一種利用粉煤制取乙烯的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于煤化工領(lǐng)域，具體涉及一種用粉煤制取乙烯的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]乙烯是石油化學(xué)工業(yè)的一種主要原料，巨大的需求量進一步鞏固了其重要性。2015-2020年世界乙烯產(chǎn)能增速將提高至4.1%左右，需求增速則提高到4.0%，需求和產(chǎn)能增速相當，裝置開工率相當。2015年國內(nèi)乙烯總產(chǎn)能將達到2200萬t/a左右，2020年國內(nèi)乙烯產(chǎn)能進一步增加到3250萬t/a，預(yù)計到2020年國內(nèi)乙烯消費量為4800萬噸，需求大于產(chǎn)能，這對于石油儲備并不豐富的我國來說形成了嚴重的戰(zhàn)略威脅。因此，尋求另一種新的來源和工藝方法制備大宗基礎(chǔ)有機化工原料-乙烯，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域替代石油作為原料，能夠很大程度上緩解我國對于石油的依賴性。國內(nèi)外正積極開發(fā)原料來源更豐富的乙烯生產(chǎn)路線，其中煤基或天然氣基的合成氣生產(chǎn)甲醇或二甲醚生產(chǎn)以乙烯和丙烯為主的低碳烯烴工藝，但是上述工藝技術(shù)流程長、工藝復(fù)雜、投資大，尤其是對于水的需求大導(dǎo)致在缺水的區(qū)域無法進行。
[0003]我國煤炭資源儲量豐富，低階煤占我國已探明儲量的55%，其中褐煤占總量的13%，長焰煤、弱黏煤、不黏煤等低變質(zhì)煙煤占總量的42%。低階煤具有碳含量低，水分高，揮發(fā)分高，易粉化自燃，浸水、落下強度差等特點，不適宜遠距離輸送，限制了低階煤的直接利用，制約了其液化、氣化和干餾等轉(zhuǎn)化利用。若將低階煤熱解提質(zhì)后可得到優(yōu)質(zhì)的半焦、煤焦油和煤氣等多種煤基產(chǎn)品，提高了低階煤的可靠性和利用率，具有工藝簡單，建設(shè)投資少，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品可綜合利用等特點。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實用新型提供一種利用粉煤制取乙烯的系統(tǒng)。
[0005]實現(xiàn)本實用新型目的技術(shù)方案為:
[0006]一種利用粉煤制取乙烯的系統(tǒng)，包括熱解提質(zhì)單元、變壓吸附提氫單元、冶煉生產(chǎn)電石單元、CO變換脫碳制氫單元、乙炔發(fā)生單元，乙炔加氫反應(yīng)單元、以及深冷分離單元；
[0007]所述熱解提質(zhì)單元包括熱解裝置，所述熱解裝置設(shè)置有熱解氣出口和出料口，所述熱解氣出口連接所述變壓吸附提氫單元；
[0008]所述變壓吸附提氫單元設(shè)置有氫氣出口 ；
[0009]所述冶煉生產(chǎn)電石單元包括電石爐，所述電石爐設(shè)置有進料口和尾氣出口，所述電石爐的進料口與所述熱解提質(zhì)單元的出料口連接；
[0010]CO變換脫碳制氫單元設(shè)有進氣口、氫氣出口和CO2出口，所述CO變換脫碳制氫單元的進氣口與所述電石爐的尾氣出口相連；所述CO變換脫碳制氫單元的進氣口還連接有蒸汽管道；
