本(ben)發明(ming)涉(she)及(ji)烴類加工(gong)(gong)領(ling)域，具體(ti)地，涉(she)及(ji)一種氫(qing)氣與(yu)乙烯(xi)(xi)的(de)聯(lian)產工(gong)(gong)藝，還涉(she)及(ji)一種氫(qing)氣與(yu)乙烯(xi)(xi)的(de)聯(lian)產工(gong)(gong)藝所使用的(de)裝置。
背景技術：
目(mu)前，蒸(zheng)汽裂(lie)解是(shi)生產(chan)(chan)乙(yi)(yi)烯(xi)(xi)的(de)重要(yao)(yao)工藝(yi)，亞(ya)洲蒸(zheng)汽裂(lie)解的(de)原(yuan)料(liao)(liao)主要(yao)(yao)為(wei)石(shi)腦油、輕柴油等(deng)，美國(guo)通常以乙(yi)(yi)烷為(wei)原(yuan)料(liao)(liao)。前述原(yuan)料(liao)(liao)的(de)裂(lie)解不(bu)僅產(chan)(chan)生乙(yi)(yi)烯(xi)(xi)，還產(chan)(chan)生氫氣(qi)、甲烷和丙(bing)烯(xi)(xi)等(deng)副產(chan)(chan)物，因此(ci)，需要(yao)(yao)將產(chan)(chan)物進行分離，以獲得高(gao)(gao)純度的(de)乙(yi)(yi)烯(xi)(xi)、丙(bing)烯(xi)(xi)和氫氣(qi)等(deng)產(chan)(chan)品(pin)。傳統的(de)采用石(shi)腦油、乙(yi)(yi)烷等(deng)原(yuan)料(liao)(liao)裂(lie)解制備化工產(chan)(chan)品(pin)時形成的(de)裂(lie)解氣(qi)中氫氣(qi)含量較(jiao)低，其他(ta)組成乙(yi)(yi)烯(xi)(xi)、丙(bing)烯(xi)(xi)的(de)含量較(jiao)高(gao)(gao)，通過深(shen)冷分離工藝(yi)，來實現上(shang)述產(chan)(chan)物的(de)分離。
cn104030875a公開了一種(zhong)催化(hua)裂(lie)(lie)化(hua)干(gan)氣(qi)(qi)分(fen)離(li)(li)精(jing)制的(de)(de)方(fang)法，該(gai)方(fang)法包括(kuo)，將催化(hua)裂(lie)(lie)解(jie)干(gan)氣(qi)(qi)加壓(ya)，使(shi)加壓(ya)后的(de)(de)干(gan)氣(qi)(qi)通(tong)過(guo)(guo)第一變(bian)壓(ya)吸(xi)(xi)(xi)附塔(ta)(ta)分(fen)離(li)(li)為(wei)富(fu)乙烯(xi)干(gan)氣(qi)(qi)(解(jie)吸(xi)(xi)(xi)氣(qi)(qi))和(he)(he)濃縮氣(qi)(qi)；使(shi)濃縮氣(qi)(qi)進入第二(er)(er)(er)變(bian)壓(ya)吸(xi)(xi)(xi)附塔(ta)(ta)，分(fen)離(li)(li)為(wei)氫氣(qi)(qi)和(he)(he)第二(er)(er)(er)解(jie)吸(xi)(xi)(xi)氣(qi)(qi)；將富(fu)乙烯(xi)氣(qi)(qi)和(he)(he)第二(er)(er)(er)解(jie)吸(xi)(xi)(xi)氣(qi)(qi)混合加壓(ya)，然后通(tong)過(guo)(guo)膜(mo)(mo)分(fen)離(li)(li)方(fang)法分(fen)離(li)(li)，得(de)到滲(shen)(shen)透氣(qi)(qi)和(he)(he)非滲(shen)(shen)透氣(qi)(qi)，接著將非滲(shen)(shen)透氣(qi)(qi)通(tong)過(guo)(guo)深冷(leng)分(fen)離(li)(li)系統分(fen)離(li)(li)，分(fen)別得(de)到乙烷、乙烯(xi)和(he)(he)丙(bing)(bing)烯(xi)等；該(gai)深冷(leng)分(fen)離(li)(li)系統要使(shi)用到乙烯(xi)精(jing)餾塔(ta)(ta)、乙烯(xi)粗餾塔(ta)(ta)、丙(bing)(bing)烯(xi)粗餾塔(ta)(ta)、丙(bing)(bing)烯(xi)精(jing)餾塔(ta)(ta)等以及相應的(de)(de)制冷(leng)設備。通(tong)過(guo)(guo)采用變(bian)壓(ya)吸(xi)(xi)(xi)附、膜(mo)(mo)分(fen)離(li)(li)、深冷(leng)分(fen)離(li)(li)三者(zhe)結合的(de)(de)技術，提高了各種(zhong)氣(qi)(qi)體組分(fen)的(de)(de)收率和(he)(he)純度。
