CN114478177B - 用于回收天然气裂解炭黑尾气中甲烷的装置、方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于回收天然气裂解炭黑尾气中甲烷的装置，其包括：预处理单元，用于去除天然气裂解炭黑尾气中的第一油类物质和固体颗粒物杂质以获得预处理后的料流I；变温变压吸附单元，用于去除所述预处理后的料流I中的二氧化碳和第二油类物质以获得除油脱碳的料流II；脱硫单元，用于去除所述除油脱碳的料流II中的含硫物质以获得脱硫后的料流III；加氢单元，用于将所述脱硫后的料流III中的炔烃和烯烃进行加氢饱和以获得加氢后的料流IV；和深冷分离单元，用于将所述加氢后的料流IV进行深冷分离，获得甲烷。采用本申请的装置实现了天然气裂解炭黑尾气中甲烷的高效回收，具备环保、安全以及低成本的优点。
Description
技术领域
本发明涉及天然气裂解炭黑尾气净化技术领域，具体涉及一种用于回收天然气裂解炭黑尾气中甲烷的装置、方法及其应用。
技术背景
在单晶硅行业，甲烷裂解的主要副产品固体炭黑质量很高，是特别纯的粉末，可用于制作应用于单晶炉热场的碳碳复合材料。天然气是一种优质、经济、清洁的能源，其组成以甲烷为主，含有少量乙烷。与其他能源相比，天然气具有使用方便、经济安全、发热量高和污染少等优点。此外，以天然气代替甲烷为原料，进行高温裂解得到产品炭黑和副产品氢气，可节省成本。目前，为控制天然气裂解反应进程，会补充氮气抑制甲烷裂解反应速度，甲烷裂解率仅在30％左右，且在裂解过程中会出现烯、炔烃等副产物，炭黑尾气中还存在天然气中微量的硫化物、二氧化碳和炭黑颗粒物，无法直接增压后重复利用，只能排放至火炬燃烧，既污染环境，也浪费资源。
鉴于此，如何采用安全、环保节能的工艺流程实现炭黑尾气中甲烷的有效回收，成为本领域的重点研究方向。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于回收天然气裂解炭黑尾气中甲烷的装置、方法及其应用。本申请提供的装置包括预处理单元、变温变压吸附单元、脱硫单元、加氢单元和深冷分离单元，其通过将天然气裂解炭黑尾气进行过滤、增压、变温变压吸附除油脱碳、催化吸附脱硫、加氢转化不饱和烃和深冷分离，实现了对天然气裂解炭黑尾气中甲烷的高效回收利用，减少了原料天然气的消耗，降低了生产成本，增加了装置收益，具有较好的经济效益，同时有效保护了环境。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种用于回收天然气裂解炭黑尾气中甲烷的装置，其包括：
预处理单元，用于去除天然气裂解炭黑尾气中的第一油类物质和固体颗粒物杂质以获得预处理后的料流I；
变温变压吸附单元，用于去除所述预处理后的料流I中的二氧化碳和第二油类物质以获得除油脱碳的料流II；
脱硫单元，用于去除所述除油脱碳的料流II中的含硫物质以获得脱硫后的料流III；
加氢单元，用于将所述脱硫后的料流III中的炔烃和烯烃进行加氢饱和以获得加氢后的料流IV；和
深冷分离单元，用于将所述加氢后的料流IV进行深冷分离，获得甲烷。
根据本申请的一些实施方式，所述预处理单元设置有过滤器；所述变温变压吸附单元设置有压缩机、除油脱碳塔、加氢换热器、第一电加热器和第二电加热器；所述脱硫单元设置有脱硫塔；所述加氢单元设置有加氢反应器和加氢冷却器；所述深冷分离单元设置有粉尘过滤器、冷箱、冷量供给设备和脱氢分离罐。
