本發(fā)明涉及一種分子篩用于天然氣脫苯的方法。
背景技術(shù)：
液化天然氣(Liquefied Natural Gas，簡稱LNG)，主要成分是甲烷，被公認(rèn)是地球上最干凈的化石能源，無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/625，液化天然氣的質(zhì)量僅為同體積水的45%左右。液化天然氣的生產(chǎn)主要包括凈化過程和液化過程。由于液化過程是一個(gè)低溫過程，為了避免在低溫下由于苯凍結(jié)而堵塞管道，在液化之前對天然氣進(jìn)行脫苯是凈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(xué)性質(zhì)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公開了采用異戊烷脫除天然氣中苯的方法，將異戊烷介質(zhì)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，凈化后天然氣中苯的摩爾含量可降至10ppm。該方法脫苯塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、吸收劑用量大、成本較高。一般適用于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(nèi)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公開了一種采用活性炭吸附天然氣中苯的方法，在兩個(gè)裝填有活性炭吸附劑的床層中循環(huán)運(yùn)行變溫吸附，凈化后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(biāo)準(zhǔn)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?；钚蕴繉Ψ菢O性分子如烷烴、苯等有較強(qiáng)的吸附作用。因此，當(dāng)采用活性炭用于天然氣中脫苯時(shí)，在吸附苯的同時(shí)也吸附了天然氣中的烷烴分子，為了滿足凈化后天然氣中苯的摩爾含量＜10ppm的要求，吸附劑用量較大，造成設(shè)備投資高、再生能耗負(fù)荷大。
分子篩也是一種常用的吸附劑，它是一種硅鋁酸鹽多微孔晶體，是由硅氧、鋁氧四面體組成基本的骨架結(jié)構(gòu)，在晶格中存在著金屬陽離子（如 Na+，K+，Ca2+，Li+ 等），以平衡晶體中多余的負(fù)電荷。分子篩對物質(zhì)的吸附來源于物理吸附（范德華力），其晶體孔穴內(nèi)部有很強(qiáng)的極性和庫侖場，吸引極性分子的負(fù)極中心，或是通過靜電誘導(dǎo)使可極化的分子極化。因此，含有極性基團(tuán)如-OH、-NH2或含有可極化的基團(tuán)如-C=C-、C6H5-的分子，能與分子篩表面發(fā)生強(qiáng)烈的作用。正是由于苯中含有可極化的基團(tuán)C6H5-，分子篩對苯具有強(qiáng)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。
分子篩用于天然氣脫苯的報(bào)道很少，在已公開發(fā)表的文獻(xiàn)《天然氣液化預(yù)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?zé)N。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于吸附劑分子篩，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、適用范圍廣的分子篩脫苯方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于：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、適用范圍廣的分子篩脫苯方法，實(shí)現(xiàn)天然氣脫苯過程中物耗和能耗的優(yōu)化。包括以下步驟：
a、含苯天然氣系統(tǒng)將含苯天然氣經(jīng)管道送入A分子篩吸附塔的頂部在塔內(nèi)進(jìn)行吸附；
b、經(jīng)吸附脫苯后的天然氣從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(jīng)管道進(jìn)入加熱器內(nèi)進(jìn)行加熱；
c、經(jīng)加熱器加熱后的再生氣進(jìn)入B分子篩吸附塔底部，對在B分子篩吸附塔內(nèi)的分子篩進(jìn)行加熱再生；
d、當(dāng)B分子篩吸附塔的頂部出口溫度在220℃保持恒定10min后，加熱器停止加熱；再生氣經(jīng)加熱器旁通管線進(jìn)入B分子篩吸附塔底部進(jìn)行冷吹，當(dāng)B分子篩吸附塔頂部出口溫度在40℃左右保持恒定10min，冷吹結(jié)束；
e、從B分子篩吸附塔頂部出來的再生氣經(jīng)再生氣冷卻器冷卻、再生氣分離器分離后返回A分子篩吸附塔入口管線，進(jìn)行循環(huán)利用；
f、A、B兩座分子篩吸附塔切換，進(jìn)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(shè)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(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明中所述的分子篩脫除天然氣中苯的方法，是在至少兩個(gè)裝填有分子篩的吸附塔的循環(huán)運(yùn)行變溫吸附系統(tǒng)中。系統(tǒng)的每一次運(yùn)行，各吸附塔依次進(jìn)行吸附和再生，以保證天然氣脫苯過程連續(xù)進(jìn)行。
本發(fā)明中分子篩吸附塔的溫度采用專業(yè)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；加熱采用的是導(dǎo)熱油加熱，可以循環(huán)利用，節(jié)約能源的同時(shí)也節(jié)約了成本；使用再生的天然氣循環(huán)返回系統(tǒng)，避免了浪費(fèi)。
