一种二氧化碳减排及综合利用的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种二氧化碳减排及综合利用的装置和方法，以二氧化碳为原料，按反应步骤依次包括原料混合单元、缓冲单元、反应单元、余热回收单元、急冷单元、压缩单元、分离单元以及PSA单元，固定二氧化碳，取代煤化工，利用二氧化碳制取乙烯、一氧化碳、氢气以满足工业的生产；利用工艺所产生的废气作燃料增发蒸汽，既满足了本装置的能耗需求，又节省了蒸汽资源，做到了能量最大化的循环利用，降低了污染物排放量和排放浓度，满足环保要求，后续工艺为前面工艺提供原材料氢气，提高物料的转化率，避免污染大气和能源浪费；解决了下游装置对乙烯、氢气和一氧化碳原料的来源问题，完善了企业的产品多元化，提高了企业核心竞争力。

Device and method for reducing carbon dioxide and comprehensive utilization

The invention discloses a device and a method for reducing carbon dioxide emissions and comprehensive utilization, using carbon dioxide as raw material, by the reaction steps including raw material mixing unit, buffer unit, reaction unit, heat recovery unit, cooling unit, compression unit and separation unit and PSA unit, fixed carbon dioxide, instead of coal chemical industry, ethylene production and utilization of carbon dioxide hydrogen, carbon monoxide, to meet the needs of industrial production as fuel; additional steam utilization of waste gas produced in the process, not only to meet the energy needs of the device, but also saves steam resources, to maximize energy recycling, reduce pollutant emissions and emission concentration, to meet the requirements of environmental protection, the follow-up process for the front process the raw materials of hydrogen, improve the material conversion rate, avoid air pollution and waste of energy; solve the downstream device On the source of ethylene, hydrogen and carbon monoxide raw materials, improve the product diversification of enterprises, improve the core competitiveness of enterprises.

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳减排及综合利用的装置和方法
本专利技术涉及一种二氧化碳减排领域，尤其涉及一种二氧化碳减排及综合利用的装置和方法。
技术介绍
随着现代工业的发展，全球能源消费不断剧增，二氧化碳(以下简称CO2)的排放量(以碳计)由工业革命1860年前的0.4亿吨发展到1996年的60.4亿吨。到2100年，全球CO2总排放量预计将增加到360亿吨。世界各国己注意到非持续性能源生产与发展模式使全球环境所面临的危机。1997年12月制定的《京都议定书》，要求一些工业化国家在2008-2012年，将温室气体的排放量在1990年水平基础上平均减少5.2％。这些表明：最主要的温室气体CO2随着工业的发展而日益增多，加剧了人类生存环境的恶化；逐步削减温室气体的排放已经成为大多数科学家及政府机构的共识。因而，从能源、碳资源以及减轻CO2对环境污染等诸方面考虑，控制CO2的排放及加强CO2的开发利用都是一项具有重大战略意义的课题。CO2既是最主要的温室气体，同时也是地球上分布最广、储量最丰富的碳一资源。据统计以CO2和碳酸盐形式存在的碳储量大约有1016吨，是已探明的煤和石油含碳量的1000倍。在油田气、合成氨、炼铁、水泥、发酵、火力发电站和制氢装置的副产气中也含有大量的CO2。