根据本申请的一些实施方式，所述第一电加热器为开工电加热器，所述第二电加热器为除油电加热器。
根据本发明的一些实施方式，所述冷量供给设备包括冷剂压缩机或节流设备。在本发明的一些具体的实施方式中，所述冷箱的冷量通过冷剂压缩机提供。在本发明的另一些具体的实施方式中，所述冷箱的冷量通过液氮或液压节流后提供。在本发明的另一些具体的实施方式中，所述冷箱的冷量通过甲烷冷凝液自身节流降压提供。
根据本申请的一些实施方式，所述过滤器、所述压缩机和所述除油脱碳塔依次连接，所述除油脱碳塔与所述加氢换热器、所述第一电加热器依次连接；所述第一电加热器、所述脱硫塔、所述加氢反应器、所述加氢冷却器和所述粉尘过滤器依次连接，所述粉尘过滤器与所述冷箱、所述脱氢分离罐依次连接；所述第二电加热器和所述冷量供给设备分别与所述冷箱连接。
根据本发明的另一些实施方式，所述过滤器、所述压缩机和所述除油脱碳塔依次连接，所述除油脱碳塔与所述脱硫塔、所述加氢换热器、所述第一电加热器依次连接；所述第一电加热器、所述加氢反应器、所述加氢冷却器和所述粉尘过滤器依次连接，所述粉尘过滤器与所述冷箱、所述脱氢分离罐依次连接；所述第二电加热器和所述冷量供给设备分别与所述冷箱连接。
根据本申请的一些实施方式，所述第一油类物质包括润滑油，主要为真空泵中携带的润滑油。根据本申请的一些实施方式，所述第二油类物质包括重烃。
根据本申请的一些实施方式，所述预处理单元设置有至少两台过滤器，其中一台作为备用过滤器。
根据本申请的一些实施方式，所述除油脱碳塔包括至少两个并联的第一除油脱碳塔和第二除油脱碳塔，所述第一除油脱碳塔处于吸附状态，用于去除所述预处理后的料流I中的第二油类物质，所述第二除油脱碳塔处于再生状态，用于加热解吸所述第二除油脱碳塔中的第二油类物质。本申请中，当处于吸附状态的除油脱碳塔饱和后，再生状态的除油脱碳塔完成再生，两塔切换，进行功能交换。设置两塔流程的目的是当一个除油脱碳塔出现故障或吸附剂吸附饱和、吸附效果不及预期需要再生时切换备用塔，整个过程采取程序阀门自动程序控制。避免了除油脱碳装置再生期间导致的停产，保证了除油脱碳装置运行的持续性，提高了生产效率。
根据本申请的一些实施方式，所述天然气裂解炭黑尾气包括甲烷、氢气、氮气、烯烃、炔烃、二氧化碳、含硫物质和重烃。根据本发明的一些实施方式，所述天然气裂解炭黑尾气中甲烷的含量为30％-50％。
本申请的第二方面提供了一种用于回收炭黑尾气中甲烷的方法，其包括如下步骤：
S1：将天然气裂解炭黑尾气中的第一油类物质和固体颗粒物杂质去除，得到预处理后的料流I；
S2：将所述预处理后的料流I进行变温变压吸附处理，得到除油脱碳的料流II；
S3：将所述除油脱碳的料流II进行脱硫处理，得到脱硫后的料流III；
S4：将所述脱硫后的料流III进行加氢处理，得到加氢后的料流IV；
S5：将所述加氢后的料流IV进行深冷分离处理，得到甲烷冷凝液。
根据本申请的一些实施方式，步骤S1中，通过过滤去除所述天然气裂解炭黑尾气中的第一油类物质和固体颗粒物杂质。根据本申请的一些实施方式，以5℃至40℃、90kPa-110kPa的条件进行所述过滤。
根据本申请的一些实施方式，步骤S2中，所述预处理后的料流I增压至1.0MPaG-3.0MPaG，并冷却至25℃至45℃进行所述变温变压吸附处理。
