一种以煤和炼厂干气为原料制烯烃的系统以及制烯烃的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种以煤和炼厂干气为原料制烯烃的系统以及使用该系统以煤和炼厂干气为原料制烯烃的方法，其中，该系统包括依次连接的水煤浆制备单元、煤气化单元、合成气净化单元、费托合成单元，费托合成单元的二氧化碳出口和/或合成气净化单元的二氧化碳出口与甲烷干重整单元的二氧化碳入口连通，炼厂干气分离单元的甲烷出口与甲烷干重整单元的甲烷入口连通，或者炼厂干气分离单元的甲烷出口和费托合成单元的甲烷出口均与甲烷干重整单元的甲烷入口连通。本发明专利技术提供的以煤和炼厂干气为原料制烯烃的系统，对二氧化碳和甲烷这两种温室气体同时加以利用，使之转变为具有高附加值的产物，减少温室气体排放，显著提高整体工艺的资源、能源利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种以煤和炼厂干气为原料制烯烃的系统，以及以煤和炼厂干气为原料制烯烃的方法。
技术介绍
烯烃是化学工业生产中重要的基础化工原料，也是衡量一个国家石油化学工业发展水平的标志。预计到2015年我国乙烯产能2750万吨，国内保障能力为64％；预计到2015年我国丙烯产能2400万吨，国内保障能力为77％，我国烯烃供求关系紧张。目前制取低碳烯烃的方法按原料可以划分为3大类：石油路线、天然气路线和煤炭路线。采用轻油裂解的方法，即石油路线来制取低碳烯烃的方法为世界上大多数国家所采用，约占烯烃产量的65％左右。以天然气为原料，通过氧化偶联或本森法制取低碳烯烃技术，产品中主要是以乙烯为主，丙烯的产量较低。以煤基合成气经甲醇制烯烃的研究也取得了迅速发展，已在国内建了多套工艺装置。我国能源呈富煤、多天然气、缺油的资源分布局面，通过费托合成将煤或天然气间接转化为洁净、高效液体燃料是合理利用资源的重要方面，可以缓解我国石油供需矛盾的主要技术途径。近年来我国煤化工领域煤经甲醇制烯烃迅速崛起，而煤经合成气直接制烯烃(FTO工艺)是另一种煤制烯烃工艺。该工艺首先将煤或天然气转化为合成气(一氧化碳和氢气)，再经过费托合成直接制得碳原子数小于或等于4的低碳烯烃的过程。目前常用的FTO工艺制烯烃工艺流程见图1，包括依次连接的水煤浆制备单元、煤气化单元、水煤气变换单元、合成气净化单元、费托合成单元和烯烃分离单元，具体流程为将粉煤与水在水煤浆制备单元中制成水煤浆，将水煤浆输送进入煤气化单元，与氧气生成煤气化粗合成气，煤气化粗合成气经水煤气变换单元调整氢气与一氧化碳的摩尔比使其符合费托合成反应的要求，再经合成气净化单元脱除酸性气体和硫化物，得到净化合成气，将得到的净化合成气输送入费托合成单元发生费托合成，产生含烯烃的物流，该物流经烯烃分离单元分离出烯烃，费托合成单元产生的二氧化碳和甲烷则外排。其主要问题在于：1、能耗高、碳原子利用率低；2、二氧化碳排放量是传统石油路线的5～6倍；由于费托合成产品分布受Anderson-Schulz-Flory规律(链增长以指数递减的摩尔分布)的限制，且受制于反应强放热性导致的大量甲烷、二氧化碳生成，FTO工艺整体能效偏低，严重影响FTO工艺的工业化进程。因此，优化FTO工艺，选择一种能效高、减排温室气体的系统非常重要。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，本专利技术提供一种以煤和炼厂干气为原料制烯烃的系统和方法，使用本专利技术提供的系统制备烯烃，具有温室气体排放量少且系统能效高的优点。为了实现上述目的，本专利技术提供一种以煤和炼厂干气为原料制烯烃的系统，其特征在于，该系统包括水煤浆制备单元、煤气化单元、合成气净化单元、费托合成单元、炼厂干气分离单元和甲烷干重整单元，所述水煤浆制备单元、煤气化单元、合成气净化单元、费托合成单元依次连接，所述费托合成单元的二氧化碳出口和/或合成气净化单元的二氧化碳出口与甲烷干重整单元的二氧化碳入口连通，炼厂干气分离单元的甲烷出口与甲烷干重整单元的甲烷入口连通，或者炼厂干气分离单元的甲烷出口和费托合成单元的甲烷出口均与甲烷干重整单元的甲烷入口连通。