一種分子篩脫苯的方法與流程
2023-05-16 12:08:11 1
本發明涉及一種分子篩用於天然氣脫苯的方法。
背景技術：
液化天然氣(Liquefied Natural Gas，簡稱LNG)，主要成分是甲烷，被公認是地球上最乾淨的化石能源，無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約為同量氣態天然氣體積的1/625，液化天然氣的質量僅為同體積水的45%左右。液化天然氣的生產主要包括淨化過程和液化過程。由於液化過程是一個低溫過程，為了避免在低溫下由於苯凍結而堵塞管道，在液化之前對天然氣進行脫苯是淨化過程的重要部分之一。
天然氣脫苯的方法有吸附法和吸收法。吸收法是用與苯化學性質相似的溶劑洗滌苯，將天然氣中所含的苯吸收，常用的吸收劑有柴油、醇類、異戊烷等。CN 1490386A公開了採用異戊烷脫除天然氣中苯的方法，將異戊烷介質送入脫苯塔頂部，使異戊烷與天然氣逆流接觸，從而將天然氣中的苯洗滌下來，淨化後天然氣中苯的摩爾含量可降至10ppm。該方法脫苯塔內部結構複雜、吸收劑用量大、成本較高。一般適用於處理天然氣中苯含量較低的工況。
吸附法是利用天然氣各組份在吸附劑表面吸附能力的差別而使其分離，是目前國內外液化天然氣工廠脫苯的常用方法，常用的吸附劑為活性炭。CN 101077983A公開了一種採用活性炭吸附天然氣中苯的方法，在兩個裝填有活性炭吸附劑的床層中循環運行變溫吸附，淨化後天然氣中苯的摩爾含量可降至10ppm以下。
從理論上分析，苯是非常對稱的分子，是標準的非極性分子。活性炭中的C-C鍵是非極性鍵，活性炭分子可看成非極性的。活性炭對非極性分子如烷烴、苯等有較強的吸附作用。因此，當採用活性炭用於天然氣中脫苯時，在吸附苯的同時也吸附了天然氣中的烷烴分子，為了滿足淨化後天然氣中苯的摩爾含量＜10ppm的要求，吸附劑用量較大，造成設備投資高、再生能耗負荷大。
分子篩也是一種常用的吸附劑，它是一種矽鋁酸鹽多微孔晶體，是由矽氧、鋁氧四面體組成基本的骨架結構，在晶格中存在著金屬陽離子（如 Na+，K+，Ca2+，Li+ 等），以平衡晶體中多餘的負電荷。分子篩對物質的吸附來源於物理吸附（範德華力），其晶體孔穴內部有很強的極性和庫侖場，吸引極性分子的負極中心，或是通過靜電誘導使可極化的分子極化。因此，含有極性基團如-OH、-NH2或含有可極化的基團如-C=C-、C6H5-的分子，能與分子篩表面發生強烈的作用。正是由於苯中含有可極化的基團C6H5-，分子篩對苯具有強烈的吸附能力，作為吸附劑脫除天然氣中的苯，將具有良好的效果。
分子篩用於天然氣脫苯的報導很少，在已公開發表的文獻《天然氣液化預處理工藝流程》（張朋波，王兆銀，張興興）中闡述了用5A分子篩吸附天然氣中的苯和重烴。但從吸附理論上分析，苯分子直徑為 5.85埃 ，而5A分子篩活性表面微孔孔徑為 4.9埃左右，被吸附分子苯的直徑大於吸附劑分子篩，苯是無法被5A分子篩吸附的，該方法是不可行的。
因此，針對目前天然氣脫苯方法中存在的不足，提供一種吸附性能好、適用範圍廣的分子篩脫苯方法。
技術實現要素：
本發明的目的在於：針對目前天然氣脫苯方法中存在的不足，提供一種吸附性能好、適用範圍廣的分子篩脫苯方法，實現天然氣脫苯過程中物耗和能耗的優化。包括以下步驟：
a、含苯天然氣系統將含苯天然氣經管道送入A分子篩吸附塔的頂部在塔內進行吸附；
b、經吸附脫苯後的天然氣從A分子篩吸附塔的底部排出，一部分被送入下一工序處理，另一部分作為再生氣經管道進入加熱器內進行加熱；
c、經加熱器加熱後的再生氣進入B分子篩吸附塔底部，對在B分子篩吸附塔內的分子篩進行加熱再生；
d、當B分子篩吸附塔的頂部出口溫度在220℃保持恆定10min後，加熱器停止加熱；再生氣經加熱器旁通管線進入B分子篩吸附塔底部進行冷吹，當B分子篩吸附塔頂部出口溫度在40℃左右保持恆定10min，冷吹結束；
e、從B分子篩吸附塔頂部出來的再生氣經再生氣冷卻器冷卻、再生氣分離器分離後返回A分子篩吸附塔入口管線，進行循環利用；
f、A、B兩座分子篩吸附塔切換，進行吸附、再生過程。
所述加熱器的加熱溫度為240℃-260℃。
所述的一種天然氣脫苯的方法中至少設有兩座分子篩吸附塔。
所述分子篩型號為NaY、10X和13X 中的一種或者任意幾種組合。
本發明的優點在於：本發明中所述的分子篩脫除天然氣中苯的方法，是在至少兩個裝填有分子篩的吸附塔的循環運行變溫吸附系統中。系統的每一次運行，各吸附塔依次進行吸附和再生，以保證天然氣脫苯過程連續進行。
