CN105586089A - 一种利用vpsa技术回收c2及其以上烃类的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用VPSA技术回收C2及其以上烃类的方法,包括以下步骤:1)将原料气送入内部装填有吸附剂的第一吸附床组进行真空变压吸附分离,得产品气A,不被吸附或弱吸附的原料气作为排放气被直接排放;2)将步骤1)中的产品气A送入内部装填有吸附剂的第二吸附床组进行真空变压吸附分离,得产品气B,所述的产品气B一部分返回并入产品气A再次进入第二吸附床组,另一部分作为产品气进行回收再利用,不被吸附或弱吸附的产品气A返回并入原料气中再次进入第一吸附床组,所述的第一吸附床组和第二吸附床组均包括六座吸附床。此方法回收的产品气中C2及其以上烃类在产品气中所占的摩尔比达92%以上,C2及其以上烃类回收率达95%以上。

Description

一种利用VPSA技术回收C2及其以上烃类的方法
技术领域
本发明涉及一种利用VPSA技术回收C2及其以上烃类的方法,特别涉及一种利用VPSA技术分离回收聚丙烯厂或聚乙烯厂所排放的尾气和两者的混合气,获得高浓度C2及其以上烃类的产品气的方法。
背景技术
聚丙烯厂(或装置)和聚乙烯厂(或装置)生产过程中会排出大量的尾气,其分为聚丙烯厂(或装置)和聚乙烯厂(或装置)生产过程中排放火炬气和聚丙烯厂(或装置)和聚乙烯厂(或装置)粉料脱气仓粉料杀活时产生的尾气,聚丙烯厂(或装置)和聚乙烯厂(或装置)生产过程中排放火炬气其中有些是伴随生产过程连续稳定排放的,有些是设备泄漏的,有些是安全阀放空排放的,有些是装置物料平衡操作波动排放的,有些是事故或开停工放空排放的,尾气中主要成分为氢气、氮气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯和乙烷,因而,尾气的主要成分是以烃类气体为主,直接排放不仅造成烃类的浪费同时对环境也产生不利影响,从而需要对其进一步回收利用。
目前对于含有烃类气体的尾气处理方法主要有压缩冷凝法、深冷法、膜回收法、吸附法等。压缩冷凝法是通过降低气体的温度或者增加气体的压力,使得烃类到达过饱和状态,将烃类组分冷凝下来,该方法适用于烃类浓度比较高的情况,而且回收率较低。深冷法是指在约-100℃以下的冷凝温度回收气体的烃类,往往需要冷剂制冷法和透平膨胀节制冷法相结合,工艺过程复杂,而且适用于大气量的情况。膜回收法是利用膜优先渗透烃类的特性,将烃类组分富集,然后再结合冷凝等方法使烃类得到回收,此方法虽然进一步提高烃类的回收率,且为回收利用氮气提供了新的方法,但是分离膜的性能差异较大,无法工业标准化。
吸附法是利用比表面积非常大、多孔结构的吸附剂来吸附气体中的烃类,常用的吸附剂为活性炭和疏水性沸石吸附剂,适用于处理烃类浓度比较低的情况,目前用的较多的为真空变压吸附,但而目前的吸附法通常用在单套装置或者多套相同工艺的装置上,得到的产品的回收率和纯度都不高,不利于回收的烃类的进一步利用。
发明内容
本发明的目的提供一种利用VPSA技术回收C2及其以上烃类的方法,该方法构思巧妙、流程简单,可以有效提高C2及其以上烃类的回收率和纯度的方法。
本发明的技术方案是这样的:一种利用VPSA技术回收C2及其以上烃类的方法,具体包括以下步骤:
1)将原料气送入内部装填有吸附剂的第一吸附床组进行真空变压吸附分离,得产品气A,不被吸附或弱吸附的原料气作为排放气被直接排放;
2)将步骤1)中的产品气A送入内部装填有吸附剂的第二吸附床组进行真空变压吸附分离,得产品气B,所述的产品气B一部分返回并入产品气A再次进入第二吸附床组,另一部分作为产品气进行回收再利用,不被吸附或弱吸附的的产品气A返回并入原料气中再次进入第一吸附床组。
所述的第一吸附床组和第二吸附床组均包括6座吸附床。
