CN218345369U - 一种煤基联产eva树脂和碳纤维的生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于一种煤基联产EVA树脂和碳纤维的生产系统；包括原煤仓及空气分离装置，原煤仓的出口与气化装置的固相进口相连，空气分离装置的氧气出口与气化装置气相进口相连，气化装置原料气出口通过第一三通分别与EVA树脂生产部和碳纤维生产部相连；EVA树脂生产部包括热回收单元，热回收单元出口与未变换气洗涤单元相连，未变换气洗涤单元出口通过第三三通分别与EVA树脂合成部及用于为EVA树脂合成部提供乙烯和碳纤维生产部提供丙烯的甲醇制烯烃装置相连；以煤和空气为原料，通过气化、净化、合成等化工过程生产EVA树脂和碳纤维，具有降低煤化工企业的设备购置成本，提高煤化工企业竞争力及降低对石油资源依存度的特点。

Description

一种煤基联产EVA树脂和碳纤维的生产系统

技术领域

本实用新型属于煤制EVA树脂和碳纤维技术领域，特别涉及一种煤基联产EVA树脂和碳纤维的生产系统。

背景技术

在碳达峰、碳中和目标引领和全球清洁能源加速应用背景下，对EVA树脂(乙烯—醋酸乙烯共聚物)和碳纤维等高端功能材料需求量大幅增加。EVA树脂在发泡、涂覆、电缆、热熔胶等领域应用广泛，近年来随着我国光伏产业的迅猛发展以及EVA材料在预涂膜技术和无卤阻燃电缆等方面的扩大应用，EVA行业的发展进入快车道。碳纤维的主要应用领域为风电叶片、光伏发电多晶硅、储氢瓶等清洁能源领域。但目前EVA树脂和碳纤维的前端原料丙烯腈的生产多集中在石化企业中，其严重依赖于石油资源，由于我国富煤、贫油、少气的能源结构，造成EVA树脂和碳纤维供不应求的局面，且对于国外的石油依存度较高，种种原因造成EVA树脂和碳纤维的成本居高不下，严重影响EVA树脂和碳纤维下游产业的发展；因此急需开发一种煤制EVA树脂和碳纤维的装置，开发一种煤基联产EVA树脂和碳纤维的装置显得更为迫切。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷，而提供一种以煤和空气为原料，通过气化、净化、合成等化工过程生产EVA树脂和碳纤维，以实现提高煤化工企业竞争力以及降低对石油资源依存度的一种煤基联产EVA树脂和碳纤维的生产系统。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种煤基联产EVA树脂和碳纤维的生产系统，该生产系统包括原煤仓以及空气分离装置，所述原煤仓的出口与气化装置的固相进口相连，空气分离装置的氧气出口与气化装置的气相进口相连，气化装置的原料气出口通过第一三通分别与EVA树脂生产部和碳纤维生产部相连；所述EVA树脂生产部包括热回收单元，热回收单元的出口与未变换气洗涤单元相连，未变换气洗涤单元的出口通过第三三通分别与EVA树脂合成部以及用于为EVA树脂合成部提供乙烯和碳纤维生产部提供丙烯的甲醇制烯烃装置相连。

优选的，所述EVA树脂合成部包括与第三三通相连的CO提纯装置，CO提纯装置的产品气出口通过第六三通与醋酸合成装置相连，醋酸合成装置的醋酸出口通过第八三通与醋酸乙烯合成装置相连，醋酸乙烯合成装置的醋酸乙烯出口通过第九三通与EVA树脂合成装置相连；所述第六三通的第三端与甲醇管道相连，第八三通的第三端和第九三通的第三端分别与乙烯管道相连。

优选的，所述第三三通的第三端和第一四通与甲醇合成装置的进口相连，甲醇合成装置的甲醇出口通过第五三通与甲醇制烯烃装置相连；所述第一四通的第三端通过尾气压缩装置与CO提纯装置的尾气出口相连；第五三通的第三端和第六三通的第三端相连。所述甲醇制烯烃装置的乙烯出口与第七三通相连，第七三通的第二端与第八三通的第三端相连，第七三通的第三端与第九三通的第三端相连。

优选的，所述碳纤维生产部包括与第一三通相连的变换及热回收单元，变换及热回收单元与变换气洗涤单元相连，变换气洗涤单元的出口通过第四三通与液氮洗装置相连，液氮洗装置的合成气出口与氨合成装置相连，氨合成装置的出口通过第二四通与丙烯腈生产装置相连，丙烯腈生产装置的出口通过碳纤维合成装置相连；第二四通的第三端与丙烯管道相连，第二四通的第四端与氧气管道相连。

