[发明专利]以煤为原料经合成气直接制低碳烯烃的装置和方法

说明书

本发明提供一种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。通过充分回收较高氢碳比的未转化合成气，并将其与较低氢碳比的净化合成气混合，可省去高耗能和高耗水的水煤气变换过程。同时，反应制烯烃单元采用氧化物与分子筛复合的双功能催化剂，产物分布中低碳烯烃选择性可大幅提高。相比于合成气转化甲醇制烯烃工艺，本发明工艺能够降低水耗和能耗，同时达到减少投资、降低单位烯烃成本、提高内部收益率的效果。

技术领域

本发明属于能源化工技术领域，具体涉及一种以煤为原料经合成气直接制低碳烯烃的工艺。

背景技术

烯烃是化学工业生产中的基础化工原料，也是衡量一个国家石油化学工业发展水平的重要标志。目前，低碳烯烃生产主要有石脑油、天然气和煤等多种原料路线，其中，以石脑油为原料通过热裂解制取低碳烯烃是最为普遍的方法，约占烯烃产量的65％左右。然而随着石油资源的短缺加剧，开发非石油路线制取低碳烯烃受到广泛关注。结合我国“富煤、贫油、少气”的能源结构特征，以煤为原料制取低碳烯烃具有重要的战略意义。

以煤为原料制低碳烯烃的方法，首先将煤转化成合成气，然后由合成气制取烯烃。一般地，由合成气制烯烃有两种路径，一是合成气转化甲醇制烯烃(Methanol to Olefin，MTO)，二是合成气直接制烯烃(Syngas to Olefin，STO)。前者已经成功工业化实施，装置主要由煤制甲醇、甲醇制烯烃等部分组成，但其投资较大、能耗较高。近年来，合成气直接制烯烃由于其具有反应路径较短、能耗较低的优点而受到持续关注。目前研究主要集中于催化剂的开发，而对于工艺流程的设计开发、经济性评价等方面研究则相对匮乏。

从工艺流程上看，合成气转化甲醇制烯烃(MTO)路线主要包括煤气化单元、水煤气变换单元、合成气净化单元、甲醇合成单元、甲醇制烯烃单元及烯烃分离单元。该工艺路线已形成一定的市场竞争力，但仍然存在两个主要问题：第一，该工艺路线流程较长，投资较高；第二，该工艺路线需要水煤气变换单元调整粗合成气的氢碳比，以满足合成甲醇的要求，由于水煤气变换反应需要大量的水和能量，导致该工艺路线水耗和能耗较高。

从目前合成气直接制烯烃(STO)技术路线来看，其与合成气转化甲醇制烯烃路线相比，减少了甲醇合成装置，投资有所降低。专利文献CN104494452A提供了一种合成气直接制低碳烯烃联产α-烯烃的催化剂及工艺，将反应产物中甲烷选择性控制在一个较低的范围，而低碳烯烃和α-烯烃的总选择性较高，在一定程度上提高了经济效益。专利文献CN104628508A提出在合成气直接制烯烃流程中增加甲烷干重整单元，通过回收水煤气变换单元和费托制烯烃单元产生的CO2，将其与CH4反应制得合成气，能够降低CO2排放量，提高能效。但综合来看，以上专利方法仍然需要水煤气变换过程，其水耗和能耗并无明显优势；另外，受费托合成反应的约束，反应产物分布遵循ASF方程，低碳烯烃选择性较低，不仅增加了分离难度，而且经济效益不甚理想。

因此，从节能降耗的角度出发，开发一条无需水煤气变换过程的合成气直接制烯烃路线具有十分重要的意义。同时选择合适高效的催化剂，使合成气转化过程能够摆脱费托合成反应的约束，从而提高反应产物中的低碳烯烃选择性，以达到减少投资、增加收益的目的。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种以煤为原料经合成气直接制低碳烯烃的装置和方法。该装置和方法流程简单，能够减少投资、降低成本。

本发明提供一种以煤为原料经合成气直接制低碳烯烃的装置，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。