步骤1)和步骤2)中的每座吸附床依次经历吸附,均压降,抽真空,均压升和最终升压步骤。
上述回收C2及其以上烃类的方法采用两段VPSA提浓工艺,原料气首先经过第一段VPSA提浓获得C2及其以上烃类的浓度在50mol%左右的产品气A,中间产品气A经过第二段VPSA进一步将产品气中C2及其以上烃类的浓度提高到92mol%以上;在此工艺中由于对原料气进行两次提浓,而且第二段VPSA中所分离的排放气并未直接排放,而是并入第一段VPSA入口进行回收,从而使得第二段VSPA中未有C2及其以上烃类的损失,从而使得回收中C2及其以上烃类产品气的纯度和回收率得到大大地提高。另一方面,由于回收的产品气B一部分返回并入产品气A中再次经历第二段VPSA,使得回收的产品气中C2及其以上烃类的纯度和回收率进一步得到提高。
具体过程如下:
第一段VPSA提浓工艺
1-1)吸附过程
在常压下,原料气经过第一吸附床组中的吸附床,其中C2及其以上烃类被专用吸附剂吸附下来,未被吸附或弱吸附的甲烷、N2、H2等作为排放气直接从吸附床出口排出。当被吸附的C2及其以上烃类的传质区前沿(称为吸附前沿)到达吸附床出口时,关掉该吸附床的原料气的进料阀和出口阀,停止吸附。
1-2)均压降过程
在吸附过程结束后,吸附床内压力顺着吸附方向逐渐降低,顺向排出气体用于第一吸附床组中其它已完成真空再生过程的吸附床的升压,经过2次均压降过程后,吸附床内的甲烷、N2、H2等气体大幅度减少,C2及其以上烃类浓度得以提高。
1-3).抽真空过程
均压降结束后,为使吸附剂得到彻底的再生,用真空泵逆着吸附方向对吸附床层进行抽真空,进一步降低吸附床内压力至真空状态(-0.09MPa-0.03MPa),使吸附的烃类组分得以彻底解吸出来,真空解吸气为产品气A;
1-4).均压升过程
在真空再生过程完成后,用来自第一吸附床组中其它处于均压降的吸附床排出的气体对吸附床进行升压,经过2次均压升过程后,吸附床的压力又再次接近吸附压力。
1-5).最终升压过程
在均压升压过程完成后,通过升压调节阀用排放气将吸附床压力升至吸附压力。
第二段VPSA提浓工艺
2-1).吸附过程
将产品气A在常压下送入第二吸附床组的吸附床,其中的C2及其以上烃类被吸附剂吸附下来,未被吸附或弱吸附的甲烷、N2、H2等产品气A返回并入原料气中再次送入第一吸附床组内。当被吸附的C2及其以上烃类的传质区前沿(称为吸附前沿)到达床层出口时,关掉该吸附床的产品气A的进料阀和出口阀,停止吸附。
2-2).均压降压过程
在吸附过程结束后,吸附床内压力顺着吸附方向逐渐降低,顺向排出气体用于第二吸附床组中其它已完成真空再生过程的吸附床的升压,通过连续2次均压过程,吸附床内的H2、N2、CH4等气体大幅度减少,C2及其以上烃类浓度得以提高。
2-3)抽真空过程
均压结束后,为使吸附剂得到彻底的再生,用真空泵逆着吸附方向对吸附床层进行抽真空,进一步降低吸附床内压力至真空状态(-0.09MPa-0.03MPa),使吸附的烃类组分得以彻底解吸出来,真空解吸气为产品气B。产品气B一部分返回并入产品气A中再次送入第二吸附床组内,另一部分作为产品气进行回收进行再利用。
2-4)均压升压过程
在真空再生过程完成后,用来自第二吸附床组中其它处于均压降的吸附床排出的气体对吸附床进行升压,经过2次均压过程后,吸附床的压力又再次接近吸附压力。
2-5)最终升压过程
在均压升过程完成后,通过升压调节阀用排放气将吸附床压力升至吸附压力。
本发明所述的第一吸附床组和第二吸附床组包括六座吸附床组,第一吸附床组的六座吸附床组分别以吸附床A1、B1、C1、D1、E1、F1表示,第二吸附床组的六座吸附床分别以吸附床A2、B2、C2、D2、E2、F2表示,第一吸附床组的六座吸附床在一个吸附周期内的真空变压吸附时序如表1所示,第二吸附床组的六座吸附床一个吸附周期内的真空变压吸附时序如表2所示,其中A表示吸附,E1D表示一均降压,E2D表示二均降压,V表示抽真空,0表示未工作(等待):E2R表示二均升压,E1R表示一均升压,FR表示最终升。
