CN104098419A - 煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统及方法。系统包括合成气制甲醇系统、甲醇制低碳烯烃系统、烯烃分离系统、天然气制合成气系统、煤制合成气系统、催化剂再生系统及烟气分离系统；合成气制甲醇系统有合成气进气口和甲醇出料口；甲醇制低碳烯烃系统有甲醇进料口，MTO产品气排气口和待生催化剂出料口；烯烃分离系统有MTO产品气进气口，及与MTO产品气进气口相连的脱甲烷塔；天然气制合成气系统有天然气进气口和第一合成气排气口，天然气进气口与脱甲烷塔顶气出口相连；煤制合成气系统有第二合成气排气口；催化剂再生系统有再生烟气出口；烟气分离系统有再生烟气进气口及一氧化碳排气口。该系统能减少生产烯烃的原料耗量。

Description

煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统及方法

技术领域

本发明涉及化工合成领域，具体而言，涉及一种煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统及方法。

背景技术

乙烯、丙烯等低碳烯烃是重要的石油化工基础原料。生产低碳烯烃的方法主要包括石脑油、轻柴油和加氢尾油蒸汽裂解，其中以石脑油蒸汽裂解为主。在我国，生产低碳烯烃的原料主要为石油，乙烯、丙烯等产品的产量不能满足市场需求，不得不长期进口大量乙烯和丙烯来弥补市场缺口。随着我国经济的快速发展，石油供需矛盾日益突出，原油的对外依存度逐年增加。

甲醇制烯烃技术(Methanol to olefins，MTO)是通过甲醇制取低碳烯烃的新技术。2010年8月，煤基甲醇制烯烃技术在世界范围内首次实现工业化。我国的化石能源资源结构特点为富煤、少气、贫油，煤基甲醇制烯烃技术的工业化有利于实现煤对进口石油的部分替代，保证我国的能源安全。但是，煤基甲醇制烯烃路线存在两个难以解决的缺陷，即二氧化碳排放高和水资源消耗量大。我国煤炭资源主要分布在中西部(内蒙古、新疆、山西等)，这些省份正是水资源非常匮乏的地区，在水资源匮乏的情况下发展煤化工产业可能会对当地的生态造成负面影响。煤炭的氢碳比一般较低，视煤龄的长短介于0.7～1.2。合成气制甲醇时，要求氢气与一氧化碳的摩尔比稍大于2。为使合成气的组成满足要求，需要通过一氧化碳从水中变换出氢气同时生成二氧化碳，这是煤化工产业二氧化碳排放量高的主要原因。

国外普遍采用天然气作为原料经合成气生产甲醇。以蒸汽转化法为例，3.0MPa(绝压)、水碳比为3.0、反应温度为1100℃的情况下，甲烷的转化率可以达到96％，制得合成气的平衡组成中氢气/一氧化碳比可达7.1。将煤制合成气与天然气制合成气装置联用，则可以相互弥补氢气和一氧化碳的余缺，避免煤制合成气时一氧化碳变换进一步造成的二氧化碳排放。CN202744473 U公开了一种以煤和天然气为原料制烯烃的多联产装置，由煤气化炉、净化装置、脱硫塔、天然气重整反应器、压缩机、合成气混合器、精脱硫塔，甲醇合成塔、甲醇精馏塔、燃气轮机联合发电装置、MTO装置和循环压缩机组成。该装置改善了煤制烯烃工艺氢碳比严重不平衡的问题，减少了天然气的消耗量、系统的能耗、CO₂排放和降低成本。由于我国天然气短缺，2007年国家规定气将主要供应城市燃气，不得用于化工用途。但是随着页岩气革命的深入，国际市场上天然气价格将长期在低位徘徊，这有利于我国从国际市场上进口低价天然气。另外，我国的富煤省份如新疆临近哈萨克斯坦，内蒙古和黑龙江与俄罗斯接壤，便于天然气的进口。煤矿开采中副产的煤层气也可以作为天然气的来源。因此，将煤制合成气与天然气制合成气装置联用是具备可行性的。

