使用离子液体溶剂进行的分离的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及使用离子液体溶剂从工艺物流中分离一种或多种气体组分。
【背景技术】
[0002] 在商业加工设施中存在许多工艺物流，所述设施包括化学、石油化学、聚合、石油 和天然气工业中的设施，所述工艺物流含有两种或更多种流体组分。含有两种或更多种流 体组分的工艺物流的实例包括：聚合工艺物流、乙烷裂解炉工艺物流、天然气工艺物流、合 成气工艺物流、生物质气化工艺物流、费-托（Fischer-Tropsch)工艺物流、烷烃脱氢工艺 物流、以及醇脱水工艺物流。有时，期望分离工艺物流的流体组分以使所述工艺物流"升级" 和/或回收有价值的流体组分。
[0003] 分离技术包括常规的蒸馏、使用离子液膜进行的吸收、以及使用金属盐的水溶液 进行的吸收。在流体组分具有接近的沸点时，蒸馏需要很多个阶段和/或高回流比，并且可 能是成本过高的。离子液膜受膜扩散速率的限制并且可能具有不佳的通量或需要大量的资 本支出以进行商业应用。金属盐水溶液中的水具有很大的蒸气压，这会使得从水溶液中对 所分离的组分进行的回收变得效率低下（例如在从水溶液中分离所述组分之后所述组分 通常带有水，从而需要脱水）。
[0004] 持续需要用于商业加工设施中的工艺物流的改进的分离技术。
【发明内容】
[0005] 所公开的实施方案包括一种方法，所述方法包括提供包含气体组分的工艺物流； 通过离子液体溶剂从所述工艺物流中捕集所述气体组分的至少一部分；以及从所述离子液 体溶剂中回收所捕集的气体组分的至少一部分。在实施方案中，通过所述离子液体溶剂从 所述工艺物流中捕集第二气体组分的至少一部分，并且所述方法还包括从所述离子液体溶 剂中回收所述第二气体组分的至少一部分。在实施方案中，所述工艺物流中的第二气体组 分的至少一部分未被离子液体溶剂所捕集，并且所述方法还包括由膜单元回收所述未捕集 的第二气体组分的至少一部分。
[0006] 所公开的实施方案包括一种系统，所述系统包括工艺物流，所述工艺物流包含气 体组分；分离器，所述分离器包括离子液体溶剂，其中所述分离器接收所述工艺物流，其中 所述离子液体溶剂捕集所述气体组分的至少一部分；捕集物流，所述捕集物流离开所述分 离器并且包含被捕集在所述离子液体溶剂中的所述所捕集的气体组分；以及再生器，所述 再生器接收所述捕集物流，其中所述再生器使所述离子液体溶剂再生并且排放所回收的气 体组分。在实施方案中，所述离子液体溶剂还从所述工艺物流中捕集第二气体组分的至少 一部分，所述捕集物流还包含所捕集的第二气体组分，并且所述再生器排放所回收的第二 气体组分。在实施方案中，所述离子液体溶剂没有从所述工艺物流中捕集第二气体组分的 至少一部分，并且所述系统还包括未捕集的物流，所述未捕集的物流离开所述分离器并且 包含所述未捕集的第二气体组分。在实施方案中，所述系统还可以包括膜单元以回收所述 第二气体组分。
[0007] 上文已经相当宽泛地概述了所公开的本发明主题的特征和技术优势以使得可以 更好地了解下列详细说明。在阅读优选的实施方案的下列详细说明时并且通过参考附图， 上文所述的各种特征以及其它特征对本领域技术人员来说将是显而易见的。
【附图说明】
[0008] 为了详细说明所公开的方法和系统的优选的实施方案，现在将参考附图，其中：
[0009] 图1图示了所公开的系统的一个实施方案的工艺流程图；以及
[0010] 图2图示了所公开的系统的另一个实施方案的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0011] 本文公开了有关于使用离子液体溶剂从工艺物流中分离一种或多种气体组分，从 而使得对所述气体组分进行回收，例如以提高工艺效率（例如避免气体组分再循环）或使 用所述气体组分（例如避免有价值的气体组分被浪费地燃烧）的系统和方法的实施方案。
