CN107089644A - 一种二氧化碳减排及综合利用的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二氧化碳减排及综合利用的装置和方法，以二氧化碳为原料，按反应步骤依次包括原料混合单元、缓冲单元、反应单元、余热回收单元、急冷单元、压缩单元、分离单元以及PSA单元，固定二氧化碳，取代煤化工，利用二氧化碳制取乙烯、一氧化碳、氢气以满足工业的生产；利用工艺所产生的废气作燃料增发蒸汽，既满足了本装置的能耗需求，又节省了蒸汽资源，做到了能量最大化的循环利用，降低了污染物排放量和排放浓度，满足环保要求，后续工艺为前面工艺提供原材料氢气，提高物料的转化率，避免污染大气和能源浪费；解决了下游装置对乙烯、氢气和一氧化碳原料的来源问题，完善了企业的产品多元化，提高了企业核心竞争力。

Description

一种二氧化碳减排及综合利用的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种二氧化碳减排领域，尤其涉及一种二氧化碳减排及综合利用的装置和方法。
背景技术
随着现代工业的发展，全球能源消费不断剧增，二氧化碳(以下简称CO2)的排放量(以碳计)由工业革命1860年前的0.4亿吨发展到1996年的60.4亿吨。到2100年，全球CO2总排放量预计将增加到360亿吨。世界各国己注意到非持续性能源生产与发展模式使全球环境所面临的危机。1997年12月制定的《京都议定书》，要求一些工业化国家在2008-2012年，将温室气体的排放量在1990年水平基础上平均减少5.2％。这些表明：最主要的温室气体CO2随着工业的发展而日益增多，加剧了人类生存环境的恶化；逐步削减温室气体的排放已经成为大多数科学家及政府机构的共识。因而，从能源、碳资源以及减轻CO2对环境污染等诸方面考虑，控制CO2的排放及加强CO2的开发利用都是一项具有重大战略意义的课题。
CO2既是最主要的温室气体，同时也是地球上分布最广、储量最丰富的碳一资源。据统计以CO2和碳酸盐形式存在的碳储量大约有1016吨，是已探明的煤和石油含碳量的1000倍。在油田气、合成氨、炼铁、水泥、发酵、火力发电站和制氢装置的副产气中也含有大量的CO2。CO2作为一种用途广泛的化工产品，可直接应用于饮料添加剂、超临界萃取剂、果蔬保鲜剂、低温制冷剂、油田助采剂、焊接保护气、抑爆充加剂、植物气肥、烟丝膨胀剂、树脂发泡剂等用途。另外，CO2作为重要的化工原料，通过化学加工可将CO2转化为具有较高经济价值的产品：如微细硅胶(白炭黑)、硼酸钠(硼砂)、轻质氧化镁、碳酸丙烯酯、邻羟基苯甲酸(水杨酸)、双氰胺(氰基肌)。
以CO2为原料进行综合利用，一方面可以提供重要的工业原料乙烯，同时又可消除导致温室效应的CO2，是一个有工业应用前景的催化反应。计算分析证明CO2氧化乙烷脱氢制乙烯反应在热力学上是很有利的。这就为研究CO2氧化乙烷脱氢制乙烯提供了理论依据。1987年，Gnziev提出CO2的存在可以促进乙烷氧化脱氢制乙烯反应以后，国内外对CO2氧化乙烷脱氢制乙烯反应的基础研究工作即开展起来。
以CO2为原料进行综合利用的新工艺具有反应温度较低、能耗低、乙烯选择性高等优点。并可以充分应用天然气、油田气等非石油资源，已在国内外学术界、工业界引起广泛关注。CO2利用方法是一个具有环境和资源双重效益的绿色过程，对其进行研究具有重要的科学意义与工业应用价值。目前CO2用于化学品的合成，已工业化的主要包括：1、尿素2、水杨酸3、环状碳酸酯4、聚碳酸酯5、甲醇。工业消耗的CO2中，90％都是用于尿素的生产，产品结构较为单一，所以二氧化碳的利用和化学转化还需要进一步开发。并且国内尚未发现利用CO2和乙烷进行规模化生产的装置和方法。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术中所存在的问题，本发明提出了一种环境友好、多种物料资源与能量循环利用，降低污染物的排放，环保高效，丰富企业产品结构的二氧化碳减排及综合利用的装置和方法。
