一種煤制芳烴的系統及方法
【專利摘要】本發明屬于化工工藝過程領域，特別涉及一種煤制芳烴的系統及方法。本發明系統由水煤漿氣化和凈化單元、煤氣化轉化單元、合成氣配氣單元、甲醇合成單元、甲醇芳構化反應單元、氣液液三相分離單元、輕烴分離單元、干氣分離單元和干氣轉化單元組成；本發明系統將芳構化過程副產的干氣，進行分離，干氣轉化生產合成氣，經過配氣，生產甲醇，返回芳構化單元降低煤耗，且將甲醇芳構化反應生成的廢水返回水煤漿氣化和凈化單元用于制備水煤漿。本發明方法能夠大幅度的降低生產單位芳烴的煤耗，同時解決了副產干氣的利用問題。本發明具有操作安全性高，系統生產強度高，操作彈性大，過程連續，投資少，能耗低，適于大型化操作的優點。
【專利說明】一種煤制芳烴的系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于化工工藝過程領域，特別涉及一種煤制芳烴的系統及方法。
【背景技術】
[0002]芳烴是最重要的基礎化學品之一，在傳統的化工路線中，芳烴主要是石油煉制與煤的干餾處理得到的。石油路線得到的芳烴純度高，適于制備各種優質化學品。煤(干餾)路線得到的芳烴由于含有噻吩類雜質，品質相對較低，應用受到局限，隨著石油資源日益短缺，芳烴的供應呈緊張趨勢，價格居不下，極大提高了后續化學品的生成成本，使其銷售受到影響。甲醇、二甲醚等原料可以從煤、天然氣、生物質或頁巖氣等的氣化、甲醇合成以及甲醇脫水過程進行制備，具有量大，成本低的優點。但是甲醇制芳烴在生成芳烴的同時還會副產較大量的干氣和氫氣，不宜銷售，利用較為困難。
[0003]專利CN 101244969A公開了一種甲醇/ 二甲醚芳構化過程的催化劑的連續反應再生方法，采用流化床反應器將甲醇和二甲醚轉化為混合芳烴，同時副產干氣和輕烴，未涉及副產干氣的利用。
[0004]專利CN 1880288A公開了一種甲醇/ 二甲醚芳構化的技術，采用改性的ZSM-5催化劑，經冷卻將產品分離為氣相和油相產品，油相產品經萃取分離得到芳烴和非芳烴，也沒有涉及副產品干氣和氫氣的分離、轉化，使過程的經濟性受到影響。
【發明內容】
[0005]根據醇醚芳構化過程具有產生大量干氣、氫氣及生成水的特點，而上游的煤制甲醇過程制備合成氣的氫含量低，需要浪費大量一氧化碳進行水煤氣轉化提供甲醇合成所需要的氫氣。根據上述過程的工藝特點，本發明提供一種煤制芳烴的系統及方法，將芳構化過程副產的干氣，進行分離，干氣轉化生產合成氣，將這部分合成氣及甲醇芳構化副產的氫氣返回甲醇合成單元，降低生產單位芳烴的煤耗；該方法解決了 MTA副產干氣的利用問題，同時降低了生產芳烴的原煤消耗量，具有原料自給，投資少，能耗低的優點。
[0006]一種煤制芳烴的系統，其中水煤漿氣化和凈化單元、合成氣變換單元、合成氣配氣單元、甲醇合成單元、芳構化反應單元、氣液液三相分離單元、輕烴分離單元和干氣分離單元順次通過管路相連；所述輕烴分離單元與芳構化反應單元通過管路相連。
[0007]所述干氣分離單元與合成氣配氣單元通過管路相連。
[0008]所述干氣分離單元與干氣轉化單元通過管路相連；所述干氣轉化單元與合成氣配氣單元通過管路相連。
[0009]所述氣液液三相分離單元與水煤漿氣化和凈化單元通過管路相連。
[0010]一種煤制芳烴的方法，其包括以下步驟:
[0011 ] a.原煤及新鮮水進入水煤漿氣化和凈化單元；
[0012]b.步驟a產出的合成氣，進入合成氣變換單元進行變換，提高合成氣的H-C比；
[0013]c.步驟b得到的合成氣進入甲醇合成單元生產甲醇；
[0014]d.步驟c得到的甲醇進入芳構化反應單元中，經過催化劑的作用生成工藝物料；
