甲烷氧化偶联制乙烯反应产物的分离工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种甲烷氧化偶联制乙烯反应产物的分离工艺，主要解决乙烯回收率较低、能耗较高的问题。本发明专利技术通过采用一种甲烷氧化偶联制乙烯反应产物的分离工艺，通过多股进料、膨胀机、精馏塔和冷箱及冷冻机之间高度热集成技术等诸多节能手段降低能耗，不仅能分离得到乙烯产品和甲烷、乙烷等反应循环物料，而且能耗低、易于实现工业化。得到的乙烯产品纯度达到99.95％，乙烯回收率达到99％以上，与同规模轻烃裂解乙烯流程相比，单位乙烯能耗可以降低30％以上的技术方案较好地解决了上述问题，可用于甲烷氧化偶联制乙烯中。

【技术实现步骤摘要】
甲烷氧化偶联制乙烯反应产物的分离工艺
本专利技术涉及一种甲烷氧化偶联制乙烯反应产物的分离工艺。
技术介绍
目前全球乙烯生产所用原料70％为石脑油，25％为天然气，5％为煤炭。由于石脑油原料受制于石油供应限制，煤炭利用过程环保问题比较突出，而天然气资源尤其是页岩气、天然气水合物等非常规天然气资源不仅来源丰富，而且清洁环保，从长远看天然气制乙烯具有良好市场前景。随着未来全球非常规天然气资源的大规模发现与开采，以储量相对丰富和价格低廉的天然气替代石油生产乙烯及其下游产品显得越来越重要，值得引起业内的重视。相比天然气间接转化法，甲烷氧化偶联(OCM)制乙烯(天然气直接转化法)只需一步反应即可将甲烷转化成乙烯，具有很高的理论价值和经济价值，非常具有吸引力。从1982年起，国内外先后进行OCM催化剂试制和反应工艺研究，已研究过催化剂达2000种以上。近年来，国内外研发机构不断对催化剂进行改进，并优化反应器和反应条件，以实现以高选择性获得低碳烯烃的目的。国外甲烷氧化偶联(OCM)技术的研究开发以美国锡卢里亚技术公司最为典型。通过使用生物模板精确合成纳米线催化剂，锡卢里亚技术公司专有的甲烷氧化偶联(OCM)技术可将甲烷在较低温度下高性能地催化转化成为乙烯。我国从80年代以来，许多研究单位对OCM技术的催化剂及反应技术进行了开发研究，其中中科院兰州化学物理研究所研制的Na2WO3-Mn/SiO2催化剂转化率及C2选择性高，稳定性好，具有良好的应用前景。甲烷氧化偶联反应的产物是一个以甲烷、乙烯等轻烃为主的多种气体混合物，需要经过分离过程，以脱除其它组分，得到乙烯产品和甲烷、乙烷等反应循环物料。CN102093157A公开了一种甲烷直接转化制乙烯及合成气的联合工艺过程，提供由含甲烷原料直接转化为乙烯，同时生产合成气的联合工艺方法。该专利技术克服了过去由甲烷直接制乙烯的以单一产物为目标的局限，在甲烷高产率转化为乙烯外，还考虑了甲烷的进一步利用，即高产率转化为合成气。该方法需要专用的乙烯吸附剂，采用变压吸附法分离乙烯产品。US2015/0368167A1公开了产生和分离乙烷和乙烯的工艺过程，甲烷氧化偶联(OCM)反应气中含有乙烷和乙烯，通过分离单元的两个精馏塔，得到富含C2、富含甲烷和富含N2三股物流。该方法流程复杂，尤其是第二分离塔的塔顶温度达到-210℃，需要提供极低温位的冷剂、设备制造成本高、实现工业化存在较大困难。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有技术中乙烯回收率较低、能耗较高的问题，提供一种新的甲烷氧化偶联制乙烯反应产物的分离工艺。