但是(shi)，隨(sui)著全球經濟的(de)(de)(de)快速(su)發展，對化(hua)工(gong)(gong)產(chan)品(pin)的(de)(de)(de)需求(qiu)日漸(jian)(jian)攀升，同時由(you)于石油資源的(de)(de)(de)日漸(jian)(jian)緊(jin)缺，作(zuo)為(wei)化(hua)工(gong)(gong)產(chan)品(pin)生產(chan)原料的(de)(de)(de)石腦油、輕柴油等(deng)原料資源，面臨著越(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)嚴重的(de)(de)(de)短(duan)缺局面。而天然氣(qi)、頁巖氣(qi)作(zuo)為(wei)更為(wei)清潔(jie)的(de)(de)(de)能(neng)源日益受到人(ren)們的(de)(de)(de)重視，隨(sui)著技(ji)術的(de)(de)(de)進步，上(shang)述能(neng)源的(de)(de)(de)開采成本大幅 下降，利(li)用其主要成分甲(jia)烷(wan)其作(zuo)為(wei)化(hua)工(gong)(gong)原料的(de)(de)(de)利(li)用路線也逐漸(jian)(jian)變得有吸引力。其中，利(li)用催化(hua)脫氫技(ji)術將(jiang)甲(jia)烷(wan)轉化(hua)為(wei)制(zhi)備(bei)化(hua)工(gong)(gong)產(chan)品(pin)的(de)(de)(de)技(ji)術正在受到關注。
一(yi)般(ban)地，甲烷的(de)催(cui)(cui)化脫氫(qing)(qing)(qing)催(cui)(cui)化技術形成的(de)產(chan)(chan)品氣(qi)主要(yao)(yao)包(bao)括氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)、乙烯、苯(ben)、萘(nai)以及部分未(wei)反應的(de)甲烷。其中氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)的(de)比例通常(chang)在40-95體(ti)(ti)積％。對于(yu)這(zhe)(zhe)種新(xin)的(de)物料體(ti)(ti)系(xi)，業界還繼(ji)續沿(yan)用傳統(tong)(tong)的(de)深(shen)冷(leng)分離(li)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)，但是甲烷脫氫(qing)(qing)(qing)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)生(sheng)產(chan)(chan)的(de)氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)含量較高，為(wei)了分離(li)出高純度(du)的(de)產(chan)(chan)品，深(shen)冷(leng)分離(li)系(xi)統(tong)(tong)需(xu)要(yao)(yao)多種分離(li)裝置(zhi)和相應的(de)制冷(leng)系(xi)統(tong)(tong)，這(zhe)(zhe)導致(zhi)冷(leng)分離(li)系(xi)統(tong)(tong)投資巨大，同時氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)的(de)純度(du)也無法保證(zheng)(通常(chang)僅在95％左右)。因此需(xu)要(yao)(yao)開發(fa)新(xin)的(de)適應含高濃度(du)氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)體(ti)(ti)系(xi)，且分離(li)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)簡單的(de)生(sheng)產(chan)(chan)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)。
技術實現要素：
本發明的(de)(de)目的(de)(de)在于解(jie)決(jue)現有技術存在的(de)(de)上述問題，從而提供(gong)一種(zhong)氫氣(qi)與(yu)(yu)乙烯的(de)(de)聯(lian)產工藝，以及(ji)一種(zhong)氫氣(qi)與(yu)(yu)乙烯的(de)(de)聯(lian)產工藝所使用的(de)(de)裝置。
為(wei)了(le)實現上述(shu)目的，本發(fa)明的第一個方(fang)面提供了(le)一種(zhong)氫(qing)氣與(yu)乙(yi)烯的聯產(chan)(chan)工藝(yi)，該工藝(yi)包括：將含(han)甲(jia)烷的原料氣進行(xing)甲(jia)烷脫(tuo)氫(qing)反應，得到(dao)含(han)有氫(qing)氣、乙(yi)烯、重組分(fen)烴類和未反應的甲(jia)烷的產(chan)(chan)品氣，再將所述(shu)產(chan)(chan)品氣進行(xing)分(fen)離，得到(dao)氫(qing)氣產(chan)(chan)品和乙(yi)烯產(chan)(chan)品；其中，所述(shu)產(chan)(chan)品氣中氫(qing)氣的含(han)量(liang)為(wei)35體積(ji)％以(yi)上，所述(shu)分(fen)離包括以(yi)下步驟(zou)：
(a)將所述產(chan)品氣(qi)中的重(zhong)組分烴(jing)類分離(li)，以得到重(zhong)組分產(chan)品和(he)含(han)氫氣(qi)、乙烯和(he)甲烷的混(hun)合氣(qi)一；
(b)將所述混(hun)合氣(qi)一升壓(ya)，再進行第一變壓(ya)吸(xi)附分(fen)離，以得到含(han)甲烷(wan)的富乙(yi)烯(xi)氣(qi)和含(han)氫氣(qi)、甲烷(wan)的混(hun)合氣(qi)二(er)；
