轻气体与卤素的分离方法技术

提供了将一种或多种轻气体与溴或氯分离的方法，该方法使用一种或多种物理分离，并与化学洗涤剂接触以回收额外的卤素。一方面，本发明专利技术包括（ａ）将含有一种或多种轻气体的卤素进料提供至蒸馏塔或闪蒸蒸发器；（ｂ）操作所述蒸馏塔或闪蒸蒸发器以将所述进料分离成（ｉ）第一液体，其含有主要量的卤素和不多于次要量的一种或多种轻气体和（ｉｉ）第一蒸气，其含有主要量的一种或多种轻气体和不多于次要量的卤素；和（ｃ）将所述蒸气提供至化学洗涤塔以从所述蒸气中回收卤素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术通常涉及将惰性气体和其它化合物与卤素分离的方法。专利技术背景选择空气或氧气作为氧化介质已经为许多工业方法进行了探索。对于可用空气进行氧化而不对反应化学有不利影响的方法来说，空气比纯氧气是优选的，因为投资和操作成本降低。氧气的较高成本来自于将氧气与氮气分离的花销，传统上这使用膜或蒸馏来完成。与空气相比优选使用纯氧气的一个实例是合成气生产，它是使用费托合成从天然气生产液体烃的第一个步骤。除了影响反应化学以外，在合成气生产中使用空气需要将氮气与未转化的天然气分离。将氮气与天然气分离是投资密集型的，传统上这使用膜或变压吸附来进行。捕集惰性气流中的痕量溴的常规方法是使用碱性洗涤剂(scrubber)，例如NaOH水溶液。从该常规洗涤方法回收所捕集的溴并不容易。其它常规方法包括使用亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、或氢氧化钙水溶液等，其中每一种都受困于同一缺点：所捕集的溴难以回收。由Santa Barbara的GRT，Inc.开发的工艺允许通过在反应器中混合烃和卤素以生成烷基卤化物和卤化氢HX来由甲烷或天然气合成较高级的烃。将所述烷基卤化物和HX引至与金属氧化物或类似物质接触以生成较高级的烃和金属卤化物。该金属卤化物被氧化成金属氧化物和卤素，这二者都可以再循环。当用空气进行氧化时，所生成的卤素含有惰性气体例如氮气和二氧化碳，它们如果不除去，将会穿过卤化区和产生较高级的烃的偶联区。在由GRT，Inc.开发的其它工艺中，通过在催化剂的存在下使烷基卤化物与氢气反应来生成烃，HX作为副产物而生成。为了再生卤素以用于整个工艺的下一次循环，在催化剂的存在下用空气或氧气来氧化HX。对于这两种类型的工艺，希望在将-->卤素用于下一次工艺循环之前将再生的卤素与N2、CO2和其它轻气体(例如未反应的轻质烃)和水分离。对于循环的或连续的工艺，如果不分离的话，这些气体，特别是氮气，将迅速积累。显然需要将惰性气体和其它化合物与卤素分离的有效率的、成本有效的方法。专利技术概述根据本专利技术，提供了将一种或多种轻气体与溴或氯分离的方法，该方法使用一种或多种物理分离，并与化学洗涤剂接触以回收额外的卤素。根据本专利技术的一个方面，所述方法包括(a)将含有一种或多种轻气体的卤素进料提供至蒸馏塔或闪蒸蒸发器；(b)操作所述蒸馏塔或闪蒸蒸发器以将所述进料分离成(i)第一液体，其含有主要量的卤素和不多于次要量的一种或多种轻气体和(ii)第一蒸气，其含有主要量的一种或多种轻气体和不多于次要量的卤素；和(c)将所述蒸气提供至化学洗涤塔以从所述蒸气中回收卤素。在本专利技术的第二个方面，使用两个或更多个物理分离，每个分离分别导致卤素在液相中和轻气体在蒸气相中的继续更大的富集。例如，来自蒸馏塔的蒸气(富含一种或多种轻气体)可进料至第二蒸馏塔，该第二蒸馏塔进一步将物料分离成新的蒸气和新的液体，该新蒸气更富含一种或多种轻气体，和该新液体更富含卤素。本专利技术中所使用的化学洗涤塔含有一种或多种卤素清除剂(scavenger)，这是能够化学吸收卤素的物质，在某些实施方案中通过与卤素的氧化还原反应来化学吸收。优选的物质是溴化亚铜(I)(CuBr，“溴化亚铜”)，其可以通过转化为溴化铜(II)(CuBr2，“溴化铜”)来吸收溴。附图简述当参照以下详细描述并参考以下附图考虑时，本专利技术的特征和优点将变得更容易理解。图1是根据本专利技术的一个方面将轻气体与溴分离的工艺示意图；图2是图1所示工艺的示意图，增加了溴生成(“溴再生”)和水吸附的环节；-->图3是根据本专利技术的另一方面使用三个串联闪蒸蒸发器将一种或多种轻气体与溴分离的工艺示意图；图4是将天然气转化为较高级的烃的连续工艺的示意图，并包括根据本专利技术的一方面将该在工艺中生成的溴与轻气体分离的子工艺；图5是确定卤素在本专利技术的一个实施方案中所使用的卤素清除剂中的卤素穿透的实验方法的图解说明；图6是根据本专利技术的一个方面已经暴露于溴/氮气料流的CuBr管的照片。专利技术详述在本专利技术的新方法中，通过将含有一种或多种轻气体的卤素进料物理分离成液体和蒸气来将一种或多种轻气体与溴或氯分离，所述液体含有主要量的卤素和不多于次要量的一种或多种轻气体，和所述蒸气含有主要量的一种或多种轻气体和不多于次要量的卤素。通过使该蒸气穿过含有卤素清除剂的化学洗涤塔来从该蒸气中除去额外的卤素。本文使用的“轻气体”是指与卤素混合在一起的沸点比卤素低的气体。溴和氯的常压沸点分别为约59℃和-34℃。该定义包括诸如氮气(N2)、二氧化碳(CO2)和“轻质烃”即C1-C4烃之类的气体，需要说明的是，如果氯是想要的卤素的话，C4烃(丁烷和丁烯)不认为是“轻气体”，因为氯的沸点低于C4烃的沸点。术语“主要量的”和“次要量的”是相对的；含有主要量的第一组分和次要量的第二组分的液体(或蒸气)含有比第二组分更多的第一组分。通常，在本专利技术的大多数实施方案中，给定的液相(或蒸气相)将由绝大部分的一种组分(卤素或一种或多种轻气体)和非常少的其它组分组成。本专利技术的一个实施方案举例说明于图1，其描述了用于将轻气体(在此例中为氮气和二氧化碳)与溴分离的系统10。将含有N2和CO2的溴进料12提供至具有塔顶16和塔底18的蒸馏塔14中。换热器20和22分别起到部分冷凝器和全回流的作用，使得富含溴的液体“塔底产物”(并含有不多于次要量的轻气体-一般不多于两种气体在溴中-->的溶解度极限)从该蒸馏塔中引出，并通过换热器24实现额外降温。在该塔的顶部，通过换热器22来促进来自回流罐的液体的全回流，产生富含轻气体的蒸气(并含有不多于次要量的溴)，将该蒸气引至化学洗涤塔26，在那里除去该次要量的溴，产生轻气体(氮气和二氧化碳输出)。如以下所述，可通过加热该洗涤塔来从洗涤塔中回收溴。在本专利技术的另一个实施方案中(未示出)，两个或更多个蒸馏塔串联连接，每个塔的塔顶产物(蒸气)引作下一个塔的进料，以从每个塔中连续地将轻气体富集在蒸气中并将溴富集在“塔底产物”料流中。对于蒸馏装置，一般的压力未0.1-50巴，更优选5-20巴，温度取决于蒸馏系统的压力，牢记，溴的正常沸点为约59℃。级数可为2-200，更优选5-30。图2举例说明了图2中所示的实施方案的变型，卤素进料(例如Br2)来自于卤素再生单元28。在该实施方案中，来自28的卤素进料含有水，水在水吸附单元(含有干燥剂)中除去。或者，首先蒸馏该进料以从水中移出溴，至多至所生成的溴-水共沸物的极限，残留的水在具有干燥剂的水吸收塔中除去。在本专利技术的备选实施方案中，使用一个或多个蒸气-液体闪蒸分离单元(“闪蒸蒸发器”)来将卤素进料与轻气体分离，然后在化学洗涤塔中进行额外的分离。图3举例说明了一种这样的系统50，其中将含有氮气和二氧化碳的溴进料提供至第一闪蒸蒸发器52中。该蒸发器的内容物被闪蒸，得到富含溴(例如97％的Br2回收率)的第一液体和仅含有次要量的溴的富含轻气体的第一蒸气(N2、CO2)。该第一蒸气进料至第二闪蒸蒸发器并闪蒸其内容物，得到富含溴的第二液体(此处，例如额外回收1.5％的溴)和富含轻气体的第二蒸气，该蒸气穿过第二换热器58并进料至第三闪蒸蒸发器60。然后闪蒸第三闪蒸蒸发器的内容物，得到例如额外0.5％的Br2(液体)和非常高度富含轻气体的蒸气。在溴洗涤塔62中除去本文档来自技高网...

