甲烷制乙烯反应产物的油吸收分离方法技术

本发明专利技术涉及一种甲烷制乙烯反应产物的油吸收分离方法，主要解决现有技术中工艺流程长、设备数量多、制造成本大、工程投资高、综合能耗高的问题。本发明专利技术通过采用一种甲烷制乙烯反应产物的油吸收分离方法，设置吸收‑解吸双塔工艺流程进行反应产物的分离，选择低温碳钢材质的吸收塔、解吸塔和冷箱设备，新增膜技术分离不凝气，采用多股进料、膨胀机、单元设备高度热集成节能工艺的技术方案较好地解决了上述问题，可用于甲烷制乙烯反应产物分离中。

Oil Absorption and Separation of Reaction Products from Methane to Ethylene

The invention relates to an oil absorption and separation method for the reaction product of methane to ethylene, which mainly solves the problems of long process flow, large number of equipment, high manufacturing cost, high engineering investment and high comprehensive energy consumption in the prior art. The invention adopts an oil absorption and separation method for the reaction product of methane to ethylene, sets up a two-tower process flow of absorption and desorption to separate the reaction product, chooses low temperature carbon steel absorption tower, desorption tower and cold box equipment, adds a new membrane technology to separate the non-condensable gas, and adopts the technical scheme of multi-strand feed, expander and unit equipment highly thermal integration energy-saving technology to better solve the problem. These problems are solved and can be used in the separation of reaction products from methane to ethylene.