在甲醇制低碳烯烃的过程中，催化剂易积碳失活，因此需频繁再生以保持反应器内的反应活性。甲醇制烯烃催化剂再生时一般保留少量的积碳，这种不完全再生的方式有助于避免或缩短反应的诱导期，提高低碳烯烃的收率，同时也使再生烟气中的一氧化碳含量较高。甲醇制烯烃装置再生烟气目前一般采用直接焚烧、回收热量的处理方式。这种处理方式会增大了碳的排放量，同时将烟气中的粉尘也容易随之排入大气，造成二次污染。再生烟气中含量较高的一氧化碳是合成气的主要成分之一，可以用作合成气制甲醇的原料，如能将其回收利用可以进一步降低生产烯烃的原料单耗，节约资源。

此外，在甲醇制烯烃产品气中含有一定的甲烷、氢气、乙烷及丙烷等，现有工艺一般将这部分气体直接从火炬中燃烧排放，这样不仅经济性差，也会增加大气中的二氧化碳排放。

发明内容

本发明旨在提供一种煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统及方法，以解决现有技术中生产单位质量烯烃的原料消耗量及碳排放量高的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统，其包括：合成气制甲醇系统，设有合成气进气口和甲醇出料口；甲醇制低碳烯烃系统，设有与合成气制甲醇系统的甲醇出料口相连的甲醇进料口，以及MTO产品气排气口和待生催化剂出料口；烯烃分离系统，与甲醇制低碳烯烃系统相连，设有与MTO产品气排气口相连的MTO产品气进气口，以及与MTO产品气进气口相连的脱甲烷塔，脱甲烷塔上设有脱甲烷塔顶气出口与脱甲烷塔底出料口；天然气制合成气系统，设有天然气进气口、第一水蒸气进气口和第一合成气排气口，天然气进气口与烯烃分离系统中脱甲烷塔的脱甲烷塔顶气出口相连，第一水蒸气进气口与水蒸气供应装置相连，第一合成气排气口与合成气制甲醇系统的合成气进气口相连；煤制合成气系统，设有煤粉进口、氧气进气口、第二水蒸气进气口和第二合成气排气口，第二合成气排气口与第一合成气排气口和合成气制甲醇系统的合成气进气口之间的流路相连通；催化剂再生系统，与甲醇制低碳烯烃系统的待生催化剂出料口相连，设有再生烟气出口；烟气分离系统，设有与催化剂再生系统的再生烟气出口相连的再生烟气进气口，以及与脱甲烷塔的脱甲烷塔顶气出口和天然气制合成气系统的天然气进气口之间的流路相连通的一氧化碳排气口。

进一步地，烯烃分离系统还包括：脱丙烷塔，设有与MTO产品气进气口相连的脱丙烷塔进料口，与脱甲烷塔的脱甲烷塔进气口相连的脱丙烷塔顶排气口，以及与C4+烯烃储罐相连的脱丙烷塔底出料口；脱乙烷塔，设有与脱甲烷塔的脱甲烷塔底出料口相连的脱乙烷塔进料口，与乙烯储罐相连的脱乙烷塔顶排气口，以及与丙烯储罐相连的脱乙烷塔底出料口。

进一步地，烯烃分离系统还包括：乙烯精馏塔，设有与脱乙烷塔顶出料口相连的乙烯精馏塔进料口，与乙烯储罐相连的乙烯塔顶排气口，以及与乙烷储罐相连的乙烯塔底出料口；丙烯精馏塔，设有与脱乙烷塔底出料口相连的丙烯精馏塔进料口，与丙烯储罐相连的丙烯塔顶排气口，以及与丙烷储罐相连的丙烯塔底出料口。

进一步地，在乙烯精馏塔的乙烯塔底出料口的出料流路上，以及丙烯精馏塔的丙烯塔底出料口的出料流路上设置有脱氢反应器；脱氢反应器上设有与乙烯塔底出料口相连的脱氢反应器进料口，以及与甲醇制低碳烯烃系统的MTO产品气排气口和烯烃分离系统的MTO产品气进气口之间的流路相连通的脱氢反应器出料口，丙烯塔底出料口与脱氢反应器进料口和乙烯塔底出料口之间的流路相连通。

进一步地，脱氢反应器的进料流路上设有换热器，换热器设有：第一换热液进料口，与乙烯塔底出料口相连，丙烯塔底出料口与第一换热液进料口和乙烯塔底出料口之间的流路相连通；第一换热液出料口，与脱氢反应器进料口相连；第二换热液进料口，与催化剂再生系统的再生烟气出口相连；第二换热液出料口，与烟气分离系统的再生烟气进气口相连。