[0015]e.步驟d所得工藝物料經過冷卻后，在氣液液三相分離單元中分離為氣相、油相和水相；其中油相和水相產品分別進入其對應的后系統處理，氣相產品進入輕烴分離單元分離為液化氣及乙烯和干氣；其中液化氣和乙烯返回芳構化反應單元進一步轉化；
[0016]f.步驟e所得干氣進入干氣分離單元分離為氫氣與一氧化碳以及甲烷、乙烷與乙烯。
[0017]一種煤制芳烴的方法，其包括以下步驟:
[0018]a.原煤與新鮮水進入水煤漿氣化和凈化單元；
[0019]b.步驟a產出的合成氣，進入合成氣變換單元進行變換，提高合成氣的H-C比；
[0020]c.步驟b得到的合成氣、干氣分離單元分離出的氫氣進入合成氣配氣單元進行配氣;
[0021]d.步驟c得到的合成氣進入甲醇合成單元生產甲醇；
[0022]e.步驟d得到的甲醇進入芳構化反應單元中，經過催化劑的作用生成工藝物料；
[0023]f.步驟e所得工藝物料經過冷卻后，在氣液液三相分離單元中分離為氣相、油相和水相；其中油相和水相產品分別進入其對應的后系統處理，氣相產品進入輕烴分離單元分離為液化氣及乙烯和干氣；其中液化氣和乙烯返回芳構化反應單元進一步轉化；
[0024]g.步驟f所得干氣進入干氣分離單元分離為氫氣與一氧化碳以及甲烷、乙烷與乙烯。
[0025]一種煤制芳烴的方法，其包括以下步驟:
[0026]a.原煤與新鮮水進入水煤漿氣化和凈化單元；
[0027]b.步驟a產出的合成氣，進入合成氣變換單元進行變換，提高合成氣的H-C比；
[0028]c.步驟b得到的合成氣、干氣轉化單元得到的CO和H2和及干氣分離單元分離出的氫氣進入合成氣配氣單元進行配氣；
[0029]d.步驟c得到的合成氣進入甲醇合成單元生產甲醇；
[0030]e.步驟d得到的甲醇進入芳構化反應單元中，經過催化劑的作用生成工藝物料；
[0031]f.步驟e所得工藝物料經過冷卻后，在氣液液三相分離單元中分離為氣相、油相和水相；其中油相和水相產品分別進入其對應的后系統處理，氣相產品進入輕烴分離單元分離為液化氣及乙烯和干氣；其中液化氣和乙烯返回芳構化反應單元進一步轉化；
[0032]g.步驟f所得干氣進入干氣分離單元分離為氫氣與一氧化碳以及甲烷、乙烷與乙烯；
[0033]h.步驟g中所得甲烷、乙烷進入干氣轉化單元轉化為合成氣，即氫氣與一氧化碳。
[0034]一種煤制芳烴的方法，其包括以下步驟:
[0035]a.原煤、氣液液三相分離單元返回的廢水與新鮮水進入水煤漿氣化和凈化單元；
[0036]b.步驟a產出的合成氣，進入合成氣變換單元進行變換，提高合成氣的H-C比；
[0037]c.步驟b得到的合成氣、干氣轉化單元來的CO和H2和及干氣分離單元來的氫氣進入合成氣配氣單元進行配氣；
[0038]d.步驟c得到的合成氣進入甲醇合成單元生產甲醇；
[0039]e.步驟d得到的甲醇進入芳構化反應單元中，經過催化劑的作用生成工藝物料；
[0040]f.步驟e所得工藝物料經過冷卻后，在氣液液三相分離單元中分離為氣相、油相和水相；其中油相產品進入其對應的后系統處理，氣相產品進入輕烴分離單元分離為液化氣及乙烯和干氣；其中液化氣和乙烯返回芳構化反應單元進一步轉化；
[0041]g.步驟f所得干氣進入干氣分離單元分離為氫氣與一氧化碳以及甲烷、乙烷與乙烯；
[0042]h.步驟g中所得甲烷、乙烷進入干氣轉化單元轉化為合成氣，即氫氣與一氧化碳。
[0043]所述工藝物料由干氣、液化氣、油相產品和水組成。
[0044]本發明的有益效果為:
[0045](I)本發明利用芳構化副產的氫氣和干氣經過轉化增加甲醇能夠大幅度降低煤制芳烴過程的原煤消耗量，原煤消耗量下降最大23%以上。