【技术实现步骤摘要】
甲烷制乙烯反应产物的油吸收分离方法
本专利技术涉及一种甲烷制乙烯反应产物的油吸收分离方法，分离甲烷氧化偶联反应OCM产物的工艺技术过程，尤其涉及采用低工程投资的油吸收分离工艺路线分离精制甲烷氧化偶联反应产物中乙烯产品的方法，可应用于制备乙烯的工业生产中。
技术介绍
目前，全球生产基本有机原料——乙烯产品通常采用的裂解原料中石脑油、加氢尾油等石油制品占近70％左右，其余为天然气和煤炭。由于石脑油、加氢尾油等裂解原料受到原油的供应限制，煤炭利用过程中，产生含硫废气、有机污水等环保处理问题比较严峻。而常规天然气资源以及页岩气、天然气水合物等非常规天然气资源不仅储量丰富，而且清洁环保，因此利用天然气资源制备乙烯产品，从长远看，具有良好的市场竞争力。随着全球常规天然气和非常规天然气的不断发现与大规模开采，储量丰富、价格低廉的天然气替代石脑油、加氢尾油等石油资源生产乙烯及其下游产品的可能性越来越大，其经济效益、环保效应的优势显得越来越突出，得到业内外人士的普遍关注。与天然气间接转化法制备乙烯相比，天然气直接转化法的甲烷氧化偶联OCM制备乙烯只需一步反应即可将甲烷转化成乙烯产品。从1982年至今，大批科研工作者进行了深入的理论研究，国内外研发机构先后进行OCM催化剂研制和反应工艺过程的研究，已开发了超过2000种以上的催化剂。近年来，国内外研发机构还在不断改进催化剂，同时优化反应条件并改进反应器结构，以实现高转化率、高选择性，最终达到高乙烯收率的目的。从上世纪80年代以来，我国许多研究单位对OCM技术的催化剂及反应工艺技术进行了大量开发研究，其中以中科院兰州化学物理研究所研制的Na2WO3-Mn/SiO2催化剂转化率及选择性最高，而且催化剂运行稳定性也好，最具备工业化应用的前景。国外最为典型的研究开发甲烷氧化偶联OCM技术的美国锡卢里亚Siluria技术公司通过使用生物模板精确合成工业可行的纳米线催化剂。在反应压力0.5～1.0MPa和低于传统蒸汽热裂解反应温度200～300℃的条件下，将甲烷高效催化氧化偶联为乙烯产品。甲烷氧化偶联OCM反应产物包含氢气、氮气、一氧化碳、氧气、二氧化碳、水和甲烷、乙炔、乙烯、乙烷等轻烃为主的多种气体混合物，需要从该气体混合物中分离出乙烯产品。分离乙烯产品的方法主要有深冷分离法、吸附分离法和油吸收法等等。现有技术中的美国专利技术专利US2015/0368167A1公开了甲烷氧化偶联OCM反应和分离的工艺过程，该专利技术的分离工艺采用深冷分离法，通过精馏塔分离得到富含C2物流、富含甲烷物流和富含N2物流三股物流，再将富含C2物流进一步精馏分离得到乙烯产品。中国专利技术专利CN201710006765.X公开了一种甲烷氧化偶联制乙烯反应产物的分离工艺，通过深冷分离法，采用多股进料、膨胀机、单元设备高度热集成的技术手段分离得到甲烷、乙烷等反应循环物料和乙烯产品。中国专利技术专利CN200810239548.6利用膜分离与低温精馏从焦炉煤气中提取甲烷的方法，公开了在1.5～4.0MPa，20～60℃条件下，气体进入膜分离装置，氢气与CH4、N2和CO分离的技术。现有技术中，US2015/0368167A1和CN201710006765.X采用深冷分离法，为了达到分离目的，操作温度需要达到-200℃以下的低温条件，由此脱甲烷塔、冷箱等设备材质选用价格昂贵的不锈钢材料，还需要设置提供冷量的乙烯制冷压缩机和甲烷制冷压缩机，存在工艺流程长、设备数量多、制造成本大、工程投资高的问题。同时，现有技术采用常规油吸收分离工艺，存在综合能耗高的问题。另外，现有技术中的CN201710006765.X在膜分离之后，还需要板式换热器、低温精馏塔才能分离得到甲烷，存在投资大、能耗高的问题。
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工艺流程长、设备数量多、制造成本大、工程投资高、综合能耗高的问题，提供一种新的甲烷制乙烯反应产物的油吸收分离方法，具有工艺流程短、设备数量少、制造成本小、工程投资低的优点。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种甲烷制乙烯反应产物的油吸收分离方法，包括如下步骤：(a)新鲜甲烷气原料和循环甲烷气原料与氧气进入OCM反应器，在OCM反应器内发生甲烷氧化偶联反应生成包括乙烯的反应产物，然后反应产物进行急冷冷却、压缩升压、脱除杂质、气液分离工序处理；(b)经过上述气液分离的反应产物进入吸收塔底部，吸收剂从吸收塔顶部进入，吸收反应产物中的C2组分以及C2以上组分，吸收塔顶部排出富含甲烷、氢气和一氧化碳及氮气的不凝性气体，吸收塔塔底流出物包括被吸收的C2组分以及C2以上组分和吸收剂；(c)吸收塔顶部排出的气相物流进入冷箱冷却、冷凝后，进入分液罐A分为气液两相，液相送回吸收塔顶部，气相进入膨胀机，利用物流自身压力膨胀并进一步制冷；(d)制冷后的膨胀机出口物流，进入分液罐B分为气液两相，液相经过冷箱换热后，送回吸收塔顶部，含甲烷的气相经过冷箱换热后，作为含甲烷的不凝气进入膜分离单元；(e)吸收塔塔底馏出物经过吸收剂换热器加热后，进入解吸塔，塔顶得到C2组分以及C2以上组分，塔底得到解吸后不含C2组分以及C2以上组分的吸收剂，经过吸收剂换热器和吸收剂冷却器冷却后，返回吸收塔循环使用；(f)解吸塔塔顶C2组分以及C2以上组分进入脱乙烷塔，塔底得到C3组分以及C3以上组分，塔顶得到C2组分，经脱炔反应器加氢脱除乙炔后，进入乙烯精馏塔，塔底得到乙烷物流，塔顶得到高纯度的乙烯产品；(g)将含甲烷的不凝气送入膜分离单元，将不凝气中的的甲烷分离出来并返回到OCM反应器入口。上述技术方案中，优选地，步骤(a)脱除杂质步骤包括脱除其中的CO2，采用醇胺法来脱除反应产物中的CO2，选择摩尔分数为15％～20％MEA(乙醇胺)或摩尔分数为35％～50％MDEA(甲基二乙醇胺)加摩尔分数为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1～10ppm的反应产物。上述技术方案中，优选地，吸收塔的操作压力为2.5～3.5MPa，塔顶操作温度为-45～-30℃，塔底操作温度为-40～-25℃；吸收剂为除苯之外的C3～C7烃类中的至少一种，吸收剂进料温度为-45～-30℃。上述技术方案中，优选地，冷箱的操作压力为0.2～3.5MPa，操作温度为-45～25℃。上述技术方案中，优选地，解吸塔的操作压力为1.5～2.5MPa，塔顶操作温度为-40～-20℃，塔底操作温度为40～280℃。上述技术方案中，优选地，步骤(f)中，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，膜分离单元操作压力为0.2～1.4MPa，操作温度为5～25℃。上述技术方案中，优选地，膨胀机的入口压力为2.5～3.5MPa，出口压力为0.2～1.4MPa，操作温度为-45～-25℃。上述技术方案中，优选地，高纯度的乙烯产品的产品纯度为99.95％，乙烯回收率为99.0％以上。本专利技术专利采用吸收-解吸双塔工艺流程的技术方案取代现有技术深冷分离方法的不锈钢脱甲烷塔、不锈钢冷箱、乙烯制冷压缩机和甲烷制冷压缩机工艺流程的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种甲烷制乙烯反应产物的油吸收分离方法，包括如下步骤：(a)新鲜甲烷气原料和循环甲烷气原料与氧气进入OCM反应器，在OCM反应器内发生甲烷氧化偶联反应生成包括乙烯的反应产物，然后反应产物进行急冷冷却、压缩升压、脱除杂质、气液分离工序处理；(b)经过上述气液分离的反应产物进入吸收塔底部，吸收剂从吸收塔顶部进入，吸收反应产物中的C2组分以及C2以上组分，吸收塔顶部排出富含甲烷、氢气和一氧化碳及氮气的不凝性气体，吸收塔塔底流出物包括被吸收的C2组分以及C2以上组分和吸收剂；(c)吸收塔顶部排出的气相物流进入冷箱冷却、冷凝后，进入分液罐A分为气液两相，液相送回吸收塔顶部，气相进入膨胀机，利用物流自身压力膨胀并进一步制冷；(d)制冷后的膨胀机出口物流，进入分液罐B分为气液两相，液相经过冷箱换热后，送回吸收塔顶部，含甲烷的气相经过冷箱换热后，作为含甲烷的不凝气进入膜分离单元；(e)吸收塔塔底馏出物经过吸收剂换热器加热后，进入解吸塔，塔顶得到C2组分以及C2以上组分，塔底得到解吸后不含C2组分以及C2以上组分的吸收剂，经过吸收剂换热器和吸收剂冷却器冷却后，返回吸收塔循环使用；(f)解吸塔塔顶C2组分以及C2以上组分进入脱乙烷塔，塔底得到C3组分以及C3以上组分，塔顶得到C2组分，经脱炔反应器加氢脱除乙炔后，进入乙烯精馏塔，塔底得到乙烷物流，塔顶得到高纯度的乙烯产品；(g)将含甲烷的不凝气送入膜分离单元，将不凝气中的的甲烷分离出来并返回到OCM反应器入口。...