优选的，所述甲醇制烯烃装置的丙烯出口与第二四通的第三端相连；所述空气分离装置的氧气出口与气化装置的气相进口之间设有第二三通，第二三通的第三端与第二四通的第四端相连。

优选的，所述空气分离装置的氮气出口与液氮洗装置的氮进口相连。

优选的，所述第一四通的第四端与第四三通的第三端相连。

本发明以现有的煤化工企业常用的空气分离装置、气化装置、CO提纯装置和甲醇合成装置等设备为基础，使用煤和空气为原料，通过气化、净化、合成等化工过程生产EVA树脂和碳纤维，不仅能够降低煤化工企业的设备购置成本，还能够提高煤化工企业竞争力以及降低对石油资源依存度的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

上图中：

1、原煤仓；2、空气分离装置；3、气化装置；4、热回收单元；5、变换及热回收单元；6、未变换气洗涤单元；7、变换气洗涤单元；8、甲醇合成装置；9、CO提纯装置；10、尾气压缩装置；11、甲醇制烯烃装置；12、醋酸生产装置；13、醋酸乙烯合成装置；14、EVA树脂生产装置；15、液氮洗装置；16、氨合成装置；17、丙烯腈生产装置；18、碳纤维生产装置；19、第一三通；20、第二三通；21、第三三通；22、第四三通；23、第五三通；24、第六三通；25、第七三通；26、第八三通；27、第九三通；28、第一四通；29、第二四通。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1，本实用新型为一种煤基联产EVA树脂和碳纤维的生产系统，该生产系统包括原煤仓1以及空气分离装置2，所述原煤仓1的出口与气化装置3的固相进口相连，空气分离装置2的氧气出口与气化装置3的气相进口相连，气化装置3的原料气出口通过第一三通19分别与EVA树脂生产部和碳纤维生产部相连；所述EVA树脂生产部包括热回收单元4，热回收单元4的出口与未变换气洗涤单元6相连，未变换气洗涤单元6的出口通过第三三通21分别与EVA树脂合成部以及用于为EVA树脂合成部提供乙烯和碳纤维生产部提供丙烯的甲醇制烯烃装置11相连。本实用新型以煤和空气为原料，结合现有煤化工企业的部分设备为基础，以实现煤制EVA树脂和碳纤维，在此基础上通过以煤和空气为原料满足甲醇制烯烃装置11的生产需求，以实现对EVA树脂生产部供给原料乙烯，并为碳纤维生产部提供丙烯，从而实现上述EVA树脂合成部、碳纤维生产部和甲醇制烯烃装置11的耦合，并达到提高原料利用率的特点。

进一步地，所述EVA树脂合成部包括与第三三通21相连的CO提纯装置9，CO提纯装置9的产品气出口通过第六三通24与醋酸合成装置12相连，醋酸合成装置12的醋酸出口通过第八三通26与醋酸乙烯合成装置13相连，醋酸乙烯合成装置13的醋酸乙烯出口通过第九三通27与EVA树脂合成装置14相连；所述第六三通24的第三端与甲醇管道相连，第八三通26的第三端和第九三通27的第三端分别与乙烯管道相连。本实用新型中所述的EVA树脂的主要合成设备为EVA树脂合成装置14，其采用的原料包括醋酸乙烯以及乙烯，其中，乙烯可采用外购的形式或通过本系统中其他设备生产所得，醋酸乙烯的主要合成装置为醋酸乙烯合成装置13，合成醋酸乙烯的主要原料包括醋酸以及乙烯其中，乙烯可采用外购的形式或通过本系统中其他设备生产提供；而醋酸通过醋酸合成装置12进行生产制得，其主要原料包括由CO提纯装置9提供的产品气以及通过外购或本系统中其他设备生产的甲醇，而CO提纯装置9中的原料气则是由煤气化后通过热回收单元4与未变换气洗涤单元6制得；通过上述设置能够使EVA树脂的生产由原来的石油制品为原料改为以煤为原料进行生产，以达到减少石油消耗以及提高煤化工企业竞争力的目的。

