一种甲烷氧化偶联制乙烯反应气体的分离方法和装置与流程

本发明属于甲烷氧化偶联制乙烯领域，更具体地，涉及一种甲烷氧化偶联制乙烯反应气体的分离方法和装置。
背景技术：
：乙烯作为最重要的基础有机化工原料，长期以来，它的生产一直依赖于石油裂解路线，由此产生的环境污染等问题日趋严重。随着原油价格持续攀升，引发乙烯裂解原料价格的上涨，同时乙烯裂解原料的供不应求现象也十分突出，面对这一现状，世界各国都在调节能源利用结构，并不断寻找新的乙烯生产路线。2010年，随着美国在页岩气领域的突破，大量难以开采的甲烷被开采出来，甲烷的化工利用又引起了业界的高度重视，因此甲烷氧化偶联制乙烯、乙烷的研究再一次成为了世界范围内的研究热点。甲烷氧化偶联制乙烯(简称ocm)的目标是在催化剂作用下，将甲烷转化为乙烯，反应产物比较复杂，主要有甲烷、乙烯、乙烷、co、co2、o2等。专利申请us20150368167公开了一种ocm反应产物分离方法，通过分离单元可得到三个产品流股，富c2流股，富氮气流股和富甲烷流股。ocm反应产物先在第一个分离塔中得到富c2流股和甲烷氮气流股，然后在第二个分离塔中得到富氮气流股和富甲烷流股。由于分离方法均采用低温精馏，整个分离单元温度非常低，第一个分离塔顶温度低至-162℃，第二个分离塔顶温度低至-210℃，这对设备材质要求非常高，极大增加了投资成本，能耗高。专利申请cn201710006765.x公开了一种甲烷氧化偶联制乙烯反应产物分离工艺，该工艺将反应产物通过压缩、醇胺法、干燥、深冷精馏等工序将组分逐一分离，最终得到聚合级乙烯产品，乙烯回收率99％以上。该专利明显提升了产品品质，但分离仍为深冷精馏，需要冷箱提供较低等级冷量。专利申请wo2015105911公开了一种甲烷氧化偶联系统，将甲烷氧化偶联转化为乙烯，再将乙烯转化为可选择的高级烃产物。但该专利申请中对ocm产物气中的乙烯与其他组分，比如未反应的甲烷、乙烷、co、co2、氮气、水等等的分离，仍然采用低温精馏，第一分离器用于将甲烷/氮气与c2以上组分分离，该分离器的运行温度低至-160℃左右，第二分离器用于将甲烷与氮气分离，其运行温度低至-200℃左右。现有技术的方法均需较低的操作温度，对设备材质要求非常高，极大增加了投资成本，限制了ocm工艺的工业应用。因此，亟需开发一种能耗低的甲烷氧化偶联制乙烯反应气体的分离方法。技术实现要素：本发明的目的是提出一种甲烷氧化偶联制乙烯反应气体的分离方法和装置，该方法和装置大大提高了分离的操作温度，对设备材质要求明显降低，同时降低了能耗，并且，整套流程简单，易于操作和控制。本发明提供的第一方面提供一种甲烷氧化偶联制乙烯反应气体的分离方法，该方法包括以下步骤：1)ocm反应气体经压缩机升压、冷却，然后送往吸收塔；2)吸收剂从吸收塔顶部进入，吸收ocm反应气体中的c2馏分及以上组份；吸收塔的塔顶气相送往再吸收塔，塔釜物流送至解吸塔；3)再吸收剂从再吸收塔顶进入，吸收被带出的吸收剂和未被吸收的c2馏分；4)解吸塔塔顶气相物流送往净化单元，塔釜得到的贫溶剂经过冷却降温后，返回吸收塔顶部；5)在净化单元，对解吸塔顶气相物流进行脱酸性气体、脱水处理，处理后的物流送往乙烯精馏塔；6)乙烯精馏塔侧线采出聚合级乙烯产品，塔顶气相返回压缩机，塔釜为富乙烷产品。