剂虽然能有效去除目标分子，但很快就会饱和，需要反复的再生循环才能继续发挥作用。这使得吸附系统的操作成本很高，尤其是当它们暴露于大量污染物时。吸附系统通常不用于乙炔净化过程，因为商用乙炔流含有高浓度的污染物，很容易使吸附剂饱和。此外，由于反复需要吸附剂再生，TSA系统通常使用多个容器，因此系统容器的一个子集正在吸附目标分子，而另一个子集正在再生吸附质。对复杂吸附系统的需求带来了资本成本和运营成本。
在不受理论约束的情况下，可以理解，通过吸附进行的碳氢化合物分离是通过利用各种碳氢化合物对吸附材料的不同分子间吸引力进行的。此外，在不受理论约束的情况下，可以理解，由于某些碳氢化合物的蒸汽压比其他分子低，这些碳氢化合物优先在吸附剂表面冷凝。当产品碳氢化合物通过吸附剂床时，气体流中碳氢化合物污染物与产品碳氢化合物的质量之间的巨大差异允许长时间的污染物吸附，从而允许从产品气流中高效且经济地分离污染物。例如，甲烷和苯之间的质量差异使得这两种气体可以通过工业规模的吸附很容易分离。当污染物和产品质量相近且具有相似的吸附特性时，从产品碳氢化合物中分离碳氢化合物污染物要困难得多。在这种情况下，分离两种相似气体的吸附时间窗口很小；对于较小的吸附窗口，需要更频繁的吸附再生以保持其分离效率，和/或需要更多的吸附剂。因此，作为一种分离技术，吸附可能变得成本高昂。
此外，涉及乙炔的吸附过程通常侧重于从其他碳氢化合物产品中去除乙炔，而乙炔是碳氢化合物气流中的一种杂质。因此，用于除去乙炔杂质的吸附剂对乙炔的亲和力高于对其他碳氢化合物的亲和力；此类吸附剂捕获乙炔，同时允许产品碳氢化合物通过床层。这些专为捕集乙炔而设计的吸附剂不适用于乙炔为产品气体、其他相对较小的碳氢化合物为需要去除的杂质的工艺。为了净化乙炔并去除污染物，吸附床应拒绝乙炔并允许其通过，同时捕获其他碳氢化合物。
因此，本领域仍然需要改进的吸附技术，用于商业乙炔流的吸附技术，特别是允许高效且经济地去除高级炔烃污染物。这些改进的吸附技术对于具有相对低浓度的高级炔烃污染的乙炔流尤其有利，其中需要高乙炔纯度的产品流。
发明内容
本文在实施方案中公开了用于从包括氢馏分和非氢馏分的气体流中去除高级炔烃(例如二乙炔和乙烯基乙炔)和其他高级碳氢化合物的方法，其中该气体流总共包括少于约4％的二乙炔和乙烯基乙炔，其中，所述方法包括吸附步骤，所述吸附步骤包括以预选的表面线性气速使气流穿过支撑在外壳内的吸附床，所述吸附床包括结晶多孔陶瓷吸附剂，以将二乙炔和乙烯基乙炔吸附到吸附剂上，由此产生饱和吸附床和包括小于约25ppm二乙炔和小于约25ppm乙烯基乙炔的净化气流；再生步骤，包括通过使再生气体穿过饱和吸附床来再生饱和吸附床，以解吸保留在其上的二乙炔和乙烯基乙炔，从而产生再生吸附床和含有二乙炔和乙烯基乙炔的污染气流，以及吹扫步骤，包括从外壳中移除污染气流。在实施方案中，所述气体流包括约50％至约90％的氢。在实施方案中，其中，气体流的非氢部分包括大于约50％的炔烃，或气体流的非氢部分包括在约5％至约95％之间的乙炔，或在约10％至95％之间的乙炔，或在约20％至约95％之间的乙炔，或在约30％至约90％之间的乙炔，或在约40％至约85％之间的乙炔，或在约80％至约90％之间的乙炔，或约85％的乙炔。在一个实施方案中，气体流包括小于约2％的二乙炔和/或小于约2％的乙烯基乙炔。在实施方案中，气体流以轴向至吸附床的流动方向流动。在实施方案中，结晶多孔陶瓷吸附剂的表面积大于200m2/g，孔径大于0.5nm；结晶多孔陶瓷吸附剂可以是13X分子筛。在实施方案中，净化后的气体流包括小于约20ppm的二乙炔，或小于约10ppm的二乙炔。在实施方案中，净化后的气体流包括小于约20ppm的乙烯基乙炔，或小于约10ppm的乙烯基乙炔。在实施方案中，再生气体为加热后的热空气，且加热后的热空气的温度可在约175℃至约200℃之间，或约200℃或更高。在实施方案中，吹扫步骤还包括将外壳中的吸附剂床暴露于吹扫气体中，且吹扫气体选自天然气、氢气、氮气或净化后的乙炔所组成的组中。在实施方案中，吹扫步骤执行之后随后执行吸附步骤、再生步骤和吹扫步骤，进行预定数量的执行循环。在各个实施方案中，吸附步骤在第一个封闭容器中执行，而再生步骤和吹扫步骤在第二个封闭容器中执行，在一个容器中的吸附步骤和另一个容器中的再生步骤和吹扫步骤之间循环预选数目的执行循环。在各个实施方案中，该方法还包括初始步骤，其中通过将包括C1-C4碳氢化合物的原料气暴露于能源以将原料气转化为等离子体来产生气流，其中，等离子体影响C1-C4碳氢化合物转化为气体流的氢部分和非氢部分。等离子体可以是热等离子体或非热等离子体。在实施方案中，所述原料气包括甲烷。
本文在实施方案中进一步公开了用于从氢占主导地位的乙炔氢气气流中去除二乙炔和乙烯基乙炔的系统，其中氢占主导地位的乙炔氢气气流包括少于百分之一的二乙炔和乙烯基乙炔，所述系统包括第一容器，所述第一容器包括第一吸附剂床，所述第一吸附剂床以横向于所述第一容器的长轴的方向支撑；与第一容器流体连通的第一过程气体回路，包括通过第一吸附剂床上游的过程气体入口进入第一容器的过程气体流入管线，用于流入以氢为主的乙炔-氢气流，并且进一步包括从第一吸附床下游的净化气体出口，用于从第一容器流出净化后的气体流，其中含有二乙炔和乙烯基乙炔的以氢为主的乙炔-氢气气流进入过程气体入口并穿过第一吸附床，其中所述二乙炔和乙烯基乙炔被吸附到所述第一吸附剂床上以形成第一饱和吸附剂床，并且其中从所述净化气体出口流出的所述净化后的气体流中所述二乙炔和乙烯基乙炔中的每一个都小于约25ppm，所述第一过程气体回路具有第一组控制阀，所述第一组控制阀在所述第一容器的近侧和远侧，所述第一组控制阀被编程以允许或防止过程气体流过所述第一过程气体回路；以及与第一容器流体连通的第一再生气体回路，包括通过第一吸附床第一端的再生气体入口进入第一容器的再生气体管线，用于流入再生气体，以及再生气体出口，该再生气体出口在第一吸附床的第二端处离开第一容器，用于流出受污染的再生气体，其中，所述再生气体从所述第一饱和吸附床的第一端穿过到达第二端，并且其中再生气体在穿过第一饱和吸附床时从第一饱和吸附床解吸二乙炔和乙烯基乙炔污染物，以形成受污染的再生气体，所述第一再生气体回路具有第二组控制阀，所述第二组控制阀被编程以允许或阻止再生气体流过所述第一再生气体回路；其中，当气体穿过第一吸附床流经第一过程气体回路时，没有气体穿过第一吸附床流经第一再生气体回路，并且其中，当气体穿过第一吸附床流经第一再生气体回路时，没有气体流过第一个过程气体回路。