轻烃裂解前脱丙烷工艺与MTO工艺耦合的方法与流程

本发明涉及一种轻烃裂解前脱丙烷工艺与mto工艺耦合的方法。在保持乙烯产量不变的前提下，充分依托乙烯装置的现有分离设备，将mto装置与乙烯装置耦合，用甲醇替代部分轻烃原料生产低碳烯烃，并增产丙烯。本发明不仅降低了工艺装置的固定资产投资，而且也降低了生产装置的操作运行成本，充分提高了企业的竞争性，可应用于乙烯工业生产中。

背景技术：

乙烯和丙烯是重要的石油化工基础原料，乙烯和丙烯的生产装置往往作为一个石油化工生产装置最上游的工艺装置，如采用石脑油、乙烷、丙烷、轻烃等原料经蒸汽热裂解生产包括c1、c2、c3、c4、c4+等低碳烯烃系列产品。乙烯装置的原料石脑油价格与国际原油价密切相关，乙烯装置的盈利情况很大程度取决于原油价格的高低。乙烯分离工艺技术根据烯烃分离顺序的不同，可分为顺序分离、前脱乙烷、前脱丙烷流程等几种。

甲醇制烯烃mto装置是以煤或天然气为原料生产合成气，再生产甲醇，甲醇经过催化反应和烯烃分离得到乙烯、丙烯等低碳烯烃。我国是一个产煤大国，由于甲醇价格低廉，制取低碳烯烃成本低，近年来煤化工发展非常迅猛。而且mto装置生产c5以上重组分极少，低碳烯烃收率较高，是一条有效生产低碳烯烃的途径，经济效益十分显著。

现有技术中，近年来神华集团有限公司申请了多种分离甲醇转化制烯烃反应气的装置与方法，包括：cn202379908u和cn102491866a以及cn103086827a。乙烯工艺与mto工艺耦合的研究与应用越来越多，现有技术中的发明专利cn104230617b公开了顺序分离路线的石脑油及丙烷蒸汽裂解工艺与mto工艺耦合的方法。发明专利cn107417481a公开了mto工艺与轻烃裂解前脱乙烷工艺耦合的方法。

现有技术中的cn202379908u和cn102491866a以及cn103086827a仅仅公开了分离甲醇转化制烯烃反应气的装置与方法，没有将mto装置与乙烯装置进行耦合，存在mto装置分离工艺流程长、设备工程投资大、固定资产成本高的问题。发明专利cn104230617b与cn107417481a仅仅将顺序分离的乙烯装置或前脱乙烷的乙烯装置与mto装置进行耦合，目前尚未见轻烃作为裂解原料蒸汽热裂解装置前脱丙烷路线原料结构优化和分离流程耦合的报道，存在丙烯产量少、原料消耗大、经济效益差的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中丙烯产量少、原料消耗大、经济效益差的问题，提供一种新的轻烃裂解前脱丙烷工艺与mto工艺耦合的方法，具有丙烯产量多、原料消耗小、经济效益好的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种轻烃裂解前脱丙烷工艺与mto工艺耦合的方法，轻烃裂解制乙烯装置：轻烃裂解原料进入蒸汽热裂解炉进行裂解反应，得到的裂解气进行急冷、压缩、碱洗处理后，与来自mto装置预分离塔顶的组分合并，共同进入乙烯装置的脱丙烷塔，经脱丙烷塔、脱甲烷塔、脱乙烷塔、乙烯精馏塔得到包括甲烷氢、乙烯和乙烷产品，再经丙烯精馏塔得到丙烯和丙烷产品，c4及c4以上重组分与mto装置的c4及c4以上重组分混合后进入乙烯装置的脱丁烷塔分离得到混合c4产品和裂解汽油产品；mto装置：原料甲醇经催化反应后，得到的产品气经三段压缩和碱洗进入预分离塔，塔顶流出一部分c3及c3以下轻组分去乙烯装置的脱丙烷塔，塔底流出另一部分c3及c3以上重组分去mto装置继续进行物料分离，mto装置的脱丙烷塔塔顶分离出全部c3组分并进入丙烯精馏塔，丙烯精馏塔塔顶分离得到丙烯产品，c4及c4以上重组分则送至乙烯装置脱丁烷塔。

上述技术方案中，优选地，轻烃裂解制乙烯装置公称能力为100～120万吨/年，轻烃裂解原料包括乙烷、丙烷、丁烷中的至少一种，裂解选择性丙烯/乙烯质量比＝0.24。

上述技术方案中，优选地，轻烃裂解制乙烯装置的分离单元采用前脱丙烷工艺流程。

上述技术方案中，优选地，mto装置公称能力：180万吨/年甲醇，产品气中乙烯/丙烯质量比为0.8～1.5。

上述技术方案中，优选地，mto装置的分离单元中除预分离塔、脱丙烷塔和丙烯精馏塔外，其余分离单元的塔设备均依托乙烯装置，乙烯装置反应、压缩和碱洗单元的负荷降低至单一乙烯装置的59％～71％。

