一種以煤和天然氣為原料經(jīng)合成氣制烯烴的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于能源化工設(shè)備系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種以煤和天然氣為原料經(jīng)合 成氣制烯烴的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 烯烴生產(chǎn)有石油、天然氣、煤和生物質(zhì)等多種原料路線，占主流的原料路線是石腦 油和天然氣，其中石腦油占50%以上。世界石油儲(chǔ)量越來越少，而烯烴供求矛盾在新興經(jīng)濟(jì) 體國家尤為突出，發(fā)展非石油路線烯烴生產(chǎn)技術(shù)迫在眉睫。中國是一個(gè)富煤、貧油、少氣的 國家，大型煤制烯烴項(xiàng)目成為各界關(guān)注的熱點(diǎn)，開發(fā)以煤為原料制烯烴具有重要的戰(zhàn)略意 義。
[0003] 煤基烯烴主要有兩種路徑，一是煤經(jīng)甲醇制烯烴；二是煤經(jīng)合成氣制烯烴。前者已 經(jīng)工業(yè)實(shí)施，神華包頭煤制烯烴采用了 DMTO技術(shù)，是全球首套且成功商業(yè)化運(yùn)營的煤經(jīng)甲 醇制烯烴工業(yè)化裝置。目前煤經(jīng)甲醇制烯烴已有276萬噸烯烴裝置投入商業(yè)化運(yùn)行。為進(jìn) 一步縮短反應(yīng)路徑、降低投資成本，煤經(jīng)合成氣制烯烴成為近年來的研宄熱點(diǎn)。研宄主要集 中在高效催化劑的開發(fā)，在工藝流程設(shè)計(jì)、新工藝設(shè)計(jì)等方面研宄相對匱乏。
[0004] 煤經(jīng)甲醇制烯烴系統(tǒng)主要由水煤漿制備單元、空氣分離單元、煤氣化單元、水煤變 換單元、合成氣凈化單元、甲醇合成單元以及甲醇制烯烴單元組成。原料煤經(jīng)洗選研磨后與 水混合制成水煤漿，水煤漿進(jìn)入煤氣化單元，與空氣分離單元得到的氧氣經(jīng)高溫氣化爐制 成合成氣，粗合成氣進(jìn)入水煤氣變換單元調(diào)整氫碳比，之后進(jìn)入合成氣凈化單元脫除合成 氣中的硫化物和二氧化碳等酸性氣體，潔凈的合成氣經(jīng)甲醇合成單元合成甲醇，然后經(jīng)甲 醇制烯烴單元合成乙烯，丙烯和丁烯。但現(xiàn)有煤經(jīng)甲醇制烯烴過程存在兩個(gè)主要問題：第 一，煤制烯烴工藝路線長和流程復(fù)雜；第二，煤制烯烴過程的直接二氧化碳排放高達(dá)5-6t/ t烯烴。與煤經(jīng)甲醇制烯烴相比，現(xiàn)有技術(shù)中的煤經(jīng)合成氣制烯烴雖然減少了甲醇合成裝 置，降低了投資，但其二氧化碳排放依然較高而且能效低，其原因是煤氣化過程所產(chǎn)生的粗 合成氣的氫碳比僅為〇. 7:1左右，而費(fèi)托合成烯烴所需的氫碳比為1:1~2:1，因此粗合成 氣需進(jìn)入水煤變換單元，將合成氣中的CO轉(zhuǎn)化為4和CO 2，其次費(fèi)托合成烯烴過程產(chǎn)生約 30 %的二氧化碳產(chǎn)品，這樣就造成了大量的0)2排放和碳元素的浪費(fèi)且烯烴產(chǎn)量低。
[0005] 為了降低煤制烯烴二氧化碳排放和提高能效，富碳資源與富氫資源聯(lián)供過程是一 條可行的路徑。例如，煤和天然氣聯(lián)供制甲醇過程，能效比煤單獨(dú)生產(chǎn)甲醇過程提高了五個(gè) 百分點(diǎn)，過程的凈收益提高1.4倍。在氣資源豐富地區(qū)應(yīng)可發(fā)展煤與煤層氣，油田氣或焦?fàn)t 氣聯(lián)供制烯烴。但目前尚沒有煤與天然氣聯(lián)供合成氣生產(chǎn)烯烴的相關(guān)系統(tǒng)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本實(shí)用新型的目的在于提供一種以煤 和天然氣為原料經(jīng)合成氣制烯烴的系統(tǒng)。
