CN101921161A - 甲醇制烯烃(mto)气体分离工艺流程 - Google Patents

甲醇制烯烃(mto)气体分离工艺流程 Download PDF

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Abstract

甲醇制烯烃(Methanol To Olefins，即MTO)气体分离工艺流程采用前脱碳三及分凝分馏技术，用碳三作洗涤剂，不使用乙烯冷剂。本发明工艺流程简单，具有投资低，操作费用低，乙烯损失少等优点，同时本发明也可适用于乙烯装置中的烃的分离。

Description

甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程
技术领域：
甲醇制烯烃(Methanol To Olefins简称MTO)气体分离工艺流程涉及煤化工、天燃气化工及石油化工领域，其中甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程一、二适用于组分较轻的分离工艺，甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程三适用于组分较重的分离工艺。
背景技术：
传统的乙烯和丙烯的来源主要是石油烃类蒸汽裂解，其原料主要是石脑油，而我国石油资源紧缺，这是制约我国乙烯工业的发展的主要原因。由于我国以煤为主的能源格局，使得一些业内人士对煤制烯烃等煤化工项目寄予很大希望。甲醇制烯烃工艺是指以煤基或天然气基合成的甲醇为原料，借助类似催化裂化装置的流化床反应形式，生产低碳烯烃的化工工艺技术。甲醇制烯烃工艺的主要产品是乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)，甲醇制烯烃成套技术由反应技术和分离技术组成。反应技术以催化剂的研制和反应器开发设计为核心，以甲醇为原料生产烯烃混合物；分离技术则是以反应产物为原料，经杂质脱除、压缩、分离等过程生产聚合级乙烯和丙烯产品，其核心是杂质脱除和分离流程的开发与设计。
在现有的甲醇制烯烃(MTO)分离工艺中，鲁姆斯工艺是比较成熟的工艺，该工艺是裂解气在四段压缩后经四个换热器将其冷却到-37℃，经过分离罐分离气液后分别进入到脱甲烷塔中脱甲烷。脱甲烷塔用丙烯塔塔底丙烷洗涤，洗涤的目的是回收乙烯，使乙烯损失降低。用丙烯塔塔底丙烷循环至脱甲烷塔洗涤，增加了脱甲烷塔、脱乙烷塔、丙烯塔的负荷及能耗增加，这是此工艺流程的不足之处。
发明内容：
针对现有技术的不足，北京麦科直通石化工程设计有限公司(Maxstone)提出三种节省能耗及固定投资的技术方案。若MTO气体组分较轻，采用甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程一、二进行分离，两工艺不使用乙烯冷剂，前脱碳三，且采用低压脱丙烷塔塔顶产品作洗涤剂，乙烯收率高，固定投资和操作费用均较低；若MTO气体组分较重，采用甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程三进行分离，该工艺采用前脱碳三技术，采用碳三 或碳三及以上混合组分作洗涤剂，增设洗涤塔，大大减少了脱甲烷塔的负荷，且不使用乙烯制冷机，能耗低，乙烯收率高，在重MTO气体组分分离工艺流程中具有极大的优势。
甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程一通过如下技术措施来实现：经干燥后的MTO烃气进入高压脱丙烷塔DA404B，塔顶较轻组分进入压缩机E-GB201压缩后，经脱甲烷塔塔底换热后采用丙烯冷剂逐级冷凝，进入脱甲烷塔，塔底产品进入低压脱丙烷塔DA404A进一步分离；DA404A塔顶产品经丙烯冷剂逐级冷凝至-21℃--37℃后进入脱甲烷塔作洗涤剂，塔底产品送入脱丁烷塔系统；脱甲烷塔DA301塔顶冷凝器采用-40℃丙烯冷剂冷凝，得到甲烷、氢气产品，塔底产品则送入脱乙烷塔。
甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程一具有以下优点：
1、低压脱丙烷塔塔顶产品直接进入脱甲烷塔，取消了乙烯制冷机，降低了能耗和固定投资。
2、低压脱丙烷塔塔顶产品不进入裂解气压缩机，降低了裂解气压缩机的功耗。
3、低压脱丙烷塔塔顶产品不进入高压脱丙烷塔，两塔之间没有物流循环，降低了固定投资及能耗。
4、由于上述措施，乙烯收率高，总能耗低。
甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程二通过如下技术措施来实现：经干燥后的MTO烃气进入高压脱丙烷塔DA404B，塔顶较轻组分进入压缩机E-GB201压缩后，经脱甲烷塔塔底换热后采用丙烯冷剂逐级冷凝，进入脱甲烷塔，塔底产品进入低压脱丙烷塔DA404A进一步分离；DA404A塔顶产品经丙烯冷剂逐级冷凝至-21℃--37℃后进入洗涤塔DA302作洗涤剂，塔底产品送入脱丁烷塔系统；脱甲烷塔DA301塔顶气体进入洗涤塔DA302，塔底产品则送入脱乙烷塔；洗涤塔DA302塔顶为甲烷、氢气，塔底产品进脱乙烷塔。
甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程二具有以下优点：
1.低压脱丙烷塔塔顶产品直接进入洗涤塔，取消了乙烯制冷机，降低了能耗和固定投资。
2.低压脱丙烷塔塔顶产品不进入脱甲烷塔，降低了脱甲烷塔的能耗和固定投资。
3.低压脱丙烷塔塔顶产品不进入裂解气压缩机，降低了裂解气压缩机的功耗。
4.低压脱丙烷塔塔顶产品不进入高压脱丙烷塔，两塔之间没有物流循环，降低了固定投资及能耗。
5.由于上述措施，乙烯收率高，总能耗低。
甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程三通过如下技术措施来实现：裂解气四段压缩后，经换热器冷却到一定温度，进入分离罐E-FA201，经分离罐E-FA201分离的气体经换热器E-EA203-E-EA206冷却，再经分离罐E-FA202分离，其气液分别进入脱甲烷塔；经分离罐E-FA201分离的液体直接进入分凝分馏系统，在分凝分馏系统内分离C3和C2及更轻组分，其中塔底产品C3作为洗涤剂进入洗涤塔，塔顶气体产品进入脱甲烷塔。脱甲烷塔塔顶产品去洗涤塔，塔底液体进入脱乙烷塔。洗涤塔用分凝分馏塔塔底C3作洗涤剂，塔顶产品为甲烷和氢气，塔底液体进入脱乙烷塔。
甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程三具有以下优点：
1.使用分凝分馏系统分离部分MTO气体，塔底主要成分是C3，作为洗涤塔的洗涤剂，塔顶主要是C2及更轻组分
2.脱甲烷塔后增设洗涤塔，降低了脱甲烷塔负荷及能耗
3.洗涤塔用分凝分馏系统塔底C3进行洗涤，而不采用丙烯塔塔底丙烷，降低了脱甲烷塔、脱乙烷塔及丙烯塔的负荷及能耗。
4.整个流程的冷剂采用丙烯和冷却水。不用乙烯制冷，减少了深冷制冷的过程
附图说明：
甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程一如图1所示。
图1中：E-EA401，E-EA402，E-EA403，E-EA404，E-EA405，E-EA201，E-EA202， E-EA203，E-EA204，E-EA1201，E-EA1202，E-EA1203，E-EA1204，E-EA301，E-EA302-换热器；E-FA401，E-FA402，E-FA201，E-FA301-分离罐；E-DA404A-高压脱丙烷塔；E-DA404B-低压脱丙烷塔；E-DA301-脱甲烷塔；E-GA404-泵；E-GB201裂解气压缩机。
甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程二如图2所示。
图2中：E-EA401，E-EA402，E-EA403，E-EA404，E-EA405，E-EA201，E-EA202，E-EA203，E-EA204，E-EA1201，E-EA1202，E-EA1203，E-EA1204，E-EA301，E-EA302，E-EA303，E-EA304-换热器；E-FA401，E-FA402，E-FA201，E-FA301，E-FA302-分离罐；E-DA404A-高压脱丙烷塔；E-DA404B-低压脱丙烷塔；E-DA301-脱甲烷塔；E-DA302-洗涤塔；E-GA404-泵；E-GB201裂解气压缩机。
甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程三如图3所示。
图3中：E-EA201、E-EA202、E-EA203、E-EA204、E-EA205、E-EA206：换热器，E-FA201、E-FA202：分离罐，E-DA201：分凝分馏塔，E-DA202：脱甲烷塔，E-EA207：脱甲烷塔顶冷凝器，E-FA203：脱甲烷塔顶分离罐，E-EA202、E-EA208：脱甲烷塔底再沸器，E-DA203：洗涤塔，E-EA209：洗涤塔冷凝器，E-FA204：洗涤塔顶分离罐，E-EA210：洗涤塔底再沸器。
甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程一具体实施方式