[0011 ] 所述乙炔加氫反應(yīng)單元包括漿態(tài)床反應(yīng)器，所述漿態(tài)床反應(yīng)器設(shè)置有乙炔進口、氣體產(chǎn)物出口，所述變壓吸附提氫單元的氫氣出口和所述CO變換脫碳制氫單元的氫氣出口均連接進入漿態(tài)床反應(yīng)器的氫氣管路；所述漿態(tài)床反應(yīng)器的乙炔進口連接所述乙炔發(fā)生單元；所述氣體產(chǎn)物出口連接所述深冷分離單元；
[0012]所述乙炔發(fā)生單元設(shè)置有電石渣出口。
[0013]進一步地，所述系統(tǒng)還包括電石渣碳化單元，所述乙炔發(fā)生器的電石渣出口連接所述電石渣碳化單元，所述CO變換脫碳制氫單元的0)2出口連接所述電石渣碳化單元。
[0014]其中，所述變壓吸附提氫單元包括順次連接的激冷裝置、初冷器、氣液分離器、電捕焦油器、洗苯塔和變壓吸附系統(tǒng)，所述變壓吸附系統(tǒng)由2-6臺并聯(lián)的吸附器構(gòu)成。
[0015]其中，所述乙炔發(fā)生單元包括乙炔發(fā)生器、清凈塔、堿中和塔以及冷凝干燥裝置，乙炔發(fā)生器底部設(shè)置有乙炔氣體出口，所述乙炔氣體出口通過管路順次連接有清凈塔、堿中和塔、冷凝干燥裝置，所述冷凝干燥裝置通過管路連接乙炔加氫反應(yīng)單元的乙炔進口。
[0016]優(yōu)選地，所述乙炔發(fā)生器內(nèi)設(shè)有雙層篩板，上層篩板的板條的間距為300mm，下層篩板的板條的間距為80mmo
[0017]其中，所述漿態(tài)床反應(yīng)器為有夾套的反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)的頂部設(shè)有氣液分離器、反應(yīng)器底部設(shè)有氣體分布器、指形管換熱器位于氣體分布器上方，冷凝器介于氣液分離器和指形管換熱器之間。
[0018]其中，所述深冷分離單元包括依次連接的閃蒸裝置、脫乙烷塔、乙烯精餾塔、脫丙烷塔、丙烯精餾塔、脫丁烷塔、反丁烯精餾塔。
[0019]其中，所述CO變換脫碳制氫單元包括電石爐尾氣凈化裝置、CO變換裝置、脫碳裝置；所述電石爐尾氣凈化裝置包括順序連接的吸附過濾器、氧化鐵脫硫槽、離心式壓縮機、升溫爐、預(yù)鐵鉬加氫反應(yīng)器、一級鐵鉬加氫反應(yīng)器、一級氧化鋅脫硫槽、鎳鈷鉬加氫反應(yīng)器和二級氧化鋅脫硫槽。
[0020]其中，所述脫碳裝置包括脫碳塔和再生塔，所述二級氧化鋅脫硫槽通過管道連接所述脫碳塔的底部，所述脫碳塔頂部設(shè)置有醇胺溶液進口，脫碳塔底部設(shè)置有醇胺溶液出口，所述醇胺溶液出口通過管路連接再生塔，再生塔的醇胺溶液出口與脫碳塔的醇胺溶液進口相連，再生塔頂部設(shè)置的0)2出口連接所述電石渣碳化單元。
[0021]進一步地，所述乙炔發(fā)生器底部設(shè)置有乙炔氣體出口，所述乙炔氣體出口通過管路順次連接有清凈塔、堿中和塔、冷凝干燥裝置，所述冷凝干燥裝置通過管路連接乙炔加氫反應(yīng)單元的乙炔進口。
[0022]進一步地，所述熱解裝置設(shè)置有燃料進口，所述變壓吸附提氫單元的氣相殘余出口與所述熱解裝置的燃料進口相連。
[0023]采用本實用新型提出的系統(tǒng)，利用粉煤制取乙烯的方法包括步驟:
[0024]I)熱解提質(zhì)
[0025]粉煤、生石灰充分混合后擠壓成型為原料棒，將原料棒送至800?900°C的熱解裝置，熱解產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物包括焦油和熱解煤氣；經(jīng)過熱解后溫度為600?800°C的原料棒送至電石爐內(nèi)；
[0026]2)變壓吸附提氫