本专利技术还提供了一种以煤和炼厂干气为原料制烯烃的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)将粉煤与水制成水煤浆；2)将所述水煤浆与氧气发生高温气化反应制得煤气化粗合成气；3)将所述煤气化粗合成气进行净化，得到净化合成气和二氧化碳气体；4)使所述净化合成气发生费托合成反应，并将所得混合物进行分离，得到含烯烃的物流以及二氧化碳和甲烷；5)将炼厂干气进行分离，分离出其中的甲烷；6)将步骤3)和/或步骤4)所得的二氧化碳以及和步骤5)所得的甲烷或者步骤4)和步骤5)所得的甲烷进行甲烷干重整反应。本专利技术通过联合煤制烯烃工艺、炼厂干气分离工艺和甲烷干重整工艺，对二氧化碳和甲烷这两种温室气体同时加以利用，使之转变为具有高附加值的产物，减少温室气体排放，显著提高整体工艺的资源、能源利用率；另外，本专利技术将强放热的煤气化单元与强吸热的甲烷干重整单元整合，将粗合成气E首先作为加热介质经过甲烷干重整单元VII的反应器预热炉，以将强放热的煤气化单元粗合成气引入强吸热的甲烷干重整单元，使前者释放的热量提供给后者，与现有技术相比，提高了能效、降低了能耗；同时，在以煤和炼厂干气为原料制烯烃的过程中，在本专利技术提供的系统的基础上结合使用本专利技术优选的用于费托合成反应的负载型催化剂，可以得到较高的一氧化碳转化率以及较高的低碳烯烃选择性，有利于工业化推广。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为现有的煤经合成气制烯烃工艺示意图；图2为根据本专利技术的一种优选实施方式的煤经合成气联合甲烷干重整系统的示意图；图3为根据本专利技术的另一种优选实施方式的煤经合成气联合甲烷干重整系统的示意图；图4为根据本专利技术的再一种优选实施方式的煤经合成气联合甲烷干重整系统的示意图；图5为根据本专利技术的又一种优选实施方式的煤经合成气联合甲烷干重整系统的示意图。附图标记说明I水煤浆制备单元A粉煤II煤气化单元B水III水煤气变换单元C水煤浆IV合成气净化单元D氧气V费托合成单元E煤气化粗合成气VI烯烃分离单元F变换后粗合成气VII甲烷干重整单元G甲烷VIII炼厂干气分离单元H二氧化碳J净化合成气K烯烃L炼厂干气M硫化物N费托合成反应产物P炼厂干气分离的甲烷Q炼厂干气分离的氢气U甲烷干重整反应所得的合成气Y未反应合成气Z驰放气具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供一种以煤和炼厂干气为原料制烯烃的系统，其特征在于，如图2-5所示，该系统包括水煤浆制备单元I、煤气化单元II、合成气净化单元IV、费托合成单元V、炼厂干气分离单元VIII和甲烷干重整单元VII，所述水煤浆制备单元I、煤气化单元II、合成气净化单元IV、费托合成单元V依次连接；所述费托合成单元V的二氧化碳出口和/或合成气净化单元IV的二氧化碳出口与甲烷干重整单元VII的二氧化碳入口连通，炼厂干气分离单元VIII的甲烷出口与甲烷干重整单元VII的甲烷入口连通，或者炼厂干气分离单元VIII的甲烷出口和费托合成单元V的甲烷出口均与甲烷干重整单元VII的甲烷入口连通。本专利技术中，所述烯烃优选为低碳烯烃，进一步优选为C2-C4烯烃。根据本专利技术提供的系统，所述甲烷干重整单元VII的合成气出口与费托合成单元V的合成气入口连通，本专利技术对连通的方式没有特别的限定，例如，可以通过合成气输送管进行连通。根据本专利技术提供的系统，所述费托合成单元V的二氧化碳出口与合成气净化单元IV的二氧化碳出口各自通过二氧化碳输送管道与甲烷干重整单元VII的二氧化碳入口连通，优选情况下，费托合成单元V的二氧化碳出口与合成气净化单元IV的二氧化碳出口先通过管道连通，然后二者通过二氧化碳输送管道与甲烷干重整单元VII的二氧化碳入口连通，以使得合成气净化单元IV产生的二氧化碳H与费托合成过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以煤和炼厂干气为原料制烯烃的系统，其特征在于，该系统包括水煤浆制备单元、煤气化单元、合成气净化单元、费托合成单元、炼厂干气分离单元和甲烷干重整单元，所述水煤浆制备单元、煤气化单元、合成气净化单元、费托合成单元依次连接，所述费托合成单元的二氧化碳出口和/或合成气净化单元的二氧化碳出口与甲烷干重整单元的二氧化碳入口连通，炼厂干气分离单元的甲烷出口与甲烷干重整单元的甲烷入口连通，或者炼厂干气分离单元的甲烷出口和费托合成单元的甲烷出口均与甲烷干重整单元的甲烷入口连通。

【技术特征摘要】