经干燥后的气相和液相MTO烃气进入高压脱丙烷塔DA404B，塔顶较轻气体进入压缩机E-GB201压缩后，经脱甲烷塔塔底换热，采用丙烯冷剂逐级冷凝至-21℃--37℃后进入脱甲烷塔，塔底产品进入低压脱丙烷塔DA404A进一步分离；DA404A塔顶产品经丙烯冷剂逐级冷凝至-21℃--37℃后进入脱甲烷塔作洗涤剂，塔底产品送入脱丁烷塔系统；脱甲烷塔DA301塔顶冷凝器采用-40℃冷剂冷凝，得到甲烷、氢气产品，塔底产品则送入脱乙烷塔。
实施例1
经干燥后的气相和液相MTO烃气进入高压脱丙烷塔DA404B，塔顶较轻气体进入压 缩机E-GB201压缩后，经脱甲烷塔塔底换热，采用丙烯冷剂逐级冷凝至-37℃后进入脱甲烷塔，塔底产品进入低压脱丙烷塔DA404A进一步分离；DA404A塔顶产品经丙烯冷剂逐级冷凝至-37℃后进入脱甲烷塔作洗涤剂，塔底产品送入脱丁烷塔系统；脱甲烷塔DA301塔顶冷凝器采用-40℃冷剂冷凝，得到甲烷、氢气产品，塔底产品则送入脱乙烷塔。
表1实施例1计算结果
  名称   高压丙烷  塔气相进  料   高压丙烷  塔液相进  料   洗涤剂  进料   脱甲烷  塔气相  进料   脱甲烷  塔液相  进料   脱甲烷  塔顶出  料   脱甲烷  塔底出  料
  相态   气相   液相   液相   气相   液相   气相   液相
  温度/℃   11.30   12.70   -37.00   -37.00   -37.00   -37.00   13.00
  压力/MPaG   1.857   2.437   2.57   2.72   2.72   2.64   2.68
  摩尔流量  Kmol/H   1004.87   1668.38   640.10   72.24   1734.12   108.79   2337.67
  摩尔组成
  H2   0.0488   0.0031   0.0000   0.4241   0.0136   0.4983   0.0000
  CO   0.0037   0.0001   0.0000   0.0155   0.0016   0.0357   0.0000
  CH4   0.0322   0.0021   0.0000   0.0650   0.0180   0.3275   0.0001
  C2H2   0.0001   0.0001   0.0000   0.0001   0.0001   0.0000   0.0001
  C2H4   0.6165   0.3338   0.0036   0.4244   0.6594   0.0023   0.5031
  C2H6   0.0204   0.0140   0.0013   0.0102   0.0244   0.0005   0.0187
  C3H4   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
  C3H6   0.2300   0.4545   0.8613   0.0257   0.2514   0.0662   0.4201
  C3H8   0.0249   0.0516   0.1058   0.0021   0.0249   0.0070   0.0472
  C4H6   0.0000   0.0002   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
  C4H8   0.0113   0.0985   0.0038   0.0000   0.0005   0.0000   0.0014
  NC4   0.0012   0.0089   0.0007   0.0000   0.0004   0.0000   0.0005
  NC5   0.0000   0.0007   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
  NC7   0.0002   0.0194   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
  C6H6   0.0000   0.0001   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
  C7H8   0.0000   0.0019   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
  DME   0.0042   0.0106   0.0237   0.0002   0.0031   0.0008   0.0088
  C2H4O   0.0000   0.0001   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