该方法具有乙烯回收率较高、能耗较低的优点。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种甲烷氧化偶联制乙烯反应产物的分离工艺，包括如下步骤：(a)天然气与氧气混合后进入OCM反应单元，在催化剂作用下，甲烷被转化为包括乙烯、乙烷、CO、CO2、H2O、炔烃的反应物流，然后通过压缩、脱除CO2、压缩、干燥步骤，得到脱除CO2、H2O后的OCM反应产物；(b)所述OCM反应产物经过冷箱A、冷箱B、冷箱C后，其中部分轻烃被冷凝，形成至少三股进料进入脱甲烷塔；(C)脱甲烷塔塔顶馏出物经过冷箱D、冷箱E冷却后，其中部分轻烃被冷凝，形成至少两股进料进入脱轻塔；(d)脱轻塔塔顶馏出物包括H2、CO和部分CH4，依次经过冷箱C、冷箱B、冷箱A与OCM反应产物换热；(e)脱轻塔塔釜馏出物为液体CH4，先蒸发回收冷量后通过膨胀机降压制冷再经过冷箱E、冷箱C、冷箱B、冷箱A与OCM反应产物换热后，返回OCM反应单元；(d)脱甲烷塔釜馏出物经过脱乙烷塔脱除C3+组分，塔顶C2+组分经脱炔后进入乙烯精馏塔后，塔顶得到高纯度乙烯产品。上述技术方案中，优选地，所述脱除CO2步骤采用醇胺法来脱除反应产物中的CO2，用15％～20％MEA或35％～50％MDEA加3％～5％哌嗪为吸收剂，在CO2吸收塔中与反应产物接触，脱除其中的CO2，得到CO2含量小于1～100ppm的反应产物。上述技术方案中，优选地，OCM反应产物在冷箱A、冷箱B、冷箱C中冷却，与之换热的冷物流是脱轻塔塔顶馏出物、脱轻塔塔釜馏出物、C2冷剂和C3冷剂。上述技术方案中，优选地，脱甲烷塔的操作压力为2.5～3.5MPaG，塔顶温度为-120～-80℃。上述技术方案中，优选地，脱甲烷塔塔顶馏出物在冷箱D、冷箱E中冷却，与之换热的冷物流是经节流降温的脱轻塔塔釜馏出物、经膨胀机降压制冷的脱轻塔塔釜馏出物。上述技术方案中，优选地，脱轻塔的操作压力为2.0～3.0MPaG，塔顶温度为-150～-120℃。上述技术方案中，优选地，膨胀机的出口压力为0.2～1.0MPaG，膨胀机的出口物流温度为-150～-120℃。上述技术方案中，优选地，所述OCM反应产物经过冷箱A、冷箱B、冷箱C后，30～70wt％轻烃被冷凝；脱甲烷塔塔顶馏出物经过冷箱D、冷箱E冷却后，50～90wt％轻烃被冷凝。上述技术方案中，优选地，所述脱炔步骤采用催化加氢法，催化剂为Pd/Al2O3型催化剂，在固定床反应器中乙炔加氢生成乙烷和乙烯，得到乙炔含量小于2ppm的产物。上述技术方案中，优选地，催化剂为Na2WO3-Mn/SiO2催化剂。本专利技术的目的是提供甲烷氧化偶联制乙烯的分离工艺，该工艺过程通过多股进料、膨胀机、精馏塔与冷箱及冷冻机之间高度热集成技术等诸多节能手段，不仅能分离得到乙烯产品和甲烷、乙烷等反应循环物料，而且能耗低、易于实现工业化。本专利技术将甲烷氧化偶联反应产物通过压缩、醇胺法、干燥、深冷精馏等工序将组分逐一分离，同时使用多股进料、膨胀机、精馏塔和冷箱及冷冻机之间高度热集成技术等诸多节能手段降低能耗，得到的乙烯产品纯度达到99.95％，乙烯回收率达到99％以上，与同规模轻烃裂解乙烯流程相比，单位乙烯能耗可以降低20％以上，取得了较好的技术效果。附图说明图1为本专利技术所述方法的流程示意图。