CN100398498C - 甲醇转化制取低碳烯烃气体的分离方法 - Google Patents

甲醇转化制取低碳烯烃气体的分离方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种甲醇转化制取低碳烯烃(DMTO)气体的分离方法，针对DMTO气体构成的特点，对常规前脱乙烷分离流程中四段压缩后的流程进行了改进。根据本发明，在五段压缩和脱乙烷塔回流罐之间设置加氢氧转化，脱除乙炔及反应再生过程中产生的氧气，冷凝冷却后的物料经脱乙烷塔回流罐，液相作为脱乙烷塔回流，气相进入深冷脱甲烷系统，物料经过冷凝冷却后，并不需要设置繁琐的冷箱前脱氢系统，直接进入高压脱甲烷塔。采用本发明分离DMTO气体可获得99.5%以上的乙烯回收率。

Description

甲醇转化制取低碳烯烃气体的分离方法
技术领域
本发明属于轻烃精制技术领域，涉及一种甲醇转化制取低碳烯烃气体的分离方法。
背景技术
乙烯和丙烯是重要的石油化工基础原料。采用石脑油为原料经水蒸汽裂解生产乙烯和丙烯的管式炉裂解装置是目前最主要的乙烯和丙烯工业生产装置。烃类裂解制取的裂解气是含有氢、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、混合碳四碳五、裂解汽油等的混合物，为生产合格的乙烯和丙烯均要求对裂解气进行分离和精制。陈滨主编的《乙烯工学》(1997年1月，化学工业出版社，ISBN 7-5025-1759-6)对裂解气的深冷分离流程有详细的阐述，裂解气经多段压缩、一般为5段压缩后，压力达到3.5MPa左右，进入精馏分离系统。根据精馏分离烃类的顺序，精馏分离流程分为顺序流程、前脱乙烷流程和前脱丙烷流程。
中国专利CN1157280A公开了一种轻烃分离节能方法，是对双塔前脱乙烷分离流程的改进。该专利通过改进脱甲烷塔进料的换热方式，起到节能的目的。
由于原油价格持续在高价位上，石脑油资源短缺。甲醇转化制取低碳烯烃(以下称DMTO)气体的工艺，即以甲醇为原料经一步催化反应直接转化为混合低碳烯烃的技术近年得到了长足发展。DMTO主产物为乙烯和丙烯，据报道在最大量生产乙烯时，乙烯/丙烯为1.53，在最大量生产丙烯时，乙烯/丙烯为0.75，乙烯和丙烯的比例随反应强度的增加而提高。DMTO气体的构成与石脑油裂解气有很大不同，最大的差别在于DMTO气体中丙烯和丙烷含量明显高于石脑油裂解气中丙烯和丙烷含量。若采用常规的前脱乙烷分离流程分离DMTO气体，由于DMTO气体中丙烯和丙烷含量高，会导致五段压缩功耗增加。另外，常规前脱乙烷分离流程，五段压缩后压力较高，为避免脱乙烷塔釜温度过高，造成二烯烃聚合，一般采用高低压双塔脱乙烷，该工艺流程长、操作繁琐，并造成投资增加。还有，常规前脱乙烷分离流程，如CN1157280A公开的，一般采用低压脱甲烷技术，要求在前脱氢部位冷箱温度较低，这对石脑油裂解气是合适的。但对于DMTO气体，由于其中含有氮氧化合物(NOX)及氧气等杂质气体，会导致冷箱部位爆炸危险物的积聚，造成系统不安全因素增加。
发明内容
本发明根据DMTO气体组成特点，为了解决采用常规前脱乙烷分离流程处理DMTO气体时遇到的上述问题，提供一种用于对DMTO气体有效分离，既节能乙烯回收率又高的DMTO气体分离方法。
本发明一种甲醇转化制取低碳烯烃气体的分离方法，其技术方案包括如下步骤：
1)原料气体为甲醇转化制取低碳烯烃气体，原料气体在四段压缩后，压力为2.5～3.5MPa，进行干燥，冷却至-10～-20℃，进入脱乙烷塔；
2)脱乙烷塔塔顶分出碳二及碳二以下轻组分，该轻组分与原料气体换热后进入第五段气体压缩机进行压缩，压缩后压力为2.5～4.0MPa；脱乙烷塔塔底分出碳三及碳三以上重组分，该重组分去脱丙烷塔、丙烯精馏塔，分离出丙烯产品；
3)第五段气体压缩机压缩后的轻组分，由加氢预热器预热至200～320℃进入加氢反应器，该加氢反应器是一个绝热床反应器，轻组分气体流经催化剂床层，利用自身所含氢气进行加氢反应；
4)经加氢反应器加氢反应后的物料经冷却及干燥后，脱水至露点-50℃～70℃，干燥后的气体冷却至-10～15℃，进入脱乙烷塔回流罐，脱乙烷塔回流罐出来的气相去步骤5，液相回流至脱乙烷塔塔顶；
