CN103467229B - 一种变压吸附与膜分离组合分离正异构烷烃的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压吸附与膜分离组合分离正异构烷烃的方法，主要解决现有技术中使用吸附法分离正异构烷烃时脱附剂回收能耗较高、使用膜分离法分离正异构烷烃时膜材料选择困难、使用寿命较短的问题。本发明通过采用包括如下步骤：（1）石脑油进入吸附塔，正构烷烃吸附，塔顶得到异构烷烃产品；（2）完成吸附后，脱附剂进入吸附塔，得到脱附油气；（3）脱附油气进入经过冷却器冷却，然后进入压缩机增压，冷凝的正构烷烃作为产品，气相进入脱附油气冷凝器，冷凝下来的正构烷烃作为产品，气相进入膜分离装置；（4）通过膜分离，分离出的脱附剂重复利用，正构烷烃作为产品的技术方案较好地解决了上述问题，可用于正异构烷烃的分离中。

Description

一种变压吸附与膜分离组合分离正异构烷烃的方法

技术领域

本发明涉及一种变压吸附与膜分离组合分离正异构烷烃的方法。

技术背景

石脑油由正构烷烃、异构烷烃等多种烃类的混合物组成。石脑油在炼油工业中的用途目前主要有三种：（1）用作乙烯裂解原料；（2）用作催化重整的原料生产高辛烷值汽油；（3）用作汽油调和料。一方面石脑油中异构烷烃含量较高，直接用作乙烯裂解料，乙烯收率受到影响；另一方面石脑油自身辛烷值较低，无法大量调入汽油。将石脑油中正、异构烷烃分离，可以更有效利用石脑油资源。分离后正构烷烃可作为蒸汽裂解装置的进料，提高蒸汽裂解装置的乙烯收率；异构烷烃的辛烷值较高，可以作为催化重整装置原料、清洁汽油的优质调和料。

目前工业上分离正、异构烷烃的方法是精馏法、吸附法和膜分离法。CN93100919.7涉及了一种提高烃质原料品位的方法，该方法包括：a)使原料受到分离处理，在此过程中把正链烷烃和任选的单一异链烷烃同二-异链烷烃分离；b)从中回收第一分离流出流和第二分离流出流，前者含有正链烷烃和任选的单一异链烷烃，后者含有二-异链烷烃；c)将至少部分第二分离流出流分离成轻馏分和重馏分，前者由C6～C10的烃组成，后者由≥C8的烃组成；d)使至少部分由≥C8的烃组成的重馏分受到重整工序，以制成重整产品。由于正异构组分沸点相近（如正己烷沸点68.7℃，甲基环戊烷沸点71.8℃，两者相差仅3.1℃），使用精馏法分离难度大，能耗高。

吸附分离法是目前应用最广的正异构烷烃分离方法，原理是利用分子筛孔道对吸附物质的选择吸附性能，选择性地吸附正构烷烃，从而使正构烷烃与异构烷烃分离。与传统方法相比，吸附分离法具有分离效率高、能耗低、分离产品纯度高的优点。但是由于常用脱附剂是小分子气体，如N₂、H₂等，实际过程中存在脱附剂消耗高、脱附再生困难等问题。

气体膜分离技术是一种新兴的化工分离技术，具有分离精度高、渗透率高、选择性强、常温下操作无相态变化、能耗低、污染小的优点。目前使用膜分离技术进行有机蒸汽回收应用已经在工业成功应用。但是没有合适应用于分离正异构烷烃的膜材料、而且膜本身存在易淤塞、易损坏、不易清洗、使用寿命短等问题。

本发明有针对性的解决了上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中使用吸附法分离正异构烷烃时脱附剂回收能耗较高、使用膜分离法膜材料选择困难、使用寿命较短的问题，提供一种新的变压吸附与膜分离组合分离正异构烷烃的方法。该方法用于正异构烷烃的分离中，具有脱附剂回收能耗较低、膜使用寿命较长的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种变压吸附与膜分离组合分离正异构烷烃的方法，包括如下步骤：

