一种甲醇制烯烃反应产品气与催化剂分离系统及分离工艺 |
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| 申请号 | CN201810953605.0 | 申请日 | 2018-08-21 | 公开(公告)号 | CN109134182B | 公开(公告)日 | 2024-05-17 |
| 申请人 | 陕西延长中煤榆林能源化工股份有限公司; | 发明人 | 吕春成; 孙晓伟; 梁旭辉; 张闪闪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种甲醇制烯 烃 反应产品气与催化剂分离系统及分离工艺，本发明在甲醇‑反应气换热器下游设置了高温催化剂脱除设备及 氧 化物洗涤塔，取消原反应气三级旋 风 分离器，使催化剂细粉脱除工艺简单、高效，并消除急冷塔产生的二次 水 污染，同时满足甲醇制烯烃和烯烃分离的工艺指标要求，提高了系统运行周期。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种甲醇制烯烃反应产品气与催化剂分离系统，其特征在于：包括甲醇‑反应气换热器(2)、催化剂脱除设备(3)以及氧化物洗涤塔(4)，甲醇‑反应气换热器(2)的反应产品气出口与催化剂脱除设备(3)内置的除尘滤芯(5)的进风侧相连通，甲醇‑反应气换热器(2)的甲醇出口与甲醇制烯烃反应器(1)的甲醇进口相连，甲醇‑反应气换热器(2)的反应产品气入口与设置于甲醇制烯烃反应器(1)反应产品气出口的两级旋风分离器相连，所述除尘滤芯(5)的出风侧与氧化物洗涤塔(4)的气体入口相连，氧化物洗涤塔(4)的气体出口与烯烃分离单元相连； |
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| 说明书全文 | 一种甲醇制烯烃反应产品气与催化剂分离系统及分离工艺技术领域[0001] 本发明属于化工技术领域，涉及甲醇制烯烃工业装置反应产品气中夹带的催化剂细粉脱除工艺。 背景技术[0002] 乙烯、丙烯是化学工业的重要基础原料。传统的烯烃生产路线需要消耗大量石油。随着化学工业对烯烃的需求快速增长，供需矛盾日益突出。为此，开发出以煤炭和天然气为原料生产乙烯、丙烯的新工艺。这一新工艺的关键技术就是甲醇制烯烃(MTO)技术，该技术多采用流化床形式的反应再生系统，而流化床普遍存在的问题就是反应产品气中会夹带催化剂细粉，而反应产品气在进入烯烃分离单元之前必须将催化剂细粉除去。虽然反应再生系统中设计有快速旋风分离设施，但是受到设备自身局限的影响，产品气与催化剂细粉的分离效果并不能达到烯烃分离单元压缩机的入口要求，为此反应产品气仍需要经过水洗来实现反应产品气与催化剂细粉的精细分离，而这也就增加二次污染的风险。根据反应机理甲醇制烯烃(MTO)反应过程中，会有56.25％的甲醇原料转化成水，一套180万吨/年甲醇制烯烃装置会产生约116万吨/年的工艺水，工艺水会在水洗过程中冷凝下来，而催化剂细粉的存在将造成很大的工艺废水处理压力。 [0003] 为脱除反应产品气中夹带的催化剂细粉，在甲醇‑反应气换热器和水洗塔中间设计急冷塔，采用水洗工艺对产品气进行降温和洗涤处理，其弊端是产生二次污染，增加水耗和能耗。中国专利CN103214333A公开了“一种有机含氧化合物之烯烃产物气—固分离和换热系统”：在对三级旋风分离器分离效果分析的基础上，针对未脱除催化剂细粉在后续MTO产物换热器、急冷塔、水洗塔、烯烃分离塔塔底再沸器、急冷水空气冷却器、丙烯精馏塔的塔底再沸器、水洗水干式空气冷却器等装置中富集而造成的危害，该系统采用了在急冷塔上游与三级旋风分离器下游换热器(将MTO产物由480℃降低至270～340℃)之间引入过滤器的技术方案。该系统的分离工艺的不足之处或面临的问题在于：反应器三级旋风分离器分离效果差。