上述技术方案中，优选地，预分离塔塔顶流出的一部分c3及c3以下轻组分与塔底流出的另一部分c3及c3以上重组分的质量流量之比为1.6～4.8：1。

上述技术方案中，优选地，乙烯产品为聚合级，纯度为99.95mol％以上，丙烯产品为聚合级，纯度为99.6mol％以上。

本发明中，mto反应单元的操作条件为：反应压力0.15～0.50mpaa，反应温度400～550℃；乙烯装置裂解炉的操作条件为：反应压力0.10～0.25mpaa，反应温度810～870℃。

本发明涉及一种轻烃裂解前脱丙烷工艺与mto工艺耦合的方法，就是要解决现有技术中的分离工艺流程长、设备工程投资大、固定资产成本高、丙烯产量少、原料消耗大、经济效益差的问题。本发明的技术方案是：在保持乙烯总产量不变的前提下，采用前脱丙烷分离路线的轻烃裂解工艺耦合甲醇制烯烃mto工艺，裂解工艺和mto工艺两套生产装置经过耦合共用部分分离设备以减少设备工程投资，并增产丙烯，达到优化原料结构、增加产品效益、提高化工生产企业竞争力的目的。采用本发明的技术方案，乙烯装置前脱丙烷工艺和mto工艺耦合后，在保持乙烯总产量不变，乙烯聚合级纯度为99.95mol％，丙烯聚合级纯度为99.6mol％的前提下，用甲醇代替部分乙烯装置轻烃裂解原料，由此优化了裂解原料结构，增加了丙烯产量，降低了工艺装置固定投资，减少了生产装置运行成本，提高了化工生产企业的竞争力。本发明将生产能力100～120万吨/年乙烯装置与180万吨/年mto装置耦合，在保持乙烯产量不变的前提下，丙烯/乙烯比由0.24增加至0.39～0.51，丙烯增产17.18万吨/年～27.15万吨/年，减少轻烃消耗65.20万吨/年～97.88万吨/年，节约运行费用5.08亿元人民币/年～16.09亿元人民币/年，取得了较好的技术和经济效果。

附图说明

图1为本发明所述方法的流程示意图。

图1中，10为轻烃裂解原料，11为裂解气，12为裂解装置压缩后的裂解气，13为c4及c4+，14为c1、c2、c3，15为甲烷氢，16为c2、c3，17为c2，18为c3，19为乙烯产品，20为丙烯产品，22为c4+，23为c4产品，24为裂解汽油产品。

31为甲醇，32为反应气，33为mto压缩气，34为mto预分离塔釜液，35为mto预分离塔顶气，36为mto预分离塔顶压缩气，37为c4+，38为c3，39为丙烯产品。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【比较例1】

采用前脱丙烷工艺的轻烃裂解乙烯装置，公称能力120万吨/年，轻烃裂解原料由乙烷、丙烷和丁烷组成，裂解选择性p/e＝0.24，乙烯产量120万吨/年，丙烯产量29.07万吨/年，原料轻烃耗量290.47万吨/年。

【实施例1】

采用本发明一种轻烃裂解前脱丙烷工艺与mto工艺耦合的方法，工艺流程如下：乙烯装置：轻烃裂解原料(10)进入裂解炉(101)进行裂解反应，流出裂解气(11)进入乙烯压缩机(102)进行压缩增压，压缩后的裂解气(12)与mto压缩后的产品气(物流36)合并进入脱丙烷塔(103)。脱丙烷塔顶脱出c1、c2、c3(14)进入脱甲烷塔(104)，脱丙烷塔釜分离出c4和c4+进入脱丁烷塔(109)。脱甲烷塔顶分离出甲烷氢(15)外送到甲烷氢管网，脱甲烷塔釜分离出c2、c3(16)去到脱乙烷塔(105)。脱乙烷塔顶分离出乙烯和乙烷(17)去乙烯精馏塔(106)进行下一步分离，脱乙烷塔釜分离出c3(18)去丙烯精馏塔(107)进行下一步分离。乙烯精馏塔塔顶分离出乙烯产品(19)送出界区，丙烯精馏塔分离出丙烯产品(20)也送出界区。mto装置：甲醇原料(31)经过催化反应器(201)反应得到反应气(32)，再经过压缩机(202)三段压缩后(33)到mto预分离塔(203)，预分离塔塔顶分离出c3以下和一部分c3(35)，塔釜得到c3以上和另一部分c3(34)。分离出的c3以下和一部分c3经过烯烃分离压缩机第四段(204)压缩后送到裂解压缩机第五段出口(物流36)。mto预分离塔(203)塔釜分离出c3以上和另一部分c3(34)去mto分离脱丙烷塔(205)，塔顶分离出c3(38)，塔釜分离出c4+(37)。c3(38)送到mto分离丙烯精馏塔(206)，塔顶得到丙烯产品(39)。分离出的c4+(物流37)与乙烯装置脱丙烷塔釜分离出的c4+(13)一起送到乙烯装置脱丁烷塔(109)塔顶分离出c4产品(23)，塔釜分离出裂解汽油产品(24)。