[0007] 本實(shí)用新型目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0008] -種以煤和天然氣為原料經(jīng)合成氣制烯烴的系統(tǒng)，包括水煤漿制備單元、空氣分 離單元、煤氣化單元、水煤氣變換單元、合成氣凈化單元、費(fèi)托制烯烴單元和甲烷干重整單 元，合成氣凈化單元和費(fèi)托制烯烴單元之間設(shè)置合成氣混合器，甲烷干重整單元前設(shè)置甲 烷混合器和二氧化碳混合器，水煤漿制備單元設(shè)置原料煤入口和原料水入口；空氣分離單 元設(shè)置空氣入口、凈化氮?dú)獬隹诤蛢艋鯕獬隹?，凈化氮?dú)獬隹谶B接到合成氣凈化單元，凈 化氧氣出口連接到煤氣化單元；煤氣化單元設(shè)置水煤漿入口與水煤漿制備單元出口相連； 水煤氣變換單元設(shè)置水蒸氣入口及與煤氣化單元出口相連的煤氣化合成氣入口；合成氣凈 化單元設(shè)置變換合成氣入口、凈化二氧化碳出口、硫化物出口和凈化合成氣出口，變換合成 氣入口與水煤氣變換單元出口相連；費(fèi)托制烯烴單元設(shè)置混合合成氣入口、未反應(yīng)合成氣 出口、費(fèi)托合成甲烷出口和費(fèi)托合成二氧化碳出口；甲烷干重整單元設(shè)置混合甲烷入口、二 氧化碳入口和甲烷干重整合成氣出口；合成氣混合器入口與凈化合成氣出口、甲烷干重整 合成氣出口和未反應(yīng)合成氣出口相連，其出口與混合合成氣入口相連；甲烷混合器入口與 外加甲烷入口和費(fèi)托合成甲烷出口相連，其出口與混合甲烷入口相連；二氧化碳混合器入 口與凈化二氧化碳出口和費(fèi)托合成二氧化碳出口相連，其出口與二氧化碳入口和二氧化碳 排空口相連。
[0009] 所述費(fèi)托制烯烴單元包括第一換熱器、費(fèi)托合成反應(yīng)器、二氧化碳脫除塔、解析 塔、干燥塔、第一壓縮機(jī)、甲烷分離塔、氣液分離塔、汽油分離塔、脫丁烷塔、第二壓縮機(jī)、脫 甲烷塔、脫乙烷塔、乙烯精餾塔和丙烯精餾塔；第一換熱器管程入口與合成氣混合器出口連 接，管程出口與費(fèi)托合成反應(yīng)器入口連接，其殼程入口與費(fèi)托合成反應(yīng)器出口連接，殼程出 口與氣液分離塔入口相連；氣液分離塔塔頂出口與二氧化碳脫除塔入口相連，塔釜出口與 汽油分離塔入口相連，汽油分離塔塔頂設(shè)置油品出口，塔釜設(shè)置醇類出口；二氧化碳脫除塔 塔頂出口與干燥塔入口相連，塔釜出口與解析塔入口相連；解析塔塔頂設(shè)置費(fèi)托合成二氧 化碳出口與二氧化碳混合器入口相連，塔釜設(shè)置低溫甲醇出口；干燥塔塔頂出口與第一壓 縮機(jī)入口相連，塔釜設(shè)置廢水出口；第一壓縮機(jī)出口與脫丁烷塔入口相連，脫丁烷塔塔頂出 口與第二壓縮機(jī)入口相連，塔釜設(shè)置碳四混合物排放口；第二壓縮機(jī)出口與脫甲烷塔入口 相連，脫甲烷塔塔頂出口與甲烷分離塔入口相連，塔釜出口與脫乙烷塔入口相連；甲烷分離 塔塔頂?shù)馁M(fèi)托合成甲烷出口與甲烷混合器入口相連，塔釜的未反應(yīng)合成氣出口與合成氣混 合器入口相連；脫乙烷塔塔頂出口與乙烯精餾塔入口相連，塔釜出口與丙烯精餾塔入口相 連；乙烯精餾塔塔頂設(shè)置乙烯出口，塔釜設(shè)置乙烷出口，丙烯精餾塔塔頂設(shè)置丙烯出口，塔 釜設(shè)置丙烷出口。