任意时刻,都有一个吸附床在进行吸附工作,第一或第二吸附床组的6座吸附床中任意一个吸附床处于均压降的状态时,在相应的吸附床组中均有一个其他的吸附床处于均压升的状态。
表1第一吸附床组真空变压吸附时序
步序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
A1 A A E1D E2D V V V V 0 E2R E1R FR
B1 0 E2R E1R FR A A E1D E2D V V V V
C1 V V V V 0 E2R E1R FR A A E1D E2D
D1 E1R FR A A E1D E2D V V V V 0 E2R
E1 V V 0 E2R E1R FR A A E1D E2D V V
F1 E1D E2D V V V V 0 E2R E1R FR A A
表2第二吸附床组真空变压吸附时序
步序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
A2 A A E1D E2D V V V V 0 E2R E1R FR
B2 0 E2R E1R FR A A E1D E2D V V V V
C2 V V V V 0 E2R E1R FR A A E1D E2D
D2 E1R FR A A E1D E2D V V V V 0 E2R
E2 V V 0 E2R E1R FR A A E1D E2D V V
F2 E1D E2D V V V V 0 E2R E1R FR A A
所述的原料气为聚丙烯厂或聚乙烯厂所排放的尾气或两者的混合气。
聚乙烯厂所排放的尾气分为高压尾气和低压尾气,聚丙烯厂所排放的尾气为低压尾气,所述的低压尾气需增压至高压尾气的压力,这样实现了不同压力等级的原料气在进入回收装置之前压力等级一致,保证了尾气回收***的稳定性。
步骤1)和步骤2)中所述的吸附剂由A-AS氧化铝吸附剂,HXSI-01硅胶吸附剂和HX-X分子筛吸附剂组成,其质量百分比分别为:A-AS氧化铝吸附剂1.7-3.7%,HXSI-01硅胶吸附剂89.3-94.3%,HX-X分子筛吸附剂4-6%。,此吸附剂吸附能力、强度大、再生性能好,提高了回收的产品气中C2及其以上烃类的纯度和回收率。
为了进一步减小吸附死空间,提高C2及其以上烃类的回收率,所述的吸附剂在吸附床中装填方式采用密相装填。
有益效果:本发明操作简单,投资低,使得回收的产品气中C2及其以上烃类的总和在产品气中所占的摩尔比大于92%,C2及其以上烃类回收率大于95%,因而回收的产品气可经过压缩、分离后,直接返回聚乙烯和聚丙烯生产装置中进行进一步利用;另外,尾气排放气中的C2及其以上烃类的浓度由处理前的15-20mol%降低至1mol%左右,有效控制了烃类气体的排放,减少了烃类经火炬燃烧产生的二氧化碳,有效保护了大气环境。
实施方式
每一时刻,每个吸附床都进行着不同的真空变压吸附操作阶段,每个吸附床包括吸附、均压降、抽真空、均压升和最终升压过程,实施例1-5以吸附床A1和A2为例进行叙述,表3-表7种所述的低压尾气为聚丙烯厂所排放的低压尾气和聚乙烯厂所排放的低压尾气的混和气,高压尾气为聚乙烯厂所排放的高压尾气。其中聚乙烯厂所排放的高压尾气是指聚乙烯厂粉料脱气仓粉料杀活时产生的尾气(聚乙烯厂粉料脱气仓粉料杀活时产生的尾气在出装置之前由压缩机增压后输送过来,所以相对于火炬气、聚丙烯厂粉料脱气仓粉料脱气仓来说是高压尾气),聚丙烯厂所排放的低压尾气是指聚丙烯厂生产过程中所排放的火炬气和聚丙烯厂粉料脱气仓粉料杀活时产生的尾气,聚乙烯厂所排放的低压尾气为聚乙烯厂生产过程中所排放的火炬气。
实施例1