【技术特征摘要】
1.一种甲烷制乙烯反应产物的油吸收分离方法，包括如下步骤：(a)新鲜甲烷气原料和循环甲烷气原料与氧气进入OCM反应器，在OCM反应器内发生甲烷氧化偶联反应生成包括乙烯的反应产物，然后反应产物进行急冷冷却、压缩升压、脱除杂质、气液分离工序处理；(b)经过上述气液分离的反应产物进入吸收塔底部，吸收剂从吸收塔顶部进入，吸收反应产物中的C2组分以及C2以上组分，吸收塔顶部排出富含甲烷、氢气和一氧化碳及氮气的不凝性气体，吸收塔塔底流出物包括被吸收的C2组分以及C2以上组分和吸收剂；(c)吸收塔顶部排出的气相物流进入冷箱冷却、冷凝后，进入分液罐A分为气液两相，液相送回吸收塔顶部，气相进入膨胀机，利用物流自身压力膨胀并进一步制冷；(d)制冷后的膨胀机出口物流，进入分液罐B分为气液两相，液相经过冷箱换热后，送回吸收塔顶部，含甲烷的气相经过冷箱换热后，作为含甲烷的不凝气进入膜分离单元；(e)吸收塔塔底馏出物经过吸收剂换热器加热后，进入解吸塔，塔顶得到C2组分以及C2以上组分，塔底得到解吸后不含C2组分以及C2以上组分的吸收剂，经过吸收剂换热器和吸收剂冷却器冷却后，返回吸收塔循环使用；(f)解吸塔塔顶C2组分以及C2以上组分进入脱乙烷塔，塔底得到C3组分以及C3以上组分，塔顶得到C2组分，经脱炔反应器加氢脱除乙炔后，进入乙烯精馏塔，塔底得到乙烷物流，塔顶得到高纯度的乙烯产品；(g)将含甲烷的不凝气送入膜分离单元，将不凝气中的的甲烷分离出来并返回到OCM反应器入口。2.根据权利要求1所述甲烷制乙烯反应产物的油吸收分离方法，其特征在于步骤(a)脱除杂质步骤包括脱除其中的CO2，采用醇胺法来脱除反应产物中的C...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴德荣，堵祖荫，李真泽，唐绮颖，李勇，何琨，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