CN107417481A - Mto工艺与轻烃裂解前脱乙烷工艺耦合的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种MTO工艺与轻烃裂解前脱乙烷工艺耦合的方法，主要解决现有技术中轻烃裂解产品结构不合理、丙烯产量少、MTO装置分离流程冗长的问题。本发明通过采用一种MTO工艺与轻烃裂解前脱乙烷工艺耦合的方法，用甲醇原料代替部分轻烃裂解原料生产低碳烯烃并增产丙烯产品，在保持乙烯产量不变的前提下，100～120万吨/年乙烯装置耦合180万吨/年MTO装置，丙烯增产17.18～25.37万吨/年，减少轻烃消耗70.67～97.88万吨/年，节约运行费用5020～53090万元人民币/年的技术方案较好地解决了上述问题，可用于用于低碳烯烃的生产中。

Description

MTO工艺与轻烃裂解前脱乙烷工艺耦合的方法
技术领域
本发明涉及一种MTO工艺与轻烃裂解前脱乙烷工艺耦合的方法。
背景技术
乙烯装置裂解原料的来源主要有两个方面，一是天然气加工厂的轻烃，如：乙烷、丙烷、丁烷等；二是炼油厂的加工产品，如：炼厂气、汽油、煤油、柴油等，以及炼厂油二次加工油，如：焦化加氢尾油、加氢裂化尾油等。目前我国乙烯装置大多采用石脑油作为原料，但是随着国际原油市场价格不断动荡，而且节能减排的呼声日益高涨，乙烯装置裂解原料轻质化、多元化、优质化成为发展的必然趋势。轻烃作为气体裂解原料，具有乙烯收率高、设备投资省、综合能耗低的优点。乙烷裂解的单程乙烯收率约50％～55％，丙烷裂解的单程乙烯收率约35％～40％，均高于石脑油裂解的收率。我国乙烯装置可利用的轻烃原料主要来源于油气田轻烃和炼厂轻烃。油田附近轻烃资源丰富，若配套建造轻烃作为裂解原料的乙烯装置，能够有效解决气体裂解原料的运输问题。但是，轻烃裂解装置发展的瓶颈是：产品结构单一，联产品较少，丙烯收率很低。如：乙烷蒸汽热裂解的丙烯收率仅约0.5％～2.0％。
甲醇制烯烃MTO工艺是以煤或天然气经合成气生产得到的甲醇为原料制取乙烯、丙烯等低碳烯烃的工业生产技术。我国能源格局一直以煤为主，近年来煤化工更是发展迅猛，甲醇价格低廉，低碳烯烃制取成本低，丙烯/乙烯比一般可达到1：1以上，且C6以上重组分较少，经济效益显著，是一条有效的生产低碳烯烃新途径。但目前单套MTO装置的处理能力并不大，且分离流程复杂冗长，固定投资成本较高。如果将MTO装置与轻烃作为裂解原料的乙烯装置进行耦合，则可有效互补短板，增加产品收率，提高丙烯/乙烯比，优化原料结构，减少设备投资。对能源结构为富煤、富气和贫油且丙烯缺口大的市场，本发明的经济效益更加显著。
由于我国的能源结构是“多煤贫油”，石油消费的对外依存度60％左右，石油能源的安全性差。因此，“以煤代油”符合国家优化能源结构的发展战略，从而保证我国能源的安全性。由煤制备的甲醇作为生产低碳烯烃的原料替代部分由原油炼制的石脑油和轻烃裂解原料，不仅技术水平先进，经济效益显著，而且能源战略意义巨大。
近年来MTO的研究与应用越来越多。发明专利CN104151121B、CN104193570B分别公开了以前脱丙烷路线、顺序分离路线的石脑油蒸汽裂解工艺与MTO工艺耦合的方法。发明专利CN104193574B一种MTO工艺与石脑油蒸汽裂解制乙烯工艺的耦合方法，公开了MTO装置与蒸汽热裂解装置前脱乙烷分离流程耦合的工艺技术，由此可以增产丙烯7.96～21.01万吨/年。发明专利CN104230617B又公开了顺序分离路线的石脑油及丙烷蒸汽裂解工艺与MTO工艺耦合的方法。