聚丙烯厂和聚乙烯厂所排放的低压尾气(低压尾气的压力为2-5KPa)混合后(低压尾气中C2及其以上烃类的主要成分及其主要成分在低压尾气中所占的摩尔比如表3所示)经过风机升压至15-25KPa,再与聚乙烯厂所排放的高压尾气(低压尾气的压力为15-25KPa,高压尾气中C2及其以上烃类的主要成分及其主要成分在高压尾气中所占的摩尔比摩尔比如表3所示)一起混合后作为原料气送入由A1床进行真空变压吸附分离,其工艺流程包括吸附、均压降、抽真空、均压升和最终升压过程,得到产品气A,不被吸附或弱吸附的原料气作为排放气被直接排放,产品气A再次进入A2床进行真空变压吸附分离,其工艺流程同样包括吸附、均压降、抽真空、均压升和最终升压过程,得到的产品气B,所得的产品气B一部分返回并入产品气A再次进入第二吸附床组,另一部分作为回收的产品气储存进行进一步利用,不被吸附或弱吸附的产品气A返回并入原料气中再次进入第一吸附床组。如表3所示,所回收的产品气中C2及其以上烃类的主要成分为乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯和己烷,其中乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯和己烷在产品气中所占的摩尔比分别为0.22%、5.49%、12.98%、34.29%、34.79%、1.71%、3.28%、2.49%,C2及其以上烃类在产品气中所占的摩尔比达95.25%,产品气的回收率达97.2%,,被排放的排放气中C2及其以上烃类在排放气中所占的摩尔比只有0.71%,
此变压吸附过程吸附剂由A-AS氧化铝吸附剂,HXSI-01硅胶吸附剂和HX-X分子筛吸附剂组成,其质量百分比分别为:A-AS氧化铝吸附剂2.7%,HXSI-01硅胶吸附剂92.3%,HX-X分子筛吸附剂5%,吸附剂在吸附床中装填方式采用密相装填。
表3
实施例2
聚丙烯厂和聚乙烯厂所排放的低压尾气(低压尾气的压力为2-5KPa)混合后(低压尾气中C2及其以上烃类的主要成分及其主要成分在低压尾气中所占的摩尔比如表4所示)经过风机升压至15-25KPa,再与聚乙烯厂所排放的高压尾气(低压尾气的压力为15-25KPa,高压尾气中C2及其以上烃类的主要成分及其主要成分在高压尾气中所占的摩尔比摩尔比如表4所示)一起混合后作为原料气送入由A1床进行真空变压吸附分离,其工艺流程包括吸附、均压降、抽真空、均压升和最终升压过程,得到产品气A,不被吸附或弱吸附的原料气A作为排放气被直接排放,产品气A再次进入A2床进行真空变压吸附分离,其工艺流程同样包括吸附、均压降、抽真空、均压升和最终升压过程,得到的产品气B,所得的产品气B一部分返回并入产品气A再次进入第二吸附床组,另一部分作为回收的产品气储存进行进一步利用,不被吸附或弱吸附的产品气A返回并入原料气中再次进入第一吸附床组。如表4所示,所回收的产品气中C2及其以上烃类的主要成分为乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯和己烷,其中乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯和己烷在产品气中所占的摩尔比分别为0.22%、5.49%、12.98%、34.29%、34.79%、1.71%、3.28%、2.49%,C2及其以上烃类在产品气中所占的摩尔比达95.25%,产品气的回收率达97.2%,,被排放的排放气中C2及其以上烃类在排放气中所占的摩尔比只有0.71%,
此变压吸附过程吸附剂由A-AS氧化铝吸附剂,HXSI-01硅胶吸附剂和HX-X分子筛吸附剂组成,其质量百分比分别为:A-AS氧化铝吸附剂1.7%,HXSI-01硅胶吸附剂94.3%,HX-X分子筛吸附剂4%,吸附剂在吸附床中装填方式采用密相装填。
表4
实施例3
