专利名称：从气态烃中脱除乙烷和乙烷以上烃类的方法
技术领域：
本发明是关于应用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。
天然气或油田气是一种应用广泛的化工原料，其主要组分是甲烷，另外还含有少量氮、二氧化碳、乙烷以及乙烷以上的烃类物质。一些化工过程对作为原料的天然气或油田气提出严格的要求。例如，由天然气制取甲烷氯化系列产品的这类加工过程。由三氯甲烷生产装置运行表明，天然气中乙烷含量小于100ppm情况下，粗氯液中难分离的杂质1，1-二氯乙烷含量明显下降，不仅减少了用于后续工序的蒸馏的蒸汽消耗，而且使最终产品三氯乙烷中1，1-二氯乙烷含量从1%以上，下降到600ppm以下，产品质量显著提高。
天然气或油田气的组成随气田或油田不同而异，典型组成为天然气(V%) 油田气(V%)CH492～98 86～93CO20.1～0.5 0.1～0.5N21.5～2.0 1.5～2.0C2H60.25～3.5 3.0～6.5C3～C60.15～2.0 0.5～5.0H2S 500ppm 500ppmH2O 饱和饱和从天然气或油田气中脱除乙烷和乙烷以上烃类物质，目前已在工业上应用的主要是低温分馏法和变温吸附法。这两种方法工艺成熟都能制得纯净的气体，且甲烷回收水平较高。但由于前一种方法需要在较高压力(＞5.0MPa)下操作，并配备一系列换热设备，因此工艺繁琐，运行费用和投资费用高。后一种方法对吸附了杂质的吸附剂(通常为活性炭)的再生需要加温而消耗大量蒸汽，并为保证吸附床加温冷却的时间，必须增大吸附床容积，因此运行费用和投资费用也较高。
变压吸附法用于分离具有选择性吸附组分的气体混合物是众所周知的。变压吸附技术工艺简单、整个装置在环境温度下操作，它的短周期吸附特性、提高了吸附剂的利用率，与变温吸附法比较，相应减少了吸附剂用量且吸附剂的再生不需要加热和冷却。
本发明的目的在于采用多床变压吸附工艺从天然气或油田气中脱除乙烷和乙烷以上烃类物质，获得乙烷和乙烷以上烃类物质含量小于0.5v%或更低的纯净气体。
本发明的另一目的在于提供为达到上述目的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。
多床变压吸附工艺实施已由早先的四床流程发展到由十至十二个吸附床组成的流程。美国专利(3430418、3564816、3986849)分别详细描述了配备有四个、五个、八个、九个、十个吸附床的变压吸附工作过程。
这些专利所描述的变压吸附工艺中，每个吸附床包括有以下工作步骤
1、吸附气体混合物在过程最高压力下通过吸附床，其中易吸附杂质组分被选择性吸附，难吸附的产品组分从气相中获得。
2、顺向放压吸附床停止吸附，床内压力顺着吸附流动的方向进行逐级降压，顺向放压所排出的气体分别用于其它吸附床的升压和冲洗。当易吸附组分的吸附前沿到达吸附床出口端时，顺向放压终止。
3、逆向放压吸附床内剩余压力逆着吸附流动的方向降到过程的最低压力。床内被吸附剂吸附的杂质组分随着压力下降而释放排出。
4、冲洗利用另一吸附床顺向放压步骤排出的压力较低部份的难吸附组分气体在过程最低压力下对吸附床进行冲洗，进一步清除残留于吸附床内的易吸附组分。吸附床获得再生。
5、升压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份的难吸附组分、先低后高地进行逐级升压。最后直接用作为产品的难吸附组分升压到吸附压力。接着重复上述步骤循环操作。
这些多床变压吸附工艺已在从富氢混合气中提取纯氢和从空气中富集氧气等领域获得广泛应用。
西德专利(2624346)列举了变压吸附过程从天然气中脱除乙烷的应用实例。天然气组成(v%)CH490.0、C2H66.50、C3H80.15、C4H100.15、C5H120.05、C6+0.20。天然气压力30巴，温度30℃，吸附床内装填的吸附剂是为活性炭，通过变压吸附过程后获得的产品组成(v%)为CH499.0、C2H60.8、C3H80.2。该专利是在较高压力下采用九床五次均压变压吸附工艺，甲烷回收率达85%。
活性炭对于脱除气体中烃类物质是一种良好吸附材料，一般说来，对于分子结构相似的烃类组分在活性炭上的吸附量随分子量的增加而增加。然而本发明通过实验证明，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含量脱除到0.5v%以下，甲烷回收率显著下降。这是由于活性炭对于在甲烷同系物中乙烷以上(包括乙烷)的烃类组分在低分压下的吸附能力减弱的缘故。