[0012] 所公开的实施方案可以与适合于利用离子液体溶剂进行气体组分分离的任何工 艺物流结合使用。包含可以与其它流体组分分离的气体组分的工艺物流的实例包括：包含 烯烃和烷烃的聚合工艺物流；包含乙烷和乙烯的乙烷裂解炉工艺物流；包含天然气和酸性 气体的天然气工艺物流；包含合成气和二氧化碳的合成气工艺物流；包含二氧化碳的生物 质气化工艺物流；包含未反应的合成气、甲烷、烯烃、以及烷烃的费-托工艺物流；包含烯烃 和烷烃的烷烃脱氢工艺物流；包含烯烃、烷烃、以及醇的醇脱水工艺物流；等。
[0013] 本文所公开的实施方案是在包含气体组分的工艺物流的背景下被论述的，所述气 体组分包括i)烯烃和/或烷烃、或ii)酸性气体（例如〇)2和/或H2S)。
[0014] "气体组分"可以指的是烯烃、烷烃、酸性气体、天然气工艺物流的一种或多种组 分、合成气工艺物流的一种或多种组分、氢气、氮气、氧气、水、一氧化碳、含氧化合物（例如 醇）、或其组合。
[0015] "烯烃"可以指的是具有碳-碳双键的(：2_(：5。烃。合适的烯烃可以包括其它官能团， 如羟基、羧酸基、杂原子等，前提条件是这些基团不与离子液体溶剂反应。使用乙烯作为烯 烃来描述本文所公开的实施方案。
[0016] "烷烃"可以指的是饱和的C2_C5。烃。使用乙烷和/或异丁烷描述本文所公开的实 施方案。
[0017] "酸性气体"可以指的是C02、H2S、RSH、CS2、C0S以及so2、或其组合。使用〇)2和h2s 描述本文所公开的实施方案。
[0018] 图1示出了所公开的系统100的一个实施方案的工艺流程图。所述系统100可以 包括分离器110和再生器120。可以将包含气体组分（任选地，第二气体组分）的工艺物流 111供给到分离器110中，所述分离器110接收所述工艺物流111。所述分离器110可以包 括离子液体溶剂，并且所述离子液体溶剂可以捕集所述气体组分的至少一部分（任选地， 所述第二气体组分的至少一部分）。包含由所述离子液体溶剂捕集的气体组分（任选地，第 二气体组分）的捕集物流113可以从分离器110离开并且流到再生器120中，并且所述再 生器120可以接收所述捕集物流113。工艺物流111中没有由分离器110中的离子液体溶 剂捕集的部分可以离开分离器110并且经由未捕集的物流112流动以用于进一步加工、使 用、销售、燃烧等。再生器120可以使离子液体溶剂再生并且排放所回收的气体组分（任选 地，所回收的第二气体组分）。所回收的气体组分（任选地，所回收的第二气体组分）可以 从再生器120经由物流121流动以用于进一步加工、使用、销售等。再生的离子液体溶剂可 以从再生器120经由溶剂流122流到分离器110中。离子液体溶剂一般可以循环穿过包括 分离器110、捕集物流113、再生器120、以及溶剂流122的溶剂循环系统。捕集物流113可 以包括加热器114,所述加热器114能够在所捕集的气体组分（任选地，所捕集的第二气体 组分）流向再生器120时加热所述捕集物流113。溶剂流122可以包括冷却器123,所述冷 却器123能够在再生的离子液体溶剂流向分离器110时冷却所述溶剂流；以及栗124,所述 栗124用于提供原动力以使再生的离子液体溶剂流动。系统100还可以包括图1中未示的 一个或多个压缩机、栗、热交换器、阀门、控制器件、安全器件、或类似的设备。这些设备可以 根据本领域技术人员在本公开的帮助下所认可的技术被包括在系统100中。
[0019] 在实施方案中，工艺物流111的气体组分可以包括乙烯、异丁烷、或酸性气体（例 如〇)2和/或H2S)。在另外的实施方案中，工艺物流111的第二气体组分可以包括乙烯、异 丁烷或酸性气体（例如〇) 2和/或H2S)。如上文所述，工艺物流111可以包含第二气体组 分，并且离子液体溶剂可以捕集所述第二气体组分的至少一部分。在实施方案中，除了捕集 所述气体组分的至少一部分之外，还捕集所述第二气体组分的至少一部分。在一个实施方 案中，所述气体组分包括乙烯并且所述第二气体组分包括异丁烷。在一个替代性实施方案 中，所述气体组分包括二氧化碳，并且所述第二气体组分包括硫化氢。
