CN104326859B - 一种煤制芳烃的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化工工艺过程领域，特别涉及一种煤制芳烃的系统及方法。本发明系统由水煤浆气化和净化单元、煤气化转化单元、合成气配气单元、甲醇合成单元、甲醇芳构化反应单元、气液液三相分离单元、轻烃分离单元、干气分离单元和干气转化单元组成；本发明系统将芳构化过程副产的干气，进行分离，干气转化生产合成气，经过配气，生产甲醇，返回芳构化单元降低煤耗，且将甲醇芳构化反应生成的废水返回水煤浆气化和净化单元用于制备水煤浆。本发明方法能够大幅度的降低生产单位芳烃的煤耗，同时解决了副产干气的利用问题。本发明具有操作安全性高，系统生产强度高，操作弹性大，过程连续，投资少，能耗低，适于大型化操作的优点。

Description

一种煤制芳烃的系统及方法
技术领域
本发明属于化工工艺过程领域，特别涉及一种煤制芳烃的系统及方法。
背景技术
芳烃是最重要的基础化学品之一，在传统的化工路线中，芳烃主要是石油炼制与煤的干馏处理得到的。石油路线得到的芳烃纯度高，适于制备各种优质化学品。煤(干馏)路线得到的芳烃由于含有噻吩类杂质，品质相对较低，应用受到局限，随着石油资源日益短缺，芳烃的供应呈紧张趋势，价格居不下，极大提高了后续化学品的生成成本，使其销售受到影响。甲醇、二甲醚等原料可以从煤、天然气、生物质或页岩气等的气化、甲醇合成以及甲醇脱水过程进行制备，具有量大，成本低的优点。但是甲醇制芳烃在生成芳烃的同时还会副产较大量的干气和氢气，不宜销售，利用较为困难。
专利CN101244969A公开了一种甲醇/二甲醚芳构化过程的催化剂的连续反应再生方法，采用流化床反应器将甲醇和二甲醚转化为混合芳烃，同时副产干气和轻烃，未涉及副产干气的利用。
专利CN1880288A公开了一种甲醇/二甲醚芳构化的技术，采用改性的ZSM-5催化剂，经冷却将产品分离为气相和油相产品，油相产品经萃取分离得到芳烃和非芳烃，也没有涉及副产品干气和氢气的分离、转化，使过程的经济性受到影响。
发明内容
根据醇醚芳构化过程具有产生大量干气、氢气及生成水的特点，而上游的煤制甲醇过程制备合成气的氢含量低，需要浪费大量一氧化碳进行水煤气转化提供甲醇合成所需要的氢气。根据上述过程的工艺特点，本发明提供一种煤制芳烃的系统及方法，将芳构化过程副产的干气，进行分离，干气转化生产合成气，将这部分合成气及甲醇芳构化副产的氢气返回甲醇合成单元，降低生产单位芳烃的煤耗；该方法解决了MTA副产干气的利用问题，同时降低了生产芳烃的原煤消耗量，具有原料自给，投资少，能耗低的优点。
一种煤制芳烃的系统，其中水煤浆气化和净化单元、合成气变换单元、合成气配气单元、甲醇合成单元、芳构化反应单元、气液液三相分离单元、轻烃分离单元和干气分离单元顺次通过管路相连；所述轻烃分离单元与芳构化反应单元通过管路相连。
所述干气分离单元与合成气配气单元通过管路相连。
所述干气分离单元与干气转化单元通过管路相连；所述干气转化单元与合成气配气单元通过管路相连。
所述气液液三相分离单元与水煤浆气化和净化单元通过管路相连。
一种煤制芳烃的方法，其包括以下步骤：
a.原煤及新鲜水进入水煤浆气化和净化单元；
b.步骤a产出的合成气，进入合成气变换单元进行变换，提高合成气的H-C比；
c.步骤b得到的合成气进入甲醇合成单元生产甲醇；
d.步骤c得到的甲醇进入芳构化反应单元中，经过催化剂的作用生成工艺物料；
e.步骤d所得工艺物料经过冷却后，在气液液三相分离单元中分离为气相、油相和水相；其中油相和水相产品分别进入其对应的后系统处理，气相产品进入轻烃分离单元分离为液化气及乙烯和干气；其中液化气和乙烯返回芳构化反应单元进一步转化；
f.步骤e所得干气进入干气分离单元分离为氢气与一氧化碳以及甲烷、乙烷与乙烯。
一种煤制芳烃的方法，其包括以下步骤：
a.原煤与新鲜水进入水煤浆气化和净化单元；
b.步骤a产出的合成气，进入合成气变换单元进行变换，提高合成气的H-C比；
c.步骤b得到的合成气、干气分离单元分离出的氢气进入合成气配气单元进行配气；