根据本发明一种优选实施方式，该方法还包括：7)根据本发明，如果反应气体中含有炔烃，可进行脱炔处理，净化处理后的物流先送往脱炔反应器，通过加氢反应脱除炔烃，脱炔后的物流再进乙烯精馏塔；本发明对脱炔处理所用催化剂和工艺条件没有特别的限定，本领域的技术人员可以根据其他方法合适的确定其具体操作条件和方法；和/或8)再吸收塔塔釜物流送往汽油解吸塔，塔顶得到的吸收剂返回吸收塔，塔釜贫溶剂经降温后，返回再吸收塔。再吸收塔塔釜物流亦可送往界区外。在压缩步骤中，ocm反应气体一般需要逐级提高压力，优选压力提高到3.0-5.0mpa，本发明对压缩的段数没有特别的限定，优选采用多段压缩，进一步优选采用五段压缩。在冷却步骤中，可将反应气体冷却至5-20℃，优选将反应气体冷却至10-20℃，所需冷量可由丙烯制冷压缩机提供，也可由溴化锂制冷机组提供。本发明的净化步骤主要包括脱酸性气体和干燥处理，本发明对该步骤的具体工艺条件没有特别的限定，本领域的技术人员可以根据需要确定其具体操作条件和步骤。例如，脱酸性气体可在胺洗塔中进行。根据本发明一种具体实施方式，所述方法包括以下步骤：(1)压缩：将ocm反应气体压力逐级提高到3.0-5.0mpa。(2)冷却：将所述的步骤1)得到的压缩后的ocm反应气体冷却至10-20℃。(3)吸收：冷却后的ocm反应气体送往吸收塔，吸收剂从吸收塔顶部进入，吸收ocm反应气体中的碳二馏分及以上组份；吸收塔的塔釜物流送至解吸塔处理；塔顶气体物流送往再吸收塔。(4)解吸：来自吸收塔的塔釜物流进入解吸塔，塔釜得到的贫溶剂经过冷却降温后，返回吸收塔顶部作为吸收剂循环使用，塔顶得到气相送往净化单元。(5)净化：来自解吸塔塔顶的气相依次进行脱酸性气体、脱水处理。(6)脱炔：净化后的物流进入脱炔反应器，通过加氢反应，脱除其中的炔烃。(7)乙烯精馏：从脱炔反应器出来的物流进乙烯精馏塔，侧线采出聚合级乙烯产品，塔顶气相返回压缩机段间，塔釜为富乙烷产品。(8)再吸收：来自吸收塔顶的气相物流进入再吸收塔，回收其中未被吸收的c2馏分和夹带的吸收剂，再吸收后的尾气送出界外。(9)汽油解吸：再吸收塔塔釜物料送往汽油解吸塔，塔顶为回收回来的吸收剂，送往吸收塔，塔釜为贫汽油溶剂，冷却降温后返回再吸收塔。在吸收步骤中，所述吸收剂优选为含有丙烷的碳三馏分，含有正丁烷、异丁烷的碳四馏分，或者含有正戊烷、异戊烷的碳五馏分；进一步优选为含有正丁烷、异丁烷的碳四馏分。在本发明的方法中，对吸收剂用量没有特别的要求，本领域技术人员可以根据现有技术的常识确定。优选地，吸收塔的理论板数为30-80，操作压力为2.0-6.0mpa，塔顶温度为10-35℃。在解吸步骤中，解吸塔塔釜得到的解吸后的吸收剂经逐级冷却后返回吸收塔循环利用。部分吸收剂会随吸收塔顶气相进入再吸收塔，因此，优选在解吸塔釜引入一股吸收剂作为补充，以保证系统中吸收塔吸收剂用量。优选地，解吸塔的理论板数为20-60，操作压力为1.0-4.0mpa。在再吸收步骤中，所述再吸收剂优选为汽油、重石脑油或芳烃抽余油，进一步优选为汽油，更优选为炼厂的稳定汽油组分。