5)自脱乙烷塔回流罐出来的气相冷却到-40～-65℃后进入脱甲烷塔，进料压力为2.5～3.5MPa，脱甲烷塔顶馏出物冷却至-90～-100℃进入脱甲烷塔回流罐，脱甲烷塔回流罐罐底冷凝物流送回脱甲烷塔塔顶回流，脱甲烷塔回流罐罐顶不凝物为甲烷和氢馏分，脱甲烷塔塔底物流为乙烯乙烷馏分去乙烯精馏塔，分离出乙烯产品。
本发明是针对常规前脱乙烷分离流程中四段压缩后流程的改进，以适应DMTO气体的分离。本发明未详细述及部分，如原料气体的预分馏、压缩、干燥以及乙烯和丙烯的精馏过程，均为本领域熟知技术。详细的参考可见陈滨主编的《乙烯工学》。
根据本发明，在五段压缩和脱乙烷塔回流罐之间设置加氢氧转化，脱除乙炔及反应再生过程中产生的氧气；冷凝冷却后的物料经脱乙烷塔回流罐，液相作为脱乙烷塔回流，气相则作为脱甲烷塔进料。由此构成了四段压缩后的前脱乙烷，及前脱乙烷与五段压缩构成的热泵系统。脱乙烷塔回流罐气相，进入深冷脱甲烷系统，物料经过冷凝冷却后，并不需要设置繁琐的冷箱前脱氢系统，直接进入高压脱甲烷塔。
本发明在四段压缩后设置脱乙烷塔，把丙烯、丙烷及较重馏分脱除，一方面避免再压缩可降低五段压缩功耗，另一方面避免丙烯、丙烷及较重馏分进入冷区，降低冷区冷量消耗及制冷压缩机功耗。
本发明在四段压缩后设置脱乙烷塔，脱乙烷塔操作压力较低，采用单塔操作即可避免塔釜温度过高问题，不需要设置高低压双塔脱乙烷塔，缩短了流程，节省了投资，提高了装置的操作稳定性。
本发明专利在深冷脱甲烷系统既不采用前脱氢，也不采用后脱氢，一方面可以避免爆炸危险物的积聚，另一方面同样可以获得99.5％以上的乙烯回收率。此专利缩短了深冷系统的工艺流程，降低了投资，提高了装置操作的安全可靠性，具有操作灵活简单等特点。
下面结合附图和具体实施例来具体说明本发明方法，但附图和实施例并不构成对本发明的限制。
附图说明
图1：本发明脱乙烷部分流程简图；
图2：本发明脱甲烷部分流程简图；
图中：1-原料气体，2-冷却器，3-脱乙烷塔塔顶轻组分，4-脱乙烷塔，5-第五段气体压缩机，6-加氢预热器，7-加氢反应器，8-加氢后冷却器，9-干燥器，10-脱乙烷塔回流罐，11-脱乙烷塔回流罐顶气相，12-脱乙烷塔回流罐底物流，13-脱乙烷塔塔底重组分，14-脱甲烷塔，15-脱甲烷塔预馏出物，16-脱甲烷塔冷凝器，17-脱甲烷塔回流罐，18-脱甲烷塔塔回流泵，19-脱甲烷塔回流物流，20-甲烷和氢，21-脱甲烷塔塔底物流。
具体实施方式
如图1、图2所示，DMTO原料气体1经过四段压缩并干燥后，压力为2.5～3.5MPa，再经三台冷却器2逐步冷却至-10～-20℃，进入脱乙烷塔4，脱乙烷塔4的目的是把DMTO原料气体1中的丙烯、丙烷及较重馏分脱除，避免丙烯、丙烷及较重馏分进入冷区，降低DMTO气体压缩机功耗及制冷压缩机功耗。脱乙烷塔4塔顶分出碳二及碳二以下脱乙烷塔塔顶轻组分3。脱乙烷塔塔顶轻组分3先经冷却器2与原料气体1换热后进入第五段气体压缩机5继续进行压缩，压力达到2.5-4.0MPa。脱乙烷塔4分出的脱乙烷塔塔底重组分13为碳三及碳三以上重组分，该重组分去脱丙烷塔、丙烯精馏塔，分离出丙烯产品。
经五段压缩后的脱乙烷塔塔顶轻组分3，由加氢预热器6预热至200～320℃进入加氢反应器7，加氢反应器7是一个绝热床反应器，气体流经催化剂床层，利用自身所含氢气进行加氢反应。加氢反应后物料经加氢后冷却器8及干燥器9，脱水至露点-50～70℃，干燥后的气体经冷却器2冷凝冷却至-10～15℃进入脱乙烷塔回流罐10，自脱乙烷塔回流罐10出来的脱乙烷塔回流罐顶气相11，去低温区，自脱乙烷塔回流罐10出来的脱乙烷塔回流罐底物流12回流至脱乙烷塔4塔顶。
脱乙烷塔回流罐顶气相11经冷却器2冷却冷凝到-40～-65℃后进入脱甲烷塔14，进料压力为2.5～3.5MPa。脱甲烷塔顶馏出物15经脱甲烷塔冷凝器16冷凝冷却到-90～-100℃后进入脱甲烷塔回流罐17，脱甲烷塔回流罐17冷凝物流经脱甲烷塔回流泵18增压后作为脱甲烷塔回流物流19送回脱甲烷塔塔顶回流，脱甲烷塔回流罐17罐顶不凝物为甲烷和氢20，甲烷和氢20回收冷量后作为燃料气使用。脱甲烷塔塔底物流21为不含甲烷的乙烯乙烷馏分去乙烯精馏塔，最终分离出合格乙烯产品。