本發(fā)明采用的分子篩特殊的晶體結(jié)構(gòu)其孔結(jié)構(gòu)均勻一致，孔大小分布單一，對于比其孔徑小的物質(zhì)具有極強(qiáng)的吸附能力，對低濃度的吸附質(zhì)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(fā)明所采用分子篩是一個(gè)很好的選擇；分子篩通過骨架外陽離子交換，可以調(diào)變其孔的尺寸，可以憑借吸附質(zhì)分子的大小及幾何形狀選擇吸附，本發(fā)明采用的分子篩是按照金剛石晶體式樣排列的，金剛石結(jié)構(gòu)中的每個(gè)碳原子由一個(gè)β籠代替，相鄰的β籠通過六元環(huán)以六個(gè)氧橋相互聯(lián)結(jié)，其結(jié)構(gòu)與苯環(huán)類似，可對天然氣中的苯選擇吸附；分子篩其晶體孔穴內(nèi)部有很強(qiáng)的極性和庫侖場，吸引極性分子的負(fù)極中心，或是通過靜電誘導(dǎo)使可極化的分子極化，對極性分子和不飽和分子具有優(yōu)先吸附的能力，本發(fā)明采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(zhì)分壓下，仍有較高的吸附容量。因此本發(fā)明采用的分子篩對苯具有強(qiáng)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(fā)明中再生氣經(jīng)再生氣冷卻器冷卻、再生氣分離器分離后，天然氣中的苯被冷凝分離。
采用本發(fā)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，凈化后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(fā)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(shí)施方式
附圖非限制性公開了本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施案例，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)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(shè)有兩座分子篩吸附塔，包括以下步驟：
a、含苯天然氣系統(tǒng)將含苯天然氣經(jīng)管道送入A分子篩吸附塔的頂部在塔內(nèi)進(jìn)行吸附；
b、經(jīng)吸附脫苯后的天然氣從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(jīng)管道進(jìn)入加熱器內(nèi)進(jìn)行加熱；
c、經(jīng)加熱器加熱后的再生氣進(jìn)入B分子篩吸附塔底部，對在B分子篩吸附塔內(nèi)的分子篩進(jìn)行加熱再生；
d、當(dāng)B分子篩吸附塔的頂部出口溫度在220℃保持恒定10min后，加熱器停止加熱；再生氣經(jīng)加熱器旁通管線進(jìn)入B分子篩吸附塔底部進(jìn)行冷吹，當(dāng)B分子篩吸附塔頂部出口溫度在40℃左右保持恒定10min，冷吹結(jié)束；
e、從B分子篩吸附塔頂部出來的再生氣經(jīng)再生氣冷卻器冷卻、再生氣分離器分離后返回A分子篩吸附塔入口管線，進(jìn)行循環(huán)利用；
f、A、B兩座分子篩吸附塔切換，進(jìn)行吸附、再生過程。
天然氣交替流經(jīng)兩個(gè)充滿分子篩的吸附塔，一塔在吸附時(shí)，另一塔在再生。兩塔按所設(shè)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(shí)：
含苯天然氣經(jīng)管線送入A分子篩吸附塔的頂部進(jìn)行吸附，經(jīng)吸附脫苯后的天然氣從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(jīng)脫苯后的天然氣另一部分作為再生氣，經(jīng)管道進(jìn)入再生氣加熱器內(nèi)進(jìn)行加熱，加熱溫度為240℃~260℃，然后再生氣經(jīng)過管道進(jìn)入B分子篩吸附塔底部，在B分子篩吸附塔內(nèi)進(jìn)行加熱再生，當(dāng)B分子篩吸附塔的頂部出口溫度在220℃保持恒定10min后，再生氣加熱器停止加熱，再生氣經(jīng)再生氣加熱器旁通管線進(jìn)入B分子篩吸附塔底部進(jìn)行冷吹，當(dāng)B分子篩吸附塔頂部出口溫度在40℃左右保持恒定10min，冷吹結(jié)束；從B分子篩吸附塔頂部出來的再生氣經(jīng)再生氣冷卻器冷卻、再生氣分離器分離后返回A分子篩吸附塔入口管線，進(jìn)行循環(huán)利用。
B分子篩吸附塔吸附、A分子篩吸附塔再生時(shí)：
含苯天然氣經(jīng)管線送入B分子篩吸附塔的頂部進(jìn)行吸附，經(jīng)吸附脫苯后的天然氣從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(jīng)脫苯后的天然氣另一部分作為再生氣，經(jīng)管道進(jìn)入再生氣加熱器內(nèi)進(jìn)行加熱，加熱溫度為240℃~260℃，然后再生氣經(jīng)過管道進(jìn)入A分子篩吸附塔底部，在A分子篩吸附塔內(nèi)進(jìn)行加熱再生，當(dāng)A分子篩吸附塔的頂部出口溫度在220℃保持恒定10min后，再生氣加熱器停止加熱，再生氣經(jīng)再生氣加熱器旁通管線進(jìn)入A分子篩吸附塔底部進(jìn)行冷吹，當(dāng)A分子篩吸附塔頂部出口溫度在40℃左右保持恒定10min，冷吹結(jié)束；從A分子篩吸附塔頂部出來的再生氣經(jīng)再生氣冷卻器冷卻、再生氣分離器分離后的氣相返回A分子篩吸附塔入口管線，進(jìn)行循環(huán)利用，含有苯的液相進(jìn)入下一道工序處理。
采用本發(fā)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，凈化后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。