本发明确定了为进一步脱除甲烷同系物中低含量的高烃组分，可以采用5A或13X分子筛。分子筛与活性炭相比，在甲烷同系物中对于低含量的乙烷仍具有较高的吸附能力，同时对于乙烷以上的烃类组分同样有满意的脱除效果。
本发明指出，应用上述的变压吸附过程，从天然气或油田气中脱除乙烷，产品中乙烷含量大于0.5v%时，可以采用活性炭吸附床。对于产品中乙烷含量要求较低(一般低于0.5v%时，甚至达0.01v%)时，宜采用活性炭加分子筛的复合床。活性炭装填在吸附床的入口端，分子筛装填在吸附床的出口端。活性炭装填量由原料中乙烷含量和原料通过活性炭床层后气体中乙烷脱除精度来确定。原料中乙烷含量在1～6v%的范围内，活性炭与分子筛在吸附床内的装填配比取1∶0.1～6(重量比)较为适宜。
在上述的变压吸附过程中，采用活性炭与分子筛的复合吸附床，都能适用于从天然气或油田气中脱除乙烷以及乙烷以上的烃类组分，产品中乙烷含量最低可在50ppm以下。这样的复合吸附床只要将活性炭与分子筛的配比作一些调整，也可同时脱除天然气或油田气中所含有的CO2和H2S。熟悉本领域范围的技术人员都知道，在吸附床入口端适当添加三氧化二铝或硅胶等吸附剂，通过上述变压吸附过程也可除去气体中的饱和水份。
采用上述配比的活性炭与分子筛的复合吸附床在变压吸附过程中，吸附压力的最低值可为0.15MPa(表压)，一般取0.6～3.5MPa(表压)较为适宜。因此普遍的天然气或油田气可不经压缩直接作为原料进入变压吸附系统进行净化。然而本发明对吸附压力并不加以任何限制。
实例一天然气组成(v%)CH493.70、C2H61.63、C3H80.38、C4H100.28、C5H120.06、C6+0.02、N23.47、CO20.38、H2S500mg/m3、H2O饱和，天然气0.22MPa(表压)，温度30℃，天然气流量1800nm3/h。
采用由四个吸附床组成的一次均压式变压吸附工艺。吸附床内入口端装填有少量三氧化二铝，出口端装填13X分子筛。在三氧化二铝和13X分子筛之间装填活性炭。活性炭与13X分子筛装填比1∶3.2(重量)，吸附压力为0.20MPa(表压)。
通过变压吸附过程获得净化后的天然气组成(v%)为CH496.16、C2H6＜100ppm、C3+痕量、N23.83、CO20.01、产品压力～0.20MPa(表压)、温度32℃、流量850nm3/h。
解吸气输出压力0.015MPa(表压)，可用作燃料或其它化工过程的原料。
实例二油田气组成(v%)CH490.10、C2H66.06、C30.45、C+40.53、N22.25、CO20.55、H2S380mg/m3，H2O饱和，压力1.15MPa(表压)，温度30℃，原料流量2000nm3/h。
采用与实例一相同的变压吸附工艺。吸附床内入口端装填有少量三氧化二铝，出口端装填5A分子筛。在三氧化二铝和5A分子筛之间装填活性炭。活性炭与5A分子筛装填比为1∶0.45(重量)。吸附压力为1.0MPa(表压)。
通过变压吸附过程获得净化气体的组成(v%)是CH496.06、C2H60.10、C3+痕量;N23.84、CO20.01，产品压力～1.0MPa(表压)，温度32℃，流量1130nm3/h。
解析气输出压力0.015MPa(表压)，可用作燃料或其它化工过程的原料。
权利要求
1.一种从气态烃中脱除乙烷和乙烷以上烃类的变压吸附法，其特征是吸附塔内同时装填活性炭和分子筛吸附剂。
2.按权利要求1的变压吸附法，其特征是活性炭吸附剂装填在塔的进口端，分子筛装填在塔的出口端。
3.按权利要求1和2的变压吸附法，其特征是活性炭与分子筛的重量配比为1∶0.1～6。
全文摘要
本发明是采用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。其特点是活性炭和分子筛两种吸附剂按合适的配比同时装于吸附床内，活性炭装填在吸附床的进口端，分子筛装填在吸附床的出口端。本发明用于从气态烃中脱除乙烷和乙烷以上烃类时，其净化气中乙烷和乙烷以上烃类物质含量在50ppm～0.5V％范围。
文档编号C10G5/02GK1069670SQ91107279
公开日1993年3月10日 申请日期1991年8月24日 优先权日1991年8月24日
发明者王宝林, 龚肇元 申请人:化学工业部西南化工研究院