采用图1所示的耦合工艺流程，其中，轻烃裂解乙烯装置采用前脱丙烷分离工艺，公称能力120万吨/年，轻烃裂解原料由乙烷、丙烷和丁烷组成，裂解选择性p/e(质量，下同)＝0.24；mto装置公称能力180万吨/年，产物乙烯/丙烯比为1.5。耦合装置乙烯产量120万吨/年，丙烯总产量46.25万吨/年。与比较例1对比，增产丙烯17.18万吨/年，减少轻烃耗量97.88万吨/年，原料产品效益达到16.09亿元。

【比较例2】

采用前脱丙烷工艺的轻烃裂解乙烯装置，公称能力110万吨/年，轻烃裂解原料由乙烷、丙烷和丁烷组成，裂解选择性p/e＝0.24，乙烯产量120万吨/年，丙烯产量26.65万吨/年，原料轻烃耗量266.27万吨/年。

【实施例2】

采用图1所示的耦合工艺流程，其中，轻烃裂解乙烯装置采用前脱丙烷分离工艺，公称能力110万吨/年，轻烃裂解原料由乙烷、丙烷和丁烷组成，裂解选择性p/e＝0.24；mto装置公称能力180万吨/年，产物乙烯/丙烯质量比为1.5。耦合装置乙烯产量110万吨/年，丙烯总产量43.83万吨/年。与比较例2对比，增产丙烯17.18万吨/年，减少轻烃耗量97.88万吨/年，原料产品效益达到16.09亿元。

【比较例3】

采用前脱丙烷工艺的轻烃裂解乙烯装置，公称能力100万吨/年，轻烃裂解原料由乙烷、丙烷和丁烷组成，裂解选择性p/e＝0.24，乙烯产量100万吨/年，丙烯产量24.23万吨/年，原料轻烃耗量242.06万吨/年。

【实施例3】

采用图1所示的耦合工艺流程，其中，轻烃裂解乙烯装置采用前脱丙烷分离工艺，公称能力100万吨/年，轻烃裂解原料由乙烷、丙烷和丁烷组成，裂解选择性p/e＝0.24；mto装置公称能力180万吨/年，产物乙烯/丙烯质量比为0.8。耦合装置乙烯产量100万吨/年，丙烯总产量51.37万吨/年。与比较例3对比，增产丙烯27.15万吨/年，减少轻烃耗量65.20万吨/年，原料产品效益达到5.08亿元。

【实施例4】

采用图1所示的耦合工艺流程，其中，轻烃裂解乙烯装置采用前脱丙烷分离工艺，公称能力100万吨/年，轻烃裂解原料由乙烷、丙烷和丁烷组成，裂解选择性p/e＝0.24；mto装置公称能力180万吨/年，产物乙烯/丙烯质量比为0.9。耦合装置乙烯产量100万吨/年，丙烯总产量49.60万吨/年。与比较例3对比，增产丙烯25.37万吨/年，减少轻烃耗量70.67万吨/年，原料产品效益达到6.85亿元。

【实施例5】

采用图1所示的耦合工艺流程，其中，轻烃裂解乙烯装置采用前脱丙烷分离工艺，公称能力100万吨/年，轻烃裂解原料由乙烷、丙烷和丁烷组成，裂解选择性p/e＝0.24；mto装置公称能力180万吨/年，产物乙烯/丙烯质量比为1.0。耦合装置乙烯产量100万吨/年，丙烯总产量48.02万吨/年。与比较例3对比，增产丙烯23.79万吨/年，减少轻烃耗量75.97万吨/年，原料产品效益达到8.66亿元。

【实施例6】

采用图1所示的耦合工艺流程，其中，轻烃裂解乙烯装置采用前脱丙烷分离工艺，公称能力100万吨/年，轻烃裂解原料由乙烷、丙烷和丁烷组成，裂解选择性p/e＝0.24；mto装置公称能力180万吨/年，产物乙烯/丙烯质量比为1.2。耦合装置乙烯产量100万吨/年，丙烯总产量45.18万吨/年。与比较例3对比，增产丙烯20.96万吨/年，减少轻烃耗量85.78万吨/年，原料产品效益达到12.07亿元。

【实施例7】

采用图1所示的耦合工艺流程，其中，轻烃裂解乙烯装置采用前脱丙烷分离工艺，公称能力100万吨/年，轻烃裂解原料由乙烷、丙烷和丁烷组成，裂解选择性p/e＝0.24；mto装置公称能力180万吨/年，产物乙烯/丙烯质量比为1.5。耦合装置乙烯产量100万吨/年，丙烯总产量41.40万吨/年。与比较例3对比，增产丙烯17.18万吨/年，减少轻烃耗量97.88万吨/年，原料产品效益达到16.09亿元。

以上比较例和实施例的对比结果汇总，见表1。

表1实施例与比较例汇总比较

从表中数据中可以看出，本发明充分利用现有乙烯装置分离设备，减少mto装置新增分离设备，降低设备固定投资；并在保持乙烯产量不变的前提下，增产丙烯，提高经济效益；用甲醇替代部分原料轻烃，通过原料差价减少操作运行成本，增强生产企业的竞争力。