(c)將所述富乙烯氣(qi)升壓，再進行(xing)冷分離，以(yi)得到(dao)乙烯產(chan)品和(he)甲(jia)烷尾氣(qi)一；將所述混合氣(qi)二(er)進行(xing)第二(er)變壓吸附分離，以(yi)到(dao)氫氣(qi)產(chan)品和(he)甲(jia)烷尾氣(qi)二(er)。
本(ben)發明(ming)的(de)第(di)二(er)個方(fang)面提供了一種上述(shu)氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)(qi)與(yu)乙烯的(de)聯產(chan)(chan)工(gong)藝使用的(de)裝置，該裝置包(bao)括：反應單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)和(he)分(fen)離(li)(li)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)，所(suo)述(shu)反應單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)用于使所(suo)述(shu)含甲(jia)(jia)烷的(de)原料(liao)氣(qi)(qi)進行甲(jia)(jia)烷脫氫(qing)(qing)(qing)反應，得(de)到(dao)產(chan)(chan)品(pin)氣(qi)(qi)，所(suo)述(shu)分(fen)離(li)(li)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)用于將所(suo)述(shu)產(chan)(chan)品(pin)氣(qi)(qi)進行分(fen)離(li)(li)，得(de)到(dao)氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)(qi)產(chan)(chan)品(pin)和(he)乙烯產(chan)(chan)品(pin)；其中，所(suo)述(shu)分(fen)離(li)(li)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)包(bao)括按照物料(liao)流動方(fang)向依次設置的(de)：重組分(fen)脫除(chu)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)、混合氣(qi)(qi)一升壓(ya)(ya)(ya)(ya)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)、第(di)一變(bian)(bian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)吸(xi)附(fu)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)、富乙烯氣(qi)(qi)升壓(ya)(ya)(ya)(ya)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)和(he)冷(leng)分(fen)離(li)(li)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)，所(suo)述(shu)第(di)一變(bian)(bian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)吸(xi)附(fu)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)的(de)下游還設置有(you)第(di)二(er)變(bian)(bian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)吸(xi)附(fu)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)；所(suo)述(shu)富乙烯氣(qi)(qi)升壓(ya)(ya)(ya)(ya)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)與(yu)所(suo)述(shu)第(di)一變(bian)(bian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)吸(xi)附(fu)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)的(de)底部(bu)連接(jie)，所(suo)述(shu)第(di)二(er)變(bian)(bian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)吸(xi)附(fu)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)與(yu)所(suo)述(shu)第(di)一變(bian)(bian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)吸(xi)附(fu)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)的(de)頂部(bu)連接(jie)。