聚丙烯厂和聚乙烯厂所排放的低压尾气(低压尾气的压力为2-5KPa)混合后(低压尾气中C2及其以上烃类的主要成分及其主要成分在低压尾气中所占的摩尔比如表5所示)经过风机升压至15-25KPa,再与聚乙烯厂所排放的高压尾气(低压尾气的压力为15-25KPa,高压尾气中C2及其以上烃类的主要成分及其主要成分在高压尾气中所占的摩尔比摩尔比如表5所示)一起混合后作为原料气送入由A1床进行真空变压吸附分离,其工艺流程包括吸附、均压降、抽真空、均压升和最终升压过程,得到产品气A,不被吸附或弱吸附的原料气作为排放气被直接排放;所得的产品气A再次进入A2床进行真空变压吸附分离,其工艺流程同样包括吸附、均压降、抽真空、均压升和最终升压过程,得到的产品气B,所得的产品气B一部分返回并入产品气A再次进入第二吸附床组,另一部分作为回收的产品气储存进行进一步利用,不被吸附或弱吸附的产品气A返回并入原料气中再次进入第一吸附床组。如表5所示,所回收的产品气中C2及其以上烃类的主要成分为乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯和己烷,其中乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯和己烷在产品气中所占的摩尔比分别为1.07%、4.15%、14.26%、34.13%、33.36%、1.13%、1.67%、2.24%,C2及其以上烃类的总和在产品气中所占的摩尔比达92.01%,产品气的回收率达97.4%,而被排放的排放气中C2及其以上烃类在排放气中所占的摩尔比只有0.85%,
此变压吸附过程吸附剂由A-AS氧化铝吸附剂,HXSI-01硅胶吸附剂和HX-X分子筛吸附剂组成,其质量百分比分别为:A-AS氧化铝吸附剂3.7%,HXSI-01硅胶吸附剂89.3%,HX-X分子筛吸附剂6%,吸附剂在吸附床中装填方式采用密相装填。
表5
实施例4
聚丙烯厂和聚乙烯厂所排放的低压尾气(低压尾气的压力为2-5KPa)混合后(低压尾气中C2及其以上烃类的主要成分及其主要成分在低压尾气中所占的摩尔比如表6所示)经过风机升压至15-25KPa,再与聚乙烯厂所排放的高压尾气(低压尾气的压力为15-25KPa,高压尾气中C2及其以上烃类的主要成分及其主要成分在高压尾气中所占的摩尔比摩尔比如表6所示)一起混合后作为原料气送入由A1床进行真空变压吸附分离,其工艺流程包括吸附、均压降、抽真空、均压升和最终升压过程,得到产品气A,不被吸附或弱吸附的原料气作为排放气被直接排放,产品气A再次进入A2床进行真空变压吸附分离,其工艺流程同样包括吸附、均压降、抽真空、均压升和最终升压过程,得到的产品气B,所得的产品气B一部分返回并入产品气A再次进入第二吸附床组,另一部分作为回收的产品气储存进行进一步利用,不被吸附或弱吸附的产品气A返回并入原料气中再次进入第一吸附床组。如表6所示,所回收的产品气中C2及其以上烃类的主要成分为乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯和己烷,其中乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯和己烷在产品气中所占的摩尔比分别为1.64%、4.18%、12.25%、35.13%、33.96%、1.21%、1.99%、1.96%,C2及其以上烃类在产品气中所占的摩尔比达92.26%,产品气的回收率达96%,被排放的排放气中C2及其以上烃类在排放气中所占的摩尔比只有0.85%。
此变压吸附过程中吸附剂由A-AS氧化铝吸附剂,HXSI-01硅胶吸附剂和HX-X分子筛吸附剂组成,其质量百分比分别为:A-AS氧化铝吸附剂2.7%,HXSI-01硅胶吸附剂92.3%,HX-X分子筛吸附剂5%,吸附剂在吸附床中装填方式采用密相装填。