[0020] 在一个实施方案中，离子液体溶剂可以捕集所述气体组分的至少一部分；除此之 外或作为另外一种选择，离子液体溶剂可以捕集所述第二气体组分的至少一部分；除此之 外或作为另外一种选择，离子液体溶剂可能没有捕集所述第二气体组分的至少一部分。
[0021] 在实施方案中，离子液体溶剂可以经由各种捕集机制来捕集所述气体组分和/或 所述第二气体组分。在一个实施方案中，所述气体组分的至少一部分由离子液体溶剂经由 吸收、溶解、吸附、络合、或其组合所捕集。在一个另外的实施方案中，所述第二气体组分的 至少一部分由离子液体溶剂经由吸收、溶解、吸附、络合、或其组合所捕集。在实施方案中， 捕集所述气体组分的机制与捕集所述第二气体组分的机制是相同的。举例来说，所述气体 组分和所述第二气体组分这两者均可以经由吸收、吸附、溶解、或络合被捕集。在一个替代 性实施方案中，捕集所述气体组分的机制与捕集所述第二气体组分的机制是不同的。举例 来说，所述气体组分可以经由吸收被捕集并且所述第二气体组分可以经由吸附或溶解被捕 集。在另一个实施例中，所述气体组分可以在发生络合的情况下经由吸收被捕集并且所述 第二气体组分可以在没有发生络合的情况下经由吸收被捕集。
[0022] 在实施方案中，工艺物流111还可以包含其它流体组分，如其它气体组分。工艺物 流111的其它气体组分可以包括氢气、氮气、乙烷、天然气、合成气、或其组合。
[0023] 在实施方案中，工艺物流111中所述气体组分和/或所述第二气体组分的浓度可 以包括所述工艺物流111的大于约10重量％、20重量％、30重量％、40重量％、50重量％、 60重量％、70重量％、80重量％、90重量％或更大。
[0024] 在实施方案中，分离器110可以包括如下的容器，所述容器被配置成使离子液体 溶剂流过其中以从包含气体组分（任选地，第二气体组分）和一种或多种其它流体（例如 气体）组分的工艺物流111中选择性地捕集（例如吸收、吸附、溶解、络合、或其组合）所述 气体组分（任选地，所述第二气体组分）的至少一部分。
[0025] 在一个实施方案中，分离器110可以被配置成例如通过使气体鼓泡穿过液体来使 气体（例如工艺物流111的气体组分，任选地，第二气体组分）在离子液体溶剂内逸散。在 一个实施方案中，分离器110可以包括溶剂循环系统，所述溶剂循环系统被配置成使离子 液体溶剂循环穿过分离器110。合适的分离器配置的非限制性实例包括吸收塔；变压吸收 器（PSA);喷射罐；搅拌式反应器；与一个或多个压缩机、一个或多个栗124、以及一个或多 个热交换器（例如加热器114、冷却器123)联接的容器；或其组合。合适的分离器的实例 说明于天然气加工者协会（GasProcessorsAssociation)的《工程数据手册》（第10版） (EngineeringDataBook10~ed.)的图 19-16 中。
[0026] 在一个另外的和/或替代性实施方案中，分离器110可以包括填充床或填充塔，所 述填充床或填充塔被配置成维持（例如离子液体溶剂内所逸散的气体的）更小的气泡尺 寸，例如以维持气体与离子液体溶剂之间相对大的接触表面积，例如以维持气体向液体中 的质量传递和/或捕集的效率。在一个实施方案中，填充床或填充塔的填充材料可以包含 聚合材料、金属材料、或其组合。在一个实施方案中，分离器110可以具有多个填充床或填 充塔。在一个实施方案中，分离器110的一个或多个区段可以具有填充材料。在实施方案 中，所述填充材料可以具有散堆填料或可以具有规整填料。
[0027] 在实施方案中，分离器110可以包括两个或更多个区段。举例来说，第一区段可以 在第一组的条件（例如温度、压力、流量、质量流量比）下运行，并且第二区段可以在第二组 的条件（例如温度、压力、流量、质量流量比）下运行。
