煤经甲醇制烯烃装置甲醇驰放气的回收利用系统及方法与流程

本发明涉及煤经甲醇制烯烃装置技术领域，尤其涉及一种煤经甲醇制烯烃装置甲醇驰放气的回收利用系统及方法。

背景技术：

在甲醇制烯烃项目中，氢气是烯烃装置的原料之一，其中，该对氢气纯度要求是95％以上，并且还具有氢气用量波动大的特点。现有的甲醇制烯烃项目中，氢气来源可以是外购氢气，或者新建一甲醇裂解制氢装置。但，外购氢气存在运输、存储困难的问题；而新建一甲醇裂解制氢装置又存在投资、消耗较高的问题。

另一方面，由于煤制甲醇装置的特点是碳多氢少，在煤制合成气过程需要排放掉大量的二氧化碳以满足合成气制甲醇的氢碳比要求，并且为了提高煤制甲醇过程原料的利用效率，必须从甲醇驰放气中回收氢来降低煤耗和能耗。甲醇生产装置排放的驰放气中含h2、co等有效气体。甲醇驰放气一般可采用膜分离技术或psa技术来回收有效气。如申请号为cn201510516474.6(公开号为cn105129731a)的中国发明专利《甲醇驰放气中氢气的回收装置》中就采用上述膜分离技术与psa技术结合的方式对驰放气中的氢气进行回收。

膜分离的基本原理是利用渗透膜(中空纤维膜)两侧气体的分压差为推动力，通过溶解-扩散机理，利用中空纤维膜对各种气体的选择透过性不同，从而达到分离的目的。膜分离法操作简单，运行稳定，可同时回收h2、co和co2，缺点是为兼回收率，渗透气中氢气浓度一般不高，在85％左右。psa是利用吸附剂对混合气中各组分的吸附容量随着压力变化而呈差异的特性，由选择吸附和解吸、再生2个过程组成交替切换的循环工艺，吸附和再生在相同温度下进行。psa可得到纯度较高的氢气，然而，psa不能回收co和co2，氢气回收率受驰放气中氩气含量的影响较大。

申请人发现，甲醇驰放气经膜分离处理后的非渗透气中含有氢气，其通常作为燃料气燃烧，这造成了氢气的浪费，而且甲醇制烯烃项目中，仅用膜分离处理后的富氢渗透气也不能满足烯烃装置的用氢要求(对氢气纯度要求是95％以上)，因而，如何将甲醇驰放气中的氢气进行充分有效回收并由此供应到煤经甲醇制烯烃装置中成为了本技术领域人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种煤经甲醇制烯烃装置甲醇驰放气的回收利用系统，该回收利用系统能将甲醇驰放气中的氢气进行充分有效回收并由此供应到煤经甲醇制烯烃装置中。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种煤经甲醇制烯烃装置甲醇驰放气的回收利用方法，该回收利用方法能将甲醇驰放气中的氢气进行充分有效回收并由此供应到煤经甲醇制烯烃装置中。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种煤经甲醇制烯烃装置甲醇驰放气的回收利用系统，包括：

制甲醇系统，设有甲醇合成气入口、驰放气排出口以及甲醇排出口；

甲醇制烯烃系统，与制甲醇系统的甲醇排出口相连，并具有氢气入口；

驰放气分离回收系统，驰放气分离回收系统包括：

膜分离单元，与所述制甲醇系统的驰放气排出口相连，并具有渗透气侧和非渗透气侧，所述渗透气侧通过第一管线连通至所述制甲醇系统的甲醇合成气入口；

psa分离单元，与所述膜分离单元的非渗透气侧相连通，并具有解析气出口和产品气出口，所述产品气出口通过第二管线连接至所述制甲醇系统的氢气入口，所述解析气出口通过第三管线输送至燃料气管网。