进一步地，所述第三三通21的第三端和第一四通28与甲醇合成装置8的进口相连，甲醇合成装置8的甲醇出口通过第五三通23与甲醇制烯烃装置11相连；所述第一四通28的第三端通过尾气压缩装置10与CO提纯装置9的尾气出口相连；第五三通23的第三端和第六三通24的第三端相连。本实用新型在生产EVA树脂的过程中需要使用原料甲醇以及乙烯，为了实现提高原料的利用率以及降低外购成本，并使整个系统实现耦合，本实用新型以未变换气洗涤单元6的净化气、CO提纯装置9的尾气和变换气洗涤单元7的净化气为原料，使其进入甲醇合成装置8中用于生产甲醇，该甲醇一方面能够进入醋酸合成装置12中用于生产醋酸，另一方面可以进入甲醇制烯烃装置11中生产出供给醋酸乙烯合成装置12和EVA树脂合成装置13中使用的原料乙烯。

进一步地，所述甲醇制烯烃装置11的乙烯出口与第七三通25相连，第七三通25的第二端与第八三通26的第三端相连，第七三通25的第三端与第九三通27的第三端相连。

进一步地，所述碳纤维生产部包括与第一三通19相连的变换及热回收单元5，变换及热回收单元5与变换气洗涤单元7相连，变换气洗涤单元7的出口通过第四三通22与液氮洗装置15相连，液氮洗装置15的合成气出口与氨合成装置16相连，氨合成装置16的出口通过第二四通29与丙烯腈生产装置17相连，丙烯腈生产装置17的出口通过碳纤维合成装置18相连；第二四通29的第三端与丙烯管道相连，第二四通29的第四端与氧气管道相连。实用新型在煤制EVA树脂的基础上进一步设计了碳纤维生产部，该碳纤维生产部以气化装置3的原料气为基础，通过变换及热回收单元5、变换气洗涤单元7、液氮洗装置15和氨合成装置16制成氨，氨与空气分离装置2中产出的氧气以及甲醇制烯烃装置11的丙烯共同进入丙烯腈合成装置17内合成丙烯腈，所述的丙烯腈在碳纤维合成装置18中通过聚合、纺丝、氧化、碳化等过程得到碳纤维。

进一步地，所述甲醇制烯烃装置11的丙烯出口与第二四通29的第三端相连；所述空气分离装置2的氧气出口与气化装置3的气相进口之间设有第二三通20，第二三通20的第三端与第二四通29的第四端相连。

进一步地，所述空气分离装置2的氮气出口与液氮洗装置15的氮进口相连。本实用新型通过空气分离装置2分离出的氮可用于液氮洗装置15中使用。

进一步地，所述第一四通28的第四端与第四三通22的第三端相连。

本实用新型的工作原理为：空气在空气分离装置2中分离为氧气和氮气原煤仓1来的煤和空气分离装置2分离出的高压纯氧共同进入气化装置3内，经过不完全燃烧得到含CO、CO₂、H₂、H₂O等组分的原料气，该原料气一部分通过热回收单元4进入未变换气洗涤单元6内，另一部分原料气通过变换及热回收单元5和变换气洗涤单元7得到高纯度的H₂；上述未变换气洗涤单元6出口的一部分净化气进入CO提纯装置9内分离得到纯净的CO气体和尾气，尾气通过尾气压缩装置加压后送入第一四通28的第三端用于作为甲醇合成装置8中生产甲醇的原料，甲醇合成装置8中生产的甲醇与CO提纯装置9内分离得到纯净的CO气体在醋酸生产装置12中经低压羰基合成工艺得到醋酸产品，另一方面甲醇合成装置8中生产的一部分甲醇进入甲醇制烯烃装置11中反应可以得到乙烯和丙烯，由醋酸生产装置12产出的醋酸和乙烯进入醋酸乙烯合成装置13中反应得到醋酸乙烯，醋酸乙烯和乙烯在EVA树脂生产装置14中得到EVA树脂；前文中通过变换气洗涤单元7得到高纯度的H₂和空气分离装置2分离得到的氮气在液氮洗装置15中配比得到H₂：N₂＝3:1的合成气，在氨合成装置16中反应生成液氨；原料丙烯、液氨、O₂在丙烯腈生产装置17中经氨氧化反应得到丙烯腈产品，丙烯腈在碳纤维生产装置18中经聚合、氧化、碳化等过程得到碳纤维材料。

具体的说：利用本实用新型联合生产EVA树脂和碳纤维材料的方法包括如下步骤：

步骤一：空气在空气分离装置2中分离为氮气和氧气，所述氧气进入气化装置3，所述氮气进入液氮洗装置15，所述空气分离装置2包括初步净化处理系统，空气无尘无油；所述经过空气分离装置2进行分离后的氧气纯度大于99.6％，氮气纯度大于99.9％。

