[发明专利]甲烷氧化偶联制乙烯的方法

摘要

本发明涉及一种甲烷氧化偶联制乙烯的方法，主要解决现有技术中较少涉及到的甲烷氧化偶联方法生产乙烯的问题。本发明通过采用一种甲烷氧化偶联制乙烯的方法，通过采用多段固定床绝热薄床层反应器，段间设置急冷器以及温度控制系统，将反应器床层及其出口温度控制在一定范围，中间反应气经各段固定床对应的急冷换热器换热后快速冷却至700～800℃，整个反应过程总甲烷转化率保证在24％以上，C2选择性在73％以上；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。

主权项

1.一种甲烷氧化偶联制乙烯的方法，包括如下步骤：(a)在OCM反应单元中，天然气与氧气及分离单元返回的甲烷、乙烷混合后通过反应集成换热系统，与反应产物气进行换热，达到规定的反应温度，进入OCM反应系统，在催化剂作用下，甲烷被转化为包括乙烯、乙烷、CO、CO₂、H₂O、炔烃的反应产物气，反应产物气通过反应集成换热系统冷却，反应工艺凝水送入工艺凝水处理系统，其他反应物流送入分离单元，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；所述OCM反应单元采用的反应工艺包括至少两段的甲烷氧化偶联薄床层固定床反应器，通过以下可选的任意一种手段实现甲烷氧化偶联制乙烯反应工艺：(1)反应器采用竖向串联排列时，每段反应器间采用急冷换热器直接连接，每段反应器的催化床层由1～2个床层组成，两个床层为不同的催化剂，经充分混合并预热至600～900℃后的甲烷、氧气混合气送入第一段固定床反应器进行反应，反应压力为0.2～0.8MPaG，催化剂床层高度为15～100mm，体积空速为50000～150000h^‑1，反应气温升范围100～300℃，反应器出口的反应气通入急冷换热器管程与壳程锅炉给水换热并被快速冷却至700～1000℃，再送入下一段固定床反应器继续进行反应，最后一段反应器出口与急冷换热器直接连接，最终反应气经过最后一段急冷换热器管程后被冷却至下游流程所需的温度并送出；每一急冷器壳层与对应的高压汽包通过上升管和下降管相连，形成锅炉给水和蒸汽的循环，组成高压蒸汽包换热系统；(2)反应器采用横向串联排列，每段反应器及与之出口连接的急冷换热器和高压蒸汽包换热系统与第(1)种实现手段相同，但反应器采用横向串联排列，急冷换热器出口是通过一段弯管与下一段反应器入口相连，多个急冷换热器共用一个高压蒸汽包；(3)在第(1)种或第(2)种实现手段的基础上，急冷换热器部件为采用了带中心管的薄管板式急冷锅炉，在急冷锅炉中心管的出口处，设有调节装置，通过调节装置调整从中心管流过的反应气流量大小，从而影响管壳式急冷锅炉内中心管周围的换热管中反应气的流速，起到快速调节急冷锅炉热负荷的作用，在反应器出口温度波动的情况下，通过固定床反应器中设置的测温元件测得的催化剂床层温度的反馈调节，快速调整急冷锅炉的换热量，以保证急冷锅炉管程出口的反应气在规定的温度，保证下一段反应器中反应的平稳进行；(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；(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。