一种以煤为原料生产低碳烯烃的方法与流程

本发明属于煤化工领域，具体涉及一种以煤为原料生产低碳烯烃的系统与工艺。

背景技术：

1、低碳烯烃通常是指碳原子数介于2-4之间的烯烃，主要包括乙烯、丙烯和丁烯，它们是石油化工行业最重要的化工产品及合成材料单体，在国民经济中占据举足轻重的地位。

2、近年来，我国煤化工发展迅速，煤制低碳烯烃技术作为烯烃生产重要路线之一快速发展，在国内烯烃产能中已占据不可忽视的比重。以煤为原料生产低碳烯烃的路径主要分为两类，一是非直接路径，即煤经合成气制甲醇，然后甲醇制烯烃(mto)，二是直接路径，即煤经合成气一步制低碳烯烃。前者已经成功工业化实施，该路径主要由空分、煤气化、变换、合成气制甲醇、甲醇制烯烃等部分组成，但该路径流程较长且由于煤气化粗合成气中氢气和一氧化碳比例不能满足后续合成甲醇的要求，因此粗合成气需要进入变换单元，将合成气中的一部分一氧化碳转化为氢气和二氧化碳，以满足合成甲醇需要的氢碳比，因此，降低了碳利用率，提高了该路径的二氧化碳排放，同时，该路线在甲醇制烯烃工段有大量污水排放，造成该工艺水耗相对较高。近年来，煤经合成气直接制烯烃由于路线短、水耗低的优点而受到持续关注。

3、专利文献cn108017480a的文献公布了以煤为原料经合成气直接制低碳烯烃的装置和方法，该装置包括煤气化单元、合成气净化单元、反应制烯烃单元、气体回收及烯烃分离单元，在合成气净化单元与反应制烯烃单元之间设置有合成气混合器。该专利取消了水煤气变换单元，通过对反应出口气体中未转化合成气充分回收来满足进入反应制烯烃单元的氢碳比。但该方法仅适用于水煤浆气化技术，无法适用于粗合成气氢碳比更低的粉煤气化技术。

技术实现思路

1、本发明提供了一种以煤为原料生产低碳烯烃的方法及系统，利用该方法及系统能够提高煤制低碳烯烃过程碳利用率、降低该过程的二氧化碳排放、缩短工艺流程，实现煤炭的高效清洁绿色利用。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种以煤为原料生产低碳烯烃的方法，具体为：

3、一种以煤为原料生产低碳烯烃的方法，其特征在于：

4、1)可再生能源发电系统所产电能送至电解水制氢系统，通过电解水获得氢气和氧气；

5、2)步骤1)中所产氧气送至煤气化系统发生部分氧化反应获得粗合成气；

6、3)粗合成气送至粗合成气净化系统脱除其中杂质，获得满足合成气制烯烃要求的净化合成气；

7、4)净化合成气与步骤7)所产第一循环合成气和步骤9)所产第二循环合成气混合后，通过配入步骤1)所产氢气调整合成气中氢碳比来满足合成气制烯烃系统的要求；

8、5)合成气制烯烃系统中混合合成气在催化剂作用下发生反应生成c1-c10烃类。合成气制烯烃系统出口反应气为c1-c10烃类和未转化合成气组成的混合物；

9、6)合成气制烯烃出口反应气进入反应气净化系统脱除其中杂质获得净化反应气；

10、7)净化反应气进入反应气粗分系统分离获得第一循环合成气和富烃反应气，第一循环合成气升压后循环回合成气制烯烃系统，富烃反应气进入反应气升压干燥系统；

11、8)富烃反应气在反应气升压干燥系统升压、干燥后进入烯烃分离系统；

12、9)富烃反应气在烯烃分离系统中分离获得产品和剩余未转化合成气，剩余未转化合成气作为第二循环合成气升压后循环回合成气制烯烃系统。

13、本发明一种以煤为原料生产低碳烯烃的方法，其进一步特征在于：所述方法主要由可再生能源发电系统、电解水制氢系统、煤气化系统、粗合成气净化系统、合成气制烯烃系统、反应气净化系统、反应气粗分系统、反应气升压干燥系统、烯烃分离系统组成。

14、本发明一种以煤为原料生产低碳烯烃的方法，其进一步特征在于：所述可再生能源发电系统包括太阳能发电系统、风力发电系统、光热发电系统和地热发电系统中的一种或两种以上组合发电系统。优选的，所述可再生能源发电系统由太阳能发电设施和风力发电设施组成，其中太阳能发电设施包括光伏组件、逆变器和光伏发电变压器；风力发电设施包括风力发电机和风力发电变压器。

15、本发明一种以煤为原料生产低碳烯烃的方法，其进一步特征在于：所述电解水制氢系统包括碱性电解水制氢系统、质子交换膜制氢系统、阴离子交换膜制氢系统和高温固体氧化物制氢系统中的一种或两种以上组合制氢系统。作为优选，所述电解水制氢系统为碱性电解水制氢系统，该系统由电解部分、气液分离部分和氢气纯化部分组成，所述电解部分主要包括电解槽、变压器和整流器，所述气液分离部分主要包括气液分离器、洗涤冷却器、碱液冷却器和碱液循环泵，所述氢气纯化部分主要包括脱氧器、干燥器和冷却器。

