一种以煤和天然气为原料经合成气制烯烃的系统及工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于能源化工技术领域，具体涉及一种以煤和天然气为原料经合成气制烯 烃的系统及工艺。
【背景技术】
[0002] 烯烃生产有石油、天然气、煤和生物质等多种原料路线，占主流的原料路线是石脑 油和天然气，其中石脑油占50%以上。世界石油储量越来越少，而烯烃供求矛盾在新兴经济 体国家尤为突出，发展非石油路线烯烃生产技术迫在眉睫。中国是一个富煤、贫油、少气的 国家，大型煤制烯烃项目成为各界关注的热点，开发以煤为原料制烯烃具有重要的战略意 义。
[0003] 煤基烯烃主要有两种路径，一是煤经甲醇制烯烃；二是煤经合成气制烯烃。前者已 经工业实施，神华包头煤制烯烃采用了DMTO技术，是全球首套且成功商业化运营的煤经甲 醇制烯烃工业化装置。目前煤经甲醇制烯烃已有276万吨烯烃装置投入商业化运行。为进 一步缩短反应路径、降低投资成本，煤经合成气制烯烃成为近年来的研宄热点。研宄主要集 中在高效催化剂的开发，在工艺流程设计、新工艺设计等方面研宄相对匮乏。
[0004] 煤经甲醇制烯烃系统主要由水煤浆制备单元、空气分离单元、煤气化单元、水煤变 换单元、合成气净化单元、甲醇合成单元以及甲醇制烯烃单元组成。原料煤经洗选研磨后与 水混合制成水煤浆，水煤浆进入煤气化单元，与空气分离单元得到的氧气经高温气化炉制 成合成气，粗合成气进入水煤气变换单元调整氢碳比，之后进入合成气净化单元脱除合成 气中的硫化物和二氧化碳等酸性气体，洁净的合成气经甲醇合成单元合成甲醇，然后经甲 醇制烯烃单元合成乙烯，丙烯和丁烯。但现有煤经甲醇制烯烃过程存在两个主要问题：第 一，煤制烯烃工艺路线长和流程复杂；第二，煤制烯烃过程的直接二氧化碳排放高达5-6t/ t烯烃。与煤经甲醇制烯烃相比，现有技术中的煤经合成气制烯烃虽然减少了甲醇合成装 置，降低了投资，但其二氧化碳排放依然较高而且能效低，其原因是煤气化过程所产生的粗 合成气的氢碳比仅为〇. 7:1左右，而费托合成烯烃所需的氢碳比为1:1~2:1，因此粗合成 气需进入水煤变换单元，将合成气中的CO转化为4和CO2，其次费托合成烯烃过程产生约 30 %的二氧化碳产品，这样就造成了大量的0)2排放和碳元素的浪费且烯烃产量低。
[0005] 为了降低煤制烯烃二氧化碳排放和提高能效，富碳资源与富氢资源联供过程是一 条可行的路径。例如，煤和天然气联供制甲醇过程，能效比煤单独生产甲醇过程提高了五个 百分点，过程的净收益提高1.4倍。在气资源丰富地区应可发展煤与煤层气，油田气或焦炉 气联供制烯烃。但目前尚没有煤与天然气联供合成气生产烯烃的相关发明。
【发明内容】
[0006] 为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种以煤 和天然气为原料经合成气制烯烃的系统。
[0007] 本发明的另一目的在于提供一种采用上述系统制备烯烃的工艺。
[0008] 本发明目的通过以下技术方案实现：
[0009] -种以煤和天然气为原料经合成气制烯烃的系统，包括水煤浆制备单元、空气分 离单元、煤气化单元、水煤气变换单元、合成气净化单元、费托制烯烃单元和甲烷干重整单 元，合成气净化单元和费托制烯烃单元之间设置合成气混合器，甲烷干重整单元前设置甲 烷混合器和二氧化碳混合器，水煤浆制备单元设置原料煤入口和原料水入口；空气分离单 元设置空气入口、净化氮气出口和净化氧气出口，净化氮气出口连接到合成气净化单元，净 化氧气出口连接到煤气化单元；煤气化单元设置水煤浆入口与水煤浆制备单元出口相连； 水煤气变换单元设置水蒸气入口及与煤气化单元出口相连的煤气化合成气入口；合成气净 化单元设置变换合成气入口、净化二氧化碳出口、硫化物出口和净化合成气出口，变换合成 气入口与水煤气变换单元出口相连；费托制烯烃单元设置混合合成气入口、未反应合成气 出口、费托合成甲烷出口和费托合成二氧化碳出口；甲烷干重整单元设置混合甲烷入口、二 氧化碳入口和甲烷干重整合成气出口；合成气混合器入口与净化合成气出口、甲烷干重整 合成气出口和未反应合成气出口相连，其出口与混合合成气入口相连；甲烷混合器入口与 外加甲烷入口和费托合成甲烷出口相连，其出口与混合甲烷入口相连；二氧化碳混合器入 口与净化二氧化碳出口和费托合成二氧化碳出口相连，其出口与二氧化碳入口和二氧化碳 排空口相连。