技术方案：为达以上目的，本发明采取以下技术方案：一种二氧化碳减排及综合利用的装置，按反应步骤依次包括原料混合单元、缓冲单元、反应单元、余热回收单元、急冷单元、压缩单元、分离单元以及PSA单元；
其中所述反应单元为带有进料预热器的反应炉；所述反应炉内有反应炉管；
所述余热回收单元包括一级废热锅炉和二级废热锅炉；
所述急冷单元为包括塔顶分液罐、塔底急冷水泵以及塔底过滤器的急冷塔；
所述压缩单元包括一级压缩系统、吸收塔脱碳系统、再生塔系统、脱苯干燥系统以及二级压缩系统；
所述分离单元包括冷箱、脱甲烷塔系统、乙烯塔系统以及脱乙烷塔系统；所述脱甲烷塔系统塔底连接有重沸器；所述乙烯塔系统为上塔和下塔热冷分离结构，其中上塔通过乙烯泵连接有乙烯罐。
更为优选的，所述反应炉为立式箱式炉。
本发明还公开了基于上述装置的二氧化碳减排及综合利用的方法，包括如下反应过程：
(1)原料混合单元、缓冲单元和反应单元：原料混合单元、缓冲单元和反应单元：原料混合单元中三股进料进行混合，第一股进料为乙烷和循环乙烷，第二股进料为二氧化碳和循环二氧化碳，第三股进料为水蒸气；三股进料在混合后进入缓冲单元，随后进入反应单元中的进料预热器，预热至50～500℃后进入反应炉进行升温反应；反应炉管中装有乙烷脱氢催化剂，升温至500～1500℃，乙烷、二氧化碳、水蒸气在催化剂的作用下反应，生成主产品乙烯，以及一氧化碳、氢气、甲烷、C3+烃类、水等副产品；反应炉保持反应温度，使反应得以朝有利方向进行；反应炉出口气体为高温过程气，随后进入下一个单元余热回收单元进行发汽，副产品少量甲烷以及C3+烃类作为本装置的燃料进行循环利用；
其中三股进料中的循环乙烷来自后续分离单元脱乙烷塔系统反应分离进行循环再利用；循环二氧化碳来自压缩单元再生塔系统出气的循环再利用；水蒸气来自压缩单元脱苯干燥系统进行循环再利用；
(2)余热回收单元和急冷单元：来自反应单元的高温过程气，温度为550～1200℃，进入余热回收单元的一级废热锅炉后发1～10MPa等级的饱和蒸汽，进入反应炉烟道过热，作为后续压缩单元压缩系统热源使用；通过一级废热锅炉后的高温过程气，温度为200～800℃，进入二级废热锅炉后发0.1～1.0MPa等级的饱和蒸汽，作为后续再生塔压缩单元再生塔系统热源使用；
经过两级废热锅炉后的高温过程气降温至50～400℃进入急冷单元，在急冷塔中，高温过程气和急冷水逆流接触，降温至10～100℃的过程气进入塔顶分液罐，随后进入下一级压缩单元；急冷塔底端急冷水经急冷水泵增压后，部分经过过滤器过滤去除反应生成的焦炭杂质，随后作为后续分离单元热源使用；
(3)压缩单元：一级压缩系统中，降温后的过程气由0.01Mpa～1.0Mpa增压至1Mpa～10MPa；进入吸收塔脱碳系统进行脱碳；其中使用MDEA溶液作为吸收剂，吸收过程气中的二氧化碳，吸收二氧化碳后的MDEA富溶剂进入再生塔系统再生，再生塔系统采用常规汽提工艺；富溶剂经贫富溶剂换热器换热至80-150℃左右后进入再生塔系统再生，出口气作为循环二氧化碳经加压送至反应炉作为原料使用；脱苯干燥部分采用洗涤工艺，采用后续分离单元自产的C3+进行洗涤，洗涤后的过程气中C6H6含量≤100ppm；经脱碳、脱苯、干燥后的过程气进入二级压缩系统，继续加压至1MPa～10MPa后进入下一级分离单元；
(4)分离单元：自压缩单元来的过程气首先和脱甲烷塔系统塔底物料换热，经分液后的过程气进入冷箱，在冷箱中，过程气与冷剂和合成气换热逐步冷却至-50℃～-5℃，冷箱底部液体直接作为脱甲烷塔系统的进料，冷箱顶部气相作为粗合成气进入后续PSA单元；
脱甲烷塔系统塔底采用急冷水作为重沸器热源，塔底C2+物料与进料过程气换热后经碳二加氢系统处理去除乙炔杂质后再进入乙烯塔系统，冷箱顶部气相和脱甲烷塔系统顶气合并，升温至1℃～80℃后进入PSA单元；