表6
实施例5
聚丙烯厂和聚乙烯厂所排放的低压尾气(低压尾气的压力为2-5KPa)混合后(低压尾气中C2及其以上烃类的主要成分及其主要成分在低压尾气中所占的摩尔比如表7所示)经过风机升压至15-25KPa,再与聚乙烯厂所排放的高压尾气(低压尾气的压力为15-25KPa,高压尾气中C2及其以上烃类的主要成分及其主要成分在高压尾气中所占的摩尔比摩尔比如表7所示)一起混合后作为原料气送入由A1床进行真空变压吸附分离,其工艺流程包括吸附、均压降、抽真空、均压升和最终升压过程,得到产品气A,不被吸附或弱吸附的原料气作为排放气被直接排放;所得的产品气A再次进入A2床进行真空变压吸附分离,其工艺流程同样包括吸附、均压降、抽真空、均压升和最终升压过程,得到的产品气B,所得的产品气B一部分返回并入产品气A再次进入第二吸附床组,另一部分作为回收的产品气储存进行进一步利用,不被吸附或弱吸附的产品气A返回并入原料气中再次进入第一吸附床组如表7所示,所回收的产品气中C2及其以上烃类的主要成分为乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯和己烷,其中乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯和己烷在产品气中所占的摩尔比分别为0.13%、4.78%、7.22%、23.92%、51.82%、1.87%、3.75%、3.25%,C2及其以上烃类的在产品气中所占的摩尔比达96.74%,产品气的回收率达96.5%,而被排放的排放气中C2及其以上烃类在排放气中所占的摩尔比只有1.05%,
此变压吸附过程中吸附剂由A-AS氧化铝吸附剂,HXSI-01硅胶吸附剂和HX-X分子筛吸附剂组成,其质量百分比分别为:A-AS氧化铝吸附剂2.7%,HXSI-01硅胶吸附剂92.3%,HX-X分子筛吸附剂5%,吸附剂在吸附床中装填方式采用密相装填。
表7

Claims (6)

1.一种利用VPSA技术回收C2及其以上烃类的方法,具体包括以下步骤:
1)将原料气送入内部装填有吸附剂的第一吸附床组进行真空变压吸附分离,得产品气A,不被吸附或弱吸附的原料气作为排放气被直接排放;
2)将步骤1)中的产品气A送入内部装填有吸附剂的第二吸附床组进行真空变压吸附分离,得产品气B,所述的产品气B一部分返回并入产品气A再次进入第二吸附床组,另一部分作为产品气进行回收再利用,不被吸附或弱吸附的产品气A返回并入原料气中再次进入第一吸附床组;
所述的第一吸附床组和第二吸附床组均包括六座吸附床。
2.根据权利要求1所述的利用VPSA技术回收C2及其以上烃类的方法,其特征在于,步骤1)和步骤2)中的每座吸附床依次经历吸附,均压降,抽真空,均压升和最终升压步骤。
3.根据权利要求1所述的利用VPSA回收C2及其以上烃类的方法,其特征在于,所述的原料气为聚丙烯厂或聚乙烯厂所排放的尾气或两者的混合气。
4.根据权利要求3所述的利用VPSA回收C2及其以上烃类的方法,其特征在于,聚乙烯厂所排放的尾气分为高压尾气和低压尾气,聚丙烯厂所排放的尾气为低压尾气,所述的低压尾气需增压至高压尾气的压力。
5.根据权利要求1所述的利用VPSA回收C2及其以上烃类的方法,其特征在于,步骤1)和步骤2)中所述的吸附剂由A-AS氧化铝吸附剂,HXSI-01硅胶吸附剂和HX-X分子筛吸附剂组成,其质量百分比分别为:A-AS氧化铝吸附剂1.7-3.7%,HXSI-01硅胶吸附剂89.3-94.3%,HX-X分子筛吸附剂4-6%。
6.根据权利要求5所述的利用VPSA回收C2及其以上烃类的方法,其特征在于,步骤1)和步骤2)中所述的吸附剂在吸附床中装填方式采用密相装填。
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