（1）石脑油原料在汽化器中被汽化后进入吸附塔，与吸附剂接触，正构烷烃被吸附剂吸附，吸附塔塔顶得到异构烷烃产品；

（2）吸附塔完成吸附后，关闭吸附塔原料进料管线阀门，脱附剂进入吸附塔，进行吹扫脱附过程，得到脱附出来的正构烷烃与脱附剂混合在一起的脱附油气；

（3）脱附油气进入脱附油气冷却器进行冷却，然后再进入压缩机进行增压，压缩机出口的气相进入脱附油气冷凝器进一步冷凝，增压过程中冷凝下来的正构烷烃和从脱附油气冷凝器中冷凝下来的正构烷烃进入正构烷烃产品管线，脱附油气冷凝器出口的气相进入膜分离装置；

（4）通过膜分离，脱附油气被分离为两部分，一部分主要为脱附剂，另一部分主要为正构烷烃，进入正构烷烃产品管线。

上述技术方案中，优选地，所述吸附塔至少为两个，当其中一个吸附塔进行吸附时，其它吸附塔进行脱附，如此交替进行吸附和脱附，保证装置的连续运转；经过加热后的脱附剂从与原料进料方向相反的方向进入吸附塔；通过膜分离，脱附油气被分离为两部分，一部分主要为脱附剂，经加热后返回脱附过程重复利用。

上述技术方案中，优选地，所述石脑油原料在汽化器中被汽化至100～300℃；所述吸附塔的吸附压力以表压计为0.5～2.0MPa，吸附温度为100～300℃；脱附过程的脱附压力以表压计为0～0.3MPa，脱附温度是100～300℃。

上述技术方案中，优选地，所述膜采用PDMS膜。

上述技术方案中，优选地，所述吸附剂为5A分子筛或6A分子筛，优选方案为5A分子筛，脱附剂为氮气或氢气，优选方案为氮气。

上述技术方案中，优选地，所述脱附油气冷却器出口温度为40～50℃；压缩机出口压力以表压计为0.5～2.0MPa；脱附油气冷凝器操作温度为40～50℃。

上述技术方案中，优选地，所述脱附剂经加热至脱附温度后返回脱附过程重复利用。

上述技术方案中，优选地，所述吸附塔塔顶得到的异构烷烃产品中正构烷烃含量小于2%（摩尔）、吸附塔塔底出口脱附油正构烷烃含量大于85%（摩尔）；所述吸附塔塔顶得到的异构烷烃产品中正构烷烃含量小于1%（摩尔）、吸附塔塔底出口脱附油正构烷烃含量大于93%（摩尔）。

本发明中通过采用变压吸附法和膜分离法相结合的方法分离正异构烷烃，首先采用能耗较低的变压吸附技术将正异构烷烃分离，然后采用膜分离技术回收脱附剂，获得较高纯度的正、异构烷烃产品，与传统的低温深冷法回收脱附剂相比，能耗降低，而与膜分离方法分离正异构烷烃相比，由于本发明的膜只需要分离脱附剂和脱附出的正构烷烃，所以可以找到合适的膜材料、膜的使用寿命长。因此，采用本发明的方法，解决了现有技术中采用吸附分离正异构烷烃过程中存在的脱附剂回收能耗较高的问题，同时解决了单一膜分离法分离正异构烷烃时存在的膜材料选择困难、膜的使用寿命较短的问题，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述方法的工艺流程示意图。

1、2-吸附塔，3-原料汽化器，4-脱附油气冷却器，5-压缩机，6-脱附油气冷凝器，7-膜分离装置，8-脱附剂加热器，9-原料进料管线，10-异构烷烃产品管线，11、12、13、15-脱附油气管线，14、16、17-正构烷烃管线，18-脱附剂管线，19、20、21、22、23、24、25、26-阀门。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

按照如图1所示的方法将原料石脑油中正构烷烃和异构烷烃进行分离。原料组成如表1所示。

表1原料石脑油组成表

原料组成	质量组成(mol%)

正丁烷	3.3
		异戊烷	34.5
正戊烷	15.7
		2,2-二甲基丁烷	10.5
2-甲基戊烷	30.6
		正己烷	5.4
正构烷烃总含量	24.4

石脑油原料在原料汽化器中加热到200℃后进入吸附塔，吸附塔为两个，吸附、脱附交替使用，连续操作。吸附剂采用5A分子筛，脱附剂为氮气。吸附压力以表压计为0.8MPa，吸附温度200℃；脱附压力以表压计为0.2MPa，脱附温度200℃。经测定，吸附塔塔顶出口异构烷烃产品中正构烷烃含量为0.8%（mol）、塔底出口脱附油正构烷烃含量为93.5%（mol）。