[0046](2)本發明從循環經濟的角度出發，一方面同時解決了副產品干氣的利用問題，另一方面將FMTA過程副產的水用于水煤漿氣化的制漿過程，充分利用了過程附產品，符合“原子經濟”的概念。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0047]圖1為本發明煤制芳烴的系統及方法的工藝流程圖；
[0048]圖2為本發明煤制芳烴的系統及方法的工藝流程圖；
[0049]圖3為本發明煤制芳烴的系統及方法的工藝流程圖；
[0050]圖4為本發明煤制芳烴的系統及方法的工藝流程圖；
[0051]圖中標號:1-水煤漿氣化和凈化單元、2-合成氣變換單元、3-合成氣配氣單元、4-甲醇合成單元、5-芳構化反應單元、6-氣液液三相分離單元、7-輕烴分離單元、8-干氣分離單元、9-干氣轉化單元。
【具體實施方式】
[0052]本發明提供了一種煤制芳烴的系統及方法，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
[0053]一種煤制芳烴的系統，其中水煤漿氣化和凈化單元1、合成氣變換單元2、合成氣配氣單元3、甲醇合成單元4、芳構化反應單元5、氣液液三相分離單元6、輕烴分離單元7和干氣分離單元8順次通過管路相連；所述輕烴分離單元7與芳構化反應單元5通過管路相連。
[0054]所述干氣分離單元8與合成氣配氣單元3通過管路相連。
[0055]所述干氣分離單元8與干氣轉化單元9通過管路相連；所述干氣轉化單元9與合成氣配氣單元3通過管路相連。
[0056]所述氣液液三相分離單元6與水煤漿氣化和凈化單元I通過管路相連。
[0057]實施例1
[0058]如圖1所示，260萬噸/年原料煤及166/年萬噸新鮮水進入水煤漿氣化和凈化單元I生產合成氣。產出的合成氣進入合成氣變換單元2，變換后的合成氣進入甲醇合成單元4合成180萬噸甲醇。合成的甲醇進入芳構化反應單元5,反應溫度為475°C,反應壓力為0.4MPa,在催化劑的作用下生成氣相,水相,非芳烴、苯、甲苯、C8芳烴、C9芳烴、Cltl芳烴和重芳烴等油相組分，反應后的產品物料進入氣液液三相分離單元6分離為氣相、水相和油相產品。氣相產品進入輕烴分離單元7分離為液化氣及乙烯和干氣。其中，液化氣及乙烯返回芳構化反應單元5。干氣進入干氣分離單元8分離為氫氣和甲烷、乙烷和部分乙烯，氣液液三相分離單元6所得芳烴產品的產量為60萬噸/年。
[0059]實施例2
[0060]如圖2所示，245萬噸/年原料煤及156萬/年新鮮水進入水煤漿氣化和凈化單元I生產合成氣。產出的合成氣進入合成氣變換單元2，變換后的合成氣與干氣分離單元來8的氫氣進入合成氣配氣單元3進行配氣，調整合成氣中的氫碳比為2.0。配氣以后進入甲醇合成單元4合成180萬噸甲醇。甲醇進入芳構化反應單元5以后，在催化劑的作用下生成氣相，水相，非芳烴、苯、甲苯、C8芳烴、C9芳烴、Cltl芳烴和重芳烴等油相組分，反應后的產品物料進入氣液液三相分離單元6分離為氣相、水相和油相產品。
[0061]來自氣液液三相分離單元6的氣相產品進入輕烴分離單元7分離為液化氣及乙烯和干氣。其中，液化氣及乙烯返回芳構化反應單元5。干氣進入干氣分離單元8分離為氫氣和甲燒、乙燒和乙稀。
[0062]氣液液三相分離單元6所得芳烴產品的產量為60萬噸/年，采用以上方法單位芳烴的煤耗可降低5.8%。
[0063]實施例3
[0064]如圖3所示，202萬噸/年原料煤及130萬噸/年新鮮水進入水煤漿氣化和凈化單元I生產合成氣。產出的合成氣進入合成氣變換單元2，變換后的合成氣，干氣分離單元8、干氣轉化單元9來的合成氣進入合成氣配氣單元3進行配氣，調整合成氣中的氫碳比為2.0。配氣以后進入甲醇合成單元4合成180萬噸甲醇。甲醇進入芳構化反應單元5以后，在催化劑的作用下生成氣相，水相，非芳烴、苯、甲苯、C8芳烴、C9芳烴、Cltl芳烴和重芳烴等油相組分，反應后的產品物料進入氣液液三相分離單元6分離為氣相、水相和油相產品。其中水相返回水煤漿氣化和凈化單元I。