d.步骤c得到的合成气进入甲醇合成单元生产甲醇；
e.步骤d得到的甲醇进入芳构化反应单元中，经过催化剂的作用生成工艺物料；
f.步骤e所得工艺物料经过冷却后，在气液液三相分离单元中分离为气相、油相和水相；其中油相和水相产品分别进入其对应的后系统处理，气相产品进入轻烃分离单元分离为液化气及乙烯和干气；其中液化气和乙烯返回芳构化反应单元进一步转化；
g.步骤f所得干气进入干气分离单元分离为氢气与一氧化碳以及甲烷、乙烷与乙烯。
一种煤制芳烃的方法，其包括以下步骤：
a.原煤与新鲜水进入水煤浆气化和净化单元；
b.步骤a产出的合成气，进入合成气变换单元进行变换，提高合成气的H-C比；
c.步骤b得到的合成气、干气转化单元得到的CO和H2和及干气分离单元分离出的氢气进入合成气配气单元进行配气；
d.步骤c得到的合成气进入甲醇合成单元生产甲醇；
e.步骤d得到的甲醇进入芳构化反应单元中，经过催化剂的作用生成工艺物料；
f.步骤e所得工艺物料经过冷却后，在气液液三相分离单元中分离为气相、油相和水相；其中油相和水相产品分别进入其对应的后系统处理，气相产品进入轻烃分离单元分离为液化气及乙烯和干气；其中液化气和乙烯返回芳构化反应单元进一步转化；
g.步骤f所得干气进入干气分离单元分离为氢气与一氧化碳以及甲烷、乙烷与乙烯；
h.步骤g中所得甲烷、乙烷进入干气转化单元转化为合成气，即氢气与一氧化碳。
一种煤制芳烃的方法，其包括以下步骤：
a.原煤、气液液三相分离单元返回的废水与新鲜水进入水煤浆气化和净化单元；
b.步骤a产出的合成气，进入合成气变换单元进行变换，提高合成气的H-C比；
c.步骤b得到的合成气、干气转化单元来的CO和H2和及干气分离单元来的氢气进入合成气配气单元进行配气；
d.步骤c得到的合成气进入甲醇合成单元生产甲醇；
e.步骤d得到的甲醇进入芳构化反应单元中，经过催化剂的作用生成工艺物料；
f.步骤e所得工艺物料经过冷却后，在气液液三相分离单元中分离为气相、油相和水相；其中油相产品进入其对应的后系统处理，气相产品进入轻烃分离单元分离为液化气及乙烯和干气；其中液化气和乙烯返回芳构化反应单元进一步转化；
g.步骤f所得干气进入干气分离单元分离为氢气与一氧化碳以及甲烷、乙烷与乙烯；
h.步骤g中所得甲烷、乙烷进入干气转化单元转化为合成气，即氢气与一氧化碳。
所述工艺物料由干气、液化气、油相产品和水组成。
本发明的有益效果为：
(1)本发明利用芳构化副产的氢气和干气经过转化增加甲醇能够大幅度降低煤制芳烃过程的原煤消耗量，原煤消耗量下降最大23％以上。
(2)本发明从循环经济的角度出发，一方面同时解决了副产品干气的利用问题，另一方面将FMTA过程副产的水用于水煤浆气化的制浆过程，充分利用了过程附产品，符合“原子经济”的概念。
附图说明
图1为本发明煤制芳烃的系统及方法的工艺流程图；
图2为本发明煤制芳烃的系统及方法的工艺流程图；
图3为本发明煤制芳烃的系统及方法的工艺流程图；
图4为本发明煤制芳烃的系统及方法的工艺流程图；
图中标号：1-水煤浆气化和净化单元、2-合成气变换单元、3-合成气配气单元、4-甲醇合成单元、5-芳构化反应单元、6-气液液三相分离单元、7-轻烃分离单元、8-干气分离单元、9-干气转化单元。
具体实施方式
本发明提供了一种煤制芳烃的系统及方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种煤制芳烃的系统，其中水煤浆气化和净化单元1、合成气变换单元2、合成气配气单元3、甲醇合成单元4、芳构化反应单元5、气液液三相分离单元6、轻烃分离单元7和干气分离单元8顺次通过管路相连；所述轻烃分离单元7与芳构化反应单元5通过管路相连。
所述干气分离单元8与合成气配气单元3通过管路相连。
所述干气分离单元8与干气转化单元9通过管路相连；所述干气转化单元9与合成气配气单元3通过管路相连。
所述气液液三相分离单元6与水煤浆气化和净化单元1通过管路相连。
实施例1