自脱甲烷塔系统塔底来的C2+物料中含有少量乙炔，对产品乙烯纯度有较大影响，需经过加氢处理氢气为装置PSA单元自产氢气。经加氢后，乙炔部分转化为乙烯，部分转化为乙烷，使得后续乙烯产品能够达标外销；
经加氢后的C2+物料直接进入乙烯塔下塔，乙烯塔系统下塔塔底采用急冷水作为热源，上塔塔顶采用制冷剂作为冷源；冷凝后的液体作为塔的回流，不凝气经压力控制后进入压缩单元循环压缩以最大程度回收乙烯；用乙烯送出泵抽出乙烯，送至乙烯罐储存；回收乙烯后的C2+物料在乙烯塔底，经压力控制后与脱乙烷塔系统塔底物料换热后进入脱乙烷塔系统；脱乙烷塔系统塔底采用急冷水做为热源，塔顶有冷源；冷凝后的液体作为塔的回流，不凝气即循环乙烷，经压力控制后首先进入冷箱回收冷量，升温至10℃～70℃后作为反应原料使用；塔底物料为C3+，水冷至15～65℃后分为两路，一路经加压继续降温至5～50℃后作为脱苯干燥系统的洗涤液使用，另外一路直接作为装置或余热回收系统燃料使用；
(5)PSA单元：粗合成气在1Mpa～10Mpa，1℃-80℃下进入PSA单元，经过气液分离器后通过变压吸附系统PSA得到氢纯度≥90.00％的产品氢气，产品氢气输出界外；PSA解吸气在0.01MP～0.1MPa下送出界外；该解析气可经合成气压缩机升压后作为原料供下游使用，与装置的其他产品乙烯、一氧化碳共同作为正丙醛、正丙醇以及醋酸正丙酯的原料。
更为优选的，步骤(4)中乙烯塔系统塔顶气用-50℃～-5℃制冷剂冷凝冷却。
有益效果：本发明提供的一种二氧化碳减排及综合利用的装置和方法，具有以下优点：
(a)以二氧化碳为原料进行综合利用的技术，是乙烷转化和二氧化碳利用的有效途径，不仅对于缓解能源危机，改变某些化工产品的生产过程和原料路线具有重大的现实意义，且对减少温室气体的排放，减轻“温室效应”造成的对全球生态环境具有深远的历史意义。
(b)以二氧化碳为原料进行综合利用，解决了下游装置对乙烯、氢气和一氧化碳原料的来源问题，完善了企业的产品多元化，提高了企业核心竞争力。
(c)以二氧化碳为原料进行综合利用，采用了环境友好工艺，采取了有效的环保措施，特别是固定二氧化碳，取代煤化工，利用二氧化碳制取乙烯、一氧化碳以及氢气来满足工业的生产。
(d)利用工艺所产生的废气作燃料增发蒸汽，既满足了本装置的能耗需求，又节省了蒸汽资源，尽可能的做到了能量循环利用，降低了污染物排放量和排放浓度，满足环保要求。
(e)本技术中采取了多种物料或者废料循环使用或者在利用，避免了能源的浪费：包括A)利用废热作为后续工艺的热源；B)利用废料C3+作为洗涤剂和燃料；C)二氧化碳和乙烷回收循环使用，避免污染大气和能源浪费；D)后续工艺为前面工艺提供原材料氢气，提高物料的转化率，避免污染大气和能源浪费；E)反应产生的水经后续工艺提取后返回到原材料循环使用，避免了废水的产生和水资源浪费。
附图说明
图1是本发明具体实施例一种二氧化碳减排及综合利用的装置流程示意图；
图2是本发明具体实施例一种二氧化碳减排及综合利用的装置各单元分解流程示意图。
具体实施方式
实施例1：
请参照图1，本发明公开了一种二氧化碳减排及综合利用的装置，按反应步骤依次包括原料混合单元1、缓冲单元2、反应单元3、余热回收单元4、急冷单元5、压缩单元6、分离单元7以及PSA单元8；
请参阅图2所示，其中所述反应单元3为带有进料预热器的反应炉31；所述反应炉31内有反应炉管32；所述反应炉31为立式箱式炉；
所述余热回收单元4包括一级废热锅炉41和二级废热锅炉42；
所述急冷单元5为包括塔顶分液罐51、塔底急冷水泵52以及塔底过滤器(未图示)的急冷塔；
所述压缩单元6包括一级压缩系统61、吸收塔脱碳系统62、再生塔系统63、脱苯干燥系统64以及二级压缩系统65；
所述分离单元7包括冷箱71、脱甲烷塔系统72、乙烯塔系统73以及脱乙烷塔系统74；所述脱甲烷塔系统72塔底连接有重沸器721；所述乙烯塔系统73为上塔731和下塔732热冷分离结构，其中上塔731通过乙烯泵733连接有乙烯罐734。
