從含稀乙烯氣體中回收乙烯的方法

本發(fā)明屬于混合氣分離及凈化領(lǐng)域，特別涉及從石油化工過程中對目前 作為燃料氣或排空的所含的稀乙烯氣體中選擇吸附分離回收乙烯。

眾所周知從煉油裝置和化工裝置目前作為燃料氣或排空的所含稀乙烯 氣體中分離回收乙烯的方法包括深冷分離法，中冷油吸收法，絡(luò)合物分離法， 膨脹機(jī)法，變壓吸附分離法，溶劑抽提法和ARS等方法，C92112397.3專利是 用吸附分離方法從催化裂化干氣中分離回收乙烯，該專利對吸附劑的研究做 了大量工作，并對工藝裝置流程的開發(fā)進(jìn)行了研究并取得了較好的效果。

本發(fā)明的目的是在C92112397.3的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提供回收乙烯工業(yè)裝 置所需的工藝流程和主體設(shè)備，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的目的，同時(shí)本方法可 達(dá)到擴(kuò)大該裝置處理原料氣的范圍，提高回收乙烯濃度和回收率的目的。

本發(fā)明所提供的吸附分離方法是使用兩種固體吸附劑，采用原料氣預(yù)處 理和乙烯回收兩段的吸附流程，利用變溫變壓或變溫的方法，所用的主體設(shè) 備一吸附器均為列管式吸附器，見附圖2，在殼體內(nèi)部排列多根管子組成的管 束，管內(nèi)裝有固體吸附劑，含稀乙烯氣體從管內(nèi)通過進(jìn)行吸附分離，熱脫時(shí)殼 體內(nèi)通入加熱介質(zhì)，冷卻時(shí)殼體內(nèi)通入冷卻介質(zhì)。由于本發(fā)明采用了列管式 吸附器和程序控制，使本工藝方法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化成為可能，原料氣是從煉油廠 和化工廠中獲得的含有3-45％(體積)乙烯的混合氣體，其它組分為C3，C4，H2S， 水蒸汽，CO，CO2，C2H6，C2H2，CH4，2，H2和微量的氧氣等，這些混合氣來自催 化裂化干氣，催化裂解干氣，熱裂化干氣，焦化干氣，環(huán)氧乙烷裝置尾氣以及 煉油廠和化工廠所排放的含稀乙烯的混合氣體。