根据本申请的一些实施方式，步骤S3中，所述除油脱碳的料流II升温至80℃至160℃进行所述脱硫处理。
根据本申请的一些实施方式，步骤S5中，所述加氢后的料流IV冷却至25℃至45℃进行所述深冷分离处理。
本申请中，天然气裂解炭黑尾气中除含有一定量的颗粒物外，还残留有油类杂质和微量二氧化碳、硫化物，加氢处理和深冷分离处理前必须先除去，以防止加氢催化剂中毒、结焦。因此，天然气裂解炭黑尾气自上而下经过除油脱碳塔中填料吸附脱除微量二氧化碳和第二油类物质，后经过加氢换热器换热和开工电加热器升温后进入脱硫塔催化吸附二氧化硫和硫化氢。
根据本申请的一些实施方式，步骤S2中，所述变温变压吸附处理采用物理吸附和/或化学吸附二氧化碳和第二油类物质。根据本申请的一些实施方式，所述变温变压吸附处理采用的填料包括分子筛、氧化铝、硅胶或活性炭中的一种或几种。
根据本申请的一些实施方式，步骤S3中，所述脱硫处理采用催化吸附含硫物质。根据本申请的一些实施方式，所述催化吸附采用的催化吸附型脱硫剂包括分子筛、氧化铝、硅胶或活性炭中的一种或几种。根据本申请的一些实施方式，所述脱硫后的料流III中的总硫含量为0.1ppm以下。
本申请中，天然气裂解炭黑尾气中含有较多的烯烃、炔烃等不饱和烃，这些物质如果直接进入深冷分离装置，在低温条件下很容易冷凝并冻堵冷箱，所以进入冷箱前必须进行加氢饱和，使其转化为饱和烷烃。脱硫后的天然气裂解炭黑尾气进入加氢反应器，在一定的温度范围内，烯烃、炔烃与氢气在催化剂床层内反应生成饱和烷烃，高温反应气经加氢换热器回收部分热量，再经加氢冷却器冷却，然后经粉尘过滤器过滤粉尘后送至深冷分离单元。
根据本申请的一些实施方式，加氢反应后的天然气裂解炭黑尾气与除油脱碳后的天然气裂解炭黑尾气进行换热，未加氢反应的天然气裂解炭黑尾气温度最高升高至80℃至160℃，然后再通过电加热炉对天然气裂解炭黑尾气进行加热，直至天然气裂解炭黑尾气温度稳定在80℃至160℃。
根据本申请的另一些实施方式，加氢饱和后的天然气裂解炭黑尾气从加氢反应器内出来后，与除油脱碳之后的天然气裂解炭黑尾气进行换热，将加氢反应后的气体温度降低至300℃以下，再经过加氢冷却器冷却，将加氢饱和后的气体冷却至25℃至45℃；冷却后的天然气裂解炭黑尾气经粉尘过滤器进入深冷分离单元。
根据本申请的一些实施方式，步骤S5中，所述加氢后的料流IV在冷箱中冷却，得到冷凝液；所述冷凝液进入脱氢分离罐分离富氢气和氮气，在所述脱氢分离罐底部得到甲烷冷凝液。根据本申请的一些实施方式，所述富氢气和氮气返回所述冷箱复热，再经过除油电加热器后作为步骤S2中变温变压吸附处理的再生气；所述甲烷冷凝液节流降压返回冷箱复热后，返回甲烷裂解炉。在本申请中，加氢冷却后的天然气裂解炭黑尾气经过粉尘过滤器过滤后在主换热器中被逐渐冷却、冷凝至-155℃至-175℃，甲烷大部分被冷凝，冷凝液进入脱氢分离罐分离得到富氢气和氮气，富氢气和氮气再返回冷箱复热后作为变温变压吸附单元的再生气，而脱氢分离罐底部得到的低温甲烷液节流降压返回冷箱复热后，返回甲烷裂解炉。根据本申请的一些实施方式，深冷分离处理的冷量来自冷剂压缩机和甲烷凝液自身节流降压提供，冷剂压缩机系统与天然气裂解炭黑尾气分离系统完全隔离，不会出现氮气与工艺介质混合的情况。根据本申请的一些实施方式，冷剂压缩机采用螺杆压缩机、离心压缩机或往复式压缩机的其中一种，冷剂采用甲烷、氮气、氩气、乙烯或丙烷中的一种或多种。