[0028] 在实施方案中，分离器110的功能有时可以是捕集气体组分（任选地，第二气体组 分），并且在其它时候，可以是不捕集气体组分（任选地，第二气体组分）。即，分离器110 还可以充当再生器。在这些实施方案中，在分离器110运行时的温度和压力可以取决于所 述功能。举例来说，分离器110在运行以捕集气体组分（任选地，第二气体组分）时的温度 和压力可以是本文对于捕集气体组分（任选地，第二气体组分）所公开的那些。分离器110 在运行以释放气体组分（任选地，第二气体组分）时的温度和压力可以是本文对于再生器 120所公开的那些。在这些实施方案中，分离器110可以另外地或替代地被配置成排空一种 或多种气体（例如先前捕集并且然后释放的气体，如烯烃、酸性气体、烷烃）和/或有助于 经由压差释放所捕集的气体。
[0029] 在实施方案中，分离器110可以被配置成提供或维持工艺物流111的气体组分的 合适的分压。这样的合适的分压可以是约14. 8psia至约57. 7psia;或者，约19. 7psia至 约47. 7psia;或者，约19. 7psia至约29. 7psia。在一个实施方案中，分离器110可以被配 置成提供或维持约Opsia至约lOOpsia的乙稀分压。
[0030]在一个实施方案中，分离器110可以被配置用于分批运行和/或连续运行。
[0031] 在实施方案中，系统100可以包括两个或更多个分离器（例如分离器110和一个 或多个其它分离器）。举例来说，系统100可以包括两个分离器，它们中的每一个均可以根 据本文所公开的实施方案之一加以配置。具有两个或更多个分离器的实施方案可以被配置 用于对气体组分（任选地，第二气体组分）进行变压吸收（PSA)。举例来说，通过使用两个 或更多个分离器，系统100可以被配置成通过在将气体组分（任选地，第二气体组分）吸收 到第一分离器中的"第一批"中的同时，在第二分离器中"第二批"被准备用于进行吸收而 允许连续运行。因而，通过在两个或更多个合适的分离器之间循环，系统可以连续运行。具 有两个或更多个分离器的系统的实例公开在2012年9月13日公开的名称为"通过吸收回 收乙稀（EthyleneRecoveryByAbsorption)"并且以引用的方式整体并入本文的美国专 利申请公开号2012/0232232中。
[0032] 在实施方案中，分离器110可以被配置成具有约1至约350 ;或者，约1至约200 ; 或者，约10至约200 ;或者，约10至约100的液体/气体质量流量比。在实施方案中，分离 器110的液体/气体质量流量比可以包含一定的值以使得气体组分的至少一部分由离子液 体溶剂捕集。在另外的或替代性实施方案中，分离器110的液体/气体质量流量比可以包 含一定的值以使得气体组分的至少一部分以及第二气体组分的至少一部分由离子液体溶 剂捕集。一般来说，捕集气体组分的至少一部分以及第二气体组分的至少一部分的质量流 量比大于仅捕集气体组分的至少一部分的质量流量比。在实施方案中，捕集气体组分的至 少一部分以及第二气体组分的至少一部分的质量流量比显著大于仅捕集气体组分的至少 一部分的质量流量比（例如约2倍、约3倍、约4倍、约5倍、约6倍、约7倍、约8倍、约9 倍、约10倍、约11倍、约12倍、约13倍、约14倍、约15倍、或更多倍）。在一个实施方案 中，液体/气体质量流量比的"液体"可以包含离子液体溶剂；或者，液体/气体质量流量比 的"液体"可以包含离子液体溶剂以及流入和/或流过分离器110的其它液体的任何组合； 或者，液体/气体质量流量比的"液体"可以包含离子液体溶剂以及流入和/或流过溶剂循 环系统的其它液体的任何组合。在一个实施方案中，液体/气体质量流量比的"气体"可以 包含工艺物流111的气体组分；或者，液体/气体质量流量比的"气体"可以包含工艺物流 111的气体组分和第二气体组分；或者，液体/气体质量流量比的"气体"可以包含流入和/ 或流过工艺物流111和/或分离器110 (例如来自工艺物流111、来