本發(fā)明工藝方法分為原料氣預(yù)處理部分和乙烯回收部分，預(yù)處理部分采 用活性炭吸附劑選擇吸附C3或C3以上烴類和硫化物，將這些組分從混合原料 氣中除去，使乙烯、乙烷等較輕組分與它們分離；乙烯回收部分采用載銅和 銀金屬離子地分子篩吸附劑，選擇性地吸附乙烯，將乙烯從乙烷、甲烷、氫 氣、一氧化碳和二氧化碳等組成的混合氣體中分離出來，從而達(dá)到回收乙烯 的目的。原料氣預(yù)處理部分的兩個(gè)或多個(gè)裝有活性炭吸附劑的列管式吸附 器，當(dāng)其中一個(gè)吸附器進(jìn)行吸附時(shí)，其它吸附器處于卸壓、脫附、吹冷、前 吸附及串吸附的不同工作階段，至下一個(gè)操作周期時(shí)多個(gè)床層相互切換操作， 每個(gè)吸附器都經(jīng)歷上述的各個(gè)階段，閥門的動(dòng)作均根據(jù)給定時(shí)間，由程控器 控制；自動(dòng)開關(guān)，乙烯回收部分的兩個(gè)或多個(gè)裝有分子篩吸附劑的列管式吸 附器，當(dāng)其中一個(gè)吸附器進(jìn)行吸附時(shí)，其它吸附器處于卸壓、沖洗、熱脫、 抽真空、吹冷及充壓的各個(gè)階段，至下一個(gè)操作周期時(shí)多個(gè)床層相互切換操 作，每一個(gè)吸附器都經(jīng)歷上述的各個(gè)階段，只是在時(shí)間上錯(cuò)開，閥門的動(dòng)作均 根據(jù)給定時(shí)間，由程序控制器控制自動(dòng)開關(guān)，所回收的乙烯濃度達(dá)到99.5％ (V)以上，乙烯回收率達(dá)85％(V)以上，原料氣預(yù)處理部分的操作條件是：吸附 時(shí)吸附溫度為室溫至60℃；吸附壓力為0.1-3.0MPa(絕對壓力)；體積空速為 50-2000時(shí)-1；脫附時(shí)：脫附溫度為70-300℃；脫附壓力為常壓并用氮?dú)饣蛭?附尾氣進(jìn)行吹掃；或抽真空；乙烯回收部分的操作條件是：吸附過程中體積空 速為50-2000時(shí)-1；吸附壓力為0.1-3.0MPa(絕對壓力)；吸附溫度為室溫至 60℃；脫附過程中脫附壓力為常壓至0.005MPa；脫附溫度為70-200℃；脫附方 法用加熱，或抽真空與加熱聯(lián)合的方法；本發(fā)明工藝方法參見附圖1，當(dāng)原料 氣進(jìn)入裝有活性炭的預(yù)處理吸附器D進(jìn)行吸附時(shí)，吸附器E處于卸壓、脫附、 吹冷、前吸附、串吸附的不同階段，至下一個(gè)操作周期時(shí)兩個(gè)吸附器相互切 換操作，閥門的動(dòng)作均由程控器控制，現(xiàn)就一個(gè)吸附器D在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)所 經(jīng)過的程序表示本方法的內(nèi)容：原料氣預(yù)處理部分包括D、E、F…多個(gè)列管 式吸附器，含稀乙烯的原料氣在吸附壓力下通過閥門D1進(jìn)入吸附器D，吸余氣 則通過閥D4進(jìn)入乙烯回收部分，在D吸附器中，C3及C3以上的烴類和硫化物被 吸附在活性炭吸附劑上，當(dāng)吸附劑接近飽和時(shí)，關(guān)閉D1，D4，打開D2，此時(shí)D床 卸壓，卸壓后開始熱脫，開D8，D9通入加熱介質(zhì)，同時(shí)打開D5，D2利用乙烯回收 部分的吸余氣吹掃床層，當(dāng)達(dá)到脫附溫度后關(guān)閉D8和D9閥，在熱脫完成后對D 床層進(jìn)行吹冷階段，打開D10和D11閥通冷卻水，為了加快吸附床層冷卻速度， 仍利用乙烯回收部分的吸余氣對D床進(jìn)行吹掃，D5和D2閥仍打開，當(dāng)D床溫度 降至常溫時(shí)，吹掃完畢，關(guān)閉進(jìn)水閥D10，打開D1和D3通入原料氣開始前吸附， 當(dāng)出來的氣體中不含乙烯時(shí)，則放入火炬系統(tǒng)或氣柜，當(dāng)出來的氣體中剛含 有乙烯時(shí)，則完成了前吸附工藝過程，關(guān)閉D1和D3閥，此時(shí)E床已進(jìn)行到吸附 的最后階段，為了防止C3進(jìn)入乙烯回收部分，E床吸附后的氣體經(jīng)D床后再進(jìn) 入乙烯回收部分，此時(shí)進(jìn)入串吸附階段。關(guān)E4，打開D6和D4。串吸附結(jié)束后， D床又開始下一周期的操作。乙烯回收部分也包括多個(gè)列管式吸附器即A，B， C，…，當(dāng)一個(gè)吸附器進(jìn)行吸附操作時(shí)，其它的吸附器則處于卸壓、沖洗、熱 脫、抽真空、吹冷、充壓的各個(gè)階段。經(jīng)過預(yù)處理的原料氣在吸附壓力和 溫度下，由下部進(jìn)入A床，此時(shí)打開A1和A6，乙烯被吸附在A床層上，未被吸附 的組分即吸余氣作為吹冷氣對B床進(jìn)行吹冷，B3和B5打開，經(jīng)B床后的吸余氣 作為預(yù)處理部分的吹掃氣，A床吸附完成后，關(guān)閉A1，A6仍打開，即進(jìn)入卸壓階 段，使A床壓力降至常壓。卸壓完成后，利用產(chǎn)品罐F中的乙烯對A床進(jìn)行沖洗， 打開A2，沖洗氣仍經(jīng)B床，使沖洗氣中的乙烯吸附在B床上，卸壓氣及沖洗氣經(jīng) B床后放入火炬系統(tǒng)或氣柜，沖洗氣與沖洗氣加產(chǎn)品氣之比稱為沖洗比，產(chǎn)品 的純度越高，沖洗比越高。A床沖洗結(jié)束，關(guān)A2和A6，此時(shí)開始熱脫，打開A8和 A9通入加熱介質(zhì)，打開A4對A床進(jìn)行抽真空，當(dāng)A床加熱至一定溫度后，關(guān)閉A8 和A9，A床仍抽真空，當(dāng)達(dá)到一定的真空度時(shí)，關(guān)閉A4，此時(shí)完成熱脫抽真空，A 床上的乙烯基本上脫附下來，打開A10和A11通入冷卻水，對A床進(jìn)行冷卻，同 時(shí)利用C床的吸余氣進(jìn)行吹冷，床層溫度降至常溫時(shí)，吹冷完成，關(guān)A10，進(jìn)入 下一階段對床層進(jìn)行充壓，A3和A7打開，C床的卸壓氣，沖洗氣經(jīng)A3進(jìn)入A床， 由A7放入火炬系統(tǒng)或氣柜，C床卸壓，沖洗完成后，A床的充壓過程也結(jié)束，即 完成了A床的吸附，脫附和吹冷的操作過程，此時(shí)，A床又循環(huán)至下一個(gè)周期進(jìn) 行吸附操作，其余的多個(gè)床層也同樣要經(jīng)歷上述過程，只是在時(shí)間上要錯(cuò)開， 所有的閥門根據(jù)給定的時(shí)間，由程序控制器控制，閥門的開和關(guān)全部自動(dòng)化。