  C3H6O   0.0000   0.0001   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
  O2   0.0001   0.0000   0.0000   0.0003   0.0000   0.0009   0.0000
  N2   0.0064   0.0001   0.0000   0.0324   0.0025   0.0607   0.0000
甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程二具体实施方式
经干燥后的气相和液相MTO烃气进入高压脱丙烷塔DA404B，塔顶较轻组分进入压缩机E-GB201压缩后，经脱甲烷塔塔底换热后采用丙烯冷剂逐级冷凝，进入脱甲烷塔，塔底产品进入低压脱丙烷塔DA404A进一步分离；DA404A塔顶产品经丙烯冷剂逐级冷凝至-21℃--37℃后进入洗涤塔DA302作洗涤剂，塔底产品送入脱丁烷塔系统；脱甲烷塔DA301塔顶气体进入洗涤塔DA302，塔底产品则送入脱乙烷塔；洗涤塔DA302塔顶为甲烷、氢气，塔底产品进脱乙烷塔。
甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程三具体实施方式
MTO气体组分四段压缩后，经换热器冷却至一定温度进入分离罐E-FA201，分离出气体经换热器E-EA203-E-EA206冷却，再经分离罐E-FA202分离，其气液分别进入到脱甲烷塔中，分离罐E-FA201馏出的液体进入分凝分馏塔。在分凝分馏塔塔内分离C3和C2及更轻组分，其中塔底C3作为洗涤剂进入洗涤塔，塔顶气体进入脱甲烷塔。脱甲烷塔塔顶气体去洗涤塔，塔底液体进入脱乙烷塔。洗涤塔用分凝分馏塔塔底C3作洗涤剂，塔顶产品为甲烷、氢气，塔底液体进入脱乙烷塔。
本专利保护应用范围不仅包括甲醇制烯烃气体分离，还包括醚制烯烃气体分离、轻烃分离(如乙烯装置)等，凡本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
表2实施例2计算结果
  物流   MTO产品  气四段压  缩后   分离罐  E-FA201底  部出料   分凝分馏  系统顶部  出料   分凝分馏  系统底部  出料   脱甲烷塔  塔顶出料   洗涤塔  塔顶出      料
  相态   气相   液相   气相   液相   气相   气相
  温度/℃   48.50   29.50   -7.69   68.88   -37.00   -32.08
  压力/MPaG   2.91   2.91   2.90   2.93   2.90   2.80
  平均分子量   33.89   37.46   28.38   42.30   20.40   12.72
  流量  Kmol/H   2431.00   591.20   205.29   385.92   237.64   110.95
  摩尔分率
  H2   0.0223   0.0021   0.0060   0.0000   0.2281   0.4886
  CO   0.0016   0.0003   0.0007   0.0000   0.0164   0.0351
  CH4   0.0148   0.0042   0.0120   0.0000   0.1507   0.3181
  C2H2   0.0001   0.0001   0.0002   0.0000   0.0001   0.0000
  C2H4   0.4825   0.3175   0.9046   0.0052   0.5595   0.0150
  C2H6   0.0180   0.0146   0.0365   0.0030   0.0139   0.0013
  C3H4   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
  C3H6   0.4050   0.5779   0.0363   0.8660   0.0045   0.0763
  C3H8   0.0453   0.0688   0.0025   0.1040   0.0002   0.0079
  C4H6   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
  C4H8   0.0006   0.0015   0.0000   0.0023   0.0000   0.0000
  C4H10   0.0001   0.0002   0.0000   0.0004   0.0000   0.0000
