CN105016953B - 一种甲醇制烯烃装置及其开工方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种甲醇制烯烃装置及其开工方法。该甲醇制烯烃装置包括：甲醇制烯烃反应器，具有原料气入口和产品气出口；烯烃分离单元，具有产品气进口，产品气出口与产品气进口之间设置有产品气输送管线，产品气输送管线上设有可开关的返料口，返料口与原料气入口之间设置有产品气返料管线。通过在甲醇制烯烃反应器和烯烃分离单元之间的产品气输送管线上设有可开关的返料口，且将返料口与甲醇制烯烃反应器的原料气入口相连，实现将上述不合格产品气返送回甲醇制烯烃反应器进行回炼，进而实现产品气中低碳烯烃的产品化，提高甲醇制烯烃装置开工的经济性。

Description

一种甲醇制烯烃装置及其开工方法

技术领域

本发明涉及化工领域，具体而言，涉及一种甲醇制烯烃装置及其开工方法。

背景技术

传统上，低碳烯烃(主要指乙烯和丙烯)主要是通过石油基原料生产的。近年来，随着石油价格的上涨和对外依存度的逐年加大，我国开始大力发展甲醇制烯烃技术(Methanol to olefins，MTO)。甲醇制烯烃技术是指由甲醇制取低碳烯烃(乙烯、丙烯等)的技术，主要反应原理是甲醇首先脱水生成二甲醚(DME)，然后二甲醚与原料甲醇的平衡混合物脱水继续转化为以乙烯、丙烯为主的混合烃类。MTO技术可以避开对石油资源的依赖，有助于建立适合我国能源结构的烯烃生产路线。

2010年8月，甲醇制烯烃技术在世界范围内首次实现工业化，开辟了一条崭新的现代煤化工技术路线，该路线具有资源优势和经济优势，对降低我国对进口石油的依赖具有重要意义。甲醇制烯烃装置目前的开工技术存在问题主要有两方面，一是开工周期长，一般在1到2天左右；二是开工初期由于产品气的选择性不能满足下游烯烃分离单元进料要求，因此这部分产品气通常输入火炬烧掉。这种将不合格产品烧掉的方式会造成原料甲醇、潜在产品低碳烯烃的浪费，使得开工经济性差。

发明内容

本发明旨在提供一种甲醇制烯烃装置及其开工方法，以改善现有开工技术经济性差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种甲醇制烯烃装置，该甲醇制烯烃装置包括：甲醇制烯烃反应器，具有原料气入口和产品气出口；烯烃分离单元，具有产品气进口，产品气出口与产品气进口之间设置有产品气输送管线，产品气输送管线上设有可开关的返料口，返料口与原料气入口之间设置有产品气返料管线。

进一步地，上述甲醇制烯烃装置还包括急冷塔，急冷塔设置在返料口与甲醇制烯烃反应器之间的产品气输送管线上。

进一步地，上述甲醇制烯烃装置还包括水洗塔，水洗塔设置在返料口和急冷塔之间的产品气输送管线上。

进一步地，上述甲醇制烯烃装置还包括压缩机，压缩机设置在返料口和水洗塔之间的产品气输送管线上。

进一步地，上述甲醇制烯烃装置还包括产品气分析装置，产品气分析装置设置在压缩机和水洗塔之间的产品气输送管线上。

进一步地，上述甲醇制烯烃装置还包括汽提塔，汽提塔与急冷塔的液相出口相连，汽提塔上设有塔顶气出口，塔顶气出口与原料气入口连通。

进一步地，上述甲醇制烯烃装置还包括加热炉，加热炉设置在产品气返料管线上，优选塔顶气出口与产品气返料管线连通且连通点位于加热炉与返料口之间。

进一步地，上述甲醇制烯烃装置还包括：甲醇供应部，与原料气入口之间设置进料管线，且进料管线与产品气返料管线在加热炉汇合。

进一步地，上述甲醇制烯烃装置还包括换热器，换热器设置在进料管线上，产品气输送管线与进料管线交汇于换热器中。

进一步地，上述甲醇制烯烃装置还包括再生器，再生器与甲醇制烯烃反应器之间设置有第一催化剂输送管线和第二催化剂输送管线，第一催化剂输送管线上设置有待生滑阀，第二催化剂输送管线上设置有再生滑阀。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述的甲醇制烯烃装置的开工方法，该开工方法包括：利用产品气返料管线将产品气输送管线中的产品气输送至甲醇制烯烃反应器中，产品气中二甲醚和甲醇的总体积含量低于1％时，停止将产品气输送至甲醇制烯烃反应器中。