采用本發(fa)(fa)明(ming)的(de)(de)(de)(de)氫氣(qi)與乙烯的(de)(de)(de)(de)聯產工藝以含甲烷的(de)(de)(de)(de)原(yuan)料氣(qi)為原(yuan)料，與使用石腦油、輕柴油為原(yuan)料相(xiang)比，降低了原(yuan)料成本；更重要(yao)的(de)(de)(de)(de)是(shi)，相(xiang)對于傳統的(de)(de)(de)(de)深(shen)冷分離工藝，本發(fa)(fa)明(ming)的(de)(de)(de)(de)工藝所(suo)獲(huo)得的(de)(de)(de)(de)氫氣(qi)純度高(在99％以上)，具有流程短、能耗低的(de)(de)(de)(de)特點，所(suo)采用的(de)(de)(de)(de)裝置也具有投資小的(de)(de)(de)(de)優勢。
本發明的(de)其它特征(zheng)和(he)優點將在隨后的(de)具體實(shi)施方式部分予以詳細(xi)說明。
附圖說明
通(tong)過結合附(fu)圖對(dui)本發明(ming)示(shi)例(li)(li)性實(shi)施(shi)方式進行(xing)更詳(xiang)細的(de)描述，本發明(ming)的(de)上述以(yi)及其它(ta)目的(de)、特征和優勢將變得更加明(ming)顯(xian)，其中，在本發明(ming)示(shi)例(li)(li)性實(shi)施(shi)方式中，相(xiang)(xiang)同(tong)(tong)的(de)參考標號通(tong)常(chang)代表相(xiang)(xiang)同(tong)(tong)部(bu)件。
圖1示(shi)出(chu)了根(gen)據(ju)本發明(ming)的(de)(de)一種實施方式的(de)(de)氫氣與乙烯的(de)(de)聯(lian)產工藝的(de)(de)流(liu)程圖。
附圖標記說明
u1-反(fan)應單(dan)元(yuan)；u2-重(zhong)組分脫除單(dan)元(yuan)；u3-混合(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)一升(sheng)(sheng)壓(ya)單(dan)元(yuan)；u4-第(di)一變壓(ya)吸(xi)附(fu)單(dan)元(yuan)；u5-富(fu)(fu)乙烯(xi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)升(sheng)(sheng)壓(ya)單(dan)元(yuan)；u6-冷分離單(dan)元(yuan)；u7-第(di)二變壓(ya)吸(xi)附(fu) 單(dan)元(yuan)；u8-甲烷升(sheng)(sheng)壓(ya)單(dan)元(yuan)；101-含甲烷的原料氣(qi)(qi)(qi)(qi)；102-產品(pin)(pin)氣(qi)(qi)(qi)(qi)；201-重(zhong)組分產品(pin)(pin)；301-升(sheng)(sheng)壓(ya)后(hou)的混合(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)一；401-富(fu)(fu)乙烯(xi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)；501-升(sheng)(sheng)壓(ya)后(hou)的富(fu)(fu)乙烯(xi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)；601-乙烯(xi)產品(pin)(pin)；602-甲烷尾(wei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)一；701-氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)產品(pin)(pin)；702-甲烷尾(wei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)二；801-升(sheng)(sheng)壓(ya)后(hou)的甲烷尾(wei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)二。
具體實施方式
下面將(jiang)參照附圖(tu)更詳細地(di)(di)描述本發(fa)明(ming)的優選(xuan)實(shi)施方(fang)式(shi)(shi)。雖然附圖(tu)中顯示了本發(fa)明(ming)的優選(xuan)實(shi)施方(fang)式(shi)(shi)，然而(er)應該理(li)解，可(ke)以以各種形式(shi)(shi)實(shi)現(xian)本發(fa)明(ming)而(er)不應被這里(li)闡述的實(shi)施方(fang)式(shi)(shi)所限制。相反，提(ti)供這些(xie)實(shi)施方(fang)式(shi)(shi)是為了使本發(fa)明(ming)更加透徹(che)和完整(zheng)，并且能夠將(jiang)本發(fa)明(ming)的范圍完整(zheng)地(di)(di)傳達給本領域的技(ji)術人員。