[0027]熱解產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物激冷至60?85°C后經(jīng)過氣液分離，分為熱解煤氣和焦油兩相，熱解煤氣進入橫管初冷器進行冷卻，氣相再冷卻至22°C，經(jīng)過電捕焦油器進一步除掉氣相中夾帶的焦油，得到脫除焦油后的熱解煤氣，經(jīng)洗苯塔脫除苯，之后進入變壓吸附系統(tǒng)，獲得氫氣；
[0028]3)冶煉生產(chǎn)電石
[0029]熱解后的原料棒在電石爐被還原、融化成電石，液態(tài)電石冷卻之后送至乙炔發(fā)生器，電石爐中生成尾氣的反應(yīng)為:
[0030]3C+CaO — CaC2+CO(I)
[0031]4) CO變換、脫碳制氫
[0032]電石爐尾氣與蒸汽預(yù)熱到250°C后經(jīng)過變換形成氫氣并回收其中的反應(yīng)熱副產(chǎn)蒸汽，變換得到的氫氣經(jīng)進入脫碳塔的底部，與由塔頂自上而下流動的醇胺溶液逆流接觸，然后送往乙炔加氫反應(yīng)工段的漿態(tài)床反應(yīng)器；
[0033]CO變換產(chǎn)生0)2的反應(yīng)為:
[0034]CCHH2O — C02+H2(2)
[0035]5)乙炔發(fā)生
[0036]步驟3)得到的電石送入乙炔發(fā)生器與水進行反應(yīng)，乙炔發(fā)生器內(nèi)部設(shè)有雙層篩板(水位在上層篩板上方)，上層篩板的板條的間距為300mm，盛大于300mm的電石與水反應(yīng)，下層篩板的板條的間距為80mm，盛大于80mm的電石與水反應(yīng)，小于80mm的電石或粉末會溢流到副發(fā)生器中再次反應(yīng)。這樣大大提高了乙炔發(fā)生器的工作效率，提高電石利用率。電石與水接觸水解后產(chǎn)生乙炔氣，經(jīng)副發(fā)生器上的高效水洗冷卻塔洗滌后，進入正水封，并排出電石渣，反應(yīng)生成的乙炔氣送入乙炔加氫反應(yīng)工序；
[0037]6)乙炔加氫反應(yīng)
[0038]粉煤的熱解煤氣經(jīng)步驟2)的PSA提氫后的氫氣與電石爐尾氣變換后的氫氣與乙炔以3?10:1的比例混合進入乙炔加氫反應(yīng)工序的漿態(tài)床反應(yīng)器，在催化劑的作用下進行乙炔選擇性加氫反應(yīng)，生成乙烯等產(chǎn)物；催化劑采用20?100 μm的鈀為主活性組分、銀和釕為助劑、三氧化二鋁為載體的催化劑，反應(yīng)壓力為0.2?1.5MPa，反應(yīng)溫度為140?2200C，漿態(tài)床上部的冷凝器，將蒸發(fā)的液相溶劑冷凝，冷凝的液相溶劑回流到漿態(tài)床內(nèi)，反應(yīng)產(chǎn)物從反應(yīng)器頂部氣體出口出漿態(tài)床反應(yīng)器，進入深冷分離工序。
[0039]7)深冷分離
[0040]將乙炔加氫的產(chǎn)物壓縮至3.4?3.9MPa，然后氣相逐級冷卻和閃蒸，最后冷卻至163?169°C，在氫氣罐中分離出氫氣，各閃蒸罐的液相進去脫乙烷塔，脫乙烷塔氣相產(chǎn)品進入乙烯精餾塔得到乙烯產(chǎn)品，液相產(chǎn)品依次經(jīng)過脫丙烷塔、丙烯精餾塔、脫丁烷塔、反丁烯精餾塔，分離得到丙烷、丙烯、丁烯、反丁烯和C5-12烴。
[0041]其中，所述粉煤為長焰煤、氣煤、肥煤、焦煤、貧煤、瘦煤中的一種或多種，經(jīng)破碎和篩分至3?5_，之后磨至150 μ m以下，所述生石灰為經(jīng)過破碎和篩分至3?5_、再磨至150 μ m以下的粉末狀生石灰。步驟I)中粉煤和生石灰按照質(zhì)量比(1-1.2):1進行混合。
[0042]步驟I)中，原料棒送在800?900°C的熱解過程中，粉煤與生石灰通過熱解處理，脫除了粉煤中的部分硫和汞等有害元素，而且熱解過程中能副產(chǎn)大量的焦油和熱