甲醇制烯烃装置的开工前期，甲醇制烯烃反应器1产生的产品气不能满足烯烃分离单元2的分离要求，而将其送火炬烧掉将造成极大的浪费，降低了开工过程的经济性。应用本发明的技术方案，通过在甲醇制烯烃反应器和烯烃分离单元之间的产品气输送管线上设有可开关的返料口，且将返料口与甲醇制烯烃反应器的原料气入口相连，实现将上述不合格产品气返送回甲醇制烯烃反应器进行回炼，进而实现产品气中低碳烯烃的产品化，提高甲醇制烯烃装置开工的经济性。

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示出了根据本发明一种典型实施方式提供的甲醇制烯烃装置的结构示意图；

图2示出了根据本发明一种优选实施例提供的甲醇制烯烃装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行详细的说明，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，现有技术在甲醇制备烯烃的前期开工过程中存在原料甲醇、潜在产品低碳烯烃的浪费和开工技术经济性差的问题。为了解决这一问题，本发明发明人提供了一种甲醇制烯烃装置。如图1所示，该甲醇制烯烃装置包括甲醇制烯烃反应器1和烯烃分离单元2，该甲醇制烯烃反应器1具有原料气入口和产品气出口，该烯烃分离单元2具有产品气进口，产品气出口与产品气进口之间设置有产品气输送管线100，且产品气输送管线100上设有返料口，返料口与原料气入口之间设置有产品气返料管线200。

甲醇制烯烃装置的开工前期，甲醇制烯烃反应器1产生的产品气不能满足烯烃分离单元2的分离要求，而将其送火炬烧掉将造成极大的浪费，降低了开工过程的经济性。而在上述甲醇制烯烃装置中，通过在甲醇制烯烃反应器1和烯烃分离单元2之间的产品气输送管线100上设有可开关的返料口，且将返料口与甲醇制烯烃反应器1的原料气入口相连，实现将上述不合格产品气返送回甲醇制烯烃反应器1进行回炼，进而实现产品气中低碳烯烃和未转化原料的产品化，提高甲醇制烯烃装置开工的经济性。

在具体实施过程中，在开工前期由于催化剂活性等问题，甲醇进入甲醇制烯烃反应器1后不能进行充分反应，导致产品气中含有过量的二甲醚和甲醇，此时需切断产品气到达下游烯烃分离单元2的流路，本申请利用上述甲醇制烯烃装置将不满足烯烃分离单元2进料要求的产品气通过在产品气输送管线100上设置的返料口与产品气返料管线200输送进甲醇制烯烃反应器1，使未反应的原料进一步参与反应生成烯烃。而随着积碳含量的增加，催化剂的选择性和转化率迅速提高，当产品气中二甲醚和甲醇的含量低于1％(体积含量)时，及时关闭返料口，切断返料口与产品气返料管线到原料气入口的流通，打开甲醇制烯烃反应器1和烯烃分离单元2之间的流路，使合格的产品气进入下游烯烃分离单元2。

优选地，上述甲醇制烯烃装置还包括急冷塔3，如图2所示，急冷塔3设置在返料口与甲醇制烯烃反应器1之间的产品气输送管线100上。设置的急冷塔3可以对产品气进行降温并脱除其携带的微量催化剂，避免催化剂在输送过程中对管道造成阻塞或对设备造成伤害。

更优选地，上述甲醇制烯烃装置还包括水洗塔4，如图2所示，该水洗塔4设置在返料口和急冷塔3之间的所述产品气输送管线100上，利用水洗塔对由急冷塔3进入水洗塔4的产品气进行水洗降温并进一步脱除其携带的微量催化剂，减少进入烯烃分离单元2或返回甲醇制烯烃反应器1的产品气中催化剂等颗粒杂质的含量，同时急冷塔3和水洗塔4可以将绝大部分反应生成的水洗脱下来。