进一步地，烟气分离系统包括：气固分离装置，设有与催化剂再生系统的再生烟气出口或可选的换热器的第二换热液出料口相连的再生烟气进气口，以及脱固气体排气口；气体分离装置，设有与脱固气体排气口相连的脱固气体进气口及与脱甲烷塔的脱甲烷塔顶气出口和天然气制合成气系统的天然气进气口之间的流路相连通的一氧化碳排气口。

进一步地，气固分离装置为急冷塔。

进一步地，气体分离装置为分子筛变压吸附装置或膜分离装置。

进一步地，气体分离装置为分子筛变压吸附装置时，所使用的吸附剂为4A分子筛，优选为担载铜的4A分子筛。

根据本发明的另一方面，提供了一种煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃的方法，其是应用上述的煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统制备低碳烯烃。

应用本发明的煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统及方法，能够把催化剂再生系统中所产生的一氧化碳经烟气分离系统分离提纯出来，还能够通过脱甲烷塔把MTO产品气中的甲烷和氢气分离出来，并使这些分离出来的一氧化碳、甲烷和氢气返回天然气制合成气系统中继续制备合成气，以向后续的合成气制甲醇系统提供原料。上述系统使得原本被浪费的一氧化碳、甲烷和氢气得到了再次利用，有利于降低甲醇制烯烃工艺中生产单位质量烯烃的原料的耗量，并减少向大气中的二氧化碳排放量。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统的流程示意图；

图2示出了根据本发明一种实施例中煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

正如背景技术部分所介绍的，现有的天然气基或煤基甲醇制低碳烯烃工艺中存在的生产单位质量烯烃原料消耗量高及产生的碳排放高的问题。为了解决这些问题，本发明发明人提供了一种煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统，如图1所示，其包括合成气制甲醇系统10、甲醇制低碳烯烃系统20、烯烃分离系统30、天然气制合成气系统40、煤制合成气系统50、催化剂再生系统60以及烟气分离系统70；其中，合成气制甲醇系统10设有合成气进气口和甲醇出料口；甲醇制低碳烯烃系统20设有与合成气制甲醇系统10的甲醇出料口相连的甲醇进料口，以及MTO产品气排气口和待生催化剂出料口；烯烃分离系统30与甲醇制低碳烯烃系统20相连，设有与MTO产品气排气口相连的MTO产品气进气口，以及与MTO产品气进气口相连的脱甲烷塔310，脱甲烷塔310上设有脱甲烷塔顶气出口与脱甲烷塔底出料口；天然气制合成气系统40设有天然气进气口、第一水蒸气进气口和第一合成气排气口，天然气进气口与烯烃分离系统30中脱甲烷塔310的脱甲烷塔顶气出口相连，第一水蒸气进气口与水蒸气供应装置相连，第一合成气排气口与合成气制甲醇系统10的合成气进气口相连；煤制合成气系统50设有煤粉进口、氧气进气口、第二水蒸汽进气口和第二合成气排气口，第二合成气排气口与第一合成气排气口和合成气制甲醇系统10的合成气进气口之间的流路相连通；催化剂再生系统60与甲醇制低碳烯烃系统20的待生催化剂出料口相连，设有再生烟气出口；烟气分离系统70设有与催化剂再生系统60的再生烟气出口相连的再生烟气进气口，以及与脱甲烷塔310的脱甲烷塔顶气出口和天然气制合成气系统40的天然气进气口之间的流路相连通的一氧化碳排气口。

在上述煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃的系统中所使用的合成气制甲醇系统10、甲醇制低碳烯烃系统20、烯烃分离系统30、天然气制合成气系统40、煤制合成气系统50、催化剂再生系统60和烟气分离系统70均可采用现有设备，只要按照本申请所给出的连接关系进行连接即可。

在本发明所提供的煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统中，能够把催化剂再生系统60中所产生的一氧化碳经烟气分离系统70分离提纯出来，还能够通过脱甲烷塔310把MTO产品气中的甲烷和氢气分离出来，并使这些分离出来的一氧化碳、甲烷和氢气返回天然气制合成气系统40中继续制备合成气，以向后续的合成气制甲醇系统10提供原料。上述系统使得原本被浪费的一氧化碳、甲烷和氢气得到了再次利用，有利于降低生产单位质量烯烃的原料耗量，并减少向大气中排放的二氧化碳量。