在实施方案中，所述系统还包括与所述第一容器相同的第二容器，并且具有第二吸附床；与第一过程气体回路相同的第二过程气体回路，所述第二过程气体回路与第一过程气体回路和第二容器流体连通；以及第二再生气体回路，所述第二再生气体回路与第一再生气体回路相同，并且与第一再生气体回路和第二容器流体连通，其中，当气体流经第一过程气体回路并穿过第一容器中的第一吸附床时，再生气体流经第二容器中的第二吸附床的第二再生气体回路。在实施方案中，当气体穿过第二容器中的第二吸附床流经第二过程气体回路时，再生气体穿过第一容器中的第一吸附床流经第一再生气体回路。在实施方案中，流经第一吸附床的第一过程气体回路的气流与流经第一吸附床的第一再生气体回路的气流逆向流动。
附图简要说明
图1示意性地描述了适用于乙炔净化的净化/分离系统。
图2描述了吸附剂容器的实施方案。
图3描述了吸附剂容器的实施方案。
图4A和图4B描述了适用于乙炔净化的示例性的净化/分离系统。
图5是适用于乙炔净化的净化/分离系统的框图。
具体实施方式
a.总体系统和方法
本文在实施方案中公开了用于从包括乙炔气体的气流中去除高级炔烃(包括，但不限于，二乙炔和乙烯基乙炔)的高选择性系统和方法。这些系统和方法特别适用于仅含有少量碳氢化合物污染物的气体流，例如，乙炔部分占原料气总成分的约5％至约25％vol/mol％的以氢为主的乙炔氢气体流。在这种以氢为主的乙炔-氢气气流中，氢气部分的含量范围为约60％到约90％，这取决于其中乙炔的含量，以及其他组分(例如甲烷)的含量。
在这种气流中，高级炔烃可以小于原料气总成分的约5％(vol/mol％)的含量存在，例如，乙烯基乙炔和二乙炔以小于原料气总成分约4.5％的总含量存在，乙烯基乙炔和二乙炔以小于原料气总成分约4％的总含量存在，或乙烯基乙炔和二乙炔以小于原料气总成分约2％的总含量存在。在一个实施方案中，高级炔烃可以小于原料气总成分约4％(vol/mol％)的含量存在，例如，乙烯基乙炔和二乙炔的总含量可小于原料气总成分的约3.5％，或小于原料气总成分的约3％，或乙烯基乙炔和二乙炔以小于原料气总成分约1.75％或约1.5％的总含量存在。在一个实施方案中，高级炔烃的含量可小于原料气总成分的约2.5％(vol/mol％)，例如，乙烯基乙炔和二乙炔的总含量可小于原料气总成分的约2％，或者乙烯基乙炔和/或二乙炔的含量小于约1％。在各种实施方案中，其他高阶碳氢化合物可以小于约0.3％、0.2％或0.1％的量存在，其中乙烯基乙炔和二乙炔的总存在量小于原料气总组成的约2％、或小于约3％、或小于约3.5％、或小于约4％。
通过本文公开的净化/分离过程，在这些气体流中，高级炔烃在所述气体流中的含量可以被减少到低于25ppm，或者在所述气体流中的含量可以被减少到低于20ppm，或者在所述气体流中的含量可以被减少到低于15ppm。在实施方案中，二乙炔和乙烯基乙炔的量可分别被减少直至占所述气体流中含量小于约25ppm，或者分别被减少直至占所述气体流中含量小于约20ppm，或者分别被减少直至占所述气体流中含量小于约15ppm，或者分别被减少直至占所述气体流中含量小于约10ppm。在其它实施方案中，在所述气体流中可存在不同含量的二乙炔和乙烯基乙炔，但每种的存在量均小于25ppm。
在实施方案中，本文公开的净化/分离系统包括一个变温吸附器，该吸附器将与一个反应器结合使用，该反应器能够产生以乙炔为主要碳氢化合物产品的氢为主原料气流。可通过将碳氢化合物气体(例如，甲烷、乙烷、丙烷或丁烷)暴露于反应器中产生非热等离子体，从而产生氢气以及主要产品乙炔以及一系列次要碳氢化合物组分，最后产生以乙炔为主要碳氢化合物产品的氢为主原料气流。然后，可以使用本文所述的净化/分离方法来去除从反应器中流出的气流中的杂质，从而在产物流中形成基本上纯净的乙炔。
在一个实施方案中，净化/分离系统包括一系列至少两个装有吸附剂的容器，其中吸附剂对乙炔分子无选择性，而对高级炔烃分子具有保留性。如本文所用，术语“吸附剂”指具有允许高容量吸附质的高比表面积的多孔材料。每个容器都与原料气流体流进行流体联通，以便其中的吸附剂能够在原料气通过该吸附剂时吸附原料气中的相关污染物(即高级炔烃分子)。在一个实施方案中，每个容器中的吸附剂通过加热后气体的流入流再生，该加热后的气体可以从吸附剂中去除吸附质，从而制备吸附剂以进一步暴露于原料气及其污染物。在其他实施方案中，可加热的吸附剂本身以使其再生，从而从吸附剂中去除吸附质并制备吸附剂以进一步暴露于原料气中。内部和外部加热技术的组合也可用于影响吸附剂再生。每个容器中的吸附和解吸循环与其他容器中的吸附和解吸循环相协调，以优化污染物去除和吸附再生的效率。有利的是，可以对多组阀门进行编程，以协调含乙炔气流的流入和流出以及再生气流的流入和流出。
本文在实施方案中公开了用于将炔烃C2分子(例如，乙炔)从高级炔烃(包括，但不限于炔烃C4分子)中分离的系统和方法，所述系统和方法基于气体流速、气体成分、吸附剂容量和吸附剂量调节吸附系统的流通运行时间。这对于炔烃C4分子尤其有利。出乎意料的是，从炔烃C4中分离炔烃C2分子的运行时间并不遵循分离尺寸相近的其他碳氢化合物对的趋势，例如，从烷烃C3中分离烷烃C1，或从烷烃C4中分离烷烃C2，或从烯烃C6中分离烯烃C4。已经发现，可以构建一种吸附系统，为工业上可用的炔烃C4分子与乙炔的分离提供足够的吸附时间窗口。
以下方程式可以指导如何确定上述分离过程的理想运行时间：
等式.1：
Figure BDA0003390666390000101
当吸附床新鲜时，气体的所有成分都被吸附。吸附质在吸附剂表面的结合和释放之间处于恒定平衡状态。当吸附剂的大部分表面被吸附质覆盖时，气流中各种气体组分之间开始竞争。那些更倾向于结合(例如，冷凝(较低蒸汽压))和/或对吸附剂有较强吸引力的组分将在较长时间内占据吸附剂上的更多位置，导致吸引力较弱或蒸汽压较高的分子发生位移。就这些系统和方法而言，已知高级炔烃对某些吸附剂具有更大的吸引力，且蒸汽压比乙炔低。这导致污染物分子取代吸附剂表面的乙炔分子。通过这种方式，可以在乙炔损失非常小的情况下完成从乙炔中分离高级炔烃，从而实现非常有选择性的去除过程。