CO2作为一种用途广泛的化工产品，可直接应用于饮料添加剂、超临界萃取剂、果蔬保鲜剂、低温制冷剂、油田助采剂、焊接保护气、抑爆充加剂、植物气肥、烟丝膨胀剂、树脂发泡剂等用途。另外，CO2作为重要的化工原料，通过化学加工可将CO2转化为具有较高经济价值的产品：如微细硅胶(白炭黑)、硼酸钠(硼砂)、轻质氧化镁、碳酸丙烯酯、邻羟基苯甲酸(水杨酸)、双氰胺(氰基肌)。以CO2为原料进行综合利用，一方面可以提供重要的工业原料乙烯，同时又可消除导致温室效应的CO2，是一个有工业应用前景的催化反应。计算分析证明CO2氧化乙烷脱氢制乙烯反应在热力学上是很有利的。这就为研究CO2氧化乙烷脱氢制乙烯提供了理论依据。1987年，Gnziev提出CO2的存在可以促进乙烷氧化脱氢制乙烯反应以后，国内外对CO2氧化乙烷脱氢制乙烯反应的基础研究工作即开展起来。以CO2为原料进行综合利用的新工艺具有反应温度较低、能耗低、乙烯选择性高等优点。并可以充分应用天然气、油田气等非石油资源，已在国内外学术界、工业界引起广泛关注。CO2利用方法是一个具有环境和资源双重效益的绿色过程，对其进行研究具有重要的科学意义与工业应用价值。目前CO2用于化学品的合成，已工业化的主要包括：1、尿素2、水杨酸3、环状碳酸酯4、聚碳酸酯5、甲醇。工业消耗的CO2中，90％都是用于尿素的生产，产品结构较为单一，所以二氧化碳的利用和化学转化还需要进一步开发。并且国内尚未发现利用CO2和乙烷进行规模化生产的装置和方法。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决现有技术中所存在的问题，本专利技术提出了一种环境友好、多种物料资源与能量循环利用，降低污染物的排放，环保高效，丰富企业产品结构的二氧化碳减排及综合利用的装置和方法。技术方案：为达以上目的，本专利技术采取以下技术方案：一种二氧化碳减排及综合利用的装置，按反应步骤依次包括原料混合单元、缓冲单元、反应单元、余热回收单元、急冷单元、压缩单元、分离单元以及PSA单元；其中所述反应单元为带有进料预热器的反应炉；所述反应炉内有反应炉管；所述余热回收单元包括一级废热锅炉和二级废热锅炉；所述急冷单元为包括塔顶分液罐、塔底急冷水泵以及塔底过滤器的急冷塔；所述压缩单元包括一级压缩系统、吸收塔脱碳系统、再生塔系统、脱苯干燥系统以及二级压缩系统；所述分离单元包括冷箱、脱甲烷塔系统、乙烯塔系统以及脱乙烷塔系统；所述脱甲烷塔系统塔底连接有重沸器；所述乙烯塔系统为上塔和下塔热冷分离结构，其中上塔通过乙烯泵连接有乙烯罐。更为优选的，所述反应炉为立式箱式炉。本专利技术还公开了基于上述装置的二氧化碳减排及综合利用的方法，包括如下反应过程：(1)原料混合单元、缓冲单元和反应单元：原料混合单元、缓冲单元和反应单元：原料混合单元中三股进料进行混合，第一股进料为乙烷和循环乙烷，第二股进料为二氧化碳和循环二氧化碳，第三股进料为水蒸气；三股进料在混合后进入缓冲单元，随后进入反应单元中的进料预热器，预热至50～500℃后进入反应炉进行升温反应；反应炉管中装有乙烷脱氢催化剂，升温至500～1500℃，乙烷、二氧化碳、水蒸气在催化剂的作用下反应，生成主产品乙烯，以及一氧化碳、氢气、甲烷、C3+烃类、水等副产品；反应炉保持反应温度，使反应得以朝有利方向进行；反应炉出口气体为高温过程气，随后进入下一个单元余热回收单元进行发汽，副产品少量甲烷以及C3+烃类作为本装置的燃料进行循环利用；其中三股进料中的循环乙烷来自后续分离单元脱乙烷塔系统反应分离进行循环再利用；循环二氧化碳来自压缩单元再生塔系统出气的循环再利用；水蒸气来自压缩单元脱苯干燥系统进行循环再利用；(2)余热回收单元和急冷单元：来自反应单元的高温过程气，温度为550～1200℃，进入余热回收单元的一级废热锅炉后发1～10MPa等级的饱和蒸汽，进入反应炉烟道过热，作为后续压缩单元压缩系统热源使用；通过一级废热锅炉后的高温过程气，温度为200～800℃，进入二级废热锅炉后发0.1～1.0MPa等级的饱和蒸汽，作为后续再生塔压缩单元再生塔系统热源使用；经过两级废热锅炉后的高温过程气降温至50～400℃进入急冷单元，在急冷塔中，高温过程气和急冷水逆流接触，降温至10～100℃的过程气进入塔顶分液罐，随后进入下一级压缩单元；急冷塔底端急冷水经急冷水泵增压后，部分经过过滤器过滤去除反应生成的焦炭杂质，随后作为后续分离单元热源使用；(3)压缩单元：一级压缩系统中，降温后的过程气由0.01Mpa～1.0Mpa增压至1Mpa～10MPa；进入吸收塔脱碳系统进行脱碳；其中使用MDEA溶液作为吸收剂，吸收过程气中的二氧化碳，吸收二氧化碳后的MDEA富溶剂进入再生塔系统再生，再生塔系统采用常规汽提工艺；富溶剂经贫富溶剂换热器换热至80-150℃左右后进入再生塔系统再生，出口气作为循环二氧化碳经加压送至反应炉作为原料使用；脱苯干燥部分采用洗涤工艺，采用后续分离单元自产的C3+进行洗涤，洗涤后的过程气中C6H6含量≤100ppm；经脱碳、脱苯、干燥后的过程气进入二级压缩系统，继续加压至1MPa～10MPa后进入下一级分离单元；(4)分离单元：自压缩单元来的过程气首先和脱甲烷塔系统塔底物料换热，经分液后的过程气进入冷箱，在冷箱中，过程气与冷剂和合成气换热逐步冷却至-50℃～-5℃，冷箱底部液体直接作为脱甲烷塔系统的进料，冷箱顶部气相作为粗合成气进入后续PSA单元；脱甲烷塔系统塔底采用急冷水作为重沸器热源，塔底C2+物料与进料过程气换热后经碳二加氢系统处理去除乙炔杂质后再进入乙烯塔系统，冷箱顶部气相和脱甲烷塔系统顶气合并，升温至1℃～80℃后进入PSA单元；自脱甲烷塔系统塔底来的C2+物料中含有少量乙炔，对产品乙烯纯度有较大影响，需经过加氢处理氢气为装置PSA单元自产氢气。