[发明专利]合成气制备烯烃的产品分离和副产利用的装置和方法

说明书

本发明涉及一种合成气制备烯烃的产品分离和副产利用的装置和方法，主要解决合成气制备烯烃反应过程转化率低导致产品气中含大量未转化合成气影响后续分离过程、现有分离技术中脱一氧化碳和氢气设备效率低和副产利用的问题，本发明通过采用合成气制备烯烃的产品分离和副产利用装置，包括：脱碳区；脱丙烷塔；脱氢区；产品分离区的技术方案较好地解决了上述问题，可用于合成气制备烯烃产品的分离过程，具有设备效率高、产品回收率高、产品纯度高、分离过程能耗低、副产利用好的优点。

技术领域

本发明涉及一种合成气制备烯烃的产品分离和副产利用的装置和方法，特别是一种合成气一步法制备烯烃的产品分离和副产利用的装置和方法。

技术背景

烯烃，特别是乙烯、丙烯和丁烯是重要的基础化工原料，近年来，其需求量在不断增加。一般地，烯烃主要来自于石油加工过程。随着石油资源的日益匾乏，由石油资源生产乙烯、丙烯的成本不断增加，发展由煤或天然气等非石油资源生产烯烃的技术越来越引起国内外的重视。以煤、天然气等为原料制低碳烯烃的方法，通常是将煤和天然气转化成合成气，然后由合成气制取低碳烯烃。从长远来看，这对我国能源结构的调整以及减少对石油资源的依赖具有重要的战略意义。

当前成熟的煤制烯烃技术路线，包括煤气化、合成气净化、甲醇合成及甲醇制烯烃四项核心技术。煤制烯烃首先将煤气化制成合成气，接着将合成气变换，然后将转换后的合成气净化，最后将净化合成气制成粗甲醇并精馏，最终产出合格的甲醇。煤制烯烃主要面问题主要有：技术路线长，设备数量多，装置投资大，原材料及能耗大，水耗高。

丙烯主要用于生产PP、异丙苯、丙烯腈、丙烯酸等诸多产品；乙烯是生产聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)和环氧乙烷/乙二醇(EO/EG)等重要有机化工产品的主要原料。作为重要的轻烯烃，丙烯、乙烯的年需求在不断增长。烃类热裂解仍是生产乙烯的主要方法之一，而生产丙烯的工艺一般可概况为副产品工艺和专有工艺。副产品工艺主要是指通过蒸汽裂解和催化裂化制乙烯装置得到的丙烯。专有工艺指专门开发生产丙烯的工艺，目前主要有丙烷脱氢、低碳烯烃歧化、低碳烯烃裂解、甲醇制丙烯等工艺技术。低碳烯烃裂解制丙烯技术，不仅可用于生产丙烯、乙烯，并且可以提高低碳烯烃的附加值，具有很大的发展前景。低碳烯烃催化裂解制丙烯技术的基本原理是利用具有独特择型性和酸性的ZSM-5分子筛催化剂，有选择地把低碳烯烃裂解为丙烯和乙烯。

由合成气直接制烯烃避免了中间产物的合成和纯化工序，工艺路线较短，投资成本和操作费用有所降低。但是，合成气直接制烯烃工艺尚没有实现工业化运行，主要研究仍集中于催化剂的开发，而对于工艺流程的开发、产品分离方案的设计等方面研究则十分匮乏。

从专利和文献披露的方法来看，合成气直接制烯烃是费托(F-T)合成过程，产物分布在很广的碳数范围，反应出口产品气中含有大量的未转化合成气，低碳烯烃的选择性较低，这不仅增加了分离难度，而且在很大程度上影响了经济效益的提高。

CN 102666441 A公布了从合成气体生产低级烯烃使用的负载型铁基催化剂，通过例如费-托(Fischer-Tropsch)工艺从包括一氧化碳和氢气的原料流生产低级烯烃的方法，反应温度高于270℃且不过500℃的温度下进行，催化剂组合物含铁颗粒具有低于20m优选地低于10nm的平均粒度。

CN 102971277 A公布了由合成气生产轻质烯烃使用铁基催化剂，在250～350℃的温度范围和10～40巴(bar)的压力范围内使合成气与铁基催化剂接触的步骤制备轻质烯烃如C_2～4烯烃的方法。合成气的H2：CO的摩尔比在1.5～2.5的范围。

CN 103664447 A公布了一种合成气制烯烃的方法催化剂的组成，以摩尔比为 0.8～2.2的CO与H₂混合气为原料，在反应温度250～350℃，反应压力0.5～2.5MPa，体积空速1000～4000小时^-1的条件下，与催化剂接触反应生成烯烃，其中催化剂以重量份数计包括以下组分：1～20份选自ZSM-5或β沸石中一种的壳和80～99份的内核。