b.系统示例
图1中描绘了用于从乙炔气流中去除高级炔烃的净化/分离系统的示例性实施方案。如图1所示，净化/分离系统可包括吸附子系统100和吸附器再生子系统120。吸附子系统包括多个含有吸附剂的容器104a、104b和104c。在所描述的实施方案中，显示了三个含有吸附剂的容器，但其他容器布置也有效，具有不同数量的容器，甚至是吸附与解吸交替的单个容器。含有乙炔和高级炔烃污染物的气流102通过容器108a、108b和108c的专用入口阀，被引导至每个含有吸附剂的容器104a、104b和104c中。在进入吸附子系统100之前，可选地通过从气流中去除固体和较重的碳氢化合物对气流102进行净化，并且进一步将其冷却，例如冷却至35-40℃之间的温度；图1中未示出气体流102的初步制备机制。
图1所示的吸附器容器可采用2+1配置，这表示当两个吸附器容器在从气流102中吸附高级炔烃时处于活跃状态，其中一个容器处于再生模式，其中，吸附剂通过暴露于通过再生子系统120提供的再生气流中进行再生。例如，当进气阀108c关闭时，气流102可通过其进气阀108a和108b导入到容器104a和104b中，防止其在再生时进入容器104c。在一个实施方案中，理想的情况是将流入的气体流102均匀的分配在两个活性吸附容器之中。在其他实施方案中，在阀门预定开启的时间内，活性吸附容器可处于不同的吸附阶段，以便一个活性容器完成其吸附顺序并在另一个之前进入再生模式。
气流在工作的吸附剂容器中暴露于吸附剂后，所述气流通过其各自的出口管线110a、110b和110c离开容器，并通过出口阀112a、112b和112c进入出口管线114。流出管线含有乙炔，乙烯基乙炔和二乙炔已从所述乙炔中去除，这些分子已被吸附容器内的吸附剂吸附。当每个吸附容器中的吸附剂被去除的物质饱和时，通过暴露于从再生回路120提供的再生气体138进行再生。
在一个实施方案中，选择放置在每个容器104a、104b、104c中的吸附剂量从而使每个容器能够吸附16小时并再生8小时，如下所述。因此，每个容器104a、104b、104c可以每24小时完成一个完整的运行周期。示例性系统100的顺序如表1所示，其中吸附周期以8小时段交错排列，允许连续操作。
表1
容器A 在线 在线 再生
容器B 在线 再生 在线
容器C 再生 在线 在线
运行时间(小时) 8 16 24
如图1所示，容器104c可以通过打开阀门108c和110c在8小时的时间内接收流入气体流102，而同一时间另一个容器102b通过关闭阀门108b和112B脱机。通过打开再生流阀134和142，允许再生气体138加热整个容器102b，可在容器102b中开始再生。在一些实施方案中，当热空气以乙炔过程处理质量流量的33％流动时，保持最大再生温度2小时。随后，停止加热，继续气流，直到容器达到室温。容器102b中的吸附剂再生之后，含有污染物的再生气体148离开容器102b，阀门134和142关闭。吸附剂再生之后，可通过真空或暴露于吹扫气体(未显示)来吹扫容器102b中的再生气体，以防止随后污染新引入的含有乙炔的原料气体，该原料气体将在下一个循环中被吸附。在实施方案中，吹扫气体可以是天然气、氢气、氮气或净化乙炔；在其他实施方案中，使用来自其他两个容器的洗涤过程气体排空并预饱和含有新再生吸附剂的容器。在满意的吹扫之后，通过打开阀门112b并关闭阀门142，允许洗涤后的乙炔从流出管线113回流，从而重新填充和/或压缩容器104b。然后，通过打开阀门108b，容器104b准备好上线，从而再次将容器104b中的吸附剂暴露于含有污染物的气流102中。
更详细地说，通过在每个容器的吸附剂已被要去除的高级炔烃饱和后，将再生气体138通入每个容器来进行再生过程。再生气体138可通过调节气流(例如环境空气)来产生，以对其进行加热和干燥。如图1所示，再生空气流122通过鼓风机124，然后用干燥剂128除湿并由空气加热器130加热。如此处理后，经调节的再生气体138通过进气阀132、134、136进入吸附剂容器104a、104b、104c，以通过此类容器并再生吸附剂，如上所述。再生空气从吸附剂表面去除高级炔烃，通过出口阀140、142和144排出每个吸附容器。再生气体的进出时间与净化过程有关；吸附剂再生发生在吸附剂容器脱离净化过程时。从吸附剂中去除高级炔烃后，含污染物的再生气体148通过流出管道150流出系统，以进行处置、燃烧或进一步处理。
在一个实施方案中，可使用温度大于200℃(例如250℃)的热空气进行再生。在该实施方案中，环境中湿润的空气是再生空气122，其使用环形鼓风机124强制进入系统。然后，强制热空气通过干燥剂128。在实施方案中，干燥剂可一次性使用或可再生，例如连续流旋转干燥剂。当某些材料用作吸附容器104a、104b、104c中的干燥剂时，干燥再生空气122尤其重要。例如，热水或蒸汽可降低吸附剂容量，并可降解某些沸石基吸附剂，如13X分子筛。被干燥后，再生空气可在空气加热器130中加热，例如在线性陶瓷元件加热器、使用线环的线性管道加热器或感应加热器中加热。然后，高温干燥空气通过开启的阀门134向上通过再生吸附剂进入容器，例如容器104b。当再生空气通过饱和吸附剂时，其解吸高级炔烃，然后离开容器102b和系统，如上所述。在所描绘的实施方案中，再生气体的流向可以与处理过程流程相反，尽管在其他实施方案中，再生气体的流向可以与处理过程流程的流向相同，只要再生气体不与工艺流程同时流过吸附剂。
如本文所述的净化/分离系统有利于从乙炔/氢气混合气流中去除高级炔烃，例如乙烯基乙炔和二乙炔，例如可以从使用C1-C4碳氢化合物作为原料气的非热等离子体反应器中产生。公开的美国专利申请第20200063040号中描述了此类等离子体反应器的非限制性示例，其内容通过引用明确并入本文。使用甲烷作为原料气，这样的反应器会破坏C-H键，从而形成碳氢自由基CH3*、CH2*、CH*、H*和C。这些自由基可以重新组合形成两个碳碎片，如以下方程式所示:
CH3*+CH3*→C2H6
CH2*+CH2*→C2H4
CH*+CH*→C2H2
CH3*+CH*→C2H4
CH3*+CH2*→C2H4+H*
CH3*+CH*→C2H4
CH3*+CH*→C2H2+H2
CH2*+CH*→C2H2+H*
另外，甲烷可以跟多种自由基结合形成2-碳片段，如以下化学式所示：
CH4+CH3*→C2H6+H*
CH4+CH2*→C2H6
CH4+CH2*→C2H4+2H*/H2CH4+CH*→C2H4
CH4+CH*→C2H2+H*+H2
除了所示的形成两个碳碎片的反应外，还可以通过等离子体产生的自由基彼此之间重组以及与前体气体的适当重组来形成高阶碳氢化合物，例如高级炔烃。如上所述，使用本文公开的系统和方法从乙炔流中有利地除去这些高级炔烃，例如乙烯基乙炔和二乙炔。
如上所述，去除高级炔烃副产品(如二乙炔和乙烯基乙炔)的系统和方法可用于处理由公开的美国专利申请第20200063040号中所述等离子体反应器产生的乙炔流，其内容通过引用明确并入本文。在某些具体实施例中，本发明包括一种气体处理系统，该气体处理系统用于将含碳氢化合物的流入气体转化为包括乙炔和氢的流出气体产品，其中该系统包括气体输送子系统、等离子体反应室、微波子系统和一种子系统，所述子系统用于从包括如本文所述的流出气体产物的气流中去除高级炔烃(如，二乙炔和乙烯基乙炔)，其中气体输送子系统与等离子体反应室流体连通，并将含有碳氢化合物的流入气体导入等离子体反应室，其中，所述微波子系统将微波能量导入所述等离子体反应室以激活所述含有碳氢化合物的流入气体，从而在所述等离子体反应室中形成等离子体，其中，等离子体影响含有碳氢化合物的流入气体中的碳氢化合物转化为包括乙炔和氢的流出气体产品。在依旧另一个方面中，本发明包括处理含有碳氢化合物的流入气体以产生乙炔气体的方法，所述方法包括提供含有碳氢化合物的流入气体，将含有碳氢化合物的流入气体注入等离子体反应室，用微波能给反应室中的含有碳氢化合物的流入气体通电以产生等离子体；在等离子体中形成流出气体产物，其中一种气体产物为乙炔气体；使流出气体产物流出反应室，并使用本文所述的方法从流出气体产物中去除高级炔烃，例如二乙炔和乙烯基乙炔。在某些特定方面，等离子体是非热等离子体。在其他方面中，所述系统和方法还包括真空子系统；例如，真空子系统为流出气体产品维持减压环境。例如，减压环境可以是约30到约120托之间的压力。
作为使用本文所述系统和方法的净化/分离效果实施例，下表2列出了原料气和产品气流中各种成分在处理前和处理之后的水平，其中原料气是由使用甲烷作为前体气体的非热等离子体产生的气体流，并且原料气进入如图1所示的净化/分离系统，同时产品气体离开净化/分离系统。
表2
气体 原料气成分(％) 产品气成分(％)
氢气 84.6 85.3
乙炔 12.8 12.9
甲烷 1.27 1.28
氮气 0.43 0.43
二氧化碳 0.11 0.11
甲基乙炔 0.01 0.01
二乙炔 0.41 <10ppm
乙烯基乙炔 0.09 <10ppm
苯 0.01 <10ppm
吸附子系统100的吸附容器可以串联或并联方式布置。在实施方案中，理想的情况是每个吸附容器在其使用规范上与其他容器相似，以便可以根据预定顺序互换使用这些容器进行吸附和再生。系统容器间吸附和解吸的时间和顺序可根据容器配置、气体流入模式、吸附剂选择和本领域普通技术人员熟悉的其他变量进行校准。例如，可基于多种变量，例如流速(例如，高流速可导致吸附剂压降，因此流体可能需要在多个容器中分流)、吸附剂灵敏度、再生时间等等，来选择容器配置和吸附/解吸顺序。简单的系统可以只安排两个罐，然后在吸附和再生之间交替。多容器系统最初比较昂贵，需要管道、电子设备和组件成本，但在高流量情况下可能是更为经济的方式。
使用三容器纯化/分离系统，可以采用2+1顺序，在同一时间两个容器同时在线而另一个容器再生。在其他实施方案中，可采用1+2的顺序，其中一个容器在线，而两个容器再生。在一个实施方案中，可以使用2+1交错系统，其中同时在线的两个容器在其在线状态下交错8小时，从而确保它们不会同时饱和。
下表3描述了示例性的操作循环方案。该顺序排列假定吸收床在16小时的时间内维持其吸收功效并且在8小时的时间内充分再生。在此排列中，三个吸收床的再生被激发从而使他们实现在一天之内连续再生。
表3
小时 0 8 16 24
容器1 运行 运行 再生 运行
容器2 运行 再生 运行 运行
容器3 再生 运行 运行 Regen
c.系统组成
图2中显示了适合与这里公开的系统和方法一起使用的包括吸附剂的容器的实施方案。如图2所示，吸附剂系统200包括吸附器容器202和布置在其中的吸附剂材料206。吸附器容器202与气体流入通道204流体连通，原料气通过该通道进入吸附器容器202，并且与产品流出通道232流体连通，产品气(即，去除选定污染物的原料气)通过该通道离开吸附器容器202。吸附器容器202还与空气流入管道234流体连通，再生空气通过该管道进入吸附器容器202，并与空气流出管道238流体连通，受污染的再生空气(即，含有选定污染物的再生空气)通过该管道离开吸附器容器202。在所描绘的实施方案中，原料气流流经吸附器容器202的流向与再生空气流流经吸附器容器202的方向相反，尽管在其他实施方案中，原料气流的流向可以与再生空气流的流向相同。在任何一种情况下，两种气体流(原料气流和再生空气流)的流动都是同步的，因此它们不会同时流动：换句话说，原料气流不会与再生空气流同时通过吸附剂。
在所述实施方案中，吸附材料206夹在上部扩散器212和下部扩散器222之间。上部扩散器212可包括三层扩散器粒子、上层214、中层218和下层220。类似地，下部扩散器222可包括三层扩散器粒子、上层224、中层228和下层230。下部扩散器222由布置在扩散器颗粒的下层230下方的支撑网210支撑。上部扩散器212被包括在保持网208的上部，保持网208位于扩散器颗粒上层214的顶部。