如图1所示，260万吨/年原料煤及166/年万吨新鲜水进入水煤浆气化和净化单元1生产合成气。产出的合成气进入合成气变换单元2，变换后的合成气进入甲醇合成单元4合成180万吨甲醇。合成的甲醇进入芳构化反应单元5，反应温度为475℃，反应压力为0.4MPa，在催化剂的作用下生成气相，水相，非芳烃、苯、甲苯、C8芳烃、C9芳烃、C10芳烃和重芳烃等油相组分，反应后的产品物料进入气液液三相分离单元6分离为气相、水相和油相产品。气相产品进入轻烃分离单元7分离为液化气及乙烯和干气。其中，液化气及乙烯返回芳构化反应单元5。干气进入干气分离单元8分离为氢气和甲烷、乙烷和部分乙烯，气液液三相分离单元6所得芳烃产品的产量为60万吨/年。
实施例2
如图2所示，245万吨/年原料煤及156万/年新鲜水进入水煤浆气化和净化单元1生产合成气。产出的合成气进入合成气变换单元2，变换后的合成气与干气分离单元8来的氢气进入合成气配气单元3进行配气，调整合成气中的氢碳比为2.0。配气以后进入甲醇合成单元4合成180万吨甲醇。甲醇进入芳构化反应单元5以后，在催化剂的作用下生成气相，水相，非芳烃、苯、甲苯、C8芳烃、C9芳烃、C10芳烃和重芳烃等油相组分，反应后的产品物料进入气液液三相分离单元6分离为气相、水相和油相产品。
来自气液液三相分离单元6的气相产品进入轻烃分离单元7分离为液化气及乙烯和干气。其中，液化气及乙烯返回芳构化反应单元5。干气进入干气分离单元8分离为氢气和甲烷、乙烷和乙烯。
气液液三相分离单元6所得芳烃产品的产量为60万吨/年，采用以上方法单位芳烃的煤耗可降低5.8％。
实施例3
如图3所示，202万吨/年原料煤及130万吨/年新鲜水进入水煤浆气化和净化单元1生产合成气。产出的合成气进入合成气变换单元2，变换后的合成气，干气分离单元8、干气转化单元9来的合成气进入合成气配气单元3进行配气，调整合成气中的氢碳比为2.0。配气以后进入甲醇合成单元4合成180万吨甲醇。甲醇进入芳构化反应单元5以后，在催化剂的作用下生成气相，水相，非芳烃、苯、甲苯、C8芳烃、C9芳烃、C10芳烃和重芳烃等油相组分，反应后的产品物料进入气液液三相分离单元6分离为气相、水相和油相产品。其中水相返回水煤浆气化和净化单元1。
来自气液液三相分离单元6的气相产品进入轻烃分离单元7分离为液化气及乙烯和干气。其中，液化气及乙烯返回芳构化反应单元5。干气进入干气分离单元8分离为氢气和甲烷、乙烷和乙烯。甲烷、乙烷、乙烯(除一部分用于全场热平衡)进入干气转化单元9(一段蒸汽转化装置)转化为合成气(氢气、一氧化碳)。转化温度为900℃，转化压力为3.0MPa。气液液三相分离单元6所得芳烃产品的产量为60万吨/年，相较实例1采用的方法，生产单位芳烃的煤耗可降低22.3％。
实施例4
如图4所示，202万吨/年原料煤及110万/年气液液三相分离单元6返回的生成水及56万吨/年新鲜水进入水煤浆气化和净化单元1生产合成气。产出的合成气进入合成气变换单元2，变换后的合成气、干气转化单元9来的合成气、干气分离单元8来的氢气进入合成气配气单元3进行配气，调整合成气中的氢碳比为2.0。配气以后进入甲醇合成单元4合成180万吨甲醇。甲醇进入芳构化反应单元5以后，在催化剂的作用下生成气相，水相，非芳烃、苯、甲苯、C8芳烃、C9芳烃、C10芳烃和重芳烃等油相组分，反应后的产品物料进入气液液三相分离单元6分离为气相、水相和油相产品。其中水相返回水煤浆气化和净化单元1。
来自气液液三相分离单元6的气相产品进入轻烃分离单元7分离为液化气及乙烯和干气。其中，液化气及乙烯返回芳构化反应单元5。干气进入干气分离单元8分离为氢气和甲烷、乙烷和部分乙烯。
甲烷、乙烷、乙烯(除一部分用于全场热平衡)进入干气转化单元9(一段蒸汽转化二段纯氧部分氧化催化)转化为合成气(氢气、一氧化碳)。其中一段转化温度为800℃，转化压力为3.0MPa，蒸气转化；二段转化温度为1000℃，转化压力为3.0MPa，采用纯氧转化。气液液三相分离单元6所得芳烃产品的产量为60万吨/年，相较实例1采用的方法，生产单位芳烃的煤耗可降低22.3％，水耗降低66％。

Claims (7)