本發(fā)明所達(dá)到的效果是由于采用了列管式吸附器作為從含稀乙烯氣體 中吸附分離乙烯的主體設(shè)備，從而能將目前煉油廠和化工廠普遍作為燃料燒 掉或放空的含有3-45％(體積)乙烯的混合氣體中的乙烯加以回收利用，乙烯 產(chǎn)品純度能達(dá)到99.5％(wt)以上，乙烯收率能達(dá)到85％(V)以上，本發(fā)明工藝流 程簡單，所用設(shè)備易于制造，設(shè)備材質(zhì)為碳鋼，無三廢污染，回收乙烯裝置操 作彈性大，自動(dòng)化程度高，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

附圖及其說明：

附圖1是從含稀乙烯氣體中回收乙烯的流程示意圖。

附圖1中：

???????????????????????????????????預(yù)處理部分：

1.原料氣???????????????????????????吸附時(shí)，閥1，4開

2.活性炭床的卸壓，熱脫氣???????????卸壓時(shí)，閥2開

3.活性炭床的初期吸余氣?????????????熱脫時(shí)，閥2，5開

4.PU-2吸附劑床的卸壓氣，沖洗尾氣???吹冷時(shí)，閥2，5開

5.產(chǎn)品乙烯?????????????????????????前吸附時(shí)，閥1，3開

???????????????????????????????????串吸附時(shí)，閥4，6開

回收部分：?????????????????????????預(yù)處理及回收部分：

吸附時(shí)，閥1，6開???????????????????熱脫時(shí)，閥8，9開

卸壓時(shí)，閥6開??????????????????????吹冷時(shí)，閥10，11開

沖洗時(shí)，閥2，6開???????????????????A，B，C乙烯回收吸附器

熱脫抽空時(shí)，閥4開??????????????????D，E預(yù)處理吸附器

吹冷時(shí)，閥3，5開???????????????????F產(chǎn)品罐

充壓時(shí)，閥3，7開???????????????????J真空壓縮機(jī)

附圖2是列管式吸附器示意圖

?????1-裝料口

?????2，6-氣體進(jìn)出口

?????4-列管

?????3-熱介質(zhì)進(jìn)口及冷介質(zhì)出口

?????5-冷介質(zhì)進(jìn)口及熱介質(zhì)出口

?????????????????????????實(shí)施例1

在附圖1所示的裝置中采用列管式吸附器，利用變溫、變壓方法從含稀 乙烯氣體中制取高濃度乙烯，原料組成見表-1。

表-1

原料氣經(jīng)預(yù)處理后除去C3及C3以上組分，預(yù)處理部分操作條件如下：吸 附溫度為室溫，吸附壓力為3.0MPa；進(jìn)料空速為2000時(shí)-1，經(jīng)預(yù)處理后的氣體 中C3及C3以上組分降至20ppm，具體組成見表2。

表-2

表2中的氣體進(jìn)入乙烯回收部分，在吸附溫度為室溫；吸附壓力為2.9MPa； 進(jìn)料空速為2000時(shí)-1；脫附溫度為150℃；脫附壓力為-0.089MPa；沖洗比為 80％的操作條件下，回收乙烯純度達(dá)99.5％(V)，收率85％(V)以上。

????????????????????????實(shí)施例2

在附圖1所示的裝置中采用列管式吸附器，利用變溫、變壓方法進(jìn)行吸 附分離的工藝過程，從含稀乙烯氣體中制取高濃度乙烯，原料組成見表-3。

表-3

原料氣經(jīng)預(yù)處理后除去C3及C3以上組分，預(yù)處理部分操作條件如下：吸 附溫度為45℃；吸附壓力為0.7MPa；進(jìn)料空速為275時(shí)-1，經(jīng)預(yù)處理后的氣體 中C3及C3以上組分小于20ppm，具體組成見表-4。

表-4

表-4中的氣體進(jìn)入乙烯回收部分，在吸附溫度為45℃；吸附壓力為0.68 MPa；進(jìn)料空速為275時(shí)-1；脫附溫度為148℃；脫附壓力為-0.08MPa；沖洗比為 56％的操作條件下，回收乙烯純度達(dá)99.5％(V)；收率85.6％(V)以上。

??????????????????????????實(shí)施例3

在附圖1所示的裝置中采用列管式吸附器，利用變溫、變壓方法進(jìn)行吸 附分離工藝過程，從含稀乙烯氣體中制取高濃度乙烯，原料組成見表-5。

表-5

原料氣經(jīng)預(yù)處理后除去C3及C3以上組分，預(yù)處理部分操作條件如下：吸 附溫度為60℃，吸附壓力為1.5MPa；進(jìn)料空速為50時(shí)-1，經(jīng)預(yù)處理后的氣體中 C3及C3以上組分小于20ppm，具體組成見表-6。

表-6

表-6中的氣體進(jìn)入乙烯回收部分，在吸附溫度為60℃；吸附壓力為0.2 MPa；進(jìn)料空速為50時(shí)-1；脫附溫度為120℃；脫附壓力為-0.08MPa；沖洗比為 40％的操作條件下，回收乙烯濃度達(dá)99.6％(V)，總收率85％(V)以上。