步骤二：原煤仓1中的煤进入气化装置3内与氧气经过不完全燃烧得到原料气，所述的气化装置包括但不限于水煤浆气化、粉煤气化，所述气化温度800-1500℃。

步骤三：步骤二中气化装置3中得到的部分原料气经过热回收单元4内将原料气中的热量回收，然后进入未变换气洗涤单元6将原料气中的H₂S和CO₂脱除，未变换气洗涤单元6的出口得到净化气。热回收单元包括但不限于废锅、气液分离器、洗氨塔等；未变换气洗涤单元包括但不局限于甲醇洗涤塔、CO₂解析塔、甲醇热再生塔等。

步骤四：步骤二中气化装置3中得到的另一部分原料气经过变换及热回收单元5和变换气洗涤单元7，得到H₂纯度为95-99.5％的变换净化气；变换及热回收单元5包括但不限于变换炉、废锅、气液分离器、洗氨塔等，变换气洗涤单元7包括但不限于甲醇洗涤塔、CO₂解析塔、甲醇热再生塔等。

步骤五：步骤三中未变换气洗涤单元6出口的净化气分别进入CO提纯装置9和甲醇合成装置8中。通过CO提纯装置9得到高纯度的CO气体和富氢气尾气，所述CO产品气纯度95-99.9％，所述富氢气尾气中CO含量20-40％。富氢气尾气通过尾气压缩装置10加压后进入甲醇合成装置8。CO提纯装置9包括但不局限于膜分离装置、深冷分离装置、变压吸附提CO装置等。尾气压缩装置10包括但不限于离心式/往复式压缩机、级间冷却器等。

步骤六：所述步骤五中的未变换气洗涤单元6出口的部分净化气、步骤四中的变换气洗涤单元7出口的部分净化气和步骤五中的CO提纯装置9的尾气混合后进入甲醇合成装置8内合成甲醇，甲醇合成装置8反应温度200-400℃，压力4-6MPaG。甲醇合成装置8包括但不局限于甲醇合成塔、甲醇水冷器、循环气压缩机等。

步骤七：步骤四中的变换气洗涤单元7出口的部分净化气和空气分离装置2分离得到的氮气在液氮洗装置15中配比得到H2：N2＝3:1的合成气，合成气送入氨合成装置16内，氨合成的反应温度350-550℃，反应压力12-15MPaG。液氮洗装置包括但不局限于分子筛、冷箱，氨合成装置包括但不局限于合成塔、热交换热器、净氨塔。

步骤八：步骤六中的部分甲醇在甲醇制烯烃装置11中反应得到乙烯和丙烯，反应温度350-650℃，反应压力0.1-0.35MPaG，甲醇制烯烃装置包括但不局限于反应器、水洗塔、急冷塔、污水汽提塔等。

步骤九：步骤六中的部分甲醇和步骤五中CO提纯装置9产出的CO气体在醋酸生产装置12反应得到醋酸，反应温度150-250℃，反应压力2.5-4MPaG，醋酸生产装置12包括但不局限于醋酸反应器、闪蒸器、轻组分塔、重组分塔等。

步骤十：步骤九中的醋酸、步骤八中的乙烯在醋酸乙烯合成装置13中反应得到醋酸乙烯，反应温度140-190℃，反应压力0.5-0.9MPaG，醋酸乙烯合成装置13包括但不局限于反应器、水洗塔、汽提塔、醋酸乙烯精制塔等。

步骤十一：步骤八中的乙烯和步骤十中的醋酸乙烯在EVA树脂生产装置14中反应得到EVA树脂，反应温度70-85℃，反应压力5-6.3MPaG，EVA树脂生产装置14包括但不局限于聚合釜、脱泡槽、过滤器、循环泵等。

步骤十二：步骤八中的丙烯、步骤七中合成氨装置16产出的氨和步骤一中空气分离装置2分离出的氧气在丙烯腈生产装置17中反应得到丙烯腈，反应温度400-500℃，反应压力0.03-0.1MPa，丙烯腈生产装置17包括但不局限于反应器、脱氰塔、萃取塔、成品塔等。