脱附油气在脱附油气冷却器出口冷却到45℃后进入压缩机。压缩机采用多级压缩带中间冷凝器，中间冷凝器的出口温度是45℃，一部分正构烷烃被冷凝下来，其余未凝的脱附油气被压缩到表压2.0MPa、120℃。压缩机出口的未凝气继续进入脱附油气冷凝器冷却到45℃时，未凝气中大部分正构烷烃可以冷凝下来，还有一部分正构烷烃和脱附剂（采用氮气）接着去膜分离装置。膜采用PDMS膜。膜分离装置将未凝气分离成富含正构烷烃的渗透流和富含氮气的渗余流。整个过程脱附油气中正构烷烃含量的变化见表2。表中渗余流中正构烷烃含量小于5mol%，符合脱附剂再生要求。所述脱附剂经加热至200℃后返回脱附过程重复利用。所采用的膜的使用寿命达到2年以上。

表2脱附油气中正构烷烃含量的变化表

	正构烷烃含量（mol%）
		压缩机入口	29.4
压缩机出口	22.5
		脱附油气冷凝器出口	10.9
膜分离装置出口（渗余流）	4.4

【实施例2】

按照实施例1所述的方法和步骤，石脑油原料在原料汽化器中加热到100℃后进入吸附塔，吸附剂采用6A分子筛，脱附剂为氮气。吸附压力以表压计为0.5MPa，吸附温度100℃；脱附压力以表压计为0MPa，脱附温度100℃。经测定，吸附塔塔顶出口异构烷烃产品中正构烷烃含量为1.7%（mol）、塔底出口脱附油正构烷烃含量为88.3%（mol）。

脱附油气在脱附油气冷却器出口冷却到40℃后进入压缩机。压缩机采用多级压缩带中间冷凝器，中间冷凝器的出口温度是40℃，一部分正构烷烃被冷凝下来，其余未凝的脱附油气被压缩到表压0.5MPa、100℃。压缩机出口的未凝气继续进入脱附油气冷凝器冷却到40℃时，未凝气中大部分正构烷烃可以冷凝下来，还有一部分正构烷烃和脱附剂（采用氮气）接着去膜分离装置。膜采用PDMS膜。膜分离装置将未凝气分离成富含正构烷烃的渗透流和富含氮气的渗余流。整个过程脱附油气中正构烷烃含量的变化见表2。表中渗余流中正构烷烃含量小于5mol%，符合脱附剂再生要求。所述脱附剂经加热至100℃后返回脱附过程重复利用。所采用的膜的使用寿命达到2年以上。

表2脱附油气中正构烷烃含量的变化表

	正构烷烃含量（mol%）
		压缩机入口	23.4
压缩机出口	22.1
		脱附油气冷凝器出口	15.9
膜分离装置出口（渗余流）	4.7

【实施例3】

按照实施例1所述的方法和步骤，石脑油原料在原料汽化器中加热到300℃后进入吸附塔，吸附剂采用5A分子筛，脱附剂为氮气。吸附压力以表压计为2.0MPa，吸附温度300℃；脱附压力以表压计为0.3MPa，脱附温度300℃。经测定，吸附塔塔顶出口异构烷烃产品中正构烷烃含量为1.1%（mol）、塔底出口脱附油正构烷烃含量为91.9%（mol）。

脱附油气在脱附油气冷却器出口冷却到50℃后进入压缩机。压缩机采用多级压缩带中间冷凝器，中间冷凝器的出口温度是50℃，一部分正构烷烃被冷凝下来，其余未凝的脱附油气被压缩到表压2.0MPa、140℃。压缩机出口的未凝气继续进入脱附油气冷凝器冷却到50℃时，未凝气中大部分正构烷烃可以冷凝下来，还有一部分正构烷烃和脱附剂（采用氮气）接着去膜分离装置。膜采用PDMS膜。膜分离装置将未凝气分离成富含正构烷烃的渗透流和富含氮气的渗余流。整个过程脱附油气中正构烷烃含量的变化见表2。表中渗余流中正构烷烃含量小于5mol%，符合脱附剂再生要求。所述脱附剂经加热至300℃后返回脱附过程重复利用。所采用的膜的使用寿命达到2年以上。