现有技术CN104151121B、CN104193570B、CN104193574B和CN104230617B虽然公开了蒸汽裂解工艺与MTO工艺耦合的方法，但是还没有针对前脱乙烷路线的轻烃蒸汽裂解装置的原料结构、产品结构和分离流程的优化工艺。因此，现有技术存在前脱乙烷路线的乙烯装置轻烃裂解产品结构不合理、产物中丙烯/乙烯比低、增产丙烯量少、MTO装置分离流程冗长等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有耦合技术中轻烃裂解产品结构不合理、产物中丙烯/乙烯比低、增产丙烯量少、MTO装置分离流程冗长的问题，提供一种新的MTO工艺与轻烃裂解前脱乙烷工艺耦合的方法。该方法用于低碳烯烃的生产中，具有轻烃裂解产品结构合理、增产丙烯量多、MTO装置分离流程短的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种MTO工艺与轻烃裂解前脱乙烷工艺耦合的方法，MTO产品气经压缩、干燥后进入粗分离塔，包括C2和C2以下轻组分及部分C3组分的粗分离塔塔顶物流进入轻烃裂解制乙烯工艺流程中的脱乙烷塔，包括剩余部分C3及C4以上组分的粗分离塔釜物流进入MTO分离流程中的脱丙烷塔，脱丙烷塔塔顶物流进入MTO分离流程中的丙烯精馏塔，丙烯精馏塔顶得到丙烯产品，丙烯精馏塔釜得到丙烷，脱丙烷塔釜物流进入轻烃裂解制乙烯工艺流程中的脱丁烷塔，其中，轻烃裂解制乙烯工艺采用前脱乙烷分离流程，依托轻烃裂解制乙烯工艺流程得到甲烷氢、乙烯、乙烷、部分丙烷、部分丙烯、混合C4及C5以上烃产品，从MTO工艺分离流程中得到剩余部分丙烷、剩余部分丙烯产品，通过降低轻烃进料量保持所述脱乙烷塔进料中的乙烯、丙烯流量不变。
上述技术方案中，优选地，所述粗分离塔的操作条件：温度为-20℃～10℃，压力为0.6MPaG～3.0MPaG。
上述技术方案中，优选地，所述MTO产品气中乙烯与丙烯质量比0.8～1.5：1。
上述技术方案中，优选地，所述轻烃裂解原料为40wt％乙烷、40wt％丙烷、20wt％丁烷，轻烃原料的转化率为60％～97％。
上述技术方案中，优选地，所述MTO工艺分离单元所需冷量由冷冻水站提供。
上述技术方案中，优选地，所述包括C2和C2以下轻组分及部分C3组分的粗分离塔塔顶物流经增压后进入轻烃裂解制乙烯工艺流程中的脱乙烷塔。
上述技术方案中，优选地，乙烯装置公称能力为100～120万吨/年，MTO装置公称能力为180万吨/年。
本发明涉及一种MTO工艺与轻烃裂解前脱乙烷工艺耦合的方法，在保持乙烯总产量不变，纯度大于99.95mol％聚合级乙烯和纯度大于99.6mol％聚合级丙烯等主要产品规格不变的前提下，用甲醇原料代替乙烯装置部分轻烃气体裂解原料并增产丙烯产品，将前脱乙烷分离路线的轻烃裂解乙烯装置耦合MTO装置，由此优化了制备低碳烯烃的原料结构，降低了工艺装置的固定投资，减少了生产装置的运行成本并提高了工艺生产装置抵抗原料价格变化等市场风险的能力。本发明100～120万吨/年乙烯装置耦合180万吨/年MTO装置后，丙烯增产17.18～25.37万吨/年，减少轻烃消耗量70.67～97.88万吨/年，节约运行费用5020～53090万元人民币/年。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【比较例1】