在实际操作过程中，可以将上述分离出来的一氧化碳、甲烷和氢气直接通过脱甲烷塔310的脱甲烷塔顶气出口和天然气制合成气系统40的合成气进气口之间的流路通入天然气制合成气系统40中，以制备合成气。优选地，将上述脱甲烷塔310的脱甲烷塔顶气出口和烟气分离系统70一氧化碳排气口与天然气供应装置的进气口相连，将天然气供应装置的排气口与天然气制合成气系统40的天然气进气口相连，以将上述分离出来的一氧化碳、甲烷和氢气与天然气混合后共同作为制备合成气的原料。更优选地，天然气制合成气系统40的天然气进气口的进料流路上还设置有天然气净化装置，用以脱除天然气中携带的酸性杂质气体，如硫化氢、硫醇、硫醚、二硫化碳及二氧化碳等。

上述煤制合成气系统50采用本领域常用的煤制合成气系统即可。优选地，上述煤制合成气系统50的气化炉内设置有水冷壁，水冷壁中设有中压除氧水入口和水蒸汽出口；其中，水蒸汽出口与天然气制合成气系统40的第一水蒸气进气口相连。在煤制合成气系统50中进行的反应为放热反应，在天然气制合成气系统40中进行的反应为吸热反应。将中压除氧水通过中压除氧水入口通入煤制合成气系统50的水冷壁后，能够形成水蒸气。这些水蒸气通过水冷壁的水蒸汽出口进入天然气制合成气系统40的第一水蒸气进气口后，能够发生反应形成合成气。这样能够进一步减少能量损耗。

在本发明的一种优选的实施方式中，如图2所示，上述烯烃分离系统30还包括脱丙烷塔320和脱乙烷塔330；其中，脱丙烷塔320设有与MTO产品气进气口相连的脱丙烷塔进料口，与脱甲烷塔310的脱甲烷塔进气口相连的脱丙烷塔顶排气口，以及与C4+烯烃储罐相连的脱丙烷塔底出料口；脱乙烷塔330设有与脱甲烷塔310的脱甲烷塔底出料口相连的脱乙烷塔进料口，与乙烯储罐相连的脱乙烷塔顶排气口，以及与丙烯储罐相连的脱乙烷塔底出料口。

术语“C4+烯烃”是指含碳原子个数大于等于4的烯烃，比如正丁烯、正戊稀等。利用脱丙烷塔320和脱乙烷塔330，能够将MTO产品气中的烯烃进一步分离开来：从脱甲烷塔310的塔顶可以得到甲烷、氢气；从脱丙烷塔底出料口可以得到C4+烯烃产物，从脱乙烷塔顶出料口可以得到乙烯产品和夹杂其中的少量乙烷，从脱乙烷塔底出料口可以得到丙烯产品和夹杂其中的少量丙烷。在本发明的一种更优选的实施方式中，烯烃分离系统30还包括乙烯精馏塔340和丙烯精馏塔350；其中，乙烯精馏塔340设有与脱乙烷塔顶出料口相连的乙烯精馏塔进料口，与乙烯储罐相连的乙烯塔顶排气口，以及与乙烷储罐相连的乙烯塔底出料口；丙烯精馏塔350设有与脱乙烷塔底出料口相连的丙烯精馏塔进料口，与丙烯储罐相连的丙烯塔顶排气口，以及与丙烷储罐相连的丙烯塔底出料口。在脱乙烷塔塔顶和塔底分别设置乙烯精馏塔340和丙烯精馏塔350，能够进一步对脱乙烷塔顶出料口和脱乙烷塔底出料口排出的产品进行分离提纯。经分离后，从乙烯精馏塔340的乙烯塔顶排气口能够得到较为纯净的乙烯产品，在丙烯精馏塔350的丙烯塔顶排气口能够得到较为纯净的聚合级丙烯产品。更优选地，如图2所示，上述烯烃分离系统30还包括丁烯精馏塔370，该丁烯精馏塔370上设有与脱丙烷塔320的脱丙烷塔底出料口相连的丁烯塔进料口，与丁烯储罐相连的丁烯塔顶出料口，及与C5+组分储罐相连的丁烯塔低出料口。此处的C5+组分是指是指含碳原子个数大于等于5的烃类组分。通过丁烯精馏塔370能够进一步将丁烯分离出来以作他用。