根据本申请的一些实施方式，步骤S2中，所述变温变压吸附处理包括吸附阶段和可选的再生阶段。根据本申请的一些实施方式，所述吸附阶段包括：
步骤(a)：所述预处理后的料流I进入第一除油脱碳塔，通过所述变温变压吸附处理去除二氧化碳和第二油类物质，得到所述除油脱碳的料流II；
步骤(b)：将所述除油脱碳的料流II进行所述脱硫处理。
根据本申请的一些实施方式，所述再生阶段包括：
步骤(c)：所述第一除油脱碳塔吸附完成后，关闭所述第一除油脱碳塔的进出口管线的阀门，打开所述第二除油脱碳塔的吸附管线的阀门，同时打开所述第一除油脱碳塔的放空管线的阀门进行减压；
步骤(d)：打开再生管线的阀门，来自所述冷箱复热的富氢气和氮气加热后进入所述第一除油脱碳塔进行热吹再生；
步骤(e)：吸附二氧化碳和第二油类物质的热再生气从所述第一除油脱碳塔进入PSA提氢装置；
步骤(f)：所述第一除油脱碳塔再生完成后，来自所述冷箱复热的富氢气和氮气进入所述第一除油脱碳塔进行冷吹；
步骤(g)：所述冷吹结束后，关闭所述再生管线的阀门，来自所述冷箱复热的富氢气和氮气经旁路进入所述PSA提氢装置；
步骤(h)：经所述第二除油脱碳塔出口的气体经过升压管线对所述第一除油脱碳塔进行增压，所述第二除油脱碳塔进入再生阶段，所述第一除油脱碳塔进入吸附阶段。
根据本发明的一些实施方式，步骤(a)中，所述变温变压吸附处理的时间为8h-24h。
根据本发明的一些实施方式，步骤(c)中，所述减压的压力为0.1MPaG-0.6MPaG，时间为0.5h-1h。
根据本发明的一些实施方式，步骤(d)中，所述热吹再生的时间为6h-12h。
根据本发明的一些实施方式，步骤(f)中，所述冷吹的时间为6h至12h。
根据本发明的一些实施方式，步骤(h)中，所述增压的压力为1.0MPaG-3.0MPaG，时间为0.5h-1h。
本申请中，变温变压吸附处理采用至少两台除油脱碳塔，在给定的吸附周期内，一台除油脱碳塔处于吸附状态脱除天然气裂解炭黑尾气中的第二油类物质，另一台除油脱碳塔处于再生状态，加热解吸分子筛中的第二油类物质。当处于吸附状态的除油脱碳塔饱和后，再生状态的除油脱碳塔完成再生，两塔切换，进行功能交换。设置两塔流程的目的是当一个除油脱碳塔出现故障或吸附剂吸附饱和、吸附效果不及预期需要再生时切换备用塔，整个过程采取程序阀门自动程序控制。避免了除油脱碳装置再生期间导致的停产，保证了除油脱碳装置运行的持续性，提高了生产效率。
根据本申请的一些实施方式，所述除油脱碳塔再生气采用深冷分离复热后的氢、氮气。
根据本申请的一些实施方式，所述天然气裂解炭黑尾气包括甲烷、氢气、氮气、烯烃、炔烃、二氧化碳、含硫物质和重烃。根据本发明的一些实施方式，所述天然气裂解炭黑尾气中甲烷的含量为30％-50％。
根据本申请的一些实施方式，所述除油脱碳的料流II与所述加氢后的料流IV进行换热。
根据本申请的一些实施方式，所述冷箱的冷量由冷量供给设备和/或甲烷冷凝液自身节流降压提供。
本申请的第三方面提供了根据第一方面所述的装置或根据第二方面所述的方法在天然气裂解领域中的应用。
本申请将天然气裂解炭黑尾气中的甲烷进行净化处理和低温分离提取出来，实现天然气裂解尾气重复有效利用。相比于现有技术，本发明的有益效果包括：
(1)工艺装置自动化程度高，可连续操作运行，减少了人工操作；