为了从碳氢化合物气体流(其中乙炔是主要的碳氢化合物且污染物水平较低)中吸附高级炔烃，可选择具有高比表面积(例如>300m2/g)的吸附剂206，以允许高容量的吸附质。有利的是，吸附剂孔的平均直径应足够大，以允许原料气中包括的最大分子进行扩散。在实施方案中，乙炔为主要碳氢化合物的碳氢化合物气体流中的最大分子可以是芳香烃，包括例如6-8个碳原子。在该实施方案中，可选择孔径大于0.6nm的吸附剂206，以便原料气可扩散到吸附剂材料206的孔中并通过吸附剂的大部分表面积。吸附材料206可以是有机物(例如活性炭)或无机物(例如硅藻土、沸石、二氧化硅、氧化锆、氧化铈、氧化铝或其他陶瓷)。
在一个实施方案中，可使用分子筛。分子筛是一种材料，其原子排列在晶格中，支撑着大量相互连接、大小均匀的孔。这些孔允许大小等于或小于这些孔的分子通过。因此，分子筛允许分子按大小分离。一类分子筛是由沸石形成的。沸石是水合硅酸铝，通常含有可交换阳离子。沸石可以是天然的，也可以是人造的。天然存在的沸石包括诸如菱沸石、斜发沸石、伊利石、硫黄铁矿、丝光沸石等材料。人造沸石除其他外包括A、D、L、R、S、T、X、Y、ZSM等类型，其命名通常包括数字名称或主要阳离子的缩写。
在实施方案中，孔径大约为0.9nm的13X分子筛适用于吸附剂材料206。吸附材料206的颗粒大小应该被设计以防止床层出现显著量的压降(即压降小于10psi)；因此，除了最小规模的吸附系统外，粉末几乎不适用于所有系统。在一个实施方案中，吸附剂颗粒尺寸为13X分子筛的1/16英寸(1-2mm)球体。在其他实施方案中，吸附剂可以是颗粒或棒状。对于在具有非常大的工艺流速的系统中使用，吸附剂材料206可分层布置，例如，1/16英寸分子筛与1/8英寸分子筛分层以减少压降。
如图2所示，更详细地说，吸附材料206可布置在上部扩散器212和下部扩散器222之间，其结构能够在流入气体(原料气或再生气体)遇到吸附材料206之前进一步扩散流入气体。如图所示，上部扩散器212和下部扩散器222分别包括上层、中层和下层。每一层包括均匀大小的扩散粒子排列；每层中的粒径不同于其他相邻层中的粒径。陶瓷颗粒，例如
Figure BDA0003390666390000191
支撑介质(St Gobain NorPro)，对于在上部扩散器212和下部扩散器222中使用尤其有利。像这样的陶瓷颗粒提供了一个曲折的路径来促进气体扩散。此外，陶瓷颗粒还有重量，以便在气流通过时将吸附剂固定到位。这在再生过程中特别有用，当气流通过吸附剂床向上流动时。如果吸附材料206未被重量压下或未受到其他限制，则其在连续循环中的重复浮动和沉降可导致磨损和使用寿命降低。
可以选择上部扩散器212和下部扩散器222中三层(上层、中层、下层)的粒径，以便两个相邻层之间的粒径变化约为两倍。例如，上部扩散器上层的陶瓷球直径可为1/2”，而中层的陶瓷球直径约为1/4”，下层的陶瓷球直径约为1/8”。下部扩散器的上层、中层和下层的尺寸可以是相似设计的：例如，上层的陶瓷球直径可以为1/8“，而中层的陶瓷球直径可以为1/4”，下层的陶瓷球直径可以为1/2”。该经验法则防止一层迁移到另一层，这可能导致扩散器或吸附器材料206中的不规则性，从而导致污染物的沟道化和早期通过。在实施方案中，对于那些需要更加快速的冷却循环的应用，绝缘陶瓷颗粒可以用诸如铝的导电材料代替。
在实施方案中，吸附容器202被设计成使原料气的表面线速度保持在一定值以下，例如，小于约500cm/min，或小于约1000cm/min，或小于约1500cm/min，或小于约2000cm/min。当气体的表面线速度超过该指标时，吸附效率开始下降，吸附剂的有效容量降低。由于大多数原料气流量是固定的，因此通常通过保持最小容器直径来实现。然而，根据一般经验法则，吸附容器202通常具有最大容器直径，L/D>2，其中L是容器的高度，D是直径。当容器直径超过此度量时，传递到容器壁的热效率降低，容器变得更昂贵。
在一个实施方案中，当原料气进入吸附容器202时，使用入口流量扩散器(未显示)将其径向导向容器202的壁，从而在垂直于流动方向的吸附剂上产生均匀的流量分布。流量分布不均匀会阻止原料气与所有吸附剂接触，从而导致污染物提前进入产品流。除了内部机制(例如入口流量分配器或气体扩散板)之外或者作为内部机制的替换，容器的入口和上部扩散器系统的上部之间可以保持最小距离，例如保持网208。选择的最小距离应允许原料气在接触保留网及其下方的扩散结构之前有足够的时间向容器壁径向扩散。
有利的是，原料气流沿轴向通过吸附器容器202，从气体流入通道204流向产品流出通道232。原料气流可以小于约500cm/min、小于约1000cm/min、小于约1500cm/min或小于约2000cm/min的表观气体流速穿过吸附剂材料206。在实施方案中，吸附剂材料206的表面积可大于约200m2/g，孔径大于0.5nm。有利地是，吸附过程发生在两小时或更长时间内。有利的是，吸附过程在低温下发生，例如，低于100℃，而吸附剂在高于150℃或高于175℃，或介于175℃和约200℃之间，或高于约200℃的温度下用热气再生，并在吸附剂再生后进行选择性的冷却。
有利的是，当热空气以大于原料气质量流量33％的速率流动时，例如，例如以质量流量约33％至约500％的速率流动时，最大再生温度保持恒定2小时。在一个实施方案中，当热空气以原料气质量流量的100％流动时，最大再生温度保持恒定2小时。
虽然图2中所示的吸附器系统已证明了本文所公开的系统和方法的特殊优势，但可以设想吸附器容器的其他合适结构。例如，底部支撑网210可以用另一支撑机构(例如多孔板)替换，或者可以完全消除。在不脱离本文所公开的本发明的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以容易地设想其他结构变化。