作为改进，还包括用于将psa分离单元的产品气返回至所述制甲醇系统的甲醇合成气入口的回流管线。甲醇制烯烃系统的氢气用量波动较大，鉴于h2也是合成甲醇的有效气之一，并考虑psa分离单元的操作稳定性，所以预留psa分离单元的提纯氢气返回甲醇合成单元的回路管线，可作为甲醇制烯烃系统用氢量波动时的一种有效调节手段。

作为另一种针对甲醇制烯烃系统用氢量波动大的有效调节手段，还包括与所述膜分离单元并联的调节旁路管线，该调节旁路管线用于将所述制甲醇系统的驰放气直接输送至所述psa分离单元。当然，也可以通过调节膜分离单元中膜组件的在线数量来应对甲醇制烯烃系统用氢量较大波动问题。

本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种煤经甲醇制烯烃装置甲醇驰放气的回收利用方法，包括以下步骤：

甲醇合成气在经制甲醇系统的甲醇合成单元后分离得到粗甲醇，粗甲醇经甲醇精馏单元处理后，得到mto甲醇，该mto甲醇作为反应原料送往下游的甲醇制烯烃系统；

甲醇合成单元排出的驰放气进入驰放气分离回收系统的膜分离单元进行处理，得到渗透气和非渗透气，其中，渗透气作为补充原料气通过第一管线返回至所述制甲醇系统的甲醇合成气入口，非渗透气送至下游的psa分离单元进一步处理；

非渗透气在经psa分离单元处理后得到解析气和产品气，解析气通过第三管线输送至燃料气管网，产品气作为原料气通过第二管线输送至甲醇制烯烃系统的氢气入口。

作为改进，所述膜分离单元采用聚合物纤维渗透膜。

作为改进，所述膜分离单元的操作压力为7.5～8.5mpag，操作温度为40～70℃。

作为改进，所述psa分离单元的吸附剂采用分子筛或活性氧化铝或活性炭。

作为改进，所述psa分离单元的操作温度为30～50℃，吸附压力为3.0～6.0mpag，解析压力为0.02～0.15mpag。

作为一种针对甲醇制烯烃系统用氢量波动大的有效调节手段，所述psa分离单元处理到的产品气分为两股，第一股作为原料气通过第二管线输送至甲醇制烯烃系统的氢气入口，第二股通过回流管线返回至所述制甲醇系统的甲醇合成气入口。

当然，作为另一种针对甲醇制烯烃系统用氢量波动大的有效调节手段，所述甲醇合成单元排出的驰放气直接通过调节旁路管线输送至所述psa分离单元。

与现有技术相比，本发明的优点：本发明将膜分离单元处理后的富氢渗透气返回甲醇合成回路，优化了氢碳比，增加了甲醇产量，减少了甲醇合成原料气的消耗量，而非渗透气中的氢气在经psa分离单元进行回收提纯后，又可作为甲醇制烯烃系统的用氢来源，既解决了烯烃装置的用氢问题，又可提高含氢气体的利用价值。在优选实施例中，当下游的甲醇制烯烃系统的氢气需求量波动时，可采用将部分psa分离单元提纯后的氢气返回甲醇合成回路，作为烯烃装置用氢量波动时的调节手段，或者是采用将一部分驰放气不经膜分离单元直接旁路进入psa分离单元的手段，解决下游烯烃装置用氢量波动大的问题。本发明既可以解决甲醇制烯烃系统的用氢问题，又满足了制烯烃装置对氢气纯度的要求，并且提高了氢气总回收率，调节手段灵活，保证了装置的平稳运行。

附图说明

图1为本发明实施例的煤经甲醇制烯烃装置甲醇驰放气的回收利用系统的流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

参见图1，一种煤经甲醇制烯烃装置甲醇驰放气的回收利用系统包括制甲醇系统、甲醇制系统以及驰放气分离回收系统，其中，制甲醇系统包括甲醇合成单元14以及甲醇精馏单元15。驰放气分离回收系统包括膜分离单元21以及psa分离单元22。