[0065]來自氣液液三相分離單元6的氣相產品進入輕烴分離單元7分離為液化氣及乙烯和干氣。其中，液化氣及乙烯返回芳構化反應單元5。干氣進入干氣分離單元8分離為氫氣和甲烷、乙烷和乙烯。甲烷、乙烷、乙烯(除一部分用于全場熱平衡)進入干氣轉化單元
9( 一段蒸汽轉化裝置)轉化為合成氣(氫氣、一氧化碳)。轉化溫度為900°C，轉化壓力為3.0MPa0氣液液三相分離單元6所得芳烴產品的產量為60萬噸/年，相較實例I采用的方法，生產單位芳烴的煤耗可降低22.3%。
[0066]實施例4
[0067]如圖4所示，202萬噸/年原料煤及110萬/年氣液液三相分離單元6返回的生成水及56萬噸/年新鮮水進入水煤漿氣化和凈化單元I生產合成氣。產出的合成氣進入合成氣變換單元2，變換后的合成氣、干氣轉化單元9來的合成氣、干氣分離單元來8的氫氣進入合成氣配氣單元3進行配氣，調整合成氣中的氫碳比為2.0。配氣以后進入甲醇合成單元4合成180萬噸甲醇。甲醇進入芳構化反應單元5以后，在催化劑的作用下生成氣相，水相，非芳烴、苯、甲苯、C8芳烴、C9芳烴、C10芳烴和重芳烴等油相組分，反應后的產品物料進入氣液液三相分離單元6分離為氣相、水相和油相產品。其中水相返回水煤漿氣化和凈化單元
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[0068]來自氣液液三相分離單元6的氣相產品進入輕烴分離單元7分離為液化氣及乙烯和干氣。其中，液化氣及乙烯返回芳構化反應單元5。干氣進入干氣分離單元8分離為氫氣和甲烷、乙烷和部分乙烯。
[0069]甲燒、乙燒、乙烯(除一部分用于全場熱平衡)進入干氣轉化單元9 ( 一段蒸汽轉化二段純氧部分氧化催化)轉化為合成氣(氫氣、一氧化碳)。其中一段轉化溫度為800°C，轉化壓力為3.0MPa，蒸氣轉化；二段轉化溫度為1000°C，轉化壓力為3.0MPa，采用純氧轉化。氣液液三相分離單元6所得芳烴產品的產量為60萬噸/年，相較實例I采用的方法，生產單位芳烴的煤耗可降低22.3%，水耗降低66%。
【權利要求】
1.一種煤制芳烴的系統，其特征在于:水煤漿氣化和凈化單元(I)、合成氣變換單元(2)、合成氣配氣單元(3)、甲醇合成單元(4)、芳構化反應單元(5)、氣液液三相分離單元(6)、輕烴分離單元(7)和干氣分離單元(8)順次通過管路相連；所述輕烴分離單元(7)與芳構化反應單元(5)通過管路相連。
2.根據權利要求1所述的一種煤制芳烴的系統，其特征在于:所述干氣分離單元(8)與合成氣配氣單元(3)通過管路相連。
3.根據權利要求2所述的一種煤制芳烴的系統，其特征在于:所述干氣分離單元(8)與干氣轉化單元(9)通過管路相連；所述干氣轉化單元(9)與合成氣配氣單元(3)通過管路相連。
4.根據權利要求3所述的一種煤制芳烴的系統，其特征在于:所述氣液液三相分離單元(6)與水煤漿氣化和凈化單元(I)通過管路相連。
5.使用權利要求1所述系統進行煤制芳烴的方法，其特征在于，包括以下步驟: a.原煤及新鮮水進入水煤漿氣化和凈化單元(I)； b.步驟a產出的合成氣，進入合成氣變換單元(2)進行變換，提高合成氣的H-C比； c.步驟b得到的合成氣進入甲醇合成單元(4)生產甲醇； d.步驟c得到的甲醇進入芳構化反應單元(5)中，經過催化劑的作用生成工藝物料； e.步驟d所得工藝物料經過冷卻后，在氣液液三相分離單元(6)中分離為氣相、油相和水相；其中氣相產品進入輕烴分離單元(7)分離為液化氣及乙烯和干氣；其中液化氣和乙烯返回芳構化反應單元(5)進一步轉化； f.步驟e所得干氣進入干氣分離單元(8)分離為氫氣與一氧化碳以及甲烷、乙烷與乙烯。
