使用離子液體溶劑進行的分離的制作方法
【技術領域】
[0001] 本公開涉及使用離子液體溶劑從工藝物流中分離一種或多種氣體組分。
【背景技術】
[0002] 在商業加工設施中存在許多工藝物流，所述設施包括化學、石油化學、聚合、石油 和天然氣工業中的設施，所述工藝物流含有兩種或更多種流體組分。含有兩種或更多種流 體組分的工藝物流的實例包括：聚合工藝物流、乙烷裂解爐工藝物流、天然氣工藝物流、合 成氣工藝物流、生物質氣化工藝物流、費-托（Fischer-Tropsch)工藝物流、烷烴脫氫工藝 物流、以及醇脫水工藝物流。有時，期望分離工藝物流的流體組分以使所述工藝物流"升級" 和/或回收有價值的流體組分。
[0003] 分離技術包括常規的蒸餾、使用離子液膜進行的吸收、以及使用金屬鹽的水溶液 進行的吸收。在流體組分具有接近的沸點時，蒸餾需要很多個階段和/或高回流比，并且可 能是成本過高的。離子液膜受膜擴散速率的限制并且可能具有不佳的通量或需要大量的資 本支出以進行商業應用。金屬鹽水溶液中的水具有很大的蒸氣壓，這會使得從水溶液中對 所分離的組分進行的回收變得效率低下（例如在從水溶液中分離所述組分之后所述組分 通常帶有水，從而需要脫水）。
[0004] 持續需要用于商業加工設施中的工藝物流的改進的分離技術。
【發明內容】
[0005] 所公開的實施方案包括一種方法，所述方法包括提供包含氣體組分的工藝物流； 通過離子液體溶劑從所述工藝物流中捕集所述氣體組分的至少一部分；以及從所述離子液 體溶劑中回收所捕集的氣體組分的至少一部分。在實施方案中，通過所述離子液體溶劑從 所述工藝物流中捕集第二氣體組分的至少一部分，并且所述方法還包括從所述離子液體溶 劑中回收所述第二氣體組分的至少一部分。在實施方案中，所述工藝物流中的第二氣體組 分的至少一部分未被離子液體溶劑所捕集，并且所述方法還包括由膜單元回收所述未捕集 的第二氣體組分的至少一部分。
[0006] 所公開的實施方案包括一種系統，所述系統包括工藝物流，所述工藝物流包含氣 體組分；分離器，所述分離器包括離子液體溶劑，其中所述分離器接收所述工藝物流，其中 所述離子液體溶劑捕集所述氣體組分的至少一部分；捕集物流，所述捕集物流離開所述分 離器并且包含被捕集在所述離子液體溶劑中的所述所捕集的氣體組分；以及再生器，所述 再生器接收所述捕集物流，其中所述再生器使所述離子液體溶劑再生并且排放所回收的氣 體組分。在實施方案中，所述離子液體溶劑還從所述工藝物流中捕集第二氣體組分的至少 一部分，所述捕集物流還包含所捕集的第二氣體組分，并且所述再生器排放所回收的第二 氣體組分。在實施方案中，所述離子液體溶劑沒有從所述工藝物流中捕集第二氣體組分的 至少一部分，并且所述系統還包括未捕集的物流，所述未捕集的物流離開所述分離器并且 包含所述未捕集的第二氣體組分。在實施方案中，所述系統還可以包括膜單元以回收所述 第二氣體組分。
[0007] 上文已經相當寬泛地概述了所公開的本發明主題的特征和技術優勢以使得可以 更好地了解下列詳細說明。在閱讀優選的實施方案的下列詳細說明時并且通過參考附圖， 上文所述的各種特征以及其它特征對本領域技術人員來說將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0008] 為了詳細說明所公開的方法和系統的優選的實施方案，現在將參考附圖，其中：
[0009] 圖1圖示了所公開的系統的一個實施方案的工藝流程圖；以及
[0010] 圖2圖示了所公開的系統的另一個實施方案的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0011] 本文公開了有關于使用離子液體溶劑從工藝物流中分離一種或多種氣體組分，從 而使得對所述氣體組分進行回收，例如以提高工藝效率（例如避免氣體組分再循環）或使 用所述氣體組分（例如避免有價值的氣體組分被浪費地燃燒）的系統和方法的實施方案。