【技术保护点】
将一种或多种轻气体与溴或氯分离的方法，包括：　（ａ）将含有一种或多种轻气体的卤素进料提供至蒸馏塔或闪蒸蒸发器；　（ｂ）操作所述蒸馏塔或闪蒸蒸发器以将所述进料分离成（ｉ）第一液体，其含有主要量的卤素和不多于次要量的一种或多种轻气体和（ｉｉ）第一蒸气，其含有主要量的一种或多种轻气体和不多于次要量的卤素；和　（ｃ）将所述蒸气提供至化学洗涤塔以从所述蒸气中回收卤素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-2-3 60/765,4731.将一种或多种轻气体与溴或氯分离的方法，包括：(a)将含有一种或多种轻气体的卤素进料提供至蒸馏塔或闪蒸蒸发器；(b)操作所述蒸馏塔或闪蒸蒸发器以将所述进料分离成(i)第一液体，其含有主要量的卤素和不多于次要量的一种或多种轻气体和(ii)第一蒸气，其含有主要量的一种或多种轻气体和不多于次要量的卤素；和(c)将所述蒸气提供至化学洗涤塔以从所述蒸气中回收卤素。2.权利要求1的方法，还包括将所述第一液体提供至蒸馏塔或闪蒸蒸发器以将所述第一液体分离成(i)第二液体，其含有主要量的卤素和不多于次要量的一种或多种轻气体和(ii)第二蒸气，其含有主要量的一种或多种轻气体和不多于次要量的卤素；和(c)将所述第二蒸气提供至化学洗涤塔以从所述蒸气中回收卤素。3.权利要求1的方法，其中所述卤素是溴。4.权利要求1的方法，其中所述卤素是氯。5.权利要求1的方法，其中所述一种或多种轻气体包括氮气。6.权利要求1的...

【专利技术属性】
技术研发人员：SB加德沃，PK斯托米诺夫，P格鲁索，EW麦克法兰，AW布里德，MJ威斯，MD维尔斯塔，
申请(专利权)人：GRT公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]