[发明专利]用物理性溶剂处理富氮、富氢和富烯烃气体的工艺

说明书

本发明涉及利用溶剂萃取方法，处理天然气、热裂化或催化裂化气体、或炼油厂废气，以生产富甲烷产品、富氮产品、富氢气流或富烯烃产品的工艺。另外还涉及采用萃取闪蒸和萃取气提等方式利用所选物理性溶剂来处理这些气体流的梅拉（Mehra）工艺。

许多烃类气体，如天然气都含有一种或多种惰性气体杂质，这些惰性气体使烃类气体的焓降低或削弱了它们的市场销售能力。这些惰性气体包括氮、氦和氩。含杂质氮的天然气相当普遍。氮气可以是天燃气的成分，或可以是靠注入氮气使油井在适当岩层内恢复抽油能力而形成杂质氮，在美国得克萨斯地区中部和北部就是这样。

由于政府的法规不允许原油生产者直接燃烧富氮缔合气，并且环境法和保护有价值资源的愿望都禁止原油生产者将缔合烃气体排放掉，所以这些氮杂质使得原油生产者削减了原油产量。因此，产油者受到选择可利用的技术的限制，这些技术是为了对来自油井的缔合气体进行适当处理。涉及低温原理的现有技术，不能经济地处理，甚至从原油生产中给以税收补贴之后仍不能经济地处理氮含量超过3%（mol）的在然气。

象乙烯和丙烯等烯烃存在于热裂化或催化裂化气流中，或在炼油厂的废气中，他们通常与大量的氢缔合在一起。一般来说，这些气体由甲烷、一氧化碳、二氧化碳、乙炔、乙烷、甲基乙炔、丙二烯、丙烯、丙烷、丁二烯、丁烯、丁烷、C₅馏分、C₆-C₈菲芳香族馏分、苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、苯乙烯、C₉-400°F汽油、400+°F燃油和水组成。

在溶剂吸收技术领域已知有许多种用于分离和回收烯烃的工艺，该烯烃是含有那些不饱和化合物的裂化气、炼厂气和合成气中的烯烃。某些工艺利用特殊的链烷化合物作为吸油剂，其它工艺利用芳香族作吸油剂。利用这此物质作吸油剂是在吸收塔或带有再沸器的吸收-气提塔内实现的。在某些例子中，这些方法还辅助以分离富甲烷气流和/或富氢气流。

在石油精炼中会发现有许多种气流。某些气流是某种工艺的不可缺少的部分，例如将这些气流从分馏塔再循环到反应器中。该循环气流可以是不纯的氢气流，该气流在返回到反应器前必须纯化和/或与补充的氢气流混合。其它的气流可以是主精炼过程的副产品，并可以送到一个或几个附近的以及需要氢原料流的其它工艺过程中。由于含硫量较高和碳氢比值较高的原油需要连续加工，又由于通过了较严格的环境法规，法规限定了较低的含硫量，因此，予期氢的需求量会增加。既使这些增加的需求量的大部分可以通过轻质烃的蒸汽重整和重烃的部分氧化来得到满足，浓缩现存的废气流仍是一个可供选择的方法。

例如，从乙烯裂化设备出来的副产氢气流可具有75%（mol）的含氢量，并且初始时就可以利用这种氢气流作为原料送到需要95%（mol）氢气的加氢脱烷基化工艺中。或者在靠近临氢重整设备处的工艺状态的改变可以产生对99%（mol）的氢气的需求，然后纯化为90%的氢气副产品流，在这种情况下正好可以加以利用。

在某种情况下，显然需要在不必改变设备技术规格的情况下，就能够有选择地将一种氢的纯度改变到另一种氢的纯度。

有许多小量到中等量的含有氢和重烃的废气流，它们通常要送到石油精炼的燃料系统中去。包括有近似氢气浓度的各种氢气源的概况，公开在1984年2月6日出版的“石油与气”期刊（Oiland    Gas    Journal）的表Ⅰ中，在第111页上，作者Wang等人。在大多数精炼和石油化工应用中，氢气是作为反应剂来使用的，所需补充的氢纯度大约为95%。为了防止反应中积累象甲烷这样的副产物，通常要将部分循环气流进行清除。即使这种气流较小，它的氢气浓度就表示一种损失，这种损失必须靠另外补充氢气来进行补偿。

（表Ⅰ见文后）

为了提高这种废气流的纯度，有几种工艺可以采用并且目前正在采用。这些工艺，正如Wang等人在1984年2月11日的“石油和气”期刊中的文章所描述的那样，包括低温分离、催化提纯、变压吸附和隔膜分离。挑选合适的工艺取决于许多因素，其中一些因素是所需的氢产品纯度、氢气回收率、可利用的压力降、预处理的需求量、废气成分、残留在氢气产品中的反应产物的作用以及所选工艺的调节性能。

在美国生产大量的工业氢是采用按方程式2CH₄+3H₂O→CO+CO₂+7H₂进行的天然气的蒸汽转化工艺。其它的工艺采用了残油的部分氧化、煤的气化和水解等，但当把天然气转化成液态烃，然后再转化成固态原材料时，这种工艺的难度大而且生产费用增加。