煤经甲醇制烯烃装置在甲醇合成单元14之前还依次设有煤气化单元11、变换单元12、低温甲醇洗单元13，以获取供甲醇合成单元14用的甲醇合成气。具体地，煤经煤气化单元11得到粗甲醇合成气，然后进入变换单元12，通过一氧化碳变换反应，将过量的co变换为h2从而到的变换气，变换气随后进入低温甲醇洗单元13除去多余的co2得到甲醇合成气。制甲醇系统对应设有甲醇合成气入口、驰放气排出口以及甲醇排出口，具体地，制甲醇系统包括依次设置的甲醇合成单元14和甲醇精馏单元15。甲醇合成气在经甲醇合成单元14后分离得到粗甲醇，粗甲醇经甲醇精馏单元15处理后，得到mto甲醇，该mto甲醇作为反应原料送往下游的甲醇制烯烃系统16。甲醇制烯烃系统16与制甲醇系统的甲醇排出口相连，并具有氢气入口。上述甲醇合成气的工艺流程以及甲醇精制流程均为现有技术，在此不赘述。

由于甲醇的单程转化率较低，为提高原料的总转化率，所以需将未反应的气体返回到合成塔重新进行反应，为避免惰性气体在甲醇合成回路中累积，所以需放空一部分气体，称为驰放气。本实施例的驰放气分离回收系统主要对上述驰放气对氢气进行充分有效回收并由此供应到煤经甲醇制烯烃装置中。

驰放气分离回收系统，驰放气分离回收系统包括膜分离单元21和psa分离单元22。

制甲醇系统的驰放气排出口通过驰放气输送管线31连接至膜分离单元21的进口。膜分离单元21具有渗透气侧和非渗透气侧，其中，渗透气侧通过第一管线41连通至制甲醇系统的甲醇合成气入口。非渗透气侧通过第四管线42连接至psa分离单元22的进口。

psa分离单元22具有解析气出口和产品气出口，产品气出口通过第二管线51连接至所述制甲醇系统的氢气入口，解析气出口通过第三管线52输送至燃料气管网。

psa分离单元22的产品气出口与制甲醇系统的甲醇合成气入口之间还设有回流管线60，从而将psa分离单元22的产品气返回至制甲醇系统的甲醇合成气入口。甲醇制烯烃系统16的氢气用量波动较大，鉴于氢气也是合成甲醇的有效气之一，并考虑psa分离单元22的操作稳定性，所以预留psa分离单元22的提纯氢气返回甲醇合成单元14的回流管线60，可作为甲醇制烯烃系统16用氢量波动时的一种有效调节手段。当然，作为另一种针对甲醇制烯烃系统16用氢量波动大的有效调节手段，也可设置与膜分离单元21并联的调节旁路管线32，即通过该调节旁路管线32将制甲醇系统的驰放气直接输送至所述psa分离单元22。

本实施例针对煤制甲醇装置的特点提供了一种甲醇驰放气的回收利用系统，甲醇驰放气首先进入膜分离单元21，得到富氢渗透气和非渗透气，富氢渗透气返回甲醇合成回路，而非渗透气不再经过减压后作为燃料，而是进入psa分离单元22，经psa分离单元22制取氢气，psa分离单元22提纯后的氢气可满足烯烃装置最大量的要求。本发明将膜分离单元21处理后的富氢渗透气返回甲醇合成回路，优化了氢碳比，增加了甲醇产量，减少了甲醇合成原料气的消耗量，而非渗透气中的氢气在经psa分离单元22进行回收提纯后，又可作为甲醇制烯烃系统16的用氢来源，既解决了烯烃装置的用氢问题，又可提高含氢气体的利用价值。在优选实施例中，当下游的甲醇制烯烃系统16的氢气需求量波动时，可采用将部分psa分离单元22提纯后的氢气返回甲醇合成回路，作为烯烃装置用氢量波动时的调节手段，或者是采用将一部分驰放气不经膜分离单元21直接旁路进入psa分离单元22的手段，解决下游烯烃装置用氢量波动大的问题。本发明既可以解决甲醇制烯烃系统16的用氢问题，又满足了制烯烃装置对氢气纯度的要求，并且提高了氢气总回收率，调节手段灵活，保证了装置的平稳运行。