为了进一步说明可根据需要定制的更通用的系统，图3中描绘了吸附器系统300，概况显示了吸附容器302及其内容物，但未显示吸附剂再生机制。如图3所示，吸附剂系统300包括吸附器容器302，吸附器容器302具有流入管304和流出管308，并包括吸附剂材料306。含有所需产品气体和各种污染物(即原料气)的气流通过流入管304进入吸附器容器302，通过吸附材料306，并通过流出管308离开吸附器容器302。吸附材料306可以是适于从原料气中去除污染物的任何吸附材料，例如，如上所述的分子筛。气体流从吸附器容器302中流出，并与其污染物分离，这些污染物已被容器302内的吸附材料306吸附。吸附材料306由支撑板314上的下部包装材料312支撑。吸附材料306的固定由上部包装材料310加强，上部包装材料310优先保持吸附材料306。在一个实施方案中，吸附器容器302的高度约为8英尺，吸附材料306的吸附床层高度为2英尺。上下包装材料的床高约为一英尺。从支撑板314到流出管308的距离约为2英尺。如本领域普通技术人员所理解的，可以用其他尺寸代替这些说明性尺寸。
d.系统变化
虽然上文已经描述了从乙炔流中去除高级炔烃的净化/分离系统的某些实施方案(该技术方案使用三个罐进行交替吸附和再生的方案)，但可以设想其他实施例。例如，如图4A所示，可使用两个罐，其中一个罐402a中进行吸附，而另一个罐404b中进行再生；在所描绘的实施方案中，吸附罐402a暴露于含有待处理气体的气流406a中，并且再生罐404b暴露于再生气流410a中。在所描绘的实施方案中，吸附罐402a中的吸附周期与另一罐404b中的再生周期相同，例如8小时。在该8小时周期结束时，气流反向流动，从而使吸附罐402a利用再生气流再生，再生罐404a暴露于含有待处理气体的气流中，并对其杂质进行吸附。在所描述的实施方案中，任选的，备用罐不在线。在作为选择的实施例中，如图4B所示，吸附剂系统设置可使用一个罐作为吸附剂罐402b，一个罐作为再生罐404b，以及一个罐作为防护床408b。含有待处理气体的气流管道406b从吸附剂罐402b连接进入保护床408b，而再生气体的气流管道410b通过再生罐404b。防护床408b充当主动吸附床402b下游的冗余床。防护床408b与吸附床402b串联，提供额外的安全措施，以便如果吸附床402b中存在少量未去除的污染物，则可通过暴露于防护床408b中的吸附剂来去除。这种配置对于需要非常高纯度乙炔产品的情况是有利的；但其缺点是，配置成本更高，可能需要在更大范围内进行更多的压力管理，以避免两个床层之间出现不必要的压降。因此，这种配置可能更适用于流量较低的情况和较小的系统。
表4给出了示意图，显示了使用上述防护床的三容器系统的顺序。如表4所示，三个容器中的每一个都可改变其功能，从吸附到保护床到再生，花费相同的时间执行三个功能中的每一个。
表4
小时 8 16 24
容器1 防护 运行 再生
容器2 运行 再生 防护
容器3 再生 防护 运行
图4A和4B提供了根据本文公开内容的净化/分离系统的罐布置的示例性变化，除此之外，可以设想其他布置以满足与诸如纯度、气体流量、系统尺寸和经济性等变量有关的使用条件。
实施例
实施例1
图5的方框图显示了生产乙炔的系统。图5示意性地描绘了用于生产乙炔的系统500。在所描绘的系统500中，提供包括一种或多种可转化为乙炔的碳氢化合物前体的流入流502。在一个实施方案中，流入流502包括天然气。非热等离子体反应器504将碳氢化合物前体转化为多种碳氢化合物和非碳氢化合物产品；在碳氢化合物产品中，需要的产品是乙炔。含有乙炔和其他碳氢化合物和非碳氢化合物产品的产品流508a离开非热等离子体反应器504，并通过可选的可冷凝物捕集器510从产品流508a去除高阶碳氢化合物；在没有可冷凝物收集器510的情况下，产品流508a直接进入吸附系统510中。然后，从可选的可冷凝物收集器510中流出的产品流508b进入吸附系统512。在所描绘的实施方案中，吸附系统512包括三个吸附容器A、B和C。吸附系统512从产物流508b中去除高级炔烃。在吸附系统512中进行处理后，产品流508c含有乙炔作为主要碳氢化合物，以及主要为氢的非碳氢化合物气体。微量污染物也可能存在于产品流508c中，但高阶炔烃-乙烯基乙炔和二乙炔已被基本去除。在一个实施方案中，产品流508c是乙炔生产系统的理想最终产品。在这样的实施方案中，产品流508c可以立即使用，或者可以与其他气流结合用于工业目的，例如焊接、金属切割、焊炬应用等。在其他实施方案中，产品流508c进入分离/净化模块516，在该模块中，乙炔可在乙炔净化器514中与产品流分离，并作为基本纯乙炔气体518输送。分离/净化模块(未显示)的附加功能可提供分离器，以净化产品流508c中的一些其他气体，例如氢气。在这样的实施方案中，可以单独生产氢气作为理想产品，以及基本上纯净的乙炔气体518。
在本实施例中使用了一种生产乙炔的系统，该系统类似于图5的方框图。在该实施例中，非热等离子体反应器将天然气流入流转化为含有87.52％氢气、10.14％乙炔、1.13％甲烷、0.39％氮气、0.14％乙烯、0.01％甲基乙炔、0.55％二乙炔、0.07％乙烯基乙炔和0.05％苯的混合产品流，流速为1400SLM。然后，混合产品流通过后续净化模块，包括可选的可冷凝物捕集器、吸附剂系统和乙炔净化系统，类似于图5方框图中所示的部件。
在乙炔净化系统中分离混合产品流中的乙炔之前，出于安全和纯度考虑，需要去除高阶炔烃(例如，乙烯基乙炔和二乙炔)。此外，去除苯以防止乙炔净化系统中的溶剂污染。混合产品流通过可选可冷凝物捕集器后，被引导至吸附剂系统，以去除高级炔烃。吸附剂系统包括三个容器，容器A、容器B和容器C，与图5所示的容器相似。每个容器(容器A、容器B、容器C)均为圆柱形，高8英尺，直径2英尺，通过不锈钢管道平行连接。每个容器的入口位于容器圆形顶板的中心，而出口位于底板的中心。这些容器可以通过可编程的气动球阀相互隔离，每个容器连接到包括氢-乙炔混合物的平行管道和一种独立的、用于再生气体的平行管道系统。每个容器含有50加仑的吸附剂，分子筛13X，床高2英尺，位于容器中部居中。吸附床的顶部距离入口3英尺，底部距离出口3英尺。床的上方和下方是惰性陶瓷球体的填充物，床高分别为1英尺。吸附床上方和下方的惰性填料相对于容器的轴向对称。整个吸附剂和陶瓷球位于出口上方1.5英尺的10X10目(2微米开口)底部支架上，由不锈钢工字梁格栅支撑。