现有技术采用前脱乙烷分离工艺的轻烃裂解乙烯装置，公称能力100万吨/年，原料轻烃由40％乙烷、40％丙烷和20％丁烷组成，轻烃中的乙烷转化率为60％、丙烷转化率为93％、丁烷转化率为97％；纯度为99.95mol％聚合级乙烯产量100万吨/年，纯度为99.6mol％聚合级丙烯产量24.23万吨/年，气体原料轻烃耗量242.06万吨/年。
【实施例1】
采用本发明所述的耦合工艺流程，其中，轻烃裂解乙烯装置采用前脱乙烷分离工艺。乙烯装置的轻烃作为裂解原料进入乙烯裂解炉进行蒸汽热裂解反应得到乙烯、丙烯等裂解产物，高温裂解产物进入急冷区急冷处理，急冷后的物流经压缩、碱洗处理与来自MTO装置的C3及C3以下轻组分物流合并后进入脱乙烷塔。脱乙烷塔塔顶分离出C2及C2以下轻组分进入脱甲烷塔，脱甲烷塔塔顶分离出甲烷氢等轻组分，脱甲烷塔塔底分离出C2组分进入乙烯精馏塔，在乙烯精馏塔塔顶分离出聚合级乙烯产品，在乙烯精馏塔塔底分离出乙烷产品。脱乙烷塔塔底分离出含C3和C3以上组分进入脱丙烷塔，在脱丙烷塔塔顶分离出C3组分进入丙烯精馏塔，丙烯精馏塔塔顶分离出聚合级丙烯产品，塔底分离出丙烷。脱丙烷塔塔底分离出C4及C4以上重组分与来自MTO的物流合并后进入脱丁烷塔，脱丁烷塔塔顶分离出混合C4组分，塔底分离出含C5及C5以上重组分的裂解汽油。MTO装置的甲醇原料进入反应器发生催化反应转化得到乙烯、丙烯等产物，反应产物经三段压缩和碱洗后进入MTO装置的粗分离塔。粗分离塔塔顶分离出含部分C3和C3以下轻组分，经第四段压缩后与乙烯装置急冷、压缩、碱洗处理后的裂解产物物流合并送入乙烯装置脱乙烷塔。MTO装置的粗分离塔塔底分离出部分C3组分和C3以上重组分，进入MTO装置的脱丙烷塔分离，塔底分离出C4及C4以上重组分，与乙烯装置脱丙烷塔塔底物流合并送入乙烯装置脱丁烷塔。MTO装置中的脱丙烷塔塔顶分离出C3组分，进入MTO装置的丙烯精馏塔进一步分离，塔顶得到聚合级丙烯，塔底得到丙烷。
轻烃裂解乙烯装置的公称能力100万吨/年，原料轻烃由40％乙烷、40％丙烷和20％丁烷组成，轻烃中的乙烷转化率为60％、丙烷转化率为93％、丁烷转化率为97％；MTO装置公称能力180万吨/年，产物乙烯/丙烯比为0.9，粗分离塔的操作条件：温度为-20℃，压力为0.6MPaG。耦合装置纯度为99.95mol％聚合级乙烯产量100万吨/年，纯度为99.6mol％聚合级丙烯产量49.60万吨/年。与比较例1对比，增产丙烯25.37万吨/年，减少轻烃耗量70.67万吨/年。
【实施例2】
按照实施例1所述的条件和步骤，仅仅MTO装置操作条件改变。采用本发明所述的耦合工艺流程，其中，轻烃裂解乙烯装置采用前脱乙烷分离工艺，公称能力100万吨/年，原料轻烃由40％乙烷、40％丙烷和20％丁烷组成，轻烃中的乙烷转化率为60％、丙烷转化率为93％、丁烷转化率为97％；MTO装置公称能力180万吨/年，产物乙烯/丙烯比为1.0，粗分离塔的操作条件：温度为10℃，压力为3.0MPaG。耦合装置乙烯产量100万吨/年，丙烯产量48.02万吨/年。与比较例1对比，增产丙烯23.79万吨/年，减少轻烃耗量75.97万吨/年。
【实施例3】