反应器三级旋风分离器的设计目的是在开停工阶段回收从反应器跑损的催化剂，通过考察装置实际运行工况，发现从反应器三级旋风分离器回收的催化剂细粉并不多，气‑固分离效果不佳。 [0004] 另外，反应气通过三级旋风分离器的压力降已达到200Pa以上，由于压力降的增加，在甲醇‑反应气换热器中反应气携带的＜10μm催化剂细粉会沉积下来，造成甲醇‑反应气换热器内壁结垢，换热效率和系统分离效率降低。而且需要专业设备和清理剂(Ca(OH)2)清理结垢，容易引入外源化学污染，降低了系统运行周期，因此，目前亟需优化产品气与催化剂分离系统。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种甲醇制烯烃反应产品气与催化剂分离系统及分离工艺，不仅提高了甲醇制烯烃反应产品气中催化剂细粉脱除效率，而且优化了工艺流程，满足甲醇制烯烃和烯烃分离的工艺指标要求，提高了系统运行周期。 [0006] 为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案： [0007] 一种甲醇制烯烃反应产品气与催化剂分离系统，包括甲醇‑反应气换热器、高温催化剂脱除设备以及氧化物洗涤塔，甲醇‑反应气换热器的反应产品气出口与高温催化剂脱除设备内置的除尘滤芯的进风侧相连通，甲醇‑反应气换热器的甲醇出口与甲醇制烯烃反应器的甲醇进口相连，甲醇‑反应气换热器的反应产品气入口与设置于甲醇制烯烃反应器反应产品气出口的两级旋风分离器相连，所述除尘滤芯的出风侧与氧化物洗涤塔的气体入口相连，氧化物洗涤塔的气体出口与烯烃分离单元相连。 [0008] 优选的，所述高温催化剂脱除设备设置为两组(每组包括1个或多个并联的高温催化剂脱除设备)，两组高温催化剂脱除设备采用一开一备。 [0009] 优选的，所述高温催化剂脱除设备上设置有催化剂细粉收集组件，该组件包括用于采集所述滤芯的进、出风侧压力差的压差传感器、与所述滤芯的出风侧相连通的滤芯反吹管线以及与所述滤芯的进风侧相连通的催化剂细粉收集管线，所述滤芯反吹管线与烯烃分离单元脱丁烷塔塔顶C4气体源相连，所述催化剂细粉收集管线与外部储罐相连，从而可以利用压差报警，滤芯反吹达到催化剂细粉清除(滤芯再生)和催化剂细粉收集目的。 [0010] 优选的，所述除尘滤芯采用高温膜元件，高温膜元件的膜层孔径为0.5‑5μm，支撑层孔径为30‑50μm，膜层为莫来石颗粒，支撑层为碳化硅材料，抗折强度＞20MPa，孔隙率约37％，最高耐温800℃，长度为0.3‑3m(高温膜元件根据以上技术参数和要求，由厂家定制)。 [0011] 优选的，所述除尘滤芯的粉尘拦截粒径≤0.3μm，经过滤芯过滤后的气体的含尘量3 ≤5mg/m。 [0012] 优选的，所述氧化物洗涤塔采用气液并流喷射型板式塔，洗涤介质为水。 [0013] 一种甲醇制烯烃反应产品气与催化剂分离工艺，包括以下步骤： [0014] 自甲醇制烯烃反应器输出的反应产品气，经两级旋风分离器初步分离反应产品气夹带的催化剂细粉后，与饱和甲醇蒸汽于甲醇‑反应气换热器换热，经甲醇‑反应气换热器降温后的反应产品气进入高温催化剂脱除设备，并通过除尘滤芯继续分离反应产品气夹带的催化剂细粉，分离得到洁净的反应产品气经氧化物洗涤塔降温和回收含氧化合物后进入烯烃分离单元。 [0015] 优选的，自甲醇制烯烃反应器输出的反应产品气通过甲醇制烯烃反应器内置的一级旋风分离器和二级旋风分离器进行两级气固分离(对催化剂细粉初步分离)，反应器出口不再设置三级旋风分离器，经过两级气固分离后，反应产品气中催化剂细粉的含量为350‑3 450mg/Nm，粒径分布(典型值)为0‑10μm：87.37％、10‑20μm：8.78％、20‑40μm：1.51％，直接进入甲醇‑反应气换热器与饱和甲醇蒸汽进行换热。 [0016] 优选的，经过甲醇‑反应气换热器换热后，所述反应产品气的温度由478‑480℃降至260‑280℃，饱和甲醇蒸汽的温度由95‑107℃升高至200‑255℃，形成过热甲醇蒸汽，降温后的所述反应产品气进入高温催化剂脱除设备，经除尘滤芯过滤后输出洁净的反应产品3 气，该反应产品气中催化剂细粉含量≤5mg/m，该催化剂细粉粒径分布(典型值)为0.1‑0.5μm：98.93％、0.5‑5μm：1.07％，过热甲醇蒸汽进入甲醇制烯烃反应器与催化剂进行反应。 [0017] 优选的，所述高温催化剂脱除设备的操作包括过滤、反吹、排灰三个流程，当检测到当前运行过滤流程的高温催化剂脱除设备中除尘滤芯进、出风侧的压差大于设定值时，将过滤流程切换到备用的高温催化剂脱除设备上继续运行，对所述滤芯进行反吹，反吹介质为来自烯烃分离单元脱丁烷塔塔顶C4气体，并通过排灰使分离出来的催化剂细粉收集至储罐中，该滤芯对应的高温催化剂脱除设备在反吹和排灰后可作为备用的高温催化剂脱除设备。 [0018] 优选的，所述氧化物洗涤塔主要作用为降低反应产品气温度至38‑44℃、回收反应过程生成的水、二甲醚和未反应的甲醇等含氧化合物，达到烯烃分离单元的进料所需的条件(典型值)：温度40℃、压力0.056MPa(g)。 [0019] 本发明的有益效果体现在： [0020] 本发明在甲醇‑反应气换热器下游依次设置了高温催化剂脱除设备、氧化物洗涤塔，使反应产品气中催化剂细粉的分离由液固分离变成气固分离，取消原反应气三级旋风分离器和急冷塔，催化剂细粉脱除工艺更为简单、高效，分离系统可长期、稳定运行，并消除急冷塔产生的二次水污染，同时满足甲醇制烯烃和烯烃分离的工艺指标要求，分离后的反应产品气可直接进行烯烃分离得到聚合级乙烯/丙烯产品。 [0021] 进一步的，本发明通过设置高温催化剂脱除设备，利用气固分离原理实现反应产品气与催化剂细粉的分离，高温催化剂脱除设备采用高温膜元件作为滤芯，其通过表面过滤分离催化剂细粉，孔隙率高、过滤通量大，分离效果稳定、过滤精度高，避免催化剂细粉进入氧化物洗涤塔形成二次污染，既满足了工艺要求，又避免了从工艺水中脱除催化剂固体的难题。附图说明 [0022] 图1是本发明所述分离系统的结构示意图； [0023] 图中：1为反应器，2为甲醇‑反应气换热器，3为催化剂脱除设备，4为氧化物洗涤塔，5为滤芯；PDI：压差传感器；A：过热甲醇气进反应器管线；B：反应产品气至甲醇‑反应气换热器管线；C：反应产品气至高温催化剂脱除设备管线；D：饱和甲醇气自上游来管线；E：反吹管线(反吹介质来自于烯烃分离单元脱丁烷塔塔顶C4气体)；F：脱除催化剂的反应产品气进氧化物洗涤塔管线；G：催化剂细粉至废催化剂储罐管线；H：反应产品气至烯烃分离单元管线；I：洗涤水至氧化物回收单元管线。 具体实施方式[0024] 以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。 [0025] 本发明针对甲醇制烯烃工业装置中反应产品气的特性，对系统工艺进行了优化，优化后的处理工艺中，反应产品气经甲醇‑反应气换热器降温后进入高温催化剂脱除设备，脱除催化剂细粉后进入氧化物洗涤塔进一步降温、回收含氧化合物后进入烯烃分离单元。 [0026] 参见图1，本发明提供的甲醇制烯烃反应产品气与催化剂分离的组合工艺，其工艺设备包括甲醇制烯烃反应器1、甲醇‑反应气换热器2、高温催化剂脱除设备3、氧化物洗涤塔4及滤芯5(采用高温膜元件)。 [0027] 所述甲醇制烯烃反应器1采用湍流床反应器(含密相区和稀相区)，反应温度为480±5℃，反应压力为0.12MPa，过热甲醇蒸汽通过进料分布器进入反应器，在密相区与催化剂接触反应生成甲烷(含氢气)、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、C4、C5+、焦炭和水等，反应产品气经一级旋风分离器和二级旋风分离器处理后仍携带部分催化剂细粉，排出反应器1，进入甲醇‑反应气换热器2。 [0028] 所述甲醇‑反应气换热器2为浮头式换热器，用高温位的反应产品气加热饱和甲醇蒸汽，反应产品气温度由478℃降至260℃，达到高温催化剂脱除设备3的进料温度。 [0029] 所述高温催化剂脱除设备3为除尘器，工作原理类似于袋式除尘器，传统的袋式除尘器采用纤维或滤布作为滤芯，耐温低、运行周期短；而本设备采用高温膜元件作为除尘器滤芯，耐高温、抗腐蚀、强度高、气体渗透通量高、滤芯再生性能强。高温催化剂脱除设备3设3 置两组(每组可为多个并联)、一开一备，出口催化剂细粉含量≤5mg/m。 [0030] 所述氧化物洗涤塔4为气液并流喷射型板式塔，用于处理来自高温催化剂脱除设备3的洁净反应产品气体，回收反应生成水和产品气中的甲醇(未反应的甲醇)、二甲醚等含氧化合物，产品气温度由260℃降至38℃后进入烯烃分离单元处理。 [0031] 上述甲醇制烯烃反应产品气与催化剂分离的组合工艺的流程如下： [0032] (1)自反应器1来的反应产品气夹带催化剂细粉直接与甲醇‑反应气换热器2换热，饱和甲醇蒸汽温度由107℃升高至255℃进入反应器1参与反应，反应产品气温度由478℃降至260℃进入高温催化剂脱除设备3进行气固分离，洁净的反应产品气经氧化物洗涤塔4降温和回收含氧化合物后直接进入烯烃分离单元，分离出来的催化剂细粉经收集管线进入废催化剂储罐。 [0033] (2)随着滤芯5表面截留催化剂细粉的增加，滤芯5前后的压差增加，当压差大于设定值时需要对滤芯5进行反吹，高温催化剂脱除设备3切换到另一组运行。滤芯反吹介质采用烯烃分离单元脱丁烷塔塔顶C4气体(其典型组成如下：C3以下0.01％、C5以上0.15％、正丁烷4.31％、异丁烷0.09％、1‑丁烯25.21％、异丁烯3.86％、顺‑2‑丁烯7.16％、反‑2‑丁烯7.61％、1,3‑丁二烯1.59％)，反吹下来的催化剂细粉收集至高温催化剂脱除设备3下部椎体，当催化剂细粉达到一定料位高度时，将催化剂细粉卸至废催化剂储罐。 [0034] 本发明主要优势和特点如下： [0035] (1)本发明优化了分离系统工艺流程，反应器出口直接与甲醇‑反应气换热器相连。从实际运行效果看，取消反应器三级旋风分离器增加了反应气进入甲醇‑反应气换热器的气体线速并减少温度损失，使高线速的反应产品气在甲醇‑反应气换热器中形成自冲刷特性，反应产品气中的催化剂细粉不会沉积结垢，增加了甲醇‑反应气换热器的抗结垢能力，延长系统运行周期。 [0036] (2)本发明中高温催化剂脱除设备产品气出口直接与氧化物洗涤塔相连。高温催3 化剂脱除设备出口反应产品气中催化剂细粉含量≤5mg/m，已达到超低排放标准。因此，经过氧化物洗涤塔后洗涤水中存在微量催化剂细粉不会对氧化物洗涤塔和换热器等设备的运行造成影响，可以实现长周期运行。 [0037] (3)本发明设置的氧化物洗涤塔采用气液并流喷射型板式塔，气液并流喷射型塔板与浮阀型塔板相比气液相通量提高50‑100％、塔板效率提高10％、塔板压降降低10‑40％、操作弹性提高50％，同时提高洗涤塔的抗堵能力。因此，氧化物洗涤塔增强了系统稳定性和操作弹性。 [0038] (4)高温催化剂脱除设备在进行过滤流程(气固分离)时，含催化剂的气体由外而内通过滤芯过滤；在进行反吹流程时，反吹介质由内而外进行滤芯再生。反吹废气会继续进入反应气系统，在选择反吹介质时尽量避免在系统中引入非反应产物组分(如惰性组分)。因此反吹介质不选用N2，烯烃分离单元脱甲烷塔塔顶甲烷氢气中的N2含量高达30％，N2的加入会增加反应气压缩机负荷并影响高压脱丙烷塔、脱甲烷塔的分离能力，引起整个系统波动。烯烃分离单元脱丁烷塔塔顶C4气体组分不含有惰性组分，对反应气压缩机和分离系统影响较小，故选为反吹介质。 [0039] (5)本发明不仅减少了急冷塔、还省去了急冷塔底泵、急冷水旋液泵、急冷水旋液分离器和急冷水过滤器等设备，优化了工艺流程、减少了设备投资、增强了环境效益。 |
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