[0012] 所公開的實施方案可以與適合于利用離子液體溶劑進行氣體組分分離的任何工 藝物流結合使用。包含可以與其它流體組分分離的氣體組分的工藝物流的實例包括：包含 烯烴和烷烴的聚合工藝物流；包含乙烷和乙烯的乙烷裂解爐工藝物流；包含天然氣和酸性 氣體的天然氣工藝物流；包含合成氣和二氧化碳的合成氣工藝物流；包含二氧化碳的生物 質氣化工藝物流；包含未反應的合成氣、甲烷、烯烴、以及烷烴的費-托工藝物流；包含烯烴 和烷烴的烷烴脫氫工藝物流；包含烯烴、烷烴、以及醇的醇脫水工藝物流；等。
[0013] 本文所公開的實施方案是在包含氣體組分的工藝物流的背景下被論述的，所述氣 體組分包括i)烯烴和/或烷烴、或ii)酸性氣體（例如〇)2和/或H2S)。
[0014] "氣體組分"可以指的是烯烴、烷烴、酸性氣體、天然氣工藝物流的一種或多種組 分、合成氣工藝物流的一種或多種組分、氫氣、氮氣、氧氣、水、一氧化碳、含氧化合物（例如 醇）、或其組合。
[0015] "烯烴"可以指的是具有碳-碳雙鍵的(：2_(：5。烴。合適的烯烴可以包括其它官能團， 如羥基、羧酸基、雜原子等，前提條件是這些基團不與離子液體溶劑反應。使用乙烯作為烯 烴來描述本文所公開的實施方案。
[0016] "烷烴"可以指的是飽和的C2_C5。烴。使用乙烷和/或異丁烷描述本文所公開的實 施方案。
[0017] "酸性氣體"可以指的是C02、H2S、RSH、CS2、C0S以及so2、或其組合。使用〇)2和h2s 描述本文所公開的實施方案。
[0018] 圖1示出了所公開的系統100的一個實施方案的工藝流程圖。所述系統100可以 包括分離器110和再生器120。可以將包含氣體組分（任選地，第二氣體組分）的工藝物流 111供給到分離器110中，所述分離器110接收所述工藝物流111。所述分離器110可以包 括離子液體溶劑，并且所述離子液體溶劑可以捕集所述氣體組分的至少一部分（任選地， 所述第二氣體組分的至少一部分）。包含由所述離子液體溶劑捕集的氣體組分（任選地，第 二氣體組分）的捕集物流113可以從分離器110離開并且流到再生器120中，并且所述再 生器120可以接收所述捕集物流113。工藝物流111中沒有由分離器110中的離子液體溶 劑捕集的部分可以離開分離器110并且經由未捕集的物流112流動以用于進一步加工、使 用、銷售、燃燒等。再生器120可以使離子液體溶劑再生并且排放所回收的氣體組分（任選 地，所回收的第二氣體組分）。所回收的氣體組分（任選地，所回收的第二氣體組分）可以 從再生器120經由物流121流動以用于進一步加工、使用、銷售等。再生的離子液體溶劑可 以從再生器120經由溶劑流122流到分離器110中。離子液體溶劑一般可以循環穿過包括 分離器110、捕集物流113、再生器120、以及溶劑流122的溶劑循環系統。捕集物流113可 以包括加熱器114,所述加熱器114能夠在所捕集的氣體組分（任選地，所捕集的第二氣體 組分）流向再生器120時加熱所述捕集物流113。溶劑流122可以包括冷卻器123,所述冷 卻器123能夠在再生的離子液體溶劑流向分離器110時冷卻所述溶劑流；以及栗124,所述 栗124用于提供原動力以使再生的離子液體溶劑流動。系統100還可以包括圖1中未示的 一個或多個壓縮機、栗、熱交換器、閥門、控制器件、安全器件、或類似的設備。這些設備可以 根據本領域技術人員在本公開的幫助下所認可的技術被包括在系統100中。
[0019] 在實施方案中，工藝物流111的氣體組分可以包括乙烯、異丁烷、或酸性氣體（例 如〇)2和/或H2S)。在另外的實施方案中，工藝物流111的第二氣體組分可以包括乙烯、異 丁烷或酸性氣體（例如〇) 2和/或H2S)。如上文所述，工藝物流111可以包含第二氣體組 分，并且離子液體溶劑可以捕集所述第二氣體組分的至少一部分。在實施方案中，除了捕集 所述氣體組分的至少一部分之外，還捕集所述第二氣體組分的至少一部分。在一個實施方 案中，所述氣體組分包括乙烯并且所述第二氣體組分包括異丁烷。在一個替代性實施方案 中，所述氣體組分包括二氧化碳，并且所述第二氣體組分包括硫化氫。