本发明的上述系统中，为了使乙烯精馏塔340的乙烯塔底出料口排出的乙烷，及丙烯精馏塔350的丙烯塔底出料口排出的丙烷得到有效再利用，优选地，在乙烯精馏塔340的乙烯塔底出料口的出料流路上，以及丙烯精馏塔350的丙烯塔底出料口的出料流路上设置有脱氢反应器360；脱氢反应器360上设有与乙烯塔底出料口相连的脱氢反应器进料口，以及与甲醇制低碳烯烃系统20的MTO产品气排气口和烯烃分离系统30的MTO产品气进气口之间的流路相连通的脱氢反应器出料口，丙烯塔底出料口与脱氢反应器进料口和乙烯塔底出料口之间的流路相连通。将上述乙烯精馏塔340和丙烯精馏塔350得到的乙烷和丙烷通过脱氢反应器360，能够对这些乙烷和丙烷进行脱氢化处理，使之形成乙烯和丙烯。这就有利于提高低碳烯烃的产量，并降低大气中的二氧化碳排放量。

本发明的上述系统中，从乙烯精馏塔340的乙烯塔底出料口排出的乙烷，及丙烯精馏塔350的丙烯塔底出料口排出的丙烷可以直接被通入脱氢反应器360中进行脱氢化反应。一种优选的实施方式中，可以在进入脱氢反应器360之前，先使丙烷和乙烷进入加热器中进行预热，以加快脱氢化反应的速率。一种更为优选的实施方式中，上述脱氢反应器360的进料流路上设有换热器361，换热器361设有第一换热液进料口、第一换热液出料口、第二换热液进料口及第二换热液出料口。其中第一换热液进料口作为乙烷和丙烷的进气口使用，第二换热液进料口作为换热介质的进料口使用。更优选地，上述第一换热液进料口与乙烯塔底出料口相连，丙烯塔底出料口与第一换热液进料口和乙烯塔底出料口之间的流路相连通；第一换热液出料口与脱氢反应器进料口相连；第二换热液进料口与催化剂再生系统60的再生烟气出口相连；第二换热液出料口与烟气分离系统70的再生烟气进气口相连。从催化剂再生系统60中排出的再生烟气具有较高的温度，以其作为换热介质对乙烷和丙烷进行预热，能够减少能耗，节约生产成本。

本发明的上述系统中，采用的烟气分离系统70只要能将再生烟气中的一氧化碳分离出来即可。一种优选的实施方式中，上述烟气分离系统70包括气固分离装置710和气体分离装置720，该气固分离装置710设有与催化剂再生系统60的再生烟气出口或可选的换热器361的第二换热液出料口相连的再生烟气进气口，以及脱固气体排气口；该气固分离装置710优选采用急冷塔。利用上述气固分离装置710，能够将再生烟气中携带的固态催化剂颗粒去除，提高再生烟气中的气体纯度。而上述气体分离装置720设有与气固分离装置710的脱固气体出气口相连的脱固气体进料口，以及与脱甲烷塔310的脱甲烷塔顶气出口和天然气制合成气系统40的合成气进气口之间的流路相连通的一氧化碳排气口。利用气体分离装置720可以得到更为纯净的一氧化碳。

当烟气分离系统70包括上述结构时，优选气体分离装置720为分子筛变压吸附装置(应用分子筛变压吸附技术)或膜分离装置(应用膜分离技术)，更优选气体分离装置720为分子筛变压吸附装置时，所使用的吸附剂为4A分子筛，尤其优选为担载铜的4A分子筛，担载铜的4A分子筛作为吸附剂使用能够提高惰性气体的分离效率。

另外，本发明还提供了一种煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃的方法，其是应用上述的煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统制备所述低碳烯烃。应用上述系统制备低碳烯烃时，能够把催化剂再生系统中所产生的一氧化碳经烟气分离系统分离提纯出来，还能够通过脱甲烷塔把MTO产品气中的甲烷和氢气分离出来，并使这些分离出来的一氧化碳、甲烷和氢气返回天然气制合成气系统中继续制备合成气，以向后续的合成气制甲醇系统提供原料。上述系统使得原本被浪费的一氧化碳、甲烷和氢气得到了再次利用，有利于降低甲醇制烯烃工艺生产单位质量烯烃的原料耗量，并减少向大气中的二氧化碳排放量。