1.一种煤制芳烃的装置，其特征在于：水煤浆气化和净化单元(1)、合成气变换单元(2)、合成气配气单元(3)、甲醇合成单元(4)、芳构化反应单元(5)、气液液三相分离单元(6)、轻烃分离单元(7)和干气分离单元(8)顺次通过管路相连；所述轻烃分离单元(7)与芳构化反应单元(5)通过管路相连；所述干气分离单元(8)与合成气配气单元(3)通过管路相连。
2.根据权利要求1所述的一种煤制芳烃的装置，其特征在于：所述干气分离单元(8)与干气转化单元(9)通过管路相连；所述干气转化单元(9)与合成气配气单元(3)通过管路相连。
3.根据权利要求2所述的一种煤制芳烃的装置，其特征在于：所述气液液三相分离单元(6)与水煤浆气化和净化单元(1)通过管路相连。
4.使用权利要求1所述装置进行煤制芳烃的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.原煤与新鲜水进入水煤浆气化和净化单元(1)；
b.步骤a产出的合成气，进入合成气变换单元(2)进行变换，提高合成气的H-C比；
c.步骤b得到的合成气、干气分离单元(8)分离出的氢气进入合成气配气单元(3)进行配气；
d.步骤c得到的合成气进入甲醇合成单元(4)生产甲醇；
e.步骤d得到的甲醇进入芳构化反应单元(5)中，经过催化剂的作用生成工艺物料；
f.步骤e所得工艺物料经过冷却后，在气液液三相分离单元(6)中分离为气相、油相和水相；其中气相产品进入轻烃分离单元(7)分离为液化气及乙烯和干气；其中液化气和乙烯返回芳构化反应单元(5)进一步转化；
g.步骤f所得干气进入干气分离单元(8)分离为氢气与一氧化碳以及甲烷、乙烷与乙烯。
5.使用权利要求2所述装置进行煤制芳烃的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.原煤与新鲜水进入水煤浆气化和净化单元(1)；
b.步骤a产出的合成气，进入合成气变换单元(2)进行变换，提高合成气的H-C比；
c.步骤b得到的合成气、干气转化单元(9)得到的CO和H2和及干气分离单元(8)分离出的氢气进入合成气配气单元(3)进行配气；
d.步骤c得到的合成气进入甲醇合成单元(4)生产甲醇；
e.步骤d得到的甲醇进入芳构化反应单元(5)中，经过催化剂的作用生成工艺物料；
f.步骤e所得工艺物料经过冷却后，在气液液三相分离单元(6)中分离为气相、油相和水相；其中气相产品进入轻烃分离单元(7)分离为液化气及乙烯和干气；其中液化气和乙烯返回芳构化反应单元(5)进一步转化；
g.步骤f所得干气进入干气分离单元(8)分离为氢气与一氧化碳以及甲烷、乙烷与乙烯；
h.步骤g中所得甲烷、乙烷进入干气转化单元(9)转化为合成气，即氢气与一氧化碳。
6.使用权利要求3所述装置进行煤制芳烃的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.原煤、气液液三相分离单元(6)返回的废水与新鲜水进入水煤浆气化和净化单元(1)；
b.步骤a产出的合成气，进入合成气变换单元(2)进行变换，提高合成气的H-C比；
c.步骤b得到的合成气、干气转化单元(9)来的CO和H2和及干气分离单元(8)来的氢气进入合成气配气单元(3)进行配气；
d.步骤c得到的合成气进入甲醇合成单元(4)生产甲醇；
e.步骤d得到的甲醇进入芳构化反应单元(5)中，经过催化剂的作用生成工艺物料；
f.步骤e所得工艺物料经过冷却后，在气液液三相分离单元(6)中分离为气相、油相和水相；其中气相产品进入轻烃分离单元(7)分离为液化气及乙烯和干气；其中液化气和乙烯返回芳构化反应单元(5)进一步转化；
g.步骤f所得干气进入干气分离单元(8)分离为氢气与一氧化碳以及甲烷、乙烷与乙烯；
h.步骤g中所得甲烷、乙烷进入干气转化单元(9)转化为合成气，即氢气与一氧化碳。
7.根据权利要求4～6任意一项权利要求所述的进行煤制芳烃的方法，其特征在于：所述工艺物料由干气、液化气、油相产品和水组成。
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