在气流开始时，编程阀门打开，以便使用下游电子压力控制器将氢-乙炔杂质混合物分成两半，每条气流通过容器顶部的入口进入前两个容器(称为容器A和容器B)。同时，容器C处于备用模式，通过关闭的阀门与氢-乙炔杂质气流隔离。气流向下通过容器A和B中的吸附剂床8小时。高级炔烃，包括二乙炔、乙烯基乙炔和苯，被吸附在这些容器中的分子筛上，而氢-乙炔混合物被净化，净化后的混合物离开容器A和B，来自每个容器的流出流被重新组合，并被送往乙炔净化系统中进行乙炔分离，一般如图5所示。气流运行8小时后，编程阀打开，以将混合产品气流(即从可选可冷凝物捕集器中排出的气流流出物，其中含有乙炔、氢和剩余杂质)同时从容器A+B引导至容器B+C，阀门切换，使容器A与产品气流隔离，相反，容器A暴露于通过再生气体系统流入的再生气体中(图5中未显示)。在再生气体系统中，使用60CFM再生鼓风机收集环境空气，通过1微米过滤器，并使用60CFM空气冷却器进行干燥。然后，再生空气经过一个20kW的内联管式空气加热器，被加热到200℃。一旦加热，再生空气通过玻璃纤维绝缘的不锈钢管道进入要再生吸附剂的容器底部，此处为容器A。热再生空气向上流动，与先前流动的产品气流的流动方向相反。热空气将吸附的杂质从吸附材料中释放出来，并将杂质带出容器A至通风管，其中夹带的杂质在天然气火炬烟囱中焚烧。一旦吸附剂床达到200℃的温度，热空气流再保持2小时，然后关闭空气加热器。不再加热气流，随着温度降低，继续流过吸附床；因此，再生空气起到冷却气体的作用。将容器A保持为冷却气体，并将容器冷却约4小时，当容器内温度达到25℃时，气流停止。在再生的最后一步中，通过引入500SLM的天然气30分钟，将容器A中的所有空气排出。因此，容器A现在被认为是再生的，并准备作为吸附容器重新投入使用。
在运行16小时后，容器B达到完全饱和，容器C达到半饱和。切换阀门从而使混合产品流从容器B+C流向容器A+C，容器B按照上面描述的相同的过程再生。运行24小时后，混合产品流被引导至容器A+B，同时容器C再生，完成24小时循环。本实施例中所述的24小时循环可在较长时间内每天重复。例如，该24小时循环可在两年内每天重复一次，或直到在定期设备维护期间更换容器中的吸附剂为止。
离开上述吸附剂系统的产品流含有88.14％的氢气、10.18％的乙炔、1.14％的甲烷、0.39％的氮气、0.14％的乙烯和0.01％的甲基乙炔，流速为1390.2SLM。它进入乙炔净化系统，如图5所示，在此进一步分离乙炔。离开乙炔净化系统的气体产品成分包括99.6％的乙炔、0.2％的乙烯、0.1％的氢和0.1％的甲基乙炔，二乙炔含量<1ppm，乙烯基乙炔含量<1ppm，流速为141.0SLM。
实施例2
一种小型非热等离子体反应器系统，类似于图5方框图中所示并如上文所述的，以15SLM的流速将丙烷转化为含有72.4％氢气、15.3％乙炔、0.5％二乙炔、0.1％乙烯基乙炔、0.1％甲基乙炔和0.1％苯的混合产品流。在混合产品流中的氢和乙炔被用于钢制造和切割的氧燃料炬之前，必须去除杂质，以产生均匀的切割火焰。
将混合产品流引导至2-容器吸附系统以去除杂质。容器高6英寸，直径3英寸，装有300克13X分子筛。使用3微米陶瓷棉填料将分子筛固定在整个容器的中心。吸附系统以连续方式运行，其中混合产品流在一个容器中连续洗涤8小时，而另一个容器用15SLM 200℃干燥空气再生2小时，然后用15SLM室温干燥空气冷却至室温。每运行8小时，两个容器在吸附和再生之间来回切换。一个集成的硬件可编程逻辑控制器PLC程序记录运行小时数，并在达到8小时运行时在吸附和再生之间切换两个容器。使用8000小时或1000次循环后更换吸附剂容器。
虽然本发明已参考其优选实施方案进行了具体展示和描述，但本领域技术人员可以理解，在不脱离所附权利要求书所涵盖的本发明范围的情况下，可对其形式和细节进行各种更改。除非另有说明，否则本说明书和权利要求书中使用的表示反应条件、数量、数量、范围等的所有数字应理解为在所有情况下都被术语“大约”修饰。因此，除非另有说明，本文所述的数值参数是近似值，可根据本发明寻求获得的期望特性而变化。

Claims (32)

1.用于从包括氢馏分和非氢馏分的气体流中去除高级炔烃的方法，其中该气体流总共包括少于约4％的二乙炔和乙烯基乙炔，所述方法包括：
吸附步骤，所述吸附步骤包括以预选的表面线性气速使气流穿过支撑在外壳内的吸附床，所述吸附床包括结晶多孔陶瓷吸附剂，以将高级炔烃吸附到吸附剂上，由此产生饱和吸附床和包括小于约25ppm二乙炔和小于约25ppm乙烯基乙炔的净化气流；
再生步骤，包括通过使再生气体穿过饱和吸附床来再生饱和吸附床，以解吸保留在其上的高级炔烃，从而产生再生吸附床和含有高级炔烃的污染气流，和
吹扫步骤，包括从外壳中移除污染气流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述气流包括在约50％至约90％之间的氢气。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述气体流的非氢部分包括大于约50％的炔烃。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述气体流的非氢部分包括在约5％至约95％之间的乙炔。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述气体流的非氢部分包括在约10％至约95％之间的乙炔。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述气体流的非氢部分包括在约20％至约95％之间的乙炔。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述气体流的非氢部分包括在约30％至约90％之间的乙炔。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述气体流的非氢部分包括在约40％至约85％之间的乙炔。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述气体流的非氢部分包括在约80％至约90％之间的乙炔。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述气体流的非氢部分包括在约85％的乙炔。