乙炔净化系统和方法技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术还包括用于从氢气占主导地位的乙炔

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】乙炔净化系统和方法
[0001]相关申请
[0002]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。


[0003]本申请涉及从气态乙炔流中去除高级炔烃的系统和方法。

技术介绍

[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。

技术实现思路

[0014]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，孔径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】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...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：转化材料有限公司，
类型：发明
国别省市：