烃分离方法技术

本发明专利技术提供了使用使用短周期时间浓缩摆动旋转吸附方法从非烃气体中分离烃如短链石蜡和烯烃的方法。通过压力、真空或温度摆动吸附，将来自所述气流中的烃吸附在高硅质超微孔材料（例如，无铝八面沸石型沸石）上，然后在蒸汽存在下从所述吸附剂中解吸。任选地，通过使用空气或惰性气体或者废气流出物的再循环，将蒸汽从所述吸附剂上解吸。本发明专利技术还提供了一种制备所述高硅质超微孔材料的新形状（例如，小珠和单片结构）的新方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供了一种从非烃气体如氮气、一氧化碳和二氧化碳中分离烃的方法。由该方法分离的烃包括，但不限定于短链(C1-C5)石蜡和烯烃(例如，乙烷，乙烯，丙烷，丁烷及丁烯)。
技术介绍
商业上，通过在合适的催化剂及含氧气体存在下，在蒸汽相中对适宜的烃进行部分氧化来生产某些石化产品。例如，在商业上，通过在含钒催化剂及含氧气体存在下，对芳香烃如邻二甲苯或苯，或者直链烃如正丁烷或丁烯进行蒸汽相催化的部分氧化，来生产环酐。类似地，通过在选用的催化剂存在下，对适宜的链烷烃及链烯烃进行部分氧化来生产亚硝酸盐、烯化氧、醛及卤代烃。空气通常用作含氧气体，因为它的成本低并且容易得到。也可以使用富含氧的空气。可在任何适宜的反应器(如固定床、流化床、移动床、滴流床或运输床反应器)中进行反应来制造石化产品，所述石化产品通常是一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、水、以及较少量的其它部分氧化的副产品。反应设备系列通常由反应器(在其中制造石化产品)、洗涤器(在其中通过水或其它用于石化产品的溶剂来洗涤来自所述反应器的流出气体中的石化产品、以及用来进一步处理所述洗涤了的流出气体的装置。目前，普遍的是一次性地实施上述方法，使得烃向所需石化产品的转化率最大。这导致了较低的总效率，因为对石化产品的选择性达不到最大值。因此，除了未反应的烃以外，所述洗涤器流出气体还含有大量的CO和CO2。这些产品通常被焚化，因此唯一可由它们得到的是热量值。在改进的方法中，一部分洗涤器流出气体被重复利用，烃原料的转化率降低，而对转化为所需石化产品的烃的选择性提高。将所述流出气体中的残余物从系统中吹扫出去，以防止CO、CO2和氮气(当空气作为氧来源时带入的)的累积。这些改进导致“每通过一次”的转化率下降，但是该方法的总效率提高。当使用环境空气吹扫用来从废气流中分离烃的吸附剂时，普通的方法不允许在来自部分氧化产品回收单元的气体流出物和吹扫空气中含有湿气。湿气在部分氧化反应中产生的，因此，来自反应器的热气体流出物含有湿气。随着流出气体通过产品洗涤器，一些湿气经浓缩得以去除(由于气流的冷却)，如果使用水性溶剂的话。当使用非水溶剂时，湿气就不会浓缩。无论如何，即使使用非水洗涤剂，离开洗涤器的气流依旧含有湿气，并且事实上含有饱和的湿气。湿气比未反应的烃和碳的氧化物更容易被常规的吸附剂吸附，因此，除非将湿气从进入吸附单元的气流中去除，否则湿气会优先吸附到吸附剂上，由此降低了吸附剂对烃的吸附能力。当使用环境空气作为用于吸附床的再生的吹扫气体时，湿气的问题会进一步地严重。环境空气含有湿气，因此，在用空气吹扫吸附床的吹扫步骤中，湿气将会取代从吸附床上解吸的烃。这将进一步降低后续循环的吸附步骤中吸附剂的能力。已知可使用各种工艺从环境空气或气流中除去湿气。例如，可通过使空气和气流通过干燥剂来干燥所述空气和气流。虽然每通过一次的转化率较低，但是本专利技术使得这些反应在更高的选择性的条件下进行，结合提出的未反应的烃的有效的回收和重复利用，增加了总的产率。由于产品可重复利用，因此，应该能够显著地减少与未反应的烃的焚化有关的污染及成本。
技术实现思路