优选地，再吸收塔的理论板数为15-60，操作压力为1.0-5.0mpa。在汽油解吸步骤中，汽油解吸塔塔釜得到的贫吸收剂经逐级冷却后返回再吸收塔循环利用。优选在汽油解吸塔釜引入一股再吸收剂作为补充，汽油解吸塔塔顶物流经冷却后返回吸收塔循环使用。优选地，汽油解吸塔的理论板数为10-50，操作压力为0.1-2.0mpa。在乙烯精馏步骤中，优选地，乙烯精馏塔的理论板数为60-130，操作压力为1.0-4.0mpa。本发明的第二方面提供一种甲烷氧化偶联制乙烯反应气体的分离装置，该装置包括依次连接的压缩机、换热器、吸收塔、解吸塔、再吸收塔和乙烯精馏塔；其中，吸收塔塔顶连接再吸收塔，塔釜连接解吸塔；解吸塔塔顶连接净化单元后连接乙烯精馏塔，塔釜连接吸收塔；再吸收塔塔顶连接有尾气排出管线；乙烯精馏塔塔顶连接至压缩机，塔釜连接有富乙烷产品采出线，侧部连接有聚合级乙烯产品采出线。根据本发明一种优选实施方式，所述净化单元连接脱炔反应器后连接乙烯精馏塔；和/或所述再吸收塔塔釜连接汽油解吸塔，汽油解吸塔塔顶连接吸收塔，塔釜连接再吸收塔。根据本发明，所述分离装置通过所述压缩机与甲烷氧化偶联制乙烯反应器直接连接，以分离甲烷氧化偶联制乙烯反应气体。根据本发明一种具体实施方式，如图1所示，所述分离装置包括依次连接的压缩机、换热器、吸收塔、解吸塔、再吸收塔和乙烯精馏塔；其中，吸收塔塔顶连接再吸收塔塔釜，吸收塔塔釜连接解吸塔中部；解吸塔塔顶连接净化单元后连接脱炔反应器，然后连接乙烯精馏塔中部，解吸塔塔釜连接吸收塔顶部；再吸收塔塔顶连接有尾气排出管线，塔釜连接汽油解吸塔中部，汽油解吸塔塔顶连接吸收塔顶部，塔釜连接再吸收塔顶部；乙烯精馏塔塔顶连接至压缩机段间，塔釜连接有富乙烷产品采出线，侧部连接有聚合级乙烯产品采出线。根据本发明另一种具体实施方式，如图2所示，所述分离装置包括依次连接的压缩机、换热器、吸收塔、解吸塔、再吸收塔和乙烯精馏塔；其中，吸收塔塔顶连接再吸收塔塔釜，吸收塔塔釜连接解吸塔中部；解吸塔塔顶连接净化单元后连接乙烯精馏塔中部，解吸塔塔釜连接吸收塔顶部；再吸收塔塔顶连接有尾气排出管线，塔釜连接汽油解吸塔中部，汽油解吸塔塔顶连接吸收塔顶部，塔釜连接再吸收塔顶部；乙烯精馏塔塔顶连接至压缩机段间，塔釜连接有富乙烷产品采出线，侧部连接有聚合级乙烯产品采出线。本发明的甲烷氧化偶联制乙烯分离方法具有以下特点：1)分离工艺温度较高，整套工艺对设备材质要求大大降低，也明显降低了能耗和投资。2)由于吸收解吸温度较高，对ocm反应气体的净化可放在解吸塔之后进行，大大降低了净化单元的处理量，降低了能耗。3)工艺流程简单，产品品质高。本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。附图说明通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述。图1为本发明一种实施方式的甲烷氧化偶联制乙烯反应气体分离工艺示意图。图2为本发明另一种实施方式的甲烷氧化偶联制乙烯反应气体分离工艺示意图。