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述气体流包括小于约2％的二乙炔和/或小于约2％的乙烯基乙炔，或者，其中所述气体流包括小于约2％的二乙炔和/或小于约2％的乙烯基乙炔。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述气体流以轴向至吸附床的流动方向流动。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述结晶多孔陶瓷吸附剂的表面积大于200m2/g，孔径大于0.5nm。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述结晶多孔陶瓷吸附剂是13X分子筛。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，净化后的气体流包括小于约20ppm的二乙炔。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，净化后的气体流包括小于约20ppm的乙烯基乙炔。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，净化后的气体流包括小于约10ppm的二乙炔。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，净化后的气体流包括小于约10ppm的乙烯基乙炔。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述再生气体为加热后的热空气。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述加热后的热空气的温度在约175℃至约200℃之间。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述加热后的热空气的温度在约200℃或更高。
22.根据权利要求1所述的方法，其中，吹扫步骤还包括将外壳中的吸附剂床暴露于吹扫气体中。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述吹扫气体选自天然气、氢气、氮气或净化后的乙炔所组成的组中。
24.根据权利要求1所述的方法，其中，吹扫步骤执行之后随后执行吸附步骤、再生步骤和吹扫步骤，进行预定数量的执行循环。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，吸附步骤在第一个封闭容器中执行，而再生步骤和吹扫步骤在第二个封闭容器中执行，在一个容器中的吸附步骤和另一个容器中的再生步骤和吹扫步骤之间循环预选数目的执行循环。
26.根据权利要求1所述的方法，进一步包括初始步骤，其中通过将包括C1-C4碳氢化合物的原料气暴露于能源以将原料气转化为等离子体来产生气流，其中，等离子体影响C1-C4碳氢化合物转化为气体流的氢部分和非氢部分。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述原料气包括甲烷。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述等离子体是非热等离子体。
29.用于从氢占主导地位的乙炔氢气气流中去除二乙炔和乙烯基乙炔的系统，其中，所述氢占主导地位的乙炔氢气气流包括少于百分之一的二乙炔和乙烯基乙炔，所述系统包括：
第一容器，所述第一容器包括第一吸附剂床，所述第一吸附剂床以横向于所述第一容器的长轴的方向支撑；
与第一容器流体连通的第一过程气体回路，包括通过第一吸附剂床上游的过程气体入口进入第一容器的过程气体流入管线，用于流入以氢为主的乙炔-氢气流，并且进一步包括从第一吸附床下游的净化气体出口，用于从第一容器流出净化后的气体流，其中含有二乙炔和乙烯基乙炔的以氢为主的乙炔-氢气气流进入过程气体入口并穿过第一吸附床，其中所述二乙炔和乙烯基乙炔被吸附到所述第一吸附剂床上以形成第一饱和吸附剂床，并且其中从所述净化气体出口流出的所述净化后的气体流中所述二乙炔和乙烯基乙炔中的每一个都小于约25ppm，所述第一过程气体回路具有第一组控制阀，所述第一组控制阀在所述第一容器的近侧和远侧，所述第一组控制阀被编程以允许或防止过程气体流过所述第一过程气体回路；以及
与第一容器流体连通的第一再生气体回路，包括通过第一吸附床第一端的再生气体入口进入第一容器的再生气体管线，用于流入再生气体，以及再生气体出口，该再生气体出口在第一吸附床的第二端处离开第一容器，用于流出受污染的再生气体，其中，所述再生气体从所述第一饱和吸附床的第一端穿过到达第二端，并且其中再生气体在穿过第一饱和吸附床时从第一饱和吸附床解吸二乙炔和乙烯基乙炔污染物，以形成受污染的再生气体，所述第一再生气体回路具有第二组控制阀，所述第二组控制阀被编程以允许或阻止再生气体流过所述第一再生气体回路；
其中，当气体穿过第一吸附床流经第一过程气体回路时，没有气体穿过第一吸附床流经第一再生气体回路，并且其中，当气体穿过第一吸附床流经第一再生气体回路时，没有气体流过第一个过程气体回路。
30.根据权利要求29所述的系统，进一步包括：
与所述第一容器相同的第二容器，并且具有第二吸附床；
与第一过程气体回路相同的第二过程气体回路，所述第二过程气体回路与第一过程气体回路和第二容器流体连通；以及
第二再生气体回路，所述第二再生气体回路与第一再生气体回路相同，并且与第一再生气体回路和第二容器流体连通，
其中，当气体流经第一过程气体回路并穿过第一容器中的第一吸附床时，再生气体流经第二容器中的第二吸附床的第二再生气体回路。
31.根据权利要求30所述的系统，其中，当气体穿过第二容器中的第二吸附床流经第二过程气体回路时，再生气体穿过第一容器中的第一吸附床流经第一再生气体回路。
32.根据权利要求30所述的系统，其中，流经第一吸附床的第一过程气体回路的气流与流经第一吸附床的第一再生气体回路的气流逆向流动。
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