Claims (1)

1.一种甲醇转化制取低碳烯烃气体的分离方法，其特征在于包括如下步骤：
1)原料气体为甲醇转化制取低碳烯烃气体，原料气体在四段压缩后，压力为2.5～3.5MPa，进行干燥，冷却至-10～-20℃，进入脱乙烷塔；
2)脱乙烷塔塔顶分出碳二及碳二以下轻组分，该轻组分与原料气体换热后进入第五段气体压缩机进行压缩，压缩后压力为2.5～4.0MPa；脱乙烷塔塔底分出碳三及碳三以上重组分，该重组分去脱丙烷塔、丙烯精馏塔，分离出丙烯产品；
3)第五段气体压缩机压缩后的轻组分，由加氢预热器预热至200～320℃进入加氢反应器，该加氢反应器是一个绝热床反应器，轻组分气体流经催化剂床层，利用自身所含氢气进行加氢反应；
4)经加氢反应器加氢反应后的物料经冷却及干燥后，脱水至露点-50℃～70℃，干燥后的气体冷却至-10～15℃，进入脱乙烷塔回流罐，脱乙烷塔回流罐出来的气相去步骤5，液相回流至脱乙烷塔塔顶；
5)自脱乙烷塔回流罐出来的气相冷却到-40～-65℃后进入脱甲烷塔，进料压力为2.5～3.5MPa，脱甲烷塔顶馏出物冷却至-90～-100℃进入脱甲烷塔回流罐，脱甲烷塔回流罐罐底冷凝物流送回脱甲烷塔塔顶回流，脱甲烷塔回流罐罐顶不凝物为甲烷和氢馏分，脱甲烷塔塔底物流为乙烯乙烷馏分去乙烯精馏塔，分离出乙烯产品。
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