16、本发明一种以煤为原料生产低碳烯烃的方法，其进一步特征在于：所述煤气化系统可采用水煤浆气化工艺或粉煤气化工艺。煤气化反应温度为1100～1600℃，压力4.0～8.0mpa，优选为4.0～6.5mpa，所产粗合成气的氢碳摩尔比为(0.4～1):1，优选为(0.4～0.8):1。

17、本发明一种以煤为原料生产低碳烯烃的方法，其进一步特征在于：所述煤气化系统所产粗合成气无需进行水煤气变换，可直接进入粗合成气净化系统；

18、本发明一种以煤为原料生产低碳烯烃的方法，其进一步特征在于：所述粗合成气净化系统采用吸收剂物理吸收脱除粗合成气中的co2、h2s、cos等酸性气体。所述吸收剂包括甲醇、环丁砜、聚乙二醇二甲醚、醇胺类物质，优选为甲醇。

19、本发明一种以煤为原料生产低碳烯烃的方法，其进一步特征在于：净化合成气与第一循环合成气和第二循环合成气混合后配入至少部分电解水制氢系统所产氢气，通过配入电解水制氢系统所产氢气来调整进入合成气制烯烃系统合成气中的氢碳比。合成气制烯烃系统入口混合合成气的氢碳摩尔比为(1.0～3):1，优选为(2.0～2.5):1。

20、本发明一种以煤为原料生产低碳烯烃的方法，其进一步特征在于：所述合成气制烯烃系统反应条件为反应温度300～500℃，反应压力2.0～7.0mpa.g，优选为380～420℃，4.0～6.0mpa.g。所述合成气制烯烃系统采用氧化物与分子筛复合的双功能催化剂。所述合成气制烯烃系统可采用固定床反应器、移动床反应器、流化床反应器中的一种或两种以上组合，作为一种优选，采用固定床反应器。

21、本发明一种以煤为原料生产低碳烯烃的方法，其进一步特征在于：所述反应气净化系统主要用于脱除反应气中的脱除反应气中的含氧化合物、重烃和酸性气。所述含氧化合物包括甲醇、二甲醚、乙醇、丙醛和丙酮中的一种或多种。所述酸性气主要为合成气制烯烃系统反应生成的co2。所述含氧化合物、重烃可采用吸附剂物理吸附脱除或采用吸收剂物理吸收脱除。作为一种优选，通过水洗塔水洗脱除反应气中的含氧化合物和重烃。所述酸性气可采用吸收剂物理吸收或采用碱性物质化学反应脱除，作为一种优选，通过5wt％～20wt％的碱液脱除反应气中的酸性气。

22、本发明一种以煤为原料生产低碳烯烃的方法，其进一步特征在于：所述反应气粗分系统采用变压吸附分离、膜分离、溶剂吸收技术中的一种或两种以上组合，作为一种优选，通过变压吸附分离将大部分未转化合成气与c1～c10烃类分离。

23、本发明一种以煤为原料生产低碳烯烃的方法，其进一步特征在于：所述反应气粗分系统分离所得第一循环合成气占所述净化反应气中未转化合成气的比例(即合成气的回收率)为80～99.9％，优选为95～99％。

24、本发明一种以煤为原料生产低碳烯烃的方法，其进一步特征在于：所述烯烃分离系统采用深冷分离方法，可采用前脱丙烷流程、前脱乙烷流程、顺序分离流程中的一种，主要由脱甲烷塔、脱乙烷塔、乙烯精馏塔、脱丙烷塔、丙烯精馏塔、脱丁烷塔和冷剂制冷压缩机组成。

25、本发明一种以煤为原料生产低碳烯烃的方法，其进一步特征在于：所述烯烃分离系统所得剩余未转化合成气作为第二循环合成气升压后循环回合成气制烯烃系统。

26、本发明具有以下有益效果：

27、1、本发明采用合成气直接制烯烃，无需经合成气制甲醇再由甲醇制烯烃，具有流程短，建设投资低的优点；

28、2、本发明采用可再生能源发电，电解水制氢气和氧气，为煤气化系统提供气化所需氧气，为合成气制烯烃系统所需氢碳比提供所需氢气，同时实现了绿电的消纳，降低现有技术中空分的规模，大大降低煤炭利用过程的碳排放；

29、3、本发明取消了水煤气变换过程，降低煤炭利用过程的碳排放，同时提高了碳利用率。且本发明通过绿氢的补入来调整合成气中的氢碳比，能适应不同煤气化技术出口合成气的碳氢比；

30、4、本发明通过反应气粗分系统将大部分未转化合成气首先分离出来，大大降低了后续烯烃分离系统的负荷，具有能耗低、设备投资低的优点。