(2)能耗低，加氢转化后的高温气体与除油脱碳的天然气裂解炭黑尾气换热，降低了加热器的热负荷，也降低了冷却器的冷负荷，大大降低了甲烷回收系统的投资和运行成本；
(3)杂质净化程度高，利用并结合现有吸附剂和脱硫剂，总硫含量、烯、炔烃含量和二氧化碳含量可降至ppm级，基于天然气裂解炭黑尾气中甲烷组分30％-50％之间，产品气甲烷收率高达86.1％-93.3％，产品气甲烷纯度可达85.7％-87.5％，减少了天然气的消耗，具有良好的经济效益；
(4)工艺过程安全环保，无废液排放，充分利用分离氢、氮气作除油脱碳再生气，回收甲烷重复利用，具有较好的经济效益，同时有效保护了环境。
附图说明
图1为根据本发明的用于天然气裂解回收炭黑尾气中甲烷的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将通过具体实施例对本发明作进一步地说明，可使本专业技术人员更全面的理解本发明，但这些实施例并不对本发明的范围构成任何限制。
以下实施例中，天然气裂解炭黑尾气作为回收甲烷的原料气。
本实施例采用的用于回收天然气裂解炭黑尾气中甲烷的装置包括预处理单元、变温变压吸附单元、脱硫单元、加氢单元和深冷分离单元，预处理单元设置有过滤器；变温变压吸附单元设置有压缩机、至少两个并联设置的除油脱碳塔、加氢换热器、除油电加热器和开工电加热器；脱硫单元设置有脱硫塔；所述脱硫单元用于去除原料气中的含硫物质；加氢单元设置有加氢反应器和加氢冷却器；所述加氢单元用于将脱硫后的原料气中的不饱和烃进行加氢反应；深冷单元设置有粉尘过滤器、冷箱、冷剂压缩机和脱氢分离罐，主换热器设置在珠光砂绝热的冷箱内，由换热芯体组成。其中，过滤器、原料气压缩机和除油脱碳塔的原料气入口依次连接，除油脱碳塔的出口与加氢换热器、开工电加热器依次连接；脱硫塔、加氢反应器、加氢冷却器和粉尘过滤器的入口依次连接，粉尘过滤器的出口与冷箱、脱氢分离罐依次连接；冷箱出口富氢气和氮气作为除油脱碳塔的再生气与除油电加热器入口连接，除油脱碳塔的再生气去PSA提氢装置，冷箱出口甲烷产品气返回甲烷裂解炉重复利用；所述冷剂压缩机为冷箱提供冷源。
本实施例采用的用于回收天然气裂解炭黑尾气中甲烷的方法包括以下过程：1.原料气预处理，在过滤器中除去原料气中部分油(主要为来自真空泵携带的润滑油)和携带的固体炭黑杂质；2.原料气经过压缩机进行增压；3.增压后的原料气进入除油脱碳塔通过变温变压工艺吸附脱除重烃和二氧化碳；4.除油脱碳后的原料气与加氢转化后的原料气换热，回收热量；5.原料气经电加热器加热后进入脱硫塔；6.脱硫后原料气进入加氢反应器；7.加氢饱和烃经换热、冷却、过滤除去携带的加氢催化剂及脱硫剂杂质；8.净化原料气进入冷箱逐步冷却，冷凝液进入脱氢分离罐分离得到富氢气和氮气，富氢气和氮气再返回冷箱复热后作为变温变压吸附单元的再生气。而脱氢分离罐底部得到的低温甲烷凝液节流降压返回冷箱复热后，返回甲烷裂解炉；冷剂压缩机为原料气冷箱液化提供冷量。
本实施例的方法具体包括如下步骤：
如图1所示，天然气和氮气以一定比例混和进入甲烷高温裂解炉，甲烷发生裂解反应生成产品炭黑、副产品氢气和少量副产物烯、炔烃和苯等，甲烷裂解炭黑尾气(即原料气，其中甲烷组分30％-50％之间)通过真空泵抽出，以5℃-40℃、常压的状态进入过滤器进行预处理，将原料气中的部分油和固体颗粒物杂质进行捕捉清除，过滤器设置两台，一用一备，过滤后的原料气经压缩机增压至1.0MPaG-3.0MPaG，并冷却至25-45℃后去下游。