本专利技术提供了从非烃气体中分离烃的方法，它包括在短周期时间浓缩摆动吸附系统中的两个步骤。在第一步骤中，将烃吸附在高硅质超微孔材料如无铝八面沸石型沸石(例如，USY或DAY)上，用以增加在水和/或蒸汽存在下的稳定性，以及所述材料的疏水性。通过形成为单片结构(但是还有小珠及其它形状)来制备具有这些优良特性的材料组成了本专利技术的一个方面。然后，在使用蒸汽的下一步骤中对烃解吸，所述烃可随后从所得的流出物中浓缩出来，以回收烃供进一步的使用。在任选的第三步骤中，通过使用空气或惰性气体(如氮气)，或者再循环第一步骤中产生的贫气(废气)流出物，将蒸汽从吸附剂中解吸出来。这一过程通常在约100-200℃及1-2巴的压力下进行。该方法的主要优点是在整个一系列的循环期间，存在工艺用水的残余负荷(residual loading)，这可在热湿处理环境中使用所述材料而不会丧失其化学一致性、超微孔性、或者甚至是有利的烃吸附性能。这仅在任何成形过程之前发生如后述的具体种类的原料的预处理时成为可能。从惰性气体中分离烃的新观念使用蒸汽在非常短的周期时间内再生吸附剂，因此提供了以下优点(1)尺寸及资金成本的显著下降(2)操作费用的显著减少(3)完全没有真空要求(4)消除了可燃性的问题(5)产品纯度/质量更高。这些优点通过本专利技术的预处理及形成基本高硅质超微孔材料的新方法来实现。同先前的相比，该方法的主要好处在于不需要真空系统，这样就降低了资金和操作费用，并提高了原有安全度。由于周期时间较短，该系统比前述压力摆动吸附(PSA)或真空摆动吸附(VSA)系统小得多，这就降低了资金支出和设备尺寸及操作费用。由于烃产品气流中惰性气体的浓度较低，因而也将得到更高质量的烃浓度的产品。作为上述提及的和待进一步描述的材料的预处理的结果，在利用超热气流的条件下进行过程操作(这是本专利技术的主要优点)变得可能。对于在真空下进行操作的方法而言，存在进入空气的风险。被提及的专利技术的优选的压力范围接近或稍稍高于大气压，以便将这些风险降至最小。而且，当使用PSA、VSA或温度摆动吸附(TSA)方法从含氧混合物中回收烃时或者当吸附剂再生步骤利用空气或其它含氧气体时，可燃性问题通常是要重点担忧的。本专利技术中，使用气流再生吸附剂将使这担忧降至最小。除上述的优点之外，本专利技术还生产更高质量的烃产品，该产品比用一般的PSA、VSA或TSA方法获得的产品具有更高浓度的烃和更少的非可冷凝的气体。与使用空气或其它非可冷凝的气体不同，这是通过使用用于吸附剂再生的气流来完成的。超微孔高硅质材料，例如脱铝沸石(DAY)及超稳定沸石(USY)，对水或气流的接触并不像某些其它吸附剂那样特别敏感。当通过本专利技术描述的预处理及成形方法制造这些材料时，这些材料并不限于它们的制造方法特别是具体形状如单片结构和小珠的制造。该方法中使用的吸附剂可以呈丸的形式或呈结构化的包装或其它合适的形式。结构化的包装通常具有允许更高线速度的气体通过吸附床的优点。短周期时间所需的高线速度为，但不限定于约0.001-600秒/步骤，较佳的是约为0.1-60秒/步骤，更佳的是约3-8秒/步骤。被提及的方法的压力在约0.1-20巴，较佳的是约0.3-3巴的范围内变化。考虑到所述较佳的压力范围稍稍高于大气压，被提及的方法中相应的床温度应超过100℃，以使蒸汽有效地作为吹扫剂。但是，该方法的温度可在约40-300℃，较佳的是约100-200℃的范围内变化。可使用超热蒸汽来解吸烃，并防止所述床中蒸汽的冷凝。较佳地，在该方法中实现过程蒸汽的有效的热回收。因此，理想的是通过使用热交换器进行有效的热量再循环来回收热能。在本专利技术的一个实施方式中，包括解吸的烃及蒸汽的产品混合物通过热交换器将至少一些热量转移至热水流，它是来自所述产品混合物的冷凝水。热水转变为预热的蒸汽，随后通过附加的热交换器加热来提高该蒸汽气流的质量。结果，制得用于下一循环的超热蒸汽。本专利技术的另一个好处是主要由惰性气体组成的贫气可再循环，用以提高热回收率。根据废气流的组成或者对产品质量的要求，热空气或惰性气体可用来在分离步骤中解吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从气体混合物中分离烃气体的方法，它包括以下步骤：ａ）使所述气体混合物通过含有高硅质超微孔吸附剂的吸附床，其中，所述烃被所述高硅质超微孔吸附剂吸附；ｂ）使蒸汽通过所述吸附床，解吸所述烃；ｃ）回收包含所述烃的产品流。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S乔瓦诺维克，KW利姆贝彻，R简恩，FR费齐，S朴，M布罗，
申请(专利权)人：波克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]