在实际操作过程中，本领域技术人员有能力选择系统中每一个装置的具体操作工艺。一种优选的实施方式中，以天然气制合成气系统制备合成气的过程中，天然气进气口的进气量和水蒸汽进气口的进气量的摩尔比为1:2～4，天然气制合成气系统中反应温度为600～1200℃，反应压力为2～3Mpa绝压。采用脱氢反应器对由乙烯塔底出料口排出的乙烷和由丙烯塔底出料口排出的丙烷进行脱氢化处理时，脱氢反应的反应温度为200～700℃，反应压力为0.1～3MPa(G，绝压)，优选反应温度为300～350℃，反应压力为0.2～0.3MPa(G)；采用的脱氢催化剂为过渡金属氧化物催化剂、过渡金属氧化物混合物催化剂、碱金属类催化剂、碱土金属催化剂或贵金属类催化剂，优选活性成分为NiO，含量为5～30wt％的催化剂，助催化剂为TiO₂，含量为5～8％，载体为Al₂O₃。采用分子筛变压吸附装置对再生烟气进行气体分离处理时，吸附压力为1～2MPa(G)，脱附压力为0.01～0.02MPa(G)。

在采用本发明上述煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统制备低碳烯烃时，可以将分离出来的一氧化碳、甲烷和氢气与天然气供应装置中出来的天然气混合后，共同作为制备合成气的原料。天然气和分离出来的一氧化碳、甲烷和氢气的混合气中通常存在着少量的酸性杂质气体，如硫化氢、硫醇、硫醚、二硫化碳及二氧化碳等，在将上述混合气进入天然气制合成气系统之前，先经过天然气净化装置进行净化处理，以脱除这些酸性杂质气体。同时，来自煤制合成气系统和天然气制合成气系统的两股合成气的混合气也含有二氧化碳、硫化氢等酸性气体，该股气流在进入合成气制甲醇装置之前也优选先进行净化处理。具体的净化方式可以采用醇胺法、砜胺法或冷甲醇法；优选采用冷甲醇法进行净化处理；更优选地，采用冷甲醇法，在-40～-65℃温度，3～5.5MPa(G)压力下进行净化处理。

本发明的上述方法中，采用催化剂再生系统对甲醇制低碳烯烃系统中产生的待生催化剂进行再生处理时，可采用空气、富氧空气、氧气/二氧化碳混合气作为烧焦主风，优选采用富氧空气作为烧焦主风，氧气含量为21～50vol％，再生温度为650～800℃。采用富氧空气作为烧焦主风，能够扩大再生器内置旋风分离器入口线速的调节范围，提高气固分离效率。

以下将进一步结合实施例说明本发明的有益效果：

实施例1

本实施例是利用煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统制备低碳烯烃。

将烟气分离系统的一氧化碳排气口排出的一氧化碳、天然气制合成气系统中脱甲烷塔的脱甲烷塔顶气出口排出的甲烷和氢气与天然气供应装置中的天然气混合后，经压缩机压缩至5.5 MPa(G)，形成混合气。将该混合气通过天然气净化装置，使其与温度为-65℃、压力为5.5MPa(G)的甲醇接触，使混合气中携带的酸性气体被甲醇吸收，得到净化后的混合气。将净化后的混合气压缩后通入天然气制合成气系统，同时向天然气制合成气系统内通入水蒸气，在1000、2.5MPa(G)及水碳摩尔比为3.0的条件下反应生成合成气。惰性气体输送的煤粉、水蒸气和氧气进入煤制合成气系统，在1300℃，6.5MPa条件下反应生成合成气。

出煤制合成气系统的合成气与出天然气制合成气系统的合成气混合后，将混合的合成气降温、净化后，经压缩进入合成气制甲醇系统，在300℃，8.0MPa(G)条件下反应生成粗甲醇。将该粗甲醇通入甲醇精馏塔进行提纯后，向其中混合10wt％的水，形成MTO级甲醇。将MTO级甲醇通入甲醇制低碳烯烃系统，在470℃温度、0.22MPa(G)压力下反应生成的MTO产品气。将MTO产品气经脱除催化剂、降温、碱洗、压缩后进入烯烃分离系统。MTO产品气进入烯烃分离系统。其中脱甲烷塔的塔顶气与来自烟气分离装置的一氧化碳汇合后，经压缩进入天然气制合成气系统循环利用。乙烯精馏塔的塔底得到的乙烷与丙烯精馏塔塔底得到丙烷汇合后在换热器中经再生烟气预热后，进入脱氢反应器进行脱氢反应，脱氢反应的温度为350℃、压力为0.3MPa(G)，催化剂活性成分为NiO。经脱氢反应后生成以乙烯、丙烯、氢气、乙烷和丙烷为主要成分的产品气，该产品气与MTO产品气汇合后一起经降温、碱洗、压缩后再次进入烯烃分离系统进行烯烃分离。