[0010] 所述费托制烯烃单元包括第一换热器、费托合成反应器、二氧化碳脱除塔、解析 塔、干燥塔、第一压缩机、甲烷分离塔、气液分离塔、汽油分离塔、脱丁烷塔、第二压缩机、脱 甲烷塔、脱乙烷塔、乙烯精馏塔和丙烯精馏塔；第一换热器管程入口与合成气混合器出口连 接，管程出口与费托合成反应器入口连接，其壳程入口与费托合成反应器出口连接，壳程出 口与气液分离塔入口相连；气液分离塔塔顶出口与二氧化碳脱除塔入口相连，塔釜出口与 汽油分离塔入口相连，汽油分离塔塔顶设置油品出口，塔釜设置醇类出口；二氧化碳脱除塔 塔顶出口与干燥塔入口相连，塔釜出口与解析塔入口相连；解析塔塔顶设置费托合成二氧 化碳出口与二氧化碳混合器入口相连，塔釜设置低温甲醇出口；干燥塔塔顶出口与第一压 缩机入口相连，塔釜设置废水出口；第一压缩机出口与脱丁烷塔入口相连，脱丁烷塔塔顶出 口与第二压缩机入口相连，塔釜设置碳四混合物排放口；第二压缩机出口与脱甲烷塔入口 相连，脱甲烷塔塔顶出口与甲烷分离塔入口相连，塔釜出口与脱乙烷塔入口相连；甲烷分离 塔塔顶的费托合成甲烷出口与甲烷混合器入口相连，塔釜的未反应合成气出口与合成气混 合器入口相连；脱乙烷塔塔顶出口与乙烯精馏塔入口相连，塔釜出口与丙烯精馏塔入口相 连；乙烯精馏塔塔顶设置乙烯出口，塔釜设置乙烷出口，丙烯精馏塔塔顶设置丙烯出口，塔 釜设置丙烷出口。
[0011] 所述甲烷干重整单元包括甲烷干重整反应器，甲烷干重整反应器设置供热夹套， 该供热夹套的入口与煤气化单元的出口连接，供热夹套的出口与煤气化合成气入口连接。
[0012] 一种采用上述系统制备烯烃的工艺，包括以下步骤：
[0013] 原料煤经洗选研磨成煤粉后与原料水在水煤浆制备单元中混合制成水煤浆；空气 经过空气分离单元后分成净化氮气及净化氧气，其中净化氮气进入合成气净化单元，净化 氧气进入煤气化单元；水煤浆直接进入煤气化单元与氧气高温气化反应制得煤气化合成 气；所述煤气化合成气为甲烷干重整单元供热后进入水煤气变换单元调整氢碳比，得到的 变换合成气进入合成气净化单元脱除硫化物得到净化二氧化碳和氢碳比为1:1~2:1的 净化合成气，所述净化合成气通过管道进入合成气混合器；外加甲烷和费托制烯烃单元生 成的甲烷在甲烷混合器中混合后通入甲烷干重整反应器，合成气净化单元的净化二氧化碳 与费托制烯烃单元生成的二氧化碳在二氧化碳混合器混合后通入甲烷干重整反应器；甲烷 和二氧化碳在甲烷干重整反应器中反应得到甲烷干重整合成气，甲烷干重整合成气通过管 道进入合成气混合器；净化合成气、甲烧干重整合成气和未反应合成气在合成气混合器中 混合得到氢碳比为1:1~2:1的混合合成气，混合合成气通入费托合成反应器进行费托合 成反应，反应后的产物经过降温并经气液分离塔和汽油分离塔分离得到脱除油品后的产品 气和油品，产品气被冷却后进入二氧化碳脱除塔和解析塔脱除二氧化碳后进入干燥塔，在 干燥塔中脱除水分得到干燥的产品气，所述干燥的产品气经过压缩冷却后，进入脱丁烷塔 分离得到塔顶脱丁烷产品气和塔釜的碳四混合物，所述脱丁烷产品气进入脱甲烷塔，塔顶 为甲烷和未反应合成气，塔釜为脱甲烷产品气；甲烷和未反应合成气进入到甲烷分离塔，得 到未反应合成气经合成气混合器混合后进入费托合成反应器，脱甲烷产品气进入到脱乙烷 塔，塔顶得到脱乙烷产品气进入到乙烯精馏塔得到乙烯和乙烷，塔釜得到丙烷和丙烯混合 物进入到丙烯精馏塔得到丙烯和丙烷。
[0014]