附图标记说明：1、甲烷氧化偶联制乙烯反应器；2、压缩机；3、换热器；4、吸收塔；5、解吸塔；6、脱炔反应器；7、乙烯精馏塔；8、再吸收塔；9、汽油解吸塔；10、氧气/富氧；11、甲烷；12、聚合级乙烯产品；13、富乙烷产品；14、尾气。具体实施方式下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。采用如图2所示的装置对甲烷氧化偶联制乙烯反应气体进行分离。所述装置包括压缩机2、换热器3、吸收塔4、解吸塔5、再吸收塔8和乙烯精馏塔7；其中，吸收塔4塔顶连接再吸收塔8塔釜，吸收塔4塔釜连接解吸塔5中部；解吸塔5塔顶连接净化单元(未示出)后连接乙烯精馏塔7中部，解吸塔5塔釜连接吸收塔4顶部；再吸收塔8塔顶连接有尾气排出管线；塔釜连接汽油解吸塔9中部，汽油解吸塔9塔顶连接吸收塔3顶部，塔釜连接再吸收塔8顶部；乙烯精馏塔7塔顶连接至压缩机2段间，塔釜连接有富乙烷产品采出线，侧部连接有聚合级乙烯产品采出线。其中，压缩机2与甲烷氧化偶联制乙烯反应器1相连，在甲烷氧化偶联制乙烯反应器1中，氧气/富氧10与甲烷11反应，得到ocm反应气体。甲烷氧化偶联制乙烯反应器1的出口组成见表1。表1组成mol％氧气0.55co5.69co26.15甲烷34.06乙烯7.72乙烷2.52丙烷0.55水42.75所述分离方法包括以下步骤：(1)压缩：来自甲烷氧化偶联制乙烯反应器1的ocm反应气体被送往压缩机2，经过五段压缩，压力升高至4.2mpag。(2)冷却：升压后的ocm反应气体冷却至15℃后进吸收塔4。(3)吸收：吸收塔4的理论板数为55，操作压力为3.8mpag，塔顶温度为24℃。所用吸收溶剂为正丁烷，溶剂从吸收塔4塔顶进入塔内，ocm反应气体从第30块塔板进入。ocm反应气体中的碳二及以上组分被溶剂吸收下来，从塔釜采出，进入解吸塔，塔顶为甲烷、氧气、co等轻组分，并夹带有少量吸收剂。(4)解吸：解吸塔5的理论板数为40，操作压力为2.4mpag。解吸后的塔顶气相送往净化单元净化，塔釜贫溶剂经逐级换热后冷却至15℃返回吸收塔4循环使用。(5)净化：在胺洗塔中进行脱酸性气体处理后，再对ocm反应气体进行干燥。(6)乙烯精馏：乙烯精馏塔7的理论板数为90，操作压力为2.0mpag。从净化单元出来的物流进乙烯精馏塔7，乙烯精馏塔7塔顶气相返回压缩机2四段入口，侧线采出聚合级乙烯产品12，塔釜为富乙烷产品13。(7)再吸收：再吸收塔的理论板数为30，操作压力为3.0mpa。来自吸收塔顶的气相物流进入再吸收塔8，回收其中未被吸收的c2馏分和夹带的吸收剂，再吸收后的塔顶尾气14送出界外，再吸收塔8的塔釜物料送往汽油解吸塔9。(8)汽油解吸：汽油解吸塔9塔顶为回收回来的吸收剂，送往吸收塔3顶部，塔釜为贫汽油溶剂，冷却降温后返回再吸收塔8顶部。所得到的聚合级乙烯产品12的组成见表2。表2组成mol％甲烷0.05乙烯99.95所得到的富乙烷产品13的组成见表3。表3组成mol％乙烷63.44丙烷11.83丁烷24.63在本实施例中，乙烯产品纯度达到聚合级乙烯规格要求，乙烯回收率为99.3％。以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。当前第1页12