CN1330974A - 真空变压吸附法从气态烃中脱除乙烷和乙烷以上烃类 - Google Patents

Abstract

本发明是提供一种真空解吸的变压吸附方法从气态烃中脱除乙烷和乙烷以上烃类组份,即在吸附床解吸过程中,在吸附床降压至常压时,采用抽真空的方法代替用产品甲烷在常压下对吸附床进行冲洗的方法对吸附床进行再生,从而可大幅度提高产品甲烷的回收率。解吸真空度在－0.05～－0.095(g)之间;本发明同时提供了一种采用硅胶和活性炭的吸附床层,且硅胶装填于吸附床产品气体出口端,其结果也是提高产品甲烷的回收率。

Description

真空变压吸附法从气态烃中脱除乙烷和乙烷以上烃类

本发明是关于应用真空变压吸附技术从天然气或油田气中脱除乙烷和乙烷以上烃类物质的方法。

天然气或油田气的主要组份为甲烷，另外还有少量氮气、二氧化碳、乙烷以及乙烷以上的烃类物质。其具体组成因不同的气田或油田而异。典型组成为：

                          天然气(V％)               油田气(V％)

    CH₄                     92～98                    86～93

    CO₂                    0.1～0.5                  0.1～0.5

    N₂                     1.5～2.0                  1.5～2.0

    C₂H₆                 0.25～3.5                  3.0～6.5

    C₃～C₆               0.15～2.0                  0.5～5.0

    H₂S                    ～500ppm                  ～500ppm

    H₂O                      饱和                      饱和

在将天然气或油田气作为诸多化工过程原料使用时，均会对天然气或油田气中乙烷及乙烷以上烃类组份含量实行限制。如由天然气为原料制取甲烷氯化系列产品时，为保证氯化产品质量，要求将天然气中乙烷及乙烷以上烃类含量脱除到100ppm以下；由天然气为原料制取氢氰酸产品或二硫化碳产品时，也要求将天然气中乙烷及乙烷以上烃类含量脱除到0.1％以下。

从天然气或油田气中脱除乙烷和乙烷以上烃类物质，目前工业上应用的主要是低温分馏法、变温吸附法和变压吸附法。在专利ZL1069670A中对各种方法的特点进行了比较，并详细介绍了采用按一定比例装填活性炭和分子筛床层的多塔变压吸附工艺及流程。在专利ZL1069670A中介绍的变压吸附工艺，可将天然气或油田气中的乙烷和乙烷以上烃类脱除至100ppm以下。该工艺采用顺向降压排出的产品气对已逆向降至常压的吸附塔中吸附剂进行冲洗再生的方法。由于受天然气或油田气中产品组份甲烷与非产品组份乙烷在吸附剂上分离系数的影响，在吸附乙烷和乙烷以上烃类时，也要吸附相当数量的甲烷，同时乙烷以上组份在吸附剂上吸附能力相对较强，用作冲洗气的产品甲烷与被冲洗的乙烷等杂质的物化性质相近，故解吸相对较困难，需要冲洗的产品气较多，而这部分产品气将随解吸的乙烷及乙烷以上组份作为解吸气排出，从而使得该工艺的甲烷回收率较低，通常只有40％～60％。

本发明的目的在于采用抽真空的方法取代西德专利DE2624346和中国专利ZL1069670A中冲洗的方法对吸附剂床层进行再生，可使甲烷回收率提高到80％以上。

本发明的另一目的在于为提高分离过程中甲烷回收率，提供所适用的吸附剂种类和这些吸附剂在吸附床内的配比以及装填方法。

多床变压吸附工艺在专利ZL1069670A中已作了描述。本发明适用于2个及2个以上吸附床的变压吸附工艺；采用本发明的变压吸附工艺，每个吸附床包括以下工作步骤：

1.吸附：气体混合物在过程最高压力下通过吸附床，其中易吸附杂质组份被选择性吸附，不易吸附的产品组份从气相中获得，吸附压力可以是0.1～3.0MPa(g)。

2.均压降：吸附床停止吸附，床内压力顺着吸附步骤时气流流动方向进行逐级降压，顺向放压排出的气体分别用于其它吸附床的升压；当易吸附杂质组份的吸附前沿达到吸附床出口时，顺向放压中止。

3.逆向放压：吸附床内压力逆着吸附步骤时气流流动方向降至接近大气压力，吸附床内吸附的部分杂质气体随压力下降而释放排出；当顺向降压终压力接近或低于大气压力时，不执行该步骤。

4.抽真空：利用抽真空机械(如真空泵等)对处于大气压力下的吸附床进行抽空，进一步降低吸附床内压力至真空状态(-0.05～-0.095MPa(g))，使被吸附的杂质气体被抽出吸附床，吸附剂获得再生。