基于上述的装置，一种二氧化碳减排及综合利用的方法，包括如下反应过程：
(1)原料混合单元1、缓冲单元2和反应单元3：原料混合单元1中三股进料进行混合，第一股进料为乙烷和循环乙烷，第二股进料为二氧化碳和循环二氧化碳，第三股进料为水蒸气；三股进料在混合后进入缓冲单元2，随后进入反应单元3中的进料预热器，预热至50～500℃后进入反应炉31进行升温反应；反应炉管32中装有乙烷脱氢催化剂，升温至500～1500℃，乙烷、二氧化碳、水蒸气在催化剂的作用下反应，生成主产品乙烯；以及一氧化碳、氢气、甲烷、C3+烃类、水等副产品；反应炉31保持反应温度，使反应得以朝有利方向进行；反应炉31出口气体为高温过程气，随后进入下一个单元余热回收单元4进行发汽，副产品少量甲烷以及C3+烃类作为本装置的燃料进行循环利用；
其中三股进料中的循环乙烷来自后续分离单元7脱乙烷塔系统74反应分离进行循环再利用；循环二氧化碳来自压缩单元6再生塔系统63出气的循环再利用；水蒸气来自压缩单元6脱苯干燥系统64进行循环再利用；
(2)余热回收单元4和急冷单元5：来自反应单元3的高温过程气，温度为550～1200℃，进入余热回收单元4的一级废热锅炉41后发1～10MPa等级的饱和蒸汽，进入反应炉烟道过热，作为后续压缩单元6压缩系统热源使用；通过一级废热锅炉41后的高温过程气，温度为200～800℃，进入二级废热锅炉42后发0.1～1.0MPa等级的饱和蒸汽，作为后续压缩单元6再生塔系统63热源使用；
经过两级废热锅炉后的高温过程气降温至50～400℃进入急冷单元5，在急冷塔中，高温过程气和急冷水逆流接触，降温至10～100℃的过程气进入塔顶分液罐51，随后进入下一级压缩单元6；急冷塔底端急冷水经急冷水泵52增压后，部分经过过滤器过滤去除反应生成的焦炭杂质，随后作为后续分离单元7热源使用；
(3)压缩单元6：一级压缩系统61中，降温后的过程气由0.01Mpa～1.0Mpa增压至1Mpa～10Mpa；进入吸收塔脱碳系统62进行脱碳；其中使用MDEA溶液作为吸收剂，吸收过程气中的二氧化碳，吸收二氧化碳后的MDEA富溶剂进入再生塔系统63再生，再生塔系统63采用常规汽提工艺；富溶剂经贫富溶剂换热器换热至80-150℃左右后进入再生塔系统63再生，出口气作为循环二氧化碳经加压送至反应炉31作为原料使用；脱苯干燥系统64采用洗涤工艺，采用后续分离单元7自产的C3+进行洗涤，洗涤后的过程气中C6H6含量≤100ppm；经脱碳、脱苯、干燥后的过程气进入二级压缩系统65，继续加压至1MPa～10MPa后进入下一级分离单元7；
(4)分离单元7：自压缩单元6来的过程气首先和脱甲烷塔系统72塔底物料换热，经分液后的过程气进入冷箱71，在冷箱71中，过程气与冷剂和合成气换热逐步冷却至-50℃～-5℃，冷箱71底部液体直接作为脱甲烷塔系统72的进料，冷箱71顶部气相作为粗合成气进入后续PSA单元8；
脱甲烷塔系统72塔底采用急冷水作为重沸器721热源，塔底C2+物料与进料过程气换热后经碳二加氢系统处理去除乙炔杂质后再进入乙烯塔系统73，冷箱71顶部气相和脱甲烷塔系统72顶气合并，升温至1℃～80℃后进入PSA单元8；
经加氢后的C2+物料直接进入乙烯塔系统73下塔732，乙烯塔系统73下塔732塔底采用急冷水作为热源，上塔731塔顶采用制冷剂作为冷源；用-50℃～-5℃制冷剂冷凝冷却，冷凝后的液体作为塔的回流，不凝气经压力控制后进入压缩单元6循环压缩以最大程度回收乙烯；用乙烯送出泵733抽出乙烯，送至乙烯罐734储存；回收乙烯后的C2+物料在乙烯塔底，经压力控制后与脱乙烷塔系统74塔底物料换热后进入脱乙烷塔系统74；脱乙烷塔系统74塔底采用急冷水做为热源，塔顶有冷源；冷凝后的液体作为塔的回流，不凝气即循环乙烷，经压力控制后首先进入冷箱71回收冷量，升温至10℃～70℃后作为反应原料使用；塔底物料为C3+，水冷至15～65℃后分为两路，一路经加压继续降温至5～50℃后作为脱苯干燥系统64的洗涤液使用，另外一路直接作为装置或余热回收单元4燃料使用；