实施例2

参见图1，一种煤经甲醇制烯烃装置甲醇驰放气的回收利用方法，包括以下步骤：

煤经煤气化单元11得到粗甲醇合成气，然后进入变换单元12，通过一氧化碳变换反应，将过量的co变换为h2，变换气随后进入低温甲醇洗单元13除去多余的co2得到甲醇合成气。甲醇合成气在经制甲醇系统的甲醇合成单元14后分离得到粗甲醇，粗甲醇经甲醇精馏单元15处理后，得到mto甲醇，该mto甲醇作为反应原料送往下游的甲醇制烯烃系统16。

甲醇合成单元14排出的驰放气的氢气的体积含量为60～85％，该驰放气通过驰放气输送管线31进入驰放气分离回收系统的膜分离单元21进行处理。本实施例的膜分离单元21采用聚合物纤维渗透膜。膜分离单元21的操作压力为7.5～8.5mpag，操作温度40～70℃。驰放气在经膜分离单元21处理后得到渗透气和非渗透气，其中，渗透气的氢气的体积含量为80～90％，非渗透气氢气的体积含量为40～65％。

渗透气作为补充原料气通过第一管线41返回至所述制甲醇系统的甲醇合成气入口，非渗透气送至下游的psa分离单元22进一步处理。

非渗透气通过第四管线42连接至psa分离单元22，在经psa分离单元22处理后得到解析气和产品气，具体地，本实施例中的psa分离单元22的吸附剂可采用分子筛或活性氧化铝或活性炭。psa分离单元22的操作温度为30～50℃，吸附压力为3.0～6.0mpag，解析压力为0.02～0.15mpag。。

经psa分离单元22处理后的解析气通过第三管线52输送至燃料气管网。经psa分离单元22处理后的产品气的氢气的体积含量为95～99.9％，该产品气作为原料气通过第二管线51输送至甲醇制烯烃系统16的氢气入口。

具体地，psa分离单元22处理到的产品气分为两股，第一股作为原料气通过第二管线51输送至甲醇制烯烃系统16的氢气入口，第二股通过回流管线60返回至制甲醇系统的甲醇合成气入口，以作为针对甲醇制烯烃系统16用氢量波动大的有效调节手段。

当然，作为另一种针对甲醇制烯烃系统16用氢量波动大的有效调节手段，甲醇合成单元14排出的驰放气还可通过调节旁路管线32直接输送至psa分离单元22。

本实施例的煤经甲醇制烯烃装置甲醇驰放气的回收利用系统的优点：该系统将膜分离单元处理后的富氢渗透气返回甲醇合成回路，优化了氢碳比，增加了甲醇产量，减少了甲醇合成原料气的消耗量，而非渗透气中的氢气在经psa分离单元进行回收提纯后，又可作为甲醇制烯烃系统的用氢来源，既解决了烯烃装置的用氢问题，又可提高含氢气体的利用价值。在优选实施例中，当下游的甲醇制烯烃系统的氢气需求量波动时，可采用将部分psa分离单元提纯后的氢气返回甲醇合成回路，作为烯烃装置用氢量波动时的调节手段，或者是采用将一部分驰放气不经膜分离单元直接旁路进入psa分离单元的手段，解决下游烯烃装置用氢量波动大的问题。本发明既可以解决甲醇制烯烃系统的用氢问题，又满足了制烯烃装置对氢气纯度的要求，并且提高了氢气总回收率，调节手段灵活，保证了装置的平稳运行。