[0010] 所述甲烷干重整單元包括甲烷干重整反應(yīng)器，甲烷干重整反應(yīng)器設(shè)置供熱夾套， 該供熱夾套的入口與煤氣化單元的出口連接，供熱夾套的出口與煤氣化合成氣入口連接。
[0011] 本實(shí)用新型的系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
[0012] (1)本實(shí)用新型提出了一種煤經(jīng)合成氣直接制烯烴的系統(tǒng)，相較于傳統(tǒng)的煤經(jīng)甲 醇制烯烴系統(tǒng)，有效減少了設(shè)備投資；
[0013] (2)本實(shí)用新型的系統(tǒng)可將甲烷干重整單元的甲烷干重整合成氣與合成氣凈化單 元生成的凈化合成氣混合，調(diào)整合成氣的氫碳比至符合費(fèi)托合成烯烴的要求，然后在費(fèi)托 制稀徑單元中合成稀徑，操作簡便，節(jié)約能源；
[0014] (3)通過甲烷干重整單元有效減少了煤制烯烴過程中的二氧化碳排放，利用本實(shí) 用新型的系統(tǒng)可降低現(xiàn)有煤制烯烴過程約80%的0)2排放量；
[0015] (4)本實(shí)用新型集成不同原料的合成氣制備單元，可實(shí)現(xiàn)煤氣化單元釋放的顯熱 為甲烷重整單元供熱，利用本實(shí)用新型的系統(tǒng)使得煤和天然氣聯(lián)供合成氣制烯烴過程的能 效可達(dá)到49. 3%，相比利用煤經(jīng)甲醇制烯烴的裝置，能效提高了約13個(gè)百分點(diǎn)。
【附圖說明】
[0016] 圖1為實(shí)施例1的以煤和天然氣為原料經(jīng)合成氣制烯烴系統(tǒng)的組成單元及連接關(guān) 系不意圖；
[0017] 圖2為實(shí)施例1的費(fèi)托制烯烴單元的組成及連接關(guān)系示意圖；
[0018] 圖3為對比例1的一種以煤為原料經(jīng)甲醇制烯烴系統(tǒng)的組成單元及連接關(guān)系示意 圖；
[0019] 圖中標(biāo)注說明如下：1-水煤漿制備單元、2-空氣分離單元、3-煤氣化單元、4-水 煤氣變換單元、5-合成氣凈化單元、6-費(fèi)托制烯烴單元、7-甲烷干重整單元、8-合成氣混 合器、9-甲烷混合器、10-二氧化碳混合器、11-原料煤入口、12-原料水入口、13-空氣入 口、14-凈化氮?dú)獬隹凇?5-凈化氧氣出口、16-水煤漿入口、17-水蒸氣入口、18-煤氣化合 成氣入口、19-變換合成氣入口、20-凈化二氧化碳出口、21-硫化物出口、22-凈化合成氣 出口、23-混合合成氣入口、24-未反應(yīng)合成氣出口、25-費(fèi)托合成甲烷出口、26-費(fèi)托合成二 氧化碳出口、27-混合甲烷入口、28-二氧化碳入口、29-甲烷干重整合成氣出口、30-外加甲 烷入口、31-二氧化碳排空口、32-第一換熱器、33-費(fèi)托合成反應(yīng)器、34-二氧化碳脫除塔、 35-解析塔、36-干燥塔、37-第一壓縮機(jī)、38-甲燒分尚塔、39-氣液分尚塔、40-汽油分尚 塔、41-脫丁燒塔、42-第二壓縮機(jī)、43-脫甲燒塔、44-脫乙燒塔、45-乙稀精饋塔、46-丙稀 精餾塔、47-費(fèi)托合成反應(yīng)器入口、48-費(fèi)托合成反應(yīng)器出口、49-氣液分離塔入口、50-氣液 分離塔塔頂出口、51-氣液分離塔塔釜出口、52-油品出口、53-醇類出口、54-二氧化碳脫除 塔塔頂出口、55-二氧化碳脫除塔塔釜出口、56-低溫甲醇出口、57-干燥塔塔頂出口、58-廢 水出口、59-脫丁烷塔