上述催化剂再生系统中，甲醇制低碳烯烃的催化剂采用不完全再生工艺，再生条件为680℃、0.25MPa(G)。再生器内设置多级旋风分离器，以脱除烟气中的催化剂细粉。再生烟气出口排出的再生烟气在换热器中与乙烷/丙烷混合气换热后，在急冷塔中经急冷、水洗后温度降至70℃。降温后的再生烟气经干燥、压缩后进入气体分离装置(分子筛变压吸附装置)的吸附塔内，与担载铜的4A分子筛接触，吸附压力为2.5MPa(G)。当被吸附杂质传质前沿达到床层出口预留段时，吸附塔转入脱附再生过程，脱附压力0.02MPa(G)，分离得到的一氧化碳与烯烃分离装置脱甲烷塔塔顶得到的甲烷和氢气汇合后，再与天然气混合该混合气经压缩后进入天然气制合成气系统中参与生成合成气的反应。

实施例2

本实施例2与实施例1的区别在于：甲醇制低碳烯烃的催化剂(MTO催化剂)再生方式不同，取消了烟气分离装置，其余流程相同。MTO催化剂再生时，气化剂采用富氧压缩空气，氧气含量为50vol％，再生温度为为750℃，再生压力为0.25MPa绝压。待生催化剂分成两部分进入再生器，一部分(65wt％)与气化剂一起由再生器的底部进入，另一部分(35wt％)由再生器过渡段顶部进入。出催化剂再生系统的再生烟气氧气含量小于0.05vol％。再生烟气与脱氢反应原料(乙/丙烷)换热并使温度降至250℃后，可经两条路线实现回收利用：一是与MTO产品气汇合，一起经急冷、水洗、碱洗、压缩后进入烯烃分离装置，其中的二氧化碳经碱洗洗脱下来，一氧化碳、氮气在脱甲烷塔塔顶收集，并与脱甲烷塔塔顶的其他副产气一起与天然气混合；二是经急冷、水洗、干燥后与天然气混合。混合气经压缩进入天然气制合成气反应器。

效果说明：

(1)、采用本发明煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃的系统可以降低低碳烯烃的原料的单耗：以180万吨甲醇/年MTO工业装置为例，采用实施例1至2中的方案，能够将MTO产品气中的乙烷和丙烷转化为乙烯、丙烯，这就能够增产乙烯2％以上，增产丙烯7％以上。同时理想状态下，回收利用的甲烷和再生烟气可以生成甲醇10吨/h，相当于生产甲醇煤单耗降低约4％或天然气单耗降低约5％。

(2)、采用本发明煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃的系统还可以减少温室气体排放量：以180万吨甲醇/年MTO工业装置为例，正常生产时，再生烟气中一氧化碳含量约为16vol％，二氧化碳约为5vol％，因此将一氧化碳回收利用可以减少MTO环节二氧化碳排放量约70％。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统，其特征在于，所述煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统包括：

合成气制甲醇系统(10)，设有合成气进气口和甲醇出料口；

甲醇制低碳烯烃系统(20)，设有与所述合成气制甲醇系统(10)的甲醇出料口相连的甲醇进料口，以及MTO产品气排气口和待生催化剂出料口；

烯烃分离系统(30)，与所述甲醇制低碳烯烃系统(20)相连，设有与所述MTO产品气排气口相连的MTO产品气进气口，以及与所述MTO产品气进气口相连的脱甲烷塔(310)，所述脱甲烷塔(310)上设有脱甲烷塔顶气出口与脱甲烷塔底出料口；

天然气制合成气系统(40)，设有天然气进气口、第一水蒸气进气口和第一合成气排气口，所述天然气进气口与所述烯烃分离系统(30)中脱甲烷塔(310)的脱甲烷塔顶气出口相连，所述第一水蒸气进气口与水蒸气供应装置相连，所述第一合成气排气口与所述合成气制甲醇系统(10)的合成气进气口相连；

