[发明专利]用于从包含甲烷和乙烯的气体流中回收甲烷的方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于从包含甲烷和乙烯的气体流中回收甲烷的方法。

发明背景

已知利用称作“甲烷的氧化偶联”(OCM)的方法将甲烷转化成具有2个或更多个碳原子的饱和与不饱和的非芳族烃(包括乙烯)。在该方法中，包含甲烷的气体流与OCM催化剂以及与氧化剂例如氧气或空气接触。在这样的方法中，两个甲烷分子首先偶联成一个乙烷分子，其然后脱氢成乙烯。所述乙烷和乙烯可进一步反应成具有三个或更多个碳原子的饱和与不饱和烃(包括丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等)。因此，通常，离开OCM工艺的气体流包含水、氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯和具有5个或更多个碳原子的饱和与不饱和烃。当在OCM工艺中使用空气而不是纯氧作为氧化剂的情况下，氮气也存在于离开OCM工艺的气体流中。

通常，在OCM方法中可实现的转化率相对低。此外，在较高转化率下，选择性降低，从而使得通常期望保持较低转化率。因此，相对大量的未转化甲烷要从OCM工艺中离开。OCM产物气体流中未转化的甲烷的比例基于气体流的总摩尔量可高达70-80摩尔％。该未转化的甲烷必须要从期望的产物(例如乙烯以及还存在于这样的气体流中的具有2个或更多个碳原子的其它饱和与不饱和烃)中回收。此外，如上面所提到的，这样的气体流也可包含化合物如氮气、一氧化碳和/或氢气，其具有的沸点低于甲烷的沸点(“轻化合物”)。

已知以下面的方法分离要离开OCM工艺的气体流。以两阶段除去酸气体(主要是CO₂)，第一阶段为水性单乙醇胺(MEA)吸收系统，第二阶段通过依靠NaOH水溶液洗涤而除去最终的痕量CO₂。不含CO₂的气体在干燥剂床中干燥，并在类似于在常规乙烯工厂中使用的分离行列(train)中加工。分离序列包括前端脱甲烷器、脱乙烷器、C2分离器、脱丙烷器、C3分离器以及脱丁烷器。分离需要的低温通过丙烯-乙烯级联制冷系统满足，其对于脱甲烷阶段而言仅需要乙烯制冷剂。

因此，已知通过在所谓的“脱甲烷器”塔中利用低温蒸馏从具有两个或更多个碳原子的饱和与不饱和烃(例如乙烯)中分离甲烷。在低温蒸馏中，使用相对高的压力(通常23-35巴)和相对低的(低温)温度(通常-120至-70℃)以实施甲烷的分离。在OCM工艺之后使用低温蒸馏的技术公开在例如US5113032和US5025108中。

在气体流还包含轻化合物例如氮气、一氧化碳和/或氢气的情况下，已知首先通过如上所述的低温蒸馏方式将甲烷和轻化合物与高级烃进行分离。然后轻化合物与甲烷分离，其通过在相对高压力(通常23-35巴)和相对低(低温)温度(通常-150℃至-90℃)下的低温蒸馏的方式进行。

本发明的目的是提供一种技术上有利的、有效的且负担得起的用于从包含甲烷和乙烯的气体流中回收甲烷的方法，尤其是用于所述气体流包含相对高比例的未转化甲烷、并且其中所述气体流还包含轻化合物例如氮气、一氧化碳和/或氢气的情况。这种技术上有利的方法将优选地导致较低的能量需求和/或较低的资本支出。

发明内容

令人惊讶地发现，通过使包含甲烷、乙烯和轻化合物例如氮气、一氧化碳和/或氢气的气体流经受以下三个步骤，可提供一种技术上有利的用于从该气体流中回收甲烷的方法，该方法导致较低的能量需求和/或较低的资本支出：

吸着步骤，其包括使包含甲烷和乙烯的气体流与对甲烷比对乙烯具有更低亲和力的吸着剂接触，其中包含甲烷和乙烯的气体流还包含所述吸着剂对其亲和力比对甲烷和乙烯亲和力更低的化合物，导致乙烯和甲烷被所述吸着剂吸着，并产生包含所述吸着剂对其亲和力比对甲烷和乙烯亲和力更低的化合物的气体流；

第一解吸步骤，其包括解吸部分被吸着的甲烷，产生包含基于经受吸着步骤气体流中甲烷量的1-99.9％量的甲烷的气体流；和

第二解吸步骤，其包括解吸被吸着的化合物，产生包含被解吸化合物的气体流。

因此，本发明涉及用于从包含甲烷和乙烯的气体流中回收甲烷的方法，包括上述吸着步骤、第一解吸步骤和第二解吸步骤。

附图简述

图1显示了本发明方法的一种实施方式，其中蒸馏步骤接着上述吸着步骤、第一解吸步骤和第二解吸步骤，在所述蒸馏步骤中蒸馏来自于所述第二解吸步骤的包含乙烯和甲烷的气体流。