为了使产品气更顺畅地返回甲醇制烯烃反应器1，优选上述甲醇制烯烃装置还包括压缩机5，如图2所示，该压缩机5设置在返料口和水洗塔4之间的产品气输送管线100上。

进一步地，优选上述甲醇制烯烃设备中还包括产品气分析装置6，如图2所示，该产品气分析装置6设置在压缩机5和水洗塔4之间的产品气输送管线100上。利用产品气分析装置6实时地检测产品气中二甲醚、甲醇的含量，当产品气中二甲醚含量达到烯烃分离单元2的要求时，即可关闭返料口，将产品气的输送流路由经产品气输送管线100和产品气返料管线200至甲醇制烯烃反应器1切换至经产品气输送管线100输送至烯烃分离单元2。

比如，开工初期切断产品气去烯烃分离单元2的流路，打开返料口到原料气入口的流路，让此时的产品气全部通过返料口进入反应器，进行进一步地充分反应。而当产品气中的二甲醚含量小于1v％时，关闭返料口，切断产品气去甲醇制烯烃反应器1的流路并打开产品气去烯烃分离单元2的流路，产品气进入烯烃分离单元2。

优选地，甲醇制烯烃装置还包括汽提塔7，如图2所示，汽提塔7与急冷塔3的液相出口相连，汽提塔7上设有塔顶气出口，塔顶气出口与原料气入口连通，且浓缩水出口与原料气入口连通。通过汽提塔7可以脱出来自急冷塔3的急冷水中含氧有机物。

具有上述结构的甲醇制烯烃装置，通过急冷塔3上的液相出口将部分急冷水排入至汽提塔7，在汽提塔7中这股水被蒸发汽提，有机含氧化合物被分离出来，这部分有机含氧化合物携带部分的水，其经过汽提塔7塔顶气出口返回至甲醇制烯烃反应器1，进行进一步的反应；而汽提塔7塔底除去含氧化合物的水作为净化水排出装置或返回急冷塔3作为急冷水进行循环利用。此外，水洗塔4也可以通过其液相出口与汽提塔7相连，利用汽提塔7脱出来自水洗塔4的水洗水中含氧有机物。为了进一步节约水资源，优选急冷塔3和水洗塔4塔底的急冷水与水洗水在界区外换热降温后经由循环泵分别返回急冷塔3和水洗塔4。因此，利用上述装置回收再利用了有机含氧化合物，提高了低碳烯烃的收率并降低了水处理装置的负荷。

在本申请一种优选的实施例中，上述甲醇制烯烃装置还包括加热炉8，如图2所示，加热炉8设置在产品气返料管线200上，优选汽提塔7塔顶气出口与产品气返料管线200连通且连通点位于加热炉与返料口之间。利用上述装置，将来自返料口的不合格的产品气、来自汽提塔7的塔顶气在进入加热炉之前汇合，随后一起进入加热炉被加热到反应所需温度，进入甲醇制烯烃反应器1进行充分反应。

上述甲醇制烯烃装置优选还包括甲醇供应部9，如图2所示，该甲醇供应部9与原料气入口之间设置进料管线300，且进料管线300与产品气返料管线200在加热炉8汇合。利用上述装置，将来自甲醇供应部9的甲醇与来自返料口的不合格的产品气、来自汽提塔7的塔顶气在加热炉加热。

进一步地，优选上述甲醇制烯烃装置还包括换热器10，换热器10设置在进料管线300上，产品气输送管线100与进料管线300交汇于换热器10中。来自甲醇供应部10的甲醇与刚从反应器出来产品气在换热器10进行热交换，甲醇因吸收来自产品气的热量而升温，产品气释放出热量而降温，一方面实现了甲醇的预热，另一方面也降低了急冷塔3的负荷。