本發明中分子篩吸附塔的溫度採用專業的程序控制，減少了人工控制的誤差，提高了分子篩的利用率；加熱採用的是導熱油加熱，可以循環利用，節約能源的同時也節約了成本；使用再生的天然氣循環返回系統，避免了浪費。
本發明採用的分子篩特殊的晶體結構其孔結構均勻一致，孔大小分布單一，對於比其孔徑小的物質具有極強的吸附能力，對低濃度的吸附質也有很高的吸附容量，在天然氣中苯的含量在本來就低的情況下脫除，本發明所採用分子篩是一個很好的選擇；分子篩通過骨架外陽離子交換，可以調變其孔的尺寸，可以憑藉吸附質分子的大小及幾何形狀選擇吸附，本發明採用的分子篩是按照金剛石晶體式樣排列的，金剛石結構中的每個碳原子由一個β籠代替，相鄰的β籠通過六元環以六個氧橋相互聯結，其結構與苯環類似，可對天然氣中的苯選擇吸附；分子篩其晶體孔穴內部有很強的極性和庫侖場，吸引極性分子的負極中心，或是通過靜電誘導使可極化的分子極化，對極性分子和不飽和分子具有優先吸附的能力，本發明採用的分子篩對天然氣中不飽和度高的苯有很高的吸附能力；在較高和較低的吸附質分壓下，仍有較高的吸附容量。因此本發明採用的分子篩對苯具有強烈的吸附能力，作為吸附劑脫除天然氣中的苯，將具有良好的效果。
本發明中再生氣經再生氣冷卻器冷卻、再生氣分離器分離後，天然氣中的苯被冷凝分離。
採用本發明，天然氣脫苯流程得到簡化，脫苯效果提高，所用的分子篩量很少，淨化後的天然氣苯含量可降至5ppm以下，能夠滿足天然氣液化的需要。
附圖說明
圖為本發明的工藝流程圖。
圖中：1-A分子篩吸收塔、2-B分子篩吸收塔、3-再生氣加熱器、4-再生氣冷卻器、5-再生氣分離器。
具體實施方式
附圖非限制性公開了本發明的一個具體實施案例，下面結合附圖對本發明做進一步的描述。
由圖可知，一種分子篩脫苯的方法，所述方法中至少設有兩座分子篩吸附塔，包括以下步驟：
a、含苯天然氣系統將含苯天然氣經管道送入A分子篩吸附塔的頂部在塔內進行吸附；
b、經吸附脫苯後的天然氣從A分子篩吸附塔的底部排出，一部分被送入下一工序處理，另一部分作為再生氣經管道進入加熱器內進行加熱；
c、經加熱器加熱後的再生氣進入B分子篩吸附塔底部，對在B分子篩吸附塔內的分子篩進行加熱再生；
d、當B分子篩吸附塔的頂部出口溫度在220℃保持恆定10min後，加熱器停止加熱；再生氣經加熱器旁通管線進入B分子篩吸附塔底部進行冷吹，當B分子篩吸附塔頂部出口溫度在40℃左右保持恆定10min，冷吹結束；
e、從B分子篩吸附塔頂部出來的再生氣經再生氣冷卻器冷卻、再生氣分離器分離後返回A分子篩吸附塔入口管線，進行循環利用；
f、A、B兩座分子篩吸附塔切換，進行吸附、再生過程。
天然氣交替流經兩個充滿分子篩的吸附塔，一塔在吸附時，另一塔在再生。兩塔按所設定的程序切換，交替工作，其步驟如下：
A分子篩吸附塔吸附、B分子篩吸附塔再生時：
含苯天然氣經管線送入A分子篩吸附塔的頂部進行吸附，經吸附脫苯後的天然氣從A分子篩吸附塔的底部排出，一部分被送入下一工序處理，經脫苯後的天然氣另一部分作為再生氣，經管道進入再生氣加熱器內進行加熱，加熱溫度為240℃~260℃，然後再生氣經過管道進入B分子篩吸附塔底部，在B分子篩吸附塔內進行加熱再生，當B分子篩吸附塔的頂部出口溫度在220℃保持恆定10min後，再生氣加熱器停止加熱，再生氣經再生氣加熱器旁通管線進入B分子篩吸附塔底部進行冷吹，當B分子篩吸附塔頂部出口溫度在40℃左右保持恆定10min，冷吹結束；從B分子篩吸附塔頂部出來的再生氣經再生氣冷卻器冷卻、再生氣分離器分離後返回A分子篩吸附塔入口管線，進行循環利用。
B分子篩吸附塔吸附、A分子篩吸附塔再生時：
含苯天然氣經管線送入B分子篩吸附塔的頂部進行吸附，經吸附脫苯後的天然氣從B分子篩吸附塔的底部排出，一部分被送入下一工序處理，經脫苯後的天然氣另一部分作為再生氣，經管道進入再生氣加熱器內進行加熱，加熱溫度為240℃~260℃，然後再生氣經過管道進入A分子篩吸附塔底部，在A分子篩吸附塔內進行加熱再生，當A分子篩吸附塔的頂部出口溫度在220℃保持恆定10min後，再生氣加熱器停止加熱，再生氣經再生氣加熱器旁通管線進入A分子篩吸附塔底部進行冷吹，當A分子篩吸附塔頂部出口溫度在40℃左右保持恆定10min，冷吹結束；從A分子篩吸附塔頂部出來的再生氣經再生氣冷卻器冷卻、再生氣分離器分離後的氣相返回A分子篩吸附塔入口管線，進行循環利用，含有苯的液相進入下一道工序處理。
採用本發明，天然氣脫苯流程得到簡化，所用分子篩對苯脫除效果提高，且所用的分子篩量很少，淨化後的天然氣苯含量可降至5ppm以下，能夠滿足天然氣液化的需要。