6.使用權利要求2所述系統進行煤制芳烴的方法，其特征在于，包括以下步驟: a.原煤與新鮮水進入水煤漿氣化和凈化單元(I)； b.步驟a產出的合成氣，進入合成氣變換單元(2)進行變換，提高合成氣的H-C比； c.步驟b得到的合成氣、干氣分離單元(8)分離出的氫氣進入合成氣配氣單元(3)進行配氣； d.步驟c得到的合成氣進入甲醇合成單元(4)生產甲醇； e.步驟d得到的甲醇進入芳構化反應單元(5)中，經過催化劑的作用生成工藝物料； f.步驟e所得工藝物料經過冷卻后，在氣液液三相分離單元(6)中分離為氣相、油相和水相；其中氣相產品進入輕烴分離單元(7)分離為液化氣及乙烯和干氣；其中液化氣和乙烯返回芳構化反應單元(5)進一步轉化； g.步驟f所得干氣進入干氣分離單元(8)分離為氫氣與一氧化碳以及甲烷、乙烷與乙烯。
7.使用權利要求3所述系統進行煤制芳烴的方法，其特征在于，包括以下步驟: a.原煤與新鮮水進入水煤漿氣化和凈化單元(I)； b.步驟a產出的合成氣，進入合成氣變換單元(2)進行變換，提高合成氣的H-C比； c.步驟b得到的合成氣、干氣轉化單元(9)得到的CO和H2和及干氣分離單元(8)分離出的氫氣進入合成氣配氣單元(3)進行配氣； d.步驟c得到的合成氣進入甲醇合成單元(4)生產甲醇； e.步驟d得到的甲醇進入芳構化反應單元(5)中，經過催化劑的作用生成工藝物料； f.步驟e所得工藝物料經過冷卻后，在氣液液三相分離單元(6)中分離為氣相、油相和水相；其中氣相產品進入輕烴分離單元(7)分離為液化氣及乙烯和干氣；其中液化氣和乙烯返回芳構化反應單元(5)進一步轉化； g.步驟f所得干氣進入干氣分離單元(8)分離為氫氣與一氧化碳以及甲烷、乙烷與乙烯； h.步驟g中所得甲烷、乙烷進入干氣轉化單元(9)轉化為合成氣，即氫氣與一氧化碳。
8.使用權利要求4所述系統進行煤制芳烴的方法，其特征在于，包括以下步驟: a.原煤、氣液液三相分離單元(6)返回的廢水與新鮮水進入水煤漿氣化和凈化單元(I); b.步驟a產出的合成氣，進入合成氣變換單元(2)進行變換，提高合成氣的H-C比； c.步驟b得到的合成氣、干氣轉化單元(9)來的CO和H2和及干氣分離單元來(8)的氫氣進入合成氣配氣單元(3)進行配氣； d.步驟c得到的合成氣進入甲醇合成單元(4)生產甲醇； e.步驟d得到的甲醇進入芳構化反應單元(5)中，經過催化劑的作用生成工藝物料； f.步驟e所得工藝物料經過冷卻后，在氣液液三相分離單元(6)中分離為氣相、油相和水相；其中氣相產品進入輕烴分離單元(7)分離為液化氣及乙烯和干氣；其中液化氣和乙烯返回芳構化反應單元(5)進一步轉化； g.步驟f所得干氣進入干氣分離單元(8)分離為氫氣與一氧化碳以及甲烷、乙烷與乙烯； h.步驟g中所得甲烷、乙烷進入干氣轉化單元(9)轉化為合成氣，即氫氣與一氧化碳。
9.根據權利要求5?8任意一項權利要求所述的進行煤制芳烴的方法，其特征在于:所述工藝物料由干氣、液化氣、油相產品和水組成。
【文檔編號】C07C15/06GK104326859SQ201410447321
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月3日 優先權日:2014年9月3日
【發明者】王彤, 騫偉中, 湯效平, 崔宇, 魏飛, 黃曉凡, 高長平, 丁煥德 申請人:華電煤業集團有限公司, 清華大學