1.一种以煤和炼厂干气为原料制烯烃的系统，其特征在于，该系统包括水煤浆制备单元、煤气化单元、合成气净化单元、费托合成单元、炼厂干气分离单元和甲烷干重整单元，所述水煤浆制备单元、煤气化单元、合成气净化单元、费托合成单元依次连接，所述费托合成单元的二氧化碳出口和/或合成气净化单元的二氧化碳出口与甲烷干重整单元的二氧化碳入口连通，炼厂干气分离单元的甲烷出口与甲烷干重整单元的甲烷入口连通，或者炼厂干气分离单元的甲烷出口和费托合成单元的甲烷出口均与甲烷干重整单元的甲烷入口连通。2.根据权利要求1所述的系统，其中，甲烷干重整单元的合成气出口与费托合成单元的合成气入口连通，优选通过合成气输送管道与费托合成单元的合成气入口连通。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述甲烷干重整单元包括预热器，所述预热器的预热介质入口与所述煤气化单元的粗合成气出口连通，预热介质出口与合成气净化单元的原料入口连通。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的系统，其中，所述费托合成单元的二氧化碳出口与合成气净化单元的二氧化碳出口各自通过二氧化碳输送管道与甲烷干重整单元的二氧化碳入口连通，费托合成单元的甲烷出口和炼厂干气分离单元的甲烷出口各自通过甲烷输送管道与甲烷干重整单元的甲烷入口连通。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的系统，其中，所述炼厂干气分离单元设有氢气出口，所述氢气出口通过管道与合成气净化单元的粗合成气
\t入口连通。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的系统，其中，煤气化单元和合成气净化单元之间还设有水煤气变换单元，来自煤气化单元的煤气化粗合成气进入水煤气变换单元，得到的变换后粗合成气进入净化单元进行净化。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的系统，其中，该系统还包括烯烃分离单元，能够对来自费托合成单元的费托合成产物进行分离，以得到烯烃物流。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述烯烃分离单元的未反应合成气出口与费托合成反应单元的合成气入口连通，以使由烯烃分离单元得到的未反应合成气返回至费托合成反应单元。9.一种以煤和炼厂干气为原料制烯烃的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)将粉煤与水制成水煤浆；2)将所述水煤浆与氧气发生高温气化反应制得煤气化粗合成气；3)将所述煤气化粗合成气进行净化，得到净化合成气和二氧化碳气体；4)使所述净化合成气发生费托合成反应，并将所得混合物进行分离，得到含烯烃的物流以及二氧化碳和甲烷；5)将炼厂干气进行分离，分离出其中的甲烷；6)将步骤3)和/或步骤4)所得的二氧化碳以及步骤5)所得的甲烷或者步骤4)和步骤5)所得的甲烷进行甲烷干重整反应。10.根据权利要求9所述的方法，其中，该方法还包括将甲烷干重整反
\t应所得合成气返回步骤4)，进行所述费托合成反应。11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述费托合成反应的条件包括所述净化合成气的氢气与一氧化碳的摩尔比为0.8-2.5:1，反应温度为280-370℃，反应压力为0.5-2.5MPa，反应在流化床反应器中进行。12.根据权利要求9-11中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括分离出炼厂干气中的氢气，并将该氢气送入步骤3)中，与煤气化粗合成气一起进行净化。13.根据权利要求9-12中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括将步骤2)所得的粗合成气进行水煤气变换，将所得变换后粗合成气进行步骤3)所述净化。14.根据权利要求9-13中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：晋超，吴玉，夏国富，张荣俊，孙霞，侯朝鹏，李明丰，杨清河，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11