(5)PSA单元8：粗合成气在1Mpa～10Mpa，1℃-80℃下进入PSA单元8，经过气液分离器后通过变压吸附系统PSA得到氢纯度≥90.00％的产品氢气，产品氢气输出界外；PSA解吸气在0.01MP～0.1MPa下送出界外；该解析气可经合成气压缩机升压后作为原料供下游使用，与装置的其他产品乙烯、一氧化碳共同作为正丙醛、正丙醇以及醋酸正丙酯的原料。
实施例2：
装置与实施例1相同。
基于上述的装置，一种二氧化碳减排及综合利用的方法，包括如下反应过程：
(1)原料混合单元1、缓冲单元2和反应单元3：原料混合单元1中三股进料进行混合，第一股进料为乙烷和循环乙烷，第二股进料为二氧化碳和循环二氧化碳，第三股进料为水蒸气；三股进料在混合后进入缓冲单元2，随后进入反应单元3中的进料预热器，预热至100～400℃后进入反应炉31进行升温反应；反应炉管32中装有乙烷脱氢催化剂，升温至500～1100℃，乙烷、二氧化碳、水蒸气在催化剂的作用下反应，生成主产品乙烯；以及一氧化碳、氢气、甲烷、C3+烃类、水等副产品；反应炉31保持反应温度，使反应得以朝有利方向进行；反应炉31出口气体为高温过程气，随后进入下一个单元余热回收单元4进行发汽，副产品少量甲烷以及C3+烃类作为本装置的燃料进行循环利用；
其中三股进料中的循环乙烷来自后续分离单元7脱乙烷塔系统74反应分离进行循环再利用；循环二氧化碳来自压缩单元6再生塔系统63出气的循环再利用；水蒸气来自压缩单元6脱苯干燥系统64进行循环再利用；
(2)余热回收单元4和急冷单元5：来自反应单元3的高温过程气，温度为600～1000℃，进入余热回收单元4的一级废热锅炉41后发2～8MPa等级的饱和蒸汽，进入反应炉烟道过热，作为后续压缩单元6压缩系统热源使用；通过一级废热锅炉41后的高温过程气，温度为300～600℃，进入二级废热锅炉42后发0.3～0.8MPa等级的饱和蒸汽，作为后续压缩单元6再生塔系统63热源使用；
经过两级废热锅炉后的高温过程气降温至100～300℃进入急冷单元5，在急冷塔中，高温过程气和急冷水逆流接触，降温至15～60℃的过程气进入塔顶分液罐51，随后进入下一级压缩单元6；急冷塔底端急冷水经急冷水泵52增压后，部分经过过滤器过滤去除反应生成的焦炭杂质，随后作为后续分离单元7热源使用；
(3)压缩单元6：一级压缩系统61中，降温后的过程气由0.2Mpa～0.6Mpa增压至2Mpa～8MPa；进入吸收塔脱碳系统62进行脱碳；其中使用MDEA溶液作为吸收剂，吸收过程气中的二氧化碳，吸收二氧化碳后的MDEA富溶剂进入再生塔系统63再生，再生塔系统63采用常规汽提工艺；富溶剂经贫富溶剂换热器换热至50～100℃左右后进入再生塔系统63再生，出口气作为循环二氧化碳经加压送至反应炉31作为原料使用；脱苯干燥系统64采用洗涤工艺，采用后续分离单元7自产的C3+进行洗涤，洗涤后的过程气中C6H6含量≤80ppm；经脱碳、脱苯、干燥后的过程气进入二级压缩系统65，继续加压至2MPa～8MPa后进入下一级分离单元7；
(4)分离单元7：自压缩单元6来的过程气首先和脱甲烷塔系统72塔底物料换热，经分液后的过程气进入冷箱71，在冷箱71中，过程气与冷剂和合成气换热逐步冷却至-45～-15℃，冷箱71底部液体直接作为脱甲烷塔系统72的进料，冷箱71顶部气相作为粗合成气进入后续PSA单元8；
脱甲烷塔系统72塔底采用急冷水作为重沸器721热源，塔底C2+物料与进料过程气换热后经碳二加氢系统处理去除乙炔杂质后再进入乙烯塔系统73，冷箱71顶部气相和脱甲烷塔系统72顶气合并，升温至10℃～60℃后进入PSA单元8；