按照实施例1所述的条件和步骤，仅仅MTO装置操作条件改变。采用本发明所述的耦合工艺流程，其中，轻烃裂解乙烯装置采用前脱乙烷分离工艺，公称能力100万吨/年，原料轻烃由40％乙烷、40％丙烷和20％丁烷组成，轻烃中的乙烷转化率为60％、丙烷转化率为93％、丁烷转化率为97％；MTO装置公称能力180万吨/年，产物乙烯/丙烯比为1.2，粗分离塔的操作条件：温度为-10℃，压力为1.5MPaG。耦合装置纯度为99.95mol％聚合级乙烯产量100万吨/年，纯度为99.6mol％聚合级丙烯产量45.18万吨/年。与比较例1对比，增产丙烯20.96万吨/年，减少轻烃耗量85.78万吨/年。
【实施例4】
按照实施例1所述的条件和步骤，仅仅MTO装置操作条件改变。采用本发明所述的耦合工艺流程，其中，轻烃裂解乙烯装置采用前脱乙烷分离工艺，公称能力100万吨/年，原料轻烃由40％乙烷、40％丙烷和20％丁烷组成，轻烃中的乙烷转化率为60％、丙烷转化率为93％、丁烷转化率为97％；MTO装置公称能力180万吨/年，产物乙烯/丙烯比为1.5，粗分离塔的操作条件：温度为0℃，压力为2.2MPaG。耦合装置纯度为99.95mol％聚合级乙烯产量100万吨/年，纯度为99.6mol％聚合级丙烯产量41.40万吨/年。与比较例1对比，增产丙烯17.18万吨/年，减少轻烃耗量97.88万吨/年。
【比较例2】
采用前脱乙烷分离工艺的轻烃裂解乙烯装置，公称能力110万吨/年，原料轻烃由40％乙烷、40％丙烷和20％丁烷组成，轻烃中的乙烷转化率为60％、丙烷转化率为93％、丁烷转化率为97％，纯度为99.95mol％聚合级乙烯产量110万吨/年，纯度为99.6mol％聚合级丙烯产量26.65万吨/年，气体原料轻烃耗量266.27万吨/年。
【实施例5】
按照实施例4所述的条件和步骤，仅仅乙烯装置公称能力改变。采用本发明所述的耦合工艺流程，其中，轻烃裂解乙烯装置采用前脱乙烷分离工艺，公称能力110万吨/年，原料轻烃由40％乙烷、40％丙烷和20％丁烷组成，轻烃中的乙烷转化率为60％、丙烷转化率为93％、丁烷转化率为97％；MTO装置公称能力180万吨/年，产物乙烯/丙烯比为1.5，粗分离塔的操作条件：温度为5℃，压力为2.5MPaG。耦合装置纯度为99.95mol％聚合级乙烯产量110万吨/年，纯度为99.6mol％聚合级丙烯产量43.83万吨/年。与比较例2对比，增产丙烯17.18万吨/年，减少轻烃耗量97.88万吨/年。
【比较例3】
采用前脱乙烷分离工艺的轻烃裂解乙烯装置，公称能力120万吨/年，原料轻烃由40％乙烷、40％丙烷和20％丁烷组成，轻烃中的乙烷转化率为60％、丙烷转化率为93％、丁烷转化率为97％，纯度为99.95mol％聚合级乙烯产量120万吨/年，纯度为99.6mol％聚合级丙烯产量29.07万吨/年，气体原料轻烃耗量290.47万吨/年。
【实施例6】
按照实施例4所述的条件和步骤，仅仅乙烯装置公称能力改变。采用本发明所述的耦合工艺流程，其中，轻烃裂解乙烯装置采用前脱乙烷分离工艺，公称能力120万吨/年，原料轻烃由40％乙烷、40％丙烷和20％丁烷组成，轻烃中的乙烷转化率为60％、丙烷转化率为93％、丁烷转化率为97％；MTO装置公称能力180万吨/年，产物乙烯/丙烯比为1.5，粗分离塔的操作条件：温度为-15℃，压力为1.0MPaG。耦合装置纯度为99.95mol％聚合级乙烯产量120万吨/年，纯度为99.6mol％聚合级丙烯产量46.25万吨/年。与比较例3对比，增产丙烯17.18万吨/年，减少轻烃耗量97.88万吨/年。
本发明实施例和比较例的对比结果汇总见表1。
表1