经加氢后，乙炔部分转化为乙烯，部分转化为乙烷，使得后续乙烯产品能够达标外销；经加氢后的C2+物料直接进入乙烯塔下塔，乙烯塔系统下塔塔底采用急本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化碳减排及综合利用的装置，其特征在于按反应步骤依次包括原料混合单元(1)、缓冲单元(2)、反应单元(3)、余热回收单元(4)、急冷单元(5)、压缩单元(6)、分离单元(7)以及PSA单元(8)；其中所述反应单元(3)为带有进料预热器的反应炉(31)；所述反应炉(31)内有反应炉管(32)；所述余热回收单元(4)包括一级废热锅炉(41)和二级废热锅炉(42)；所述急冷单元(5)为包括塔顶分液罐(51)、塔底急冷水泵(52)以及塔底过滤器的急冷塔；所述压缩单元(6)包括一级压缩系统(61)、吸收塔脱碳系统(62)、再生塔系统(63)、脱苯干燥系统(64)以及二级压缩系统(65)；所述分离单元(7)包括冷箱(71)、脱甲烷塔系统(72)、乙烯塔系统(73)以及脱乙烷塔系统(74)；所述脱甲烷塔系统(72)塔底连接有重沸器(721)；所述乙烯塔系统(73)为上塔(731)和下塔(732)热冷分离结构，其中上塔(731)通过乙烯泵(733)连接有乙烯罐(734)。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳减排及综合利用的装置，其特征在于按反应步骤依次包括原料混合单元(1)、缓冲单元(2)、反应单元(3)、余热回收单元(4)、急冷单元(5)、压缩单元(6)、分离单元(7)以及PSA单元(8)；其中所述反应单元(3)为带有进料预热器的反应炉(31)；所述反应炉(31)内有反应炉管(32)；所述余热回收单元(4)包括一级废热锅炉(41)和二级废热锅炉(42)；所述急冷单元(5)为包括塔顶分液罐(51)、塔底急冷水泵(52)以及塔底过滤器的急冷塔；所述压缩单元(6)包括一级压缩系统(61)、吸收塔脱碳系统(62)、再生塔系统(63)、脱苯干燥系统(64)以及二级压缩系统(65)；所述分离单元(7)包括冷箱(71)、脱甲烷塔系统(72)、乙烯塔系统(73)以及脱乙烷塔系统(74)；所述脱甲烷塔系统(72)塔底连接有重沸器(721)；所述乙烯塔系统(73)为上塔(731)和下塔(732)热冷分离结构，其中上塔(731)通过乙烯泵(733)连接有乙烯罐(734)。2.根据权利要求1所述的二氧化碳减排及综合利用的装置，其特征在于：所述反应炉(31)为立式箱式炉。3.如权利要求1所述的二氧化碳减排及综合利用的方法，其特征在于包括如下反应过程：(1)原料混合单元、缓冲单元和反应单元：原料混合单元中三股进料进行混合，第一股进料为乙烷和循环乙烷，第二股进料为二氧化碳和循环二氧化碳，第三股进料为水蒸气；三股进料在混合后进入缓冲单元，随后进入反应单元中的进料预热器，预热至50～500℃后进入反应炉进行升温反应；反应炉管中装有乙烷脱氢催化剂，升温至500～1500℃，乙烷、二氧化碳、水蒸气在催化剂的作用下反应，生成主产品乙烯，以及一氧化碳、氢气、甲烷、C3+烃类、水等副产品；反应炉保持反应温度，使反应得以朝有利方向进行；反应炉出口气体为高温过程气，随后进入下一个单元余热回收单元进行发汽，副产品少量甲烷以及C3+烃类作为本装置的燃料进行循环利用；其中三股进料中的循环乙烷来自后续分离单元脱乙烷塔系统反应分离进行循环再利用；循环二氧化碳来自压缩单元再生塔系统出气的循环再利用；水蒸气来自压缩单元脱苯干燥系统进行循环再利用；(2)余热回收单元和急冷单元：来自反应单元的高温过程气，温度为550～1200℃，进入余热回收单元的一级废热锅炉后发1～10MPa等级的饱和蒸汽，进入反应炉烟道过热，作为后续压缩单元压缩系统热源使用；通过一级废热锅炉后的高温过程气，温度为200～800℃，进入二级废热锅炉后发0.1～1.0MPa等级的饱和蒸汽，作为后续压缩单元再生塔系统热源使用；经过两级废热锅炉后的高温过程气降温至50～400℃进入急冷单元，在急冷塔中，高温过程气和急冷水逆流接触，降温至10～10...

【专利技术属性】
技术研发人员：江南，徐龙伢，孙海兵，林毓勇，朱向学，肖镱，王涛，陈福存，黄敏，江起培，严正芳，李刚，王涛，王翔，李旭东，
申请(专利权)人：南京百润化工有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32