图1中，1为天然气，2为纯氧或富氧，3为反应气、4为压缩后的反应气、5为脱除CO2后的反应气、6为再经压缩后反应气、7为干燥脱水后的反应气、8为经冷箱A冷却后的反应气、9为分液罐A气相、10为分液罐A液相、11为经冷箱B冷却后的反应气、12为分液罐B气相、13为分液罐B液相、14-为经冷箱C冷却后的反应气，15为脱甲烷塔塔顶馏出物(H2、N2、CH4等组分)、16为脱甲烷塔塔釜馏出物(C2+～C3+组分)、17为经冷箱D冷却后的脱甲烷塔塔顶馏出物、18为分液罐C气相、19为分液罐C液相、20为经冷箱E冷却后的脱甲烷塔塔顶馏出物、21为脱轻塔塔顶馏出物(富含H2、CO和N2)、22为脱轻塔塔釜馏出物(富含CH4)、23为经减压阀节流降温后的脱轻塔塔釜馏出物、24为经冷箱D加热后的脱轻塔塔釜馏出物、25为经膨胀机降温后的脱轻塔塔釜馏出物、26为经冷箱E加热后的脱轻塔塔釜馏出物、27为经冷箱C加热后的脱轻塔塔釜馏出物、28为经冷箱B加热后的脱轻塔塔釜馏出物、29为经冷箱A加热后的脱轻塔塔釜馏出物、30为为经冷箱C加热后的脱轻塔塔顶馏出物、31为经冷箱B加热后的脱轻塔塔顶馏出物、32为经冷箱A加热后的脱轻塔塔顶馏出物，33为脱乙烷塔塔顶馏出物(C2+组分)、34为脱乙烷塔塔釜馏出物(C3+组分)、35为乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种甲烷氧化偶联制乙烯反应产物的分离工艺，包括如下步骤：(a)天然气与氧气混合后进入OCM反应单元，在催化剂作用下，甲烷被转化为包括乙烯、乙烷、CO、CO

【技术特征摘要】
1.一种甲烷氧化偶联制乙烯反应产物的分离工艺，包括如下步骤：(a)天然气与氧气混合后进入OCM反应单元，在催化剂作用下，甲烷被转化为包括乙烯、乙烷、CO、CO2、H2O、炔烃的反应物流，然后通过压缩、脱除CO2、压缩、干燥步骤，得到脱除CO2、H2O后的OCM反应产物；(b)所述OCM反应产物经过冷箱A、冷箱B、冷箱C后，其中部分轻烃被冷凝，形成至少三股进料进入脱甲烷塔；(C)脱甲烷塔塔顶馏出物经过冷箱D、冷箱E冷却后，其中部分轻烃被冷凝，形成至少两股进料进入脱轻塔；(d)脱轻塔塔顶馏出物包括H2、CO和部分CH4，依次经过冷箱D、冷箱C、冷箱B、冷箱A与OCM反应产物换热；(e)脱轻塔塔釜馏出物为液体CH4，先蒸发回收冷量后通过膨胀机降压制冷再经过冷箱E、冷箱C、冷箱B、冷箱A与OCM反应产物换热后，返回OCM反应单元；(f)脱甲烷塔釜馏出物经过脱乙烷塔脱除C3+组分，塔顶C2+组分经脱炔后进入乙烯精馏塔后，塔顶得到高纯度乙烯产品。2.根据权利要求1所述甲烷氧化偶联制乙烯反应产物的分离工艺，其特征在于所述脱除CO2步骤采用醇胺法来脱除反应产物中的CO2，用15％～20％MEA或35％～50％MDEA加3％～5％哌嗪为吸收剂，在CO2吸收塔中与反应产物接触，脱除其中的CO2，得到CO2含量小于1～100ppm的反应产物。3.根据权利要求1所述甲烷氧化偶联制乙烯反应产物的分离工艺，其特征在于OCM反应产物在冷箱A、冷箱B、冷箱C中冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐绮颖，堵祖荫，徐尔玲，吴曦，
申请(专利权)人：中石化上海工程有限公司，中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31