[0020] 在一個實施方案中，離子液體溶劑可以捕集所述氣體組分的至少一部分；除此之 外或作為另外一種選擇，離子液體溶劑可以捕集所述第二氣體組分的至少一部分；除此之 外或作為另外一種選擇，離子液體溶劑可能沒有捕集所述第二氣體組分的至少一部分。
[0021] 在實施方案中，離子液體溶劑可以經由各種捕集機制來捕集所述氣體組分和/或 所述第二氣體組分。在一個實施方案中，所述氣體組分的至少一部分由離子液體溶劑經由 吸收、溶解、吸附、絡合、或其組合所捕集。在一個另外的實施方案中，所述第二氣體組分的 至少一部分由離子液體溶劑經由吸收、溶解、吸附、絡合、或其組合所捕集。在實施方案中， 捕集所述氣體組分的機制與捕集所述第二氣體組分的機制是相同的。舉例來說，所述氣體 組分和所述第二氣體組分這兩者均可以經由吸收、吸附、溶解、或絡合被捕集。在一個替代 性實施方案中，捕集所述氣體組分的機制與捕集所述第二氣體組分的機制是不同的。舉例 來說，所述氣體組分可以經由吸收被捕集并且所述第二氣體組分可以經由吸附或溶解被捕 集。在另一個實施例中，所述氣體組分可以在發生絡合的情況下經由吸收被捕集并且所述 第二氣體組分可以在沒有發生絡合的情況下經由吸收被捕集。
[0022] 在實施方案中，工藝物流111還可以包含其它流體組分，如其它氣體組分。工藝物 流111的其它氣體組分可以包括氫氣、氮氣、乙烷、天然氣、合成氣、或其組合。
[0023] 在實施方案中，工藝物流111中所述氣體組分和/或所述第二氣體組分的濃度可 以包括所述工藝物流111的大于約10重量％、20重量％、30重量％、40重量％、50重量％、 60重量％、70重量％、80重量％、90重量％或更大。
[0024] 在實施方案中，分離器110可以包括如下的容器，所述容器被配置成使離子液體 溶劑流過其中以從包含氣體組分（任選地，第二氣體組分）和一種或多種其它流體（例如 氣體）組分的工藝物流111中選擇性地捕集（例如吸收、吸附、溶解、絡合、或其組合）所述 氣體組分（任選地，所述第二氣體組分）的至少一部分。
[0025] 在一個實施方案中，分離器110可以被配置成例如通過使氣體鼓泡穿過液體來使 氣體（例如工藝物流111的氣體組分，任選地，第二氣體組分）在離子液體溶劑內逸散。在 一個實施方案中，分離器110可以包括溶劑循環系統，所述溶劑循環系統被配置成使離子 液體溶劑循環穿過分離器110。合適的分離器配置的非限制性實例包括吸收塔；變壓吸收 器（PSA);噴射罐；攪拌式反應器；與一個或多個壓縮機、一個或多個栗124、以及一個或多 個熱交換器（例如加熱器114、冷卻器123)聯接的容器；或其組合。合適的分離器的實例 說明于天然氣加工者協會（GasProcessorsAssociation)的《工程數據手冊》（第10版） (EngineeringDataBook10~ed.)的圖 19-16 中。
[0026] 在一個另外的和/或替代性實施方案中，分離器110可以包括填充床或填充塔，所 述填充床或填充塔被配置成維持（例如離子液體溶劑內所逸散的氣體的）更小的氣泡尺 寸，例如以維持氣體與離子液體溶劑之間相對大的接觸表面積，例如以維持氣體向液體中 的質量傳遞和/或捕集的效率。在一個實施方案中，填充床或填充塔的填充材料可以包含 聚合材料、金屬材料、或其組合。在一個實施方案中，分離器110可以具有多個填充床或填 充塔。在一個實施方案中，分離器110的一個或多個區段可以具有填充材料。在實施方案 中，所述填充材料可以具有散堆填料或可以具有規整填料。
[0027] 在實施方案中，分離器110可以包括兩個或更多個區段。舉例來說，第一區段可以 在第一組的條件（例如溫度、壓力、流量、質量流量比）下運行，并且第二區段可以在第二組 的條件（例如溫度、壓力、流量、質量流量比）下運行。