经加氢后的C2+物料直接进入乙烯塔系统73下塔732，乙烯塔系统73下塔732塔底采用急冷水作为热源，上塔731塔顶采用制冷剂作为冷源；用-45～-15℃制冷剂冷凝冷却，冷凝后的液体作为塔的回流，不凝气经压力控制后进入压缩单元6循环压缩以最大程度回收乙烯；用乙烯送出泵733抽出乙烯，送至乙烯罐734储存；回收乙烯后的C2+物料在乙烯塔底，经压力控制后与脱乙烷塔系统74塔底物料换热后进入脱乙烷塔系统74；脱乙烷塔系统74塔底采用急冷水做为热源，塔顶有冷源；冷凝后的液体作为塔的回流，不凝气即循环乙烷，经压力控制后首先进入冷箱71回收冷量，升温至15～50℃后作为反应原料使用；塔底物料为C3+，水冷至20～50℃后分为两路，一路经加压继续降温至20～40℃后作为脱苯干燥系统64的洗涤液使用，另外一路直接作为装置或余热回收单元4燃料使用；
(5)PSA单元8：粗合成气在2Mpa～8Mpa，10℃-60℃下进入PSA单元8，经过气液分离器后通过变压吸附系统PSA得到氢纯度≥95.00％的产品氢气，产品氢气输出界外；PSA解吸气在0.02MP～0.08MPa下送出界外；该解析气可经合成气压缩机升压后作为原料供下游使用，与装置的其他产品乙烯、一氧化碳共同作为正丙醛、正丙醇以及醋酸正丙酯的原料。
实施例3：
装置与实施例1相同。
基于上述的装置，一种二氧化碳减排及综合利用的方法，包括如下反应过程：
(1)原料混合单元1、缓冲单元2和反应单元3：原料混合单元1中三股进料进行混合，第一股进料为乙烷和循环乙烷，第二股进料为二氧化碳和循环二氧化碳，第三股进料为水蒸气；三股进料在混合后进入缓冲单元2，随后进入反应单元3中的进料预热器，预热至220℃后进入反应炉31进行升温反应；反应炉管32中装有乙烷脱氢催化剂，升温至1000℃，乙烷、二氧化碳、水蒸气在催化剂的作用下反应，生成主产品乙烯；以及一氧化碳、氢气、甲烷、C3+烃类、水等副产品；反应炉31保持反应温度，使反应得以朝有利方向进行；反应炉31出口气体为高温过程气，随后进入下一个单元余热回收单元4进行发汽，副产品少量甲烷以及C3+烃类作为本装置的燃料进行循环利用；
其中三股进料中的循环乙烷来自后续分离单元7脱乙烷塔系统74反应分离进行循环再利用；循环二氧化碳来自压缩单元6再生塔系统63出气的循环再利用；水蒸气来自压缩单元6脱苯干燥系统64进行循环再利用；
(2)余热回收单元4和急冷单元5：来自反应单元3的高温过程气，温度为950℃，进入余热回收单元4的一级废热锅炉41后发6MPa等级的饱和蒸汽，进入反应炉烟道过热，作为后续压缩单元6压缩系统热源使用；通过一级废热锅炉41后的高温过程气，温度为600℃，进入二级废热锅炉42后发0.75MPa等级的饱和蒸汽，作为后续压缩单元6再生塔系统63热源使用；
经过两级废热锅炉后的高温过程气降温至280℃进入急冷单元5，在急冷塔中，高温过程气和急冷水逆流接触，降温至55℃的过程气进入塔顶分液罐51，随后进入下一级压缩单元6；急冷塔底端急冷水经急冷水泵52增压后，部分经过过滤器过滤去除反应生成的焦炭杂质，随后作为后续分离单元7热源使用；
(3)压缩单元6：一级压缩系统61中，降温后的过程气由0.55Mpa增压至6.5MPa；进入吸收塔脱碳系统62进行脱碳；其中使用MDEA溶液作为吸收剂，吸收过程气中的二氧化碳，吸收二氧化碳后的MDEA富溶剂进入再生塔系统63再生，再生塔系统63采用常规汽提工艺；富溶剂经贫富溶剂换热器换热至85℃左右后进入再生塔系统63再生，出口气作为循环二氧化碳经加压送至反应炉31作为原料使用；脱苯干燥系统64采用洗涤工艺，采用后续分离单元7自产的C3+进行洗涤，洗涤后的过程气中C6H6含量≤50ppm；经脱碳、脱苯、干燥后的过程气进入二级压缩系统65，继续加压至7.5MPa后进入下一级分离单元7；
(4)分离单元7：自压缩单元6来的过程气首先和脱甲烷塔系统72塔底物料换热，经分液后的过程气进入冷箱71，在冷箱71中，过程气与冷剂和合成气换热逐步冷却至-25℃，冷箱71底部液体直接作为脱甲烷塔系统72的进料，冷箱71顶部气相作为粗合成气进入后续PSA单元8；