原料气中除含有一定量的润滑油和颗粒物外，还残留有重烃和微量二氧化碳、硫化物，加氢处理和深冷分离处理前必须先除去，以防止加氢催化剂中毒、结焦。预处理后的原料气自上而下通过变温变压吸附经除油脱碳塔中填料吸附脱除微量二氧化碳和重烃；其中，除油脱碳塔中填料为分子筛、氧化铝、硅胶或活性炭中的一种或几种材料。其中，除油脱碳塔采用至少两塔除油脱碳塔A和除油脱碳塔B，保持一塔吸附、一塔再生，实现重烃和二氧化碳的同时脱除，且再生气采用尾气净化分离后的氢、氮气，变温变压吸附包括吸附阶段和可选的再生阶段，其中：
吸附阶段包括：
第1步，原料气进入除油脱碳塔A进行除油脱碳过程，除油脱碳塔A中装填分子筛、氧化铝、硅胶或活性炭中的一种或几种材料，通过物理吸附或化学吸附的方式脱除原料气中的重烃和二氧化碳，吸附时间为8-24h；
第2步，完成吸附过程除油脱碳后的原料气进入下一处理单元；
再生阶段包括：
第1步，除油脱碳塔A吸附完成后，关闭进出口管线上的阀门，打开除油脱碳塔B吸附管线上的阀门，同时打开除油脱碳塔A放空管线的阀门进行减压至0.1-0.6MPaG，减压时间共计0.5-1h；
第2步，打开再生管线上的阀门，来自冷箱复热的富氢气和氮气，经除油加热器加热至一定温度后进入除油脱碳塔A进行热吹再生，热吹时间共计6-12h；
第3步，吸附二氧化碳和重烃的热再生气出除油脱碳塔A后，进入PSA提氢装置；
第4步，再生完成后，关闭除油加热器，来自冷箱复热的富氢气和氮气直接进入除油脱碳塔A进行冷吹，冷吹过程持续6-12h；
第5步，冷吹结束后，关闭再生管线阀门，来自冷箱复热的富氢气和氮气经旁路全部去PSA提氢装置；
第6步，经过除油脱碳塔B出口的气体经过升压管线对除油脱碳塔A进行增压至1.0-3.0MPaG，增压时间共计0.5-1h，之后除油脱碳塔B进入到再生阶段，除油脱碳塔A进入到吸附阶段。
其中，除油脱碳塔再生气采用深冷分离复热后的氢、氮气；除油脱碳之后的原料气与加氢后的原料气进行换热；除油脱碳塔A/B出口总管线增加了一条管线去再生气管线；再生气管线增加了旁路放空管线及流量调节阀。
之后，除油脱碳的原料气经加氢换热器换热和开工电加热器升温至80℃-160℃左右，进入脱硫塔催化吸附二氧化硫和硫化氢，所述的脱硫塔内部为填料，所述的填料为催化吸附型脱硫剂，对于原料气中二氧化硫经过填料后，二氧化硫在催化作用下与氢气发生反应生成硫化氢与水，而硫化氢被填料吸附，此时原料气中总硫含量可降至0.1ppm以下。
原料气中含有较多的烯烃、炔烃等不饱和烃，这些物质如果直接进入深冷分离装置，在低温条件下很容易冷凝并冻堵冷箱，所以进入冷箱前必须进行加氢饱和，使其转化为饱和烷烃。脱硫后的原料气进入加氢反应器，在反应温度80℃-400℃中，烯烃、炔烃与氢气在催化剂床层内反应生成饱和烷烃，高温反应气经加氢换热器回收部分热量，再经加氢冷却器冷却，然后经粉尘过滤器过滤粉尘后送至深冷分离单元。其中，加氢反应后的原料气与除油脱碳后的原料气进行换热，未加氢反应的原料气温度最高升高至80-160℃，然后再通过电加热炉对原料气进行加热，直至原料气温度稳定在80-160℃。加氢饱和后的原料气从加氢反应器内出来后，与除油脱碳之后的原料气进行换热，将加氢反应后的气体温度降低至300℃以下，再经过加氢冷却器冷却，将加氢饱和后的气体冷却至25-45℃；冷却后的原料气经粉尘过滤器进入深冷分离单元。