[0028] 在實施方案中，分離器110的功能有時可以是捕集氣體組分（任選地，第二氣體組 分），并且在其它時候，可以是不捕集氣體組分（任選地，第二氣體組分）。即，分離器110 還可以充當再生器。在這些實施方案中，在分離器110運行時的溫度和壓力可以取決于所 述功能。舉例來說，分離器110在運行以捕集氣體組分（任選地，第二氣體組分）時的溫度 和壓力可以是本文對于捕集氣體組分（任選地，第二氣體組分）所公開的那些。分離器110 在運行以釋放氣體組分（任選地，第二氣體組分）時的溫度和壓力可以是本文對于再生器 120所公開的那些。在這些實施方案中，分離器110可以另外地或替代地被配置成排空一種 或多種氣體（例如先前捕集并且然后釋放的氣體，如烯烴、酸性氣體、烷烴）和/或有助于 經由壓差釋放所捕集的氣體。
[0029] 在實施方案中，分離器110可以被配置成提供或維持工藝物流111的氣體組分的 合適的分壓。這樣的合適的分壓可以是約14. 8psia至約57. 7psia;或者，約19. 7psia至 約47. 7psia;或者，約19. 7psia至約29. 7psia。在一個實施方案中，分離器110可以被配 置成提供或維持約Opsia至約lOOpsia的乙稀分壓。
[0030]在一個實施方案中，分離器110可以被配置用于分批運行和/或連續運行。
[0031] 在實施方案中，系統100可以包括兩個或更多個分離器（例如分離器110和一個 或多個其它分離器）。舉例來說，系統100可以包括兩個分離器，它們中的每一個均可以根 據本文所公開的實施方案之一加以配置。具有兩個或更多個分離器的實施方案可以被配置 用于對氣體組分（任選地，第二氣體組分）進行變壓吸收（PSA)。舉例來說，通過使用兩個 或更多個分離器，系統100可以被配置成通過在將氣體組分（任選地，第二氣體組分）吸收 到第一分離器中的"第一批"中的同時，在第二分離器中"第二批"被準備用于進行吸收而 允許連續運行。因而，通過在兩個或更多個合適的分離器之間循環，系統可以連續運行。具 有兩個或更多個分離器的系統的實例公開在2012年9月13日公開的名稱為"通過吸收回 收乙稀（EthyleneRecoveryByAbsorption)"并且以引用的方式整體并入本文的美國專 利申請公開號2012/0232232中。
[0032] 在實施方案中，分離器110可以被配置成具有約1至約350 ;或者，約1至約200 ; 或者，約10至約200 ;或者，約10至約100的液體/氣體質量流量比。在實施方案中，分離 器110的液體/氣體質量流量比可以包含一定的值以使得氣體組分的至少一部分由離子液 體溶劑捕集。在另外的或替代性實施方案中，分離器110的液體/氣體質量流量比可以包 含一定的值以使得氣體組分的至少一部分以及第二氣體組分的至少一部分由離子液體溶 劑捕集。一般來說，捕集氣體組分的至少一部分以及第二氣體組分的至少一部分的質量流 量比大于僅捕集氣體組分的至少一部分的質量流量比。在實施方案中，捕集氣體組分的至 少一部分以及第二氣體組分的至少一部分的質量流量比顯著大于僅捕集氣體組分的至少 一部分的質量流量比（例如約2倍、約3倍、約4倍、約5倍、約6倍、約7倍、約8倍、約9 倍、約10倍、約11倍、約12倍、約13倍、約14倍、約15倍、或更多倍）。在一個實施方案 中，液體/氣體質量流量比的"液體"可以包含離子液體溶劑；或者，液體/氣體質量流量比 的"液體"可以包含離子液體溶劑以及流入和/或流過分離器110的其它液體的任何組合； 或者，液體/氣體質量流量比的"液體"可以包含離子液體溶劑以及流入和/或流過溶劑循 環系統的其它液體的任何組合。在一個實施方案中，液體/氣體質量流量比的"氣體"可以 包含工藝物流111的氣體組分；或者，液體/氣體質量流量比的"氣體"可以包含工藝物流 111的氣體組分和第二氣體組分；或者，液體/氣體質量流量比的"氣體"可以包含流入和/ 或流過工藝物流111和/或分離器110 (例如來自工藝物流111、來