脱甲烷塔系统72塔底采用急冷水作为重沸器721热源，塔底C2+物料与进料过程气换热后经碳二加氢系统处理去除乙炔杂质后再进入乙烯塔系统73，冷箱71顶部气相和脱甲烷塔系统72顶气合并，升温至45℃后进入PSA单元8；
经加氢后的C2+物料直接进入乙烯塔系统73下塔732，乙烯塔系统73下塔732塔底采用急冷水作为热源，上塔731塔顶采用制冷剂作为冷源；用-25℃制冷剂冷凝冷却，冷凝后的液体作为塔的回流，不凝气经压力控制后进入压缩单元6循环压缩以最大程度回收乙烯；用乙烯送出泵733抽出乙烯，送至乙烯罐734储存；回收乙烯后的C2+物料在乙烯塔底，经压力控制后与脱乙烷塔系统74塔底物料换热后进入脱乙烷塔系统74；脱乙烷塔系统74塔底采用急冷水做为热源，塔顶有冷源；冷凝后的液体作为塔的回流，不凝气即循环乙烷，经压力控制后首先进入冷箱71回收冷量，升温至40℃后作为反应原料使用；塔底物料为C3+，水冷至35℃后分为两路，一路经加压继续降温至25℃后作为脱苯干燥系统64的洗涤液使用，另外一路直接作为装置或余热回收单元4燃料使用；
(5)PSA单元8：粗合成气在6Mpa，45℃下进入PSA单元8，经过气液分离器后通过变压吸附系统PSA得到氢纯度≥96.55％的产品氢气，产品氢气输出界外；PSA解吸气在0.05MPa下送出界外；该解析气可经合成气压缩机升压后作为原料供下游使用，与装置的其他产品乙烯、一氧化碳共同作为正丙醛、正丙醇以及醋酸正丙酯的原料。
本装置以及综合利用方法采取了多种物料或者废料循环使用或者在利用，避免了能源的浪费：包括A)利用废热作为后续工艺的热源；B)利用废料C3+作为洗涤剂和燃料；C)二氧化碳和乙烷回收循环使用，避免污染大气和能源浪费；D)后续工艺为前面工艺提供原材料氢气，提高物料的转化率，避免污染大气和能源浪费；E)反应产生的水经后续工艺提取后返回到原材料循环使用，避免了废水的产生和水资源浪费。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种二氧化碳减排及综合利用的装置，其特征在于按反应步骤依次包括原料混合单元(1)、缓冲单元(2)、反应单元(3)、余热回收单元(4)、急冷单元(5)、压缩单元(6)、分离单元(7)以及PSA单元(8)；
其中所述反应单元(3)为带有进料预热器的反应炉(31)；所述反应炉(31)内有反应炉管(32)；
所述余热回收单元(4)包括一级废热锅炉(41)和二级废热锅炉(42)；
所述急冷单元(5)为包括塔顶分液罐(51)、塔底急冷水泵(52)以及塔底过滤器的急冷塔；
所述压缩单元(6)包括一级压缩系统(61)、吸收塔脱碳系统(62)、再生塔系统(63)、脱苯干燥系统(64)以及二级压缩系统(65)；
所述分离单元(7)包括冷箱(71)、脱甲烷塔系统(72)、乙烯塔系统(73)以及脱乙烷塔系统(74)；所述脱甲烷塔系统(72)塔底连接有重沸器(721)；所述乙烯塔系统(73)为上塔(731)和下塔(732)热冷分离结构，其中上塔(731)通过乙烯泵(733)连接有乙烯罐(734)。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳减排及综合利用的装置，其特征在于：所述反应炉(31)为立式箱式炉。
3.如权利要求1所述的二氧化碳减排及综合利用的方法，其特征在于包括如下反应过程：
(1)原料混合单元、缓冲单元和反应单元：原料混合单元中三股进料进行混合，第一股进料为乙烷和循环乙烷，第二股进料为二氧化碳和循环二氧化碳，第三股进料为水蒸气；三股进料在混合后进入缓冲单元，随后进入反应单元中的进料预热器，预热至50～500℃后进入反应炉进行升温反应；反应炉管中装有乙烷脱氢催化剂，升温至500～1500℃，乙烷、二氧化碳、水蒸气在催化剂的作用下反应，生成主产品乙烯，以及一氧化碳、氢气、甲烷、C3+烃类、水等副产品；反应炉保持反应温度，使反应得以朝有利方向进行；反应炉出口气体为高温过程气，随后进入下一个单元余热回收单元进行发汽，副产品少量甲烷以及C3+烃类作为本装置的燃料进行循环利用；