在本申请又一种优选的实施例中，上述甲醇制烯烃装置还包括再生器11，再生器11与甲醇制烯烃反应器1之间设置有第一催化剂输送管线和第二催化剂输送管线，第一催化剂输送管线上设置有待生滑阀12，第二催化剂输送管线上设置有再生滑阀13。当反应器中的催化剂积碳含量达到一定程度时，打开待生滑阀12和再生滑阀13，通过第一催化剂输送管线和第二催化剂输送管线实现催化剂在反应器和再生器之间的循环。

在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种上述甲醇制烯烃装置的开工方法，该开工方法包括：利用产品气返料管线200将产品气输送管线100中的产品气输送至甲醇制烯烃反应器1中，产品气中二甲醚和甲醇的总体积含量低于1％时，停止将产品气输送至甲醇制烯烃反应器1中。

利用上述开工方法，上述甲醇制烯烃装置的甲醇制烯烃反应器1和烯烃分离单元2之间设置有产品气输送管线100，并且利用返料口将该产品气输送管线100与产品气返料管线200连通，将产品气输送管线100中产品气输送至甲醇制烯烃反应器1，实现了将不合格产品气返送回甲醇制烯烃反应器1进行回炼的目的，进而实现产品气中低碳烯烃的产品化，提高甲醇制烯烃装置开工的经济性。在开工过程中，随着积碳含量的增加，催化剂的选择性和转化率迅速提高，当产品气中二甲醚和甲醇的总体积含量低于1％时，说明所得到的产品气符合要求，此时及时关闭返料口，切断返料口与产品气返料管线200到原料气入口的流通，打开甲醇制烯烃反应器1和烯烃分离单元2之间的流路，使合格的产品气进入下游烯烃分离单元2，即完成开工过程。

以下将结合具体实施例进一步说明本发明的有益效果。

实施例1：

本实施例采用如图2所示的甲醇处理能力为180万吨/年的甲醇制烯烃装置和SAPO-34分子筛催化剂作为甲醇制烯烃催化剂。

利用加热炉8将甲醇制烯烃反应器1温度升至300℃，用流量为170t/h的水蒸汽作为加热介质；通过辅助燃烧室将再生器11温度升至500℃，加热介质为空气。甲醇制烯烃反应器1和再生器11加注催化剂，两器均单独设置催化剂加注设施以减少催化剂加注时间，甲醇制烯烃反应器内催化剂的加注量为150吨，再生器为50吨，维持甲醇制烯烃反应器1和再生器11的流化状态。待生滑阀12和再生滑阀13处于关闭的状态，阀前通入反吹氮气，每隔30分钟松动滑阀，防止卡死。再生器11连续通入空气，维持催化剂的流化状态。确保水蒸汽对甲醇制烯烃反应器1内的空气置换合格(水汽塔顶气体氧含量<0.5vol％)后，甲醇制烯烃反应器1进一步升温至400℃。确保急冷塔3、水洗塔4和汽提塔7投入运行。通甲醇进入甲醇制烯烃反应器1发生放热反应，甲醇进料量逐步增加至100t/h，而蒸汽流量降至120t/h；产品气经急冷塔3和水洗塔4降温并脱除催化剂，经压缩机5压缩后与汽提塔7塔顶气以及甲醇进料汇合进入开工加热炉8。开工加热炉8将混合气加热至400℃后进入甲醇制烯烃反应器1。调节甲醇制烯烃反应器1的取热量，控制反应温度为470±10℃。在甲醇进入开工加热炉8前，与甲醇制烯烃反应器1产品气换热。保持蒸汽流量不变，调节甲醇进料速率，使得进入甲醇制烯烃反应器1的总物料为220t/h。

利用产品气分析装置6实时检测水洗塔顶产品气的组成，满足烯烃分离单元要求时(产品气中二甲醚含量<1v％)，打开产品气进入烯烃分离单元2的滑阀，同时关闭返料口。调节开工加热炉8的负荷，维持其出口温度为400℃。甲醇制烯烃反应器1进甲醇后，每隔10分钟测定一次待生催化剂积碳含量，积碳含量大于3wt％时，打开待生滑阀12和再生滑阀13，催化剂开始在甲醇制烯烃反应器1和再生器11间循环，循环量控制为70t/h。待生催化剂在再生器11内烧去焦炭，烧焦放热使再生器内温度上升，调节再生器取热量，控制再生温度为670℃。催化剂的再生采用部分烧焦的方式，控制烧焦强度使再生剂的积碳含量介于1.5～2.5wt％之间。逐步增加甲醇进料量至220t/h，降低蒸汽流量至30t/h，甲醇制烯烃装置进入正常操作阶段。