表2脱附油气中正构烷烃含量的变化表

	正构烷烃含量（mol%）
		压缩机入口	27.8
压缩机出口	23.3
		脱附油气冷凝器出口	14.2
膜分离装置出口（渗余流）	4.6

【比较例1】

按照实施例1的方法和步骤，只是采用低温深冷的工艺方法来代替膜分离回收脱附剂。如果要满足脱附油气中正构烷烃含量<5mol%的要求，压缩机的出口压力提高到表压

3.5MPa，脱附油气冷凝器的出口温度要达到-20℃。与采用膜分离技术相比，能耗增高。以20万吨原料为例，能耗的比较见表3。

表3能耗比较表

	膜分离法	低温深冷法	能耗增加比例
				压缩机功率/kW	620	770	24.2％
冷量/kW	340	650	91.2％

【比较例2】

由于目前没有合适分离正异构烷烃的膜材料，膜分离技术在这方面无法实现工业化。而采用膜分离技术对烷烃/氮气进行分离已经在多个工业装置中成功运用，且分离精度高、占地面积小、使用寿命都达到2年以上。

Claims (10)

1.一种变压吸附与膜分离组合分离正异构烷烃的方法，包括如下步骤：

（1）石脑油原料在汽化器中被汽化后进入吸附塔，与吸附剂接触，正构烷烃被吸附剂吸附，吸附塔塔顶得到异构烷烃产品；

（2）吸附塔完成吸附后，关闭吸附塔原料进料管线阀门，脱附剂进入吸附塔，进行吹扫脱附过程，得到脱附出来的正构烷烃与脱附剂混合在一起的脱附油气；

（3）脱附油气进入脱附油气冷却器进行冷却，然后再进入压缩机进行增压，压缩机出口的气相进入脱附油气冷凝器进一步冷凝，增压过程中冷凝下来的正构烷烃和从脱附油气冷凝器中冷凝下来的正构烷烃进入正构烷烃产品管线，脱附油气冷凝器出口的气相进入膜分离装置；

（4）通过膜分离，脱附油气被分离为两部分，一部分主要为脱附剂，另一部分主要为正构烷烃，进入正构烷烃产品管线。

2.根据权利要求1所述变压吸附与膜分离组合分离正异构烷烃的方法，其特征在于所述吸附塔至少为两个，当其中一个吸附塔进行吸附时，其它吸附塔进行脱附，如此交替进行吸附和脱附，保证装置的连续运转；经过加热后的脱附剂从与原料进料方向相反的方向进入吸附塔；通过膜分离，脱附油气被分离为两部分，一部分主要为脱附剂，经加热后返回脱附过程重复利用。

3.根据权利要求1所述变压吸附与膜分离组合分离正异构烷烃的方法，其特征在于所述石脑油原料在汽化器中被汽化至100～300℃；吸附塔的吸附压力以表压计为0.5～2.0MPa，吸附温度为100～300℃；脱附过程的脱附压力以表压计为0～0.3MPa，脱附温度是100～300℃。

4.根据权利要求1所述变压吸附与膜分离组合分离正异构烷烃的方法，其特征在于所述膜采用PDMS膜。

5.根据权利要求1所述变压吸附与膜分离组合分离正异构烷烃的方法，其特征在于所述吸附剂为5A分子筛或6A分子筛，脱附剂为氮气或氢气。

6.根据权利要求5所述变压吸附与膜分离组合分离正异构烷烃的方法，其特征在于所述吸附剂为5A分子筛，脱附剂为氮气。

7.根据权利要求1所述变压吸附与膜分离组合分离正异构烷烃的方法，其特征在于所述脱附油气冷却器出口温度为40～50℃；压缩机出口压力以表压计为0.5～2.0MPa；脱附油气冷凝器操作温度为40～50℃。

8.根据权利要求2所述变压吸附与膜分离组合分离正异构烷烃的方法，其特征在于所述脱附剂经加热至脱附温度后返回脱附过程重复利用。

9.根据权利要求1所述变压吸附与膜分离组合分离正异构烷烃的方法，其特征在于所述吸附塔塔顶得到的异构烷烃产品中正构烷烃含量小于2%（摩尔）、吸附塔塔底出口脱附油正构烷烃含量大于85%（摩尔）。

10.根据权利要求9所述变压吸附与膜分离组合分离正异构烷烃的方法，其特征在于所述吸附塔塔顶得到的异构烷烃产品中正构烷烃含量小于1%（摩尔）、吸附塔塔底出口脱附油正构烷烃含量大于93%（摩尔）。