[发明专利]一种甲烷直接转化制乙烯产物的分离工艺

说明书

本发明涉及甲烷转化技术和石油化工领域，特别是涉及一种甲烷直接转化制乙烯产物的分离工艺。一种甲烷直接转化制乙烯产物的分离工艺，甲烷直接转化制乙烯的产物S0经脱水、脱碳与干燥，获得富含甲烷、乙烯、乙烷及C2+烃类（C2+系碳数大于2的烃类，主要为丙烯和丙烷）混合物S1，将混合物S1输入到甲烷分馏塔下端输入口，溶剂S2输入到甲烷分馏塔上端输入口。本发明解决了甲烷转化制乙烯的产物分离问题。

技术领域

本发明涉及甲烷转化技术和石油化工领域，特别是涉及一种甲烷直接转化制乙烯产物的分离工艺。

背景技术

乙烯是一种重要的大宗石油化工产品，更是一种大宗化工原料。目前，生产乙烯的路线包括石油基路线和煤基路线，其中石油基路线主要为烃类裂解法，即以乙烷和丙烷为裂解原料经管式热裂解生产乙烯。然而，随着烯烃需求的不断增大，仅以乙、丙烷为裂解原料远不能满足市场对烯烃的需求，裂解原料开始向重质化发展。近年来，中科院大化所和上海石化工程公司分别开发出的煤基乙烯路线MTO技术，已经成为新型的乙烯生产方法。MTO技术，即含碳资源(煤、天然气或生物质)经甲醇制烯烃，通过该方法将煤气化、气体净化、甲醇合成、甲醇精制、甲醇制烯烃、烯烃分离等步骤，获得乙烯、丙烯产品。该方法在我国“缺油、少气，煤炭相对丰富”的能源结构背景下，提供了一种乙烯、丙烯生产的可替代方法，但该方法存在合成路线长、设备投资过大的缺点。

以现有公开的技术来看，针对OCM产物的分离工艺还很少，但从 OCM产物组分与石化路线获得的低碳烃组分极相似，不同点仅在于两者产物组成有较大差异。因此，对石化路线的低碳烃分离专利技术进行回顾，对开发OCM产物的分离工艺具有借鉴意义。

目前，甲烷、乙烯分离工艺的专利技术主要包括深冷精馏法和溶剂吸收－解吸法。早年提出的深冷精馏法因其技术成熟度高，获得广泛应用，但其缺点在于，所需的深冷温度达－140℃以下，由此带来的压缩制冷循环操作费用极高，装置选材和加工要求高，设备投资大。为此，McCue等(1990年)提出两级深冷分离，将深冷改为两级，即先深冷至－38～17℃，再深冷至<-38℃，大幅地降低了总体冷需求量。然而，即使如此，操作费用高、设备投资大仍然是深冷精馏法的主要问题。

与之相反，溶剂萃取(吸收)－解吸法，能够将深冷温度从－165℃提升至～－40℃，极大地降低了操作费用，例如：Mehra(1988年, 1988.05.10)提出的基于溶剂萃取－解吸的分离工艺，并采用聚二醇二甲醚(沸点250℃)、N－甲基吡咯烷酮(沸点203℃)、N，N－二甲基甲酰胺(沸点153℃)、碳酸丙烯酯(沸点242℃)、环丁砜(沸点285℃)、三乙酸乙二酯(/)、C8～C10芳烃(沸点144℃)等作为萃取(吸收)剂，降低了操作费用，提高了乙烯回收率。然而，此工艺也存在如下问题：使用的萃取剂沸点较高，这使得溶剂分馏塔下端所需的温度较高，用常规的蒸汽加热方法难以实现，用其它非常规加热方法(如：电)势必造成操作成本的增加。

Bauer(1996年,1996.05.28)也提出了从裂解气中回收C2+的工艺，此工艺同样采用溶剂吸收－解吸法，以摩尔质量在50～75g/mol 的烷轻(如正戊烷、异戊烷或其混合物)为溶剂，取得了较佳效果。然而，此工艺存在以下问题：正戊烷、异戊烷或其混合物虽然对C2+ 烃具有较好的吸收能力，但是吸收塔塔顶汽相采出中难以避免会带出一定量的C5烃溶剂，造成溶剂损失；同时C5烃与C3烃的沸点差较小，溶剂回收难度较大；

Minkkinen(2002年,2002.03.19)提出了溶液吸收－再生法分离乙烷和乙烯的工艺，此工艺使用C3馏分烃洗涤塔－溶剂吸收塔，所选溶剂从甲苯、戊烷、己烷、和甲苯－苯混合物中选取。此工艺虽然具有较多优势，但是采用甲苯、甲苯-苯混合物仍存在溶剂分馏塔釜温过高、溶剂吸收容量较低的问题，难以使用常规加热方式，造成操作费用的增加；而采用戊烷、己烷溶剂则存在相对较高的溶剂损失；另外，该工艺流程较长，适合轻组分(CH4-)含量比C2+含量相当甚至略高的进料组成，同时轻C3+烃溶剂循环要求外加C3+烃，其循环过程中的损失不容忽视。