  DME   0.0070   0.0125   0.0001   0.0191   0.0000   0.0007
  N2   0.0026   0.0004   0.0010   0.0000   0.0266   0.0570

Claims (8)

1.本发明专利甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程包括三个工艺流程：
甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程一，其特征是：前双塔脱丙烷，采用低压脱丙烷塔塔顶物流作脱甲烷塔的洗涤剂，包括以下步骤：
1)、经干燥后的MTO烃气流体进入高压脱丙烷塔DA404B。
2)、高压脱丙烷塔DA404B塔顶较轻气体进入压缩机E-GB201压缩，经脱甲烷塔塔底换热，采用丙烯冷剂逐级冷凝至-21℃--37℃后，进入脱甲烷塔。
3)、高压脱丙烷塔DA404B塔底产品进入低压脱丙烷塔DA404A进一步分离。
4)、低压脱丙烷塔DA404A塔顶物流经丙烯冷剂逐级冷凝至-21℃--37℃后进入脱甲烷塔作洗涤剂，塔底产品送入脱丁烷塔系统。
5)、脱甲烷塔DA301塔顶冷凝器采用-40℃丙烯冷剂冷凝，得到甲烷、氢气产品，塔底产品则送入脱乙烷塔。
甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程二，其特征是：前脱碳三，增设一洗涤塔，低压脱丙烷塔塔顶产品进入洗涤塔，塔顶产品为甲烷、氢气，塔底产品进入脱乙烷塔，包括以下步骤：
1)、经干燥后的MTO烃气流体进入高压脱丙烷塔DA404B。
2)、高压脱丙烷塔DA404B塔顶较轻气体进入压缩机E-GB201压缩，经脱甲烷塔塔底换热，采用丙烯冷剂逐级冷凝至-21℃--37℃后，进入脱甲烷塔。
3)、高压脱丙烷塔DA404B塔底产品进入低压脱丙烷塔DA404A进一步分离。
4)、低压脱丙烷塔DA404A塔顶产品经丙烯冷剂逐级冷凝至-21℃--37℃后进入洗涤塔DA302作洗涤剂，塔底产品送入脱丁烷塔系统。
5)、脱甲烷塔DA301塔顶气体进入洗涤塔DA302，塔底产品则送入脱乙烷塔。
6)、洗涤塔DA302塔顶采用-40℃丙烯冷剂冷却，塔顶为甲烷、氢气，塔底产品进脱乙烷塔。
甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程三，其特征是：采用分凝分馏系统，以碳三为洗涤剂，包括以下步骤：
1)、MTO烃气四段压缩后，经换热器冷却至一定温度，经分离罐E-FA201分离。
2)、气液分离后，液体进分凝分馏系统，气体进一步冷却至一定温度，经分离罐E-FA202分离出气、液两相分别进入脱甲烷塔。
3)、分凝分馏系统顶部出来的轻组分进入脱甲烷塔，底部液体作洗涤剂进入洗涤塔。
4)脱甲烷塔塔顶气体进入洗涤塔，回收乙烯，塔底液体进脱乙烷塔。
5)、洗涤塔塔顶产品为甲烷、氢气，塔底产品进脱乙烷塔。
2.根据权利要求1，甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程一，其特征在于：从低压脱丙烷塔塔顶出来的物流一部分直接进入脱甲烷塔塔顶作洗涤剂。
3.根据权利要求1，甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程二，其特征在于：从低压脱丙烷塔塔顶出来部分物流用泵E-GA404送入洗涤塔。
4.根据权利要求1，甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程二，其特征在于：脱甲烷塔只控制塔底甲烷的含量，塔顶气体进入洗涤塔。
5.根据权利要求1，甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺流程三，其特征在于：增加分凝分馏系统，使部分裂解气中的C3和C2及更轻组分分开，底部C3组分作洗涤塔的洗涤剂，分凝分馏系统顶部气体直接进脱甲烷塔。
6.根据权利要求1，甲醇制烯烃(MTO)气体分离工艺三，其特征在于：脱甲烷塔塔顶气体进洗涤塔洗涤回收乙烯，脱甲烷塔塔底液体和洗涤塔塔底液体分别进脱乙烷塔。
7.凡是从脱丙烷塔系统抽出一股以碳三为主或碳三及以上混合组分为洗涤剂的均属本专利保护范围之类。
8.本专利保护应用范围不仅包括甲醇制烯烃气体分离，还包括醚制烯烃气体分离、轻烃分离(如乙烯装置)等，凡本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
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