加氢冷却后的原料气经过粉尘过滤器过滤后在主换热器中被逐渐冷却、冷凝至-155℃至-175℃左右，甲烷大部分被冷凝，冷凝液进入脱氢分离罐分离得到富氢气和氮气，富氢气和氮气再返回冷箱复热后作为变温变压吸附单元的再生气。而脱氢分离罐底部得到的低温甲烷液节流降压返回冷箱复热后，返回甲烷裂解炉。其中，深冷分离的冷量来自冷剂压缩机和甲烷凝液自身节流降压提供，冷剂压缩机系统与原料气分离系统完全隔离，不会出现氮气与工艺介质混合的情况。冷剂压缩机采用螺杆、离心或往复式压缩机的一种类型，冷剂采用甲烷、氮气、氩气、乙烯、丙烷中的一种或多种。
在另一个可选的实施例中，除油脱碳工艺采用两塔或三塔变温变压吸附工艺，又或分别采用除油塔除油和脱碳塔吸附脱二氧化碳工艺。
在另一个可选的实施例中，脱硫塔放在除油脱碳后，加氢换热器前进行脱硫。
在另一个可选的实施例中，除油脱碳采用氮气或除油脱碳原料气进行再生。
在另一个可选的实施例中，冷箱的冷量不采用冷剂压缩机提供冷量，而是采用液氮或液氩节流后提供冷量。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (5)
1.一种用于回收天然气裂解炭黑尾气中甲烷的装置，其包括：
预处理单元，设置有过滤器，用于去除天然气裂解炭黑尾气中的第一油类物质和固体颗粒物杂质以获得预处理后的料流I；
变温变压吸附单元，设置有压缩机、除油脱碳塔、加氢换热器、第一电加热器和第二电加热器，用于去除所述预处理后的料流I中的二氧化碳和第二油类物质以获得除油脱碳的料流II；
脱硫单元，设置有脱硫塔，用于去除所述除油脱碳的料流II中的含硫物质以获得脱硫后的料流III；
加氢单元，设置有加氢反应器和加氢冷却器，用于将所述脱硫后的料流III中的炔烃和烯烃进行加氢饱和以获得加氢后的料流IV；和
深冷分离单元，设置有粉尘过滤器、冷箱、冷量供给设备和脱氢分离罐，用于将所述加氢后的料流IV进行深冷分离，获得甲烷；
所述过滤器、所述压缩机和所述除油脱碳塔依次连接，所述除油脱碳塔与所述加氢换热器、所述第一电加热器依次连接；所述第一电加热器、所述脱硫塔、所述加氢反应器、所述加氢冷却器和所述粉尘过滤器依次连接，所述粉尘过滤器与所述冷箱、所述脱氢分离罐依次连接；所述第二电加热器和所述冷量供给设备分别与所述冷箱连接；或
所述过滤器、所述压缩机和所述除油脱碳塔依次连接，所述除油脱碳塔与所述脱硫塔、所述加氢换热器、所述第一电加热器依次连接；所述第一电加热器、所述加氢反应器、所述加氢冷却器和所述粉尘过滤器依次连接，所述粉尘过滤器与所述冷箱、所述脱氢分离罐依次连接；所述第二电加热器和所述冷量供给设备分别与所述冷箱连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述除油脱碳塔包括至少两个并联的第一除油脱碳塔和第二除油脱碳塔，所述第一除油脱碳塔处于吸附状态，用于去除所述预处理后的料流I中的第二油类物质，所述第二除油脱碳塔处于再生状态，用于加热解吸所述第二除油脱碳塔中的第二油类物质；和/或
所述第一电加热器为开工电加热器，所述第二电加热器为除油电加热器。
3.一种用于回收天然气裂解炭黑尾气中甲烷的方法，其包括如下步骤：
S1：以5℃至40℃、90kPa-110kPa的条件将天然气裂解炭黑尾气中的第一油类物质和固体颗粒物杂质去除，得到预处理后的料流I；