煤制合成气系统(50)，设有煤粉进口、氧气进气口、第二水蒸气进气口和第二合成气排气口，所述第二合成气排气口与所述第一合成气排气口和所述合成气制甲醇系统(10)的合成气进气口之间的流路相连通；

催化剂再生系统(60)，与所述甲醇制低碳烯烃系统(20)的待生催化剂出料口相连，设有再生烟气出口；

烟气分离系统(70)，设有与所述催化剂再生系统(60)的再生烟气出口相连的再生烟气进气口，以及与所述脱甲烷塔(310)的脱甲烷塔顶气出口和所述天然气制合成气系统(40)的天然气进气口之间的流路相连通的一氧化碳排气口。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述烯烃分离系统(30)还包括：

脱丙烷塔(320)，设有与所述MTO产品气进气口相连的脱丙烷塔进料口，与所述脱甲烷塔(310)的脱甲烷塔进气口相连的脱丙烷塔顶排气口，以及与C4+烯烃储罐相连的脱丙烷塔底出料口；

脱乙烷塔(330)，设有与所述脱甲烷塔(310)的脱甲烷塔底出料口相连的脱乙烷塔进料口，与乙烯储罐相连的脱乙烷塔顶排气口，以及与丙烯储罐相连的脱乙烷塔底出料口。

3.根据所述权利要求2所述的系统，其特征在于，所述烯烃分离系统(30)还包括：

乙烯精馏塔(340)，设有与所述脱乙烷塔顶出料口相连的乙烯精馏塔进料口，与所述乙烯储罐相连的乙烯塔顶排气口，以及与乙烷储罐相连的乙烯塔底出料口；

丙烯精馏塔(350)，设有与所述脱乙烷塔底出料口相连的丙烯精馏塔进料口，与所述丙烯储罐相连的丙烯塔顶排气口，以及与丙烷储罐相连的丙烯塔底出料口。

4.根据所述权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述乙烯精馏塔(340)的乙烯塔底出料口的出料流路上，以及所述丙烯精馏塔(350)的丙烯塔底出料口的出料流路上设置有脱氢反应器(360)；所述脱氢反应器(360)上设有与所述乙烯塔底出料口相连的脱氢反应器进料口，以及与所述甲醇制低碳烯烃系统(20)的MTO产品气排气口和所述烯烃分离系统(30)的MTO产品气进气口之间的流路相连通的脱氢反应器出料口，所述丙烯塔底出料口与所述脱氢反应器进料口和所述乙烯塔底出料口之间的流路相连通。

5.根据所述权利要求4所述的系统，其特征在于，所述脱氢反应器(360)的进料流路上设有换热器(361)，所述换热器(361)设有：

第一换热液进料口，与所述乙烯塔底出料口相连，所述丙烯塔底出料口与所述第一换热液进料口和所述乙烯塔底出料口之间的流路相连通；

第一换热液出料口，与所述脱氢反应器进料口相连；

第二换热液进料口，与所述催化剂再生系统(60)的再生烟气出口相连；

第二换热液出料口，与所述烟气分离系统(70)的再生烟气进气口相连。

6.根据所述权利要求5所述的系统，其特征在于，所述烟气分离系统(70)包括：

气固分离装置(710)，设有与所述催化剂再生系统(60)的再生烟气出口或可选的所述换热器(361)的第二换热液出料口相连的再生烟气进气口，以及脱固气体排气口；

气体分离装置(720)，设有与所述脱固气体排气口相连的脱固气体进气口及与所述脱甲烷塔(310)的脱甲烷塔顶气出口和所述天然气制合成气系统(40)的天然气进气口之间的流路相连通的所述一氧化碳排气口。

7.根据所述权利要求6所述的系统，其特征在于，所述气固分离装置(710)为急冷塔。

8.根据所述权利要求6所述的系统，其特征在于，所述气体分离装置(720)为分子筛变压吸附装置或膜分离装置。

9.根据所述权利要求8所述的系统，其特征在于，所述气体分离装置(720)为分子筛变压吸附装置时，所使用的吸附剂为4A分子筛，优选为担载铜的4A分子筛。

10.一种煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃的方法，其特征在于，应用权利要求1至9中任一项所述的煤、天然气联用甲醇制低碳烯烃系统制备所述低碳烯烃。