与一般的甲醇制烯烃装置开工方法相比，通过采用上述的开工操作，可减少开工过程中夹杂在产品气中的原料甲醇浪费约1000吨，同时开工期间生成的烯烃也能转化为产品。

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 (11)

1.一种甲醇制烯烃装置的开工方法，其特征在于，所述甲醇制烯烃装置，包括：

甲醇制烯烃反应器(1)，具有原料气入口和产品气出口；

烯烃分离单元(2)，具有产品气进口，所述产品气出口与所述产品气进口之间设置有产品气输送管线(100)，其特征在于，所述产品气输送管线(100)上设有可开关的返料口，所述返料口与所述原料气入口之间设置有产品气返料管线(200)，

所述开工方法包括：利用产品气返料管线(200)将产品气输送管线(100)中的产品气输送至甲醇制烯烃反应器(1)中，所述产品气中二甲醚和甲醇的总体积含量低于1％时，关闭返料口，切断所述返料口与所述产品气返料管线(200)到所述原料气入口的流通，停止将所述产品气输送至所述甲醇制烯烃反应器(1)中，打开所述甲醇制烯烃反应器(1)和所述烯烃分离单元(2)之间的流路，使合格的产品气进入下游所述烯烃分离单元(2)，即完成开工过程。

2.根据权利要求1所述的开工方法，其特征在于，所述甲醇制烯烃装置还包括急冷塔(3)，所述急冷塔(3)设置在所述返料口与所述甲醇制烯烃反应器(1)之间的产品气输送管线(100)上。

3.根据权利要求2所述的开工方法，其特征在于，所述甲醇制烯烃装置还包括水洗塔(4)，所述水洗塔(4)设置在所述返料口和所述急冷塔(3)之间的所述产品气输送管线(100)上。

4.根据权利要求3所述的开工方法，其特征在于，所述甲醇制烯烃装置还包括压缩机(5)，所述压缩机(5)设置在所述返料口和所述水洗塔(4)之间的所述产品气输送管线(100)上。

5.根据权利要求4所述的开工方法，其特征在于，所述甲醇制烯烃装置还包括产品气分析装置(6)，所述产品气分析装置(6)设置在所述压缩机(5)和所述水洗塔(4)之间的产品气输送管线(100)上。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的开工方法，其特征在于，所述甲醇制烯烃装置还包括汽提塔(7)，所述汽提塔(7)与所述急冷塔(3)的液相出口相连，所述汽提塔上(7)设有塔顶气出口，所述塔顶气出口与所述原料气入口连通。

7.根据权利要求6所述的开工方法，其特征在于，所述甲醇制烯烃装置还包括加热炉(8)，所述加热炉(8)设置在所述产品气返料管线(200)上。

8.根据权利要求7所述的开工方法，其特征在于，所述塔顶气出口与所述产品气返料管线(200)连通且连通点位于所述加热炉(8)与所述返料口之间。

9.根据权利要求7所述的开工方法，其特征在于，所述甲醇制烯烃装置还包括：

甲醇供应部(9)，与所述原料气入口之间设置进料管线(300)，且所述进料管线(300)与所述产品气返料管线(200)在所述加热炉(8)汇合。

10.根据权利要求9所述的开工方法，其特征在于，所述甲醇制烯烃装置还包括换热器(10)，所述换热器(10)设置在所述进料管线(300)上，所述产品气输送管线(100)与所述进料管线(300)交汇于所述换热器(10)中。

11.根据权利要求1所述的开工方法，其特征在于，所述甲醇制烯烃装置还包括再生器(11)，所述再生器(11)与所述甲醇制烯烃反应器之间设置有第一催化剂输送管线和第二催化剂输送管线，所述第一催化剂输送管线上设置有待生滑阀(12)，所述第二催化剂输送管线上设置有再生滑阀(13)。