步骤十三：丙烯腈在碳纤维生产装置18中通过聚合、纺丝、氧化、碳化等过程得到碳纤维，包括但不局限于共聚反应器、氧化炉、炭化炉等。

通过上述装置以及方法可知，本实用新型特别适用于我国富煤、贫油、少气的国情，尤其适合煤化工企业同时制备EVA树脂和碳纤维高端材料，为煤化工企业进军高端材料领域创造了条件；具体的说，本实用新型是以煤和空气为原料，在传统合成甲醇和氨的基础上，通过进一步的醋酸合成、甲醇制烯烃、EVA合成、丙烯腈合成、碳纤维合成等工序，同时得到EVA树脂和碳纤维材料；整个过程具有整个流程设计合理简单、耦合衔接紧密、流程短、产品附加值高等优点。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”等等应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。需要指出的是在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。上文的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式、变更和改造均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种煤基联产EVA树脂和碳纤维的生产系统，该生产系统包括原煤仓(1)以及空气分离装置(2)，其特征在于：所述原煤仓(1)的出口与气化装置(3)的固相进口相连，空气分离装置(2)的氧气出口与气化装置(3)的气相进口相连，气化装置(3)的原料气出口通过第一三通(19)分别与EVA树脂生产部和碳纤维生产部相连；

所述EVA树脂生产部包括热回收单元(4)，热回收单元(4)的出口与未变换气洗涤单元(6)相连，未变换气洗涤单元(6)的出口通过第三三通(21)分别与EVA树脂合成部以及用于为EVA树脂合成部提供乙烯和碳纤维生产部提供丙烯的甲醇制烯烃装置(11)相连。

2.根据权利要求1所述的一种煤基联产EVA树脂和碳纤维的生产系统，其特征在于：所述EVA树脂合成部包括与第三三通(21)相连的CO提纯装置(9)，CO提纯装置(9)的产品气出口通过第六三通(24)与醋酸合成装置(12)相连，醋酸合成装置(12)的醋酸出口通过第八三通(26)与醋酸乙烯合成装置(13)相连，醋酸乙烯合成装置(13)的醋酸乙烯出口通过第九三通(27)与EVA树脂合成装置(14)相连；

所述第六三通(24)的第三端与甲醇管道相连，第八三通(26)的第三端和第九三通(27)的第三端分别与乙烯管道相连。

3.根据权利要求2所述的一种煤基联产EVA树脂和碳纤维的生产系统，其特征在于：所述第三三通(21)的第三端和第一四通(28)与甲醇合成装置(8)的进口相连，甲醇合成装置(8)的甲醇出口通过第五三通(23)与甲醇制烯烃装置(11)相连；

所述第一四通(28)的第三端通过尾气压缩装置(10)与CO提纯装置(9)的尾气出口相连；第五三通(23)的第三端和第六三通(24)的第三端相连。

4.根据权利要求3所述的一种煤基联产EVA树脂和碳纤维的生产系统，其特征在于：所述甲醇制烯烃装置(11)的乙烯出口与第七三通(25)相连，第七三通(25)的第二端与第八三通(26)的第三端相连，第七三通(25)的第三端与第九三通(27)的第三端相连。

5.根据权利要求1所述的一种煤基联产EVA树脂和碳纤维的生产系统，其特征在于：所述碳纤维生产部包括与第一三通(19)相连的变换及热回收单元(5)，变换及热回收单元(5)与变换气洗涤单元(7)相连，变换气洗涤单元(7)的出口通过第四三通(22)与液氮洗装置(15)相连，液氮洗装置(15)的合成气出口与氨合成装置(16)相连，氨合成装置(16)的出口通过第二四通(29)与丙烯腈生产装置(17)相连，丙烯腈生产装置(17)的出口通过碳纤维合成装置(18)相连；

第二四通(29)的第三端与丙烯管道相连，第二四通(29)的第四端与氧气管道相连。

6.根据权利要求3所述的一种煤基联产EVA树脂和碳纤维的生产系统，其特征在于：所述甲醇制烯烃装置(11)的丙烯出口与第二四通(29)的第三端相连；所述空气分离装置(2)的氧气出口与气化装置(3)的气相进口之间设有第二三通(20)，第二三通(20)的第三端与第二四通(29)的第四端相连。

7.根据权利要求5所述的一种煤基联产EVA树脂和碳纤维的生产系统，其特征在于：所述空气分离装置(2)的氮气出口与液氮洗装置(15)的氮进口相连。

8.根据权利要求3所述的一种煤基联产EVA树脂和碳纤维的生产系统，其特征在于：所述第一四通(28)的第四端与第四三通(22)的第三端相连。

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