5.均压升：再生好的吸附床在进行下一步吸附之前，分别利用其它吸附床顺向放压压力较高部分的产品气组份，先低后高进行逐级升压直至平衡。

6.最终升压：最后直接用产品气组份将吸附床升压至吸附压力。接着重复上述步骤循环操作。

在专利ZL1069670A中，提出在产品气中乙烷含量大于0.5％时，其吸附剂可采用活性炭，然而本发明通过实验及工业装置应用证明，仅采用活性炭吸附剂在上述的变压吸附过程中要使天然气或油田气中乙烷脱除到0.5％以上时，甲烷回收率也并不理想，其主要原因在于活性炭对天然气或油田气中甲烷组份的吸附量偏大，即在活性炭吸附乙烷及乙烷以上烃类时，同时也吸附大量甲烷。

本发明确定了在采用上述工艺时，在产品组份中乙烷或乙烷以上烃类组份要求为0.1％～2.0％时，可采用活性炭和硅胶类吸附剂的组合。与活性炭相比，硅胶类吸附剂对天然气或油田气中甲烷与其它组份的分离系数要大，从而提高甲烷的回收率。

本发明指出，采用变压吸附工艺从天然气或油田气中脱除乙烷或乙烷以上烃类时，可采用抽真空的方法以代替传统的用产品气组份在常压下对吸附剂床层进行冲洗的方法，吸附床抽真空完成后的真空度可在-0.05MPa(g)～-0.095MPa(g)范围。而本发明对吸附压力并不加任何限制。对吸附床装填吸附剂种类也不加任何限制。

本发明指出，采用变压吸附工艺从天然气或油田气中脱除乙烷或乙烷以上烃类时，在产品中乙烷含量在0.1％～2％时，可采用活性炭和硅胶类吸附剂的组合。其活性炭与硅胶配比范围为1∶0.5～6(重量比)。活性炭装填于吸附床原料气入口端，硅胶装填于吸附床出口端。

实例一：

天然气组成(v％)：CH₄ 93.7 C₂H₆ 1.63 C₃H₈ 0.38 C₄H₁₀ 0.28C₅H₁₂ 0.06 C₆ ⁺0.02 N₂ 3.47 CO₂ 0.38 H₂S 100mg/m³、H₂O饱和。

天然气压力0.40MPa(g)，温度28℃流量3300Nm³/h。

采用由六个吸附床组成的二次均压真空解吸变压吸附工艺。吸附床内入口端装填少量三氧化二铝，出口端装填13X分子筛，在三氧化二铝与分子筛之间装填活性炭。活性炭与13X分子筛装填比例为1∶3.2(重量)，吸附压力为0.38MPa(g)。真空解吸压力-0.08MPa(g)。

通过变压吸附过程获得净化后的天然气组成(V％)为CH₄ 96.32、C₂H₆＜100ppm、C₃ ⁺痕量、N₂3.65、CO₂0.03、产品气压力～0.30MPa(g)、温度29℃、产品流量2600Nm³/h。甲烷回收率81％。

实例二：

天然气组成(v％)：CH₄ 87.16 C₂H₆ 1.88 C₃H₈ 0.95 C₄H₁₀ 0.61C₅H₁₂ 0.25 C₆ ⁺0.01 N₂ 8.64 CO₂ 0.49 H₂S 400mg/m³ H₂O饱和。

天然气压力1.30MPa(g)，温度28℃流量3300Nm³/h。

采用由四个吸附床组成的二次均压真空解吸变压吸附工艺。吸附床内入口端装填少量三氧化二铝，出口端装填硅胶，在三氧化二铝与硅胶之间装填活性炭。活性炭与硅胶装填比例为1∶5.44(重量)，吸附压力为0.8MPa(g)。真空解吸压力-0.08MPa(g)。

通过变压吸附过程获得净化后的天然气组成(V％)为CH₄ 93.10、C₂H₆0.47、C₃H₈0.08、C₄H₁₀ 痕量、N₂6.24、CO₂0.11。

产品气压力～0.25MPa(g)、温度29℃、产品流量2600Nm³/h。

甲烷回收率89％。

Claims (4)

1.从天然气或油田气等烃类气体中脱除乙烷及乙烷以上烃类的变压吸附法，在至少有2个吸附床组成的系统中，用充填在吸附床中的吸附剂选择吸附天然气或油田气等烃类混合气体乙烷及乙烷以上烃类杂质组份，获得脱除了乙烷及乙烷以上烃类的产品甲烷组份，其特征是每个吸附床在一次循环中依次经历吸附、均压降、逆向降压、抽真空、均压升、最终升压步骤。

2.根据权利要求1的变压吸附法，其基本特征是吸附床解吸真空度在-0.05～-0.095MPa。

3.根据权利要求1或2的变压吸附法，其特征是吸附剂是沸石分子筛、活性炭、硅胶、活性氧化铝中的至少一种。

4.根据权利要求1的变压吸附法，其特征是在吸附床产品出口端装填硅胶吸附剂。