其中三股进料中的循环乙烷来自后续分离单元脱乙烷塔系统反应分离进行循环再利用；循环二氧化碳来自压缩单元再生塔系统出气的循环再利用；水蒸气来自压缩单元脱苯干燥系统进行循环再利用；
(2)余热回收单元和急冷单元：来自反应单元的高温过程气，温度为550～1200℃，进入余热回收单元的一级废热锅炉后发1～10MPa等级的饱和蒸汽，进入反应炉烟道过热，作为后续压缩单元压缩系统热源使用；通过一级废热锅炉后的高温过程气，温度为200～800℃，进入二级废热锅炉后发0.1～1.0MPa等级的饱和蒸汽，作为后续压缩单元再生塔系统热源使用；
经过两级废热锅炉后的高温过程气降温至50～400℃进入急冷单元，在急冷塔中，高温过程气和急冷水逆流接触，降温至10～100℃的过程气进入塔顶分液罐，随后进入下一级压缩单元；急冷塔底端急冷水经急冷水泵增压后，部分经过过滤器过滤去除反应生成的焦炭杂质，随后作为后续分离单元热源使用；
(3)压缩单元：一级压缩系统中，降温后的过程气由0.01Mpa～1.0Mpa增压至1Mpa～10MPa；进入吸收塔脱碳系统进行脱碳；其中使用MDEA溶液作为吸收剂，吸收过程气中的二氧化碳，吸收二氧化碳后的MDEA富溶剂进入再生塔系统再生，再生塔系统采用常规汽提工艺；富溶剂经贫富溶剂换热器换热至20～200℃左右后进入再生塔系统再生，出口气作为循环二氧化碳经加压送至反应炉作为原料使用；脱苯干燥系统采用洗涤工艺，采用后续分离单元自产的C3+进行洗涤，洗涤后的过程气中C6H6含量≤100ppm；经脱碳、脱苯、干燥后的过程气进入二级压缩系统，继续加压至1MPa～10MPa后进入下一级分离单元；
(4)分离单元：自压缩单元来的过程气首先和脱甲烷塔系统塔底物料换热，经分液后的过程气进入冷箱，在冷箱中，过程气与冷剂和合成气换热逐步冷却至-50℃～-5℃，冷箱底部液体直接作为脱甲烷塔系统的进料，冷箱顶部气相作为粗合成气进入后续PSA单元；
脱甲烷塔系统塔底采用急冷水作为重沸器热源，塔底C2+物料与进料过程气换热后经碳二加氢系统处理去除乙炔杂质后再进入乙烯塔系统，冷箱顶部气相和脱甲烷塔系统顶气合并，升温至1℃～80℃后进入PSA单元；
经加氢后的C2+物料直接进入乙烯塔下塔，乙烯塔系统下塔塔底采用急冷水作为热源，上塔塔顶采用制冷剂作为冷源；冷凝后的液体作为塔的回流，不凝气经压力控制后进入压缩单元循环压缩以最大程度回收乙烯；用乙烯送出泵抽出乙烯，送至乙烯罐储存；回收乙烯后的C2+物料在乙烯塔底，经压力控制后与脱乙烷塔系统塔底物料换热后进入脱乙烷塔系统；脱乙烷塔系统塔底采用急冷水做为热源，塔顶有冷源；冷凝后的液体作为塔的回流，不凝气即循环乙烷，经压力控制后首先进入冷箱回收冷量，升温至10℃～70℃后作为反应原料使用；塔底物料为C3+，水冷15～65℃后分为两路，一路经加压继续降温至5～50℃后作为脱苯干燥系统的洗涤液使用，另外一路直接作为装置或余热回收系统燃料使用；
(5)PSA单元：粗合成气在1Mpa～10Mpa，1℃-80℃下进入PSA单元，经过气液分离器后通过变压吸附系统PSA得到氢纯度≥99.00％的产品氢气，产品氢气输出界外；PSA解吸气在0.01Mpa～0.1MPa下送出界外；该解析气可经合成气压缩机升压后作为原料供下游使用，与装置的其他产品乙烯、一氧化碳共同作为正丙醛、正丙醇以及醋酸正丙酯的原料。
4.根据权利要求3所述的二氧化碳减排及综合利用的方法，其特征在于：步骤(4)中乙烯塔系统塔顶气用-50℃～-5℃制冷剂冷凝冷却。
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