在相同的操作条件下，本发明实施例所述增产丙烯与发明专利CN104193574B实施例所述增产丙烯的比较，见表2：
表2
本发明实施例增产丙烯(万吨/年) 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
25.37 23.79 20.96 17.18 17.18 17.18
104193574B增产丙烯(万吨/年) 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例1 实施例2
18.72 16.64 12.88 7.96 7.96 7.96
增产丙烯的绝对增量(万吨/年) 6.65 7.15 8.08 9.22 9.22 9.22
增产丙烯的相对增量(％) 35.52 42.97 62.73 115.83 115.83 115.83
从表中数据中可以看出，本发明充分耦合前脱乙烷分离路线乙烯装置和MTO装置的分离设备，减少占地面积和设备固定投资；并在保持乙烯产量不变的前提下，增产聚合级丙烯产品，提高经济效益；用甲醇替代部分裂解原料，通过原料差价减少运行费用和操作成本，在低碳烯烃原料市场价格不稳定的情况下，大大提高工艺生产装置运行的灵活性和抗风险能力。另外，本发明的耦合工艺方法，能够“以煤代油”，保障我国能源的安全性，战略意义巨大。

Claims (7)

1.一种MTO工艺与轻烃裂解前脱乙烷工艺耦合的方法，MTO产品气经压缩、干燥后进入粗分离塔，包括C2和C2以下轻组分及部分C3组分的粗分离塔塔顶物流进入轻烃裂解制乙烯工艺流程中的脱乙烷塔，包括剩余部分C3及C4和C4以上重组分的粗分离塔釜物流进入MTO分离流程中的脱丙烷塔，脱丙烷塔塔顶物流进入MTO分离流程中的丙烯精馏塔，丙烯精馏塔顶得到丙烯产品，丙烯精馏塔釜得到丙烷，脱丙烷塔釜物流进入轻烃裂解制乙烯工艺流程中的脱丁烷塔，其中，轻烃裂解制乙烯工艺采用前脱乙烷分离流程，依托轻烃裂解制乙烯工艺流程得到甲烷氢、乙烯、乙烷、部分丙烷、部分丙烯、混合C4及C5以上烃产品，从MTO工艺分离流程中得到剩余部分丙烷、剩余部分丙烯产品，通过降低轻烃进料量保持所述脱乙烷塔进料中的乙烯、丙烯流量不变。
2.根据权利要求1所述MTO工艺与轻烃裂解前脱乙烷工艺耦合的方法，其特征在于所述粗分离塔的操作条件：温度为-20℃～10℃，压力为0.6MPaG～3.0MPaG。
3.根据权利要求1所述MTO工艺与轻烃裂解前脱乙烷工艺耦合的方法，其特征在于所述MTO产品气中乙烯与丙烯质量比0.8～1.5：1。
4.根据权利要求1所述MTO工艺与轻烃裂解前脱乙烷工艺耦合的方法，其特征在于所述轻烃裂解原料为40wt％乙烷、40wt％丙烷、20wt％丁烷，轻烃原料的转化率为60％～97％。
5.根据权利要求1所述MTO工艺与轻烃裂解前脱乙烷工艺耦合的方法，其特征在于所述MTO工艺分离单元所需冷量由冷冻水站提供。
6.根据权利要求1所述MTO工艺与轻烃裂解前脱乙烷工艺耦合的方法，其特征在于所述包括C2和C2以下轻组分及部分C3组分的粗分离塔塔顶物流经增压后进入轻烃裂解制乙烯工艺流程中的脱乙烷塔。
7.根据权利要求1所述MTO工艺与轻烃裂解前脱乙烷工艺耦合的方法，其特征在于乙烯装置公称能力为100～120万吨/年，MTO装置公称能力为180万吨/年。
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