S2：将所述预处理后的料流I增压至1.0MPaG-3.0MPaG，并冷却至25℃至45℃进行变温变压吸附处理，得到除油脱碳的料流II；
S3：将所述除油脱碳的料流II升温至80℃至160℃进行脱硫处理，得到脱硫后的料流III；
S4：将所述脱硫后的料流III进行加氢处理，得到加氢后的料流IV；
S5：将所述加氢后的料流IV冷却至25℃至45℃进行深冷分离处理，得到甲烷冷凝液；
步骤S2中，所述变温变压吸附处理采用物理吸附和/或化学吸附二氧化碳和第二油类物质；所述变温变压吸附处理采用的填料包括分子筛、氧化铝、硅胶或活性炭中的一种或几种；和/或
步骤S3中，所述脱硫处理采用催化吸附含硫物质；所述催化吸附采用的催化吸附型脱硫剂包括分子筛、氧化铝、硅胶或活性炭中的一种或几种；所述脱硫后的料流III中的总硫含量为0.1ppm以下；和/或
步骤S5中，所述加氢后的料流IV在冷箱中冷却，得到冷凝液；所述冷凝液进入脱氢分离罐分离富氢气和氮气，在所述脱氢分离罐底部得到甲烷冷凝液；所述富氢气和氮气返回所述冷箱复热后作为步骤S2中变温变压吸附处理的再生气；所述甲烷冷凝液节流降压返回所述冷箱复热后，返回甲烷裂解炉；
步骤S2中，所述变温变压吸附处理包括吸附阶段和可选的再生阶段；所述吸附阶段包括：
步骤(a)：所述预处理后的料流I进入第一除油脱碳塔，通过所述变温变压吸附处理去除二氧化碳和第二油类物质，得到所述除油脱碳的料流II；所述变温变压吸附处理的时间为8h-24h；
步骤(b)：将所述除油脱碳的料流II进行所述脱硫处理；
所述再生阶段包括：
步骤(c)：所述第一除油脱碳塔吸附完成后，关闭所述第一除油脱碳塔的进出口管线的阀门，打开所述第二除油脱碳塔的吸附管线的阀门，同时打开所述第一除油脱碳塔的放空管线的阀门进行减压；所述减压的压力为0.1MPaG-0.6MPaG，时间为0.5h-1h；
步骤(d)：打开再生管线的阀门，来自所述冷箱复热的富氢气和氮气加热后进入所述第一除油脱碳塔进行热吹再生；所述热吹再生的时间为6h-12h；
步骤(e)：吸附二氧化碳和第二油类物质的热再生气从所述第一除油脱碳塔进入PSA提氢装置；
步骤(f)：所述第一除油脱碳塔再生完成后，来自所述冷箱复热的富氢气和氮气进入所述第一除油脱碳塔进行冷吹；所述冷吹的时间为6h至12h；
步骤(g)：所述冷吹结束后，关闭所述再生管线的阀门，来自所述冷箱复热的富氢气和氮气经旁路进入所述PSA提氢装置；
步骤(h)：经所述第二除油脱碳塔出口的气体经过升压管线对所述第一除油脱碳塔进行增压，所述第二除油脱碳塔进入再生阶段，所述第一除油脱碳塔进入吸附阶段；所述增压的压力为1.0MPaG-3.0MPaG，时间为0.5h-1h。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述天然气裂解炭黑尾气包括甲烷、氢气、氮气、烯烃、炔烃、二氧化碳、含硫物质和重烃；和/或
所述除油脱碳的料流II与所述加氢后的料流IV进行换热；和/或
所述冷箱的冷量由冷量供给设备和/或甲烷冷凝液自身节流降压提供。
5.根据权利要求1或2所述的装置或根据权利要求3-4中任一项所述的方法在天然气裂解领域中的应用。
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