根據(ju)本(ben)發明(ming)的(de)(de)第一(yi)個(ge)方面，本(ben)發明(ming)提供(gong)了一(yi)種氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)(qi)與乙(yi)烯(xi)的(de)(de)聯產(chan)工(gong)藝，該工(gong)藝包括：將含甲(jia)烷(wan)的(de)(de)原料氣(qi)(qi)(qi)進行(xing)甲(jia)烷(wan)脫氫(qing)(qing)反應，得到(dao)含有氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)(qi)、乙(yi)烯(xi)、重組分烴類和(he)未(wei)反應的(de)(de)甲(jia)烷(wan)的(de)(de)產(chan)品(pin)氣(qi)(qi)(qi)，再將所(suo)述(shu)產(chan)品(pin)氣(qi)(qi)(qi)進行(xing)分離，得到(dao)氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)(qi)產(chan)品(pin)和(he)乙(yi)烯(xi)產(chan)品(pin)；其中，所(suo)述(shu)產(chan)品(pin)氣(qi)(qi)(qi)中氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)含量(liang)為35體積(ji)％以上，所(suo)述(shu)分離包括以下步驟(zou)：
(a)將(jiang)所述產品氣(qi)中的(de)重組(zu)分烴類分離(li)，以得到重組(zu)分產品和(he)含(han)氫氣(qi)、乙烯和(he)甲烷(wan)的(de)混合氣(qi)一；
(b)將所述(shu)混(hun)(hun)合(he)氣(qi)一升(sheng)壓(ya)，再進行第一變壓(ya)吸(xi)附分離(li)，以得(de)到含甲烷(wan)的富乙(yi)烯氣(qi)和含氫氣(qi)、甲烷(wan)的混(hun)(hun)合(he)氣(qi)二；
(c)將所述(shu)富(fu)乙(yi)烯氣(qi)(qi)升壓，再進(jin)行冷分(fen)離，以得到乙(yi)烯產品(pin)和甲(jia)烷尾氣(qi)(qi)一；將所述(shu)混(hun)合氣(qi)(qi)二(er)(er)進(jin)行第二(er)(er)變壓吸附分(fen)離，以得到氫氣(qi)(qi)產品(pin)和甲(jia)烷尾氣(qi)(qi)二(er)(er)。
在本發明中，對(dui)含甲烷(wan)的(de)原(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)沒有特別的(de)限制，可以為(wei)本領(ling)域中以甲烷(wan)為(wei)主要原(yuan)料(liao)(liao)制備烴(jing)類的(de)任何原(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)，例如(ru)甲烷(wan)氣(qi)或者甲烷(wan)與其他碳氫化合物(wu)(wu)混合的(de)天然氣(qi)、巖頁氣(qi)、生物(wu)(wu)沼氣(qi)等。一般(ban)地(di)，所述含甲烷(wan)的(de)原(yuan)料(liao)(liao) 氣(qi)中甲烷(wan)的(de)含量可以為(wei)5-100體積％。優(you)選(xuan)地(di)，所述含甲烷(wan)的(de)原(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)中甲烷(wan)的(de)含量為(wei)80-100體積％。更(geng)優(you)選(xuan)地(di)，所述含甲烷(wan)的(de)原(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)為(wei)甲烷(wan)氣(qi)。
根據本發明，所述甲烷脫氫反應通常在甲烷脫氫催化劑的存在下進行，通過該催化劑的選擇性催化，使甲烷轉化成氫氣、乙烯、重組分烴類等產物，從而得到所述產品氣。優選地，甲烷脫氫反應生成的所述重組分烴類含有苯和/或萘。所述甲烷脫氫催化劑可以根據所要生成的重組分烴類的種類進行選擇，例如可以選自cn1174757a制備的mo/含磷五元環沸石催化劑、cn1102359a制備的mo/hzsm-5和zn/hzsm-5催化劑等。根據本發明的一種優選實施方式，所述甲烷脫氫催化劑還可以選自文獻xiaoguangguoetal.,direct,nonoxidativeconversationofmethanetoethylene,aromaticsandhydrogen；science344,616(2014)所制備的硅化物晶格限域的單中心鐵催化劑
本發(fa)明中，所(suo)述(shu)甲烷(wan)脫氫(qing)反(fan)(fan)(fan)(fan)應的反(fan)(fan)(fan)(fan)應條(tiao)件可以參(can)照現有(you)技術選擇(ze)。例如，所(suo)述(shu)甲烷(wan)脫氫(qing)反(fan)(fan)(fan)(fan)應的反(fan)(fan)(fan)(fan)應條(tiao)件可以包(bao)括：溫度為(wei)200-1500℃，壓力(li)為(wei)常壓至(zhi)3.0mpag。優選情況(kuang)下，所(suo)述(shu)甲烷(wan)脫氫(qing)反(fan)(fan)(fan)(fan)應的反(fan)(fan)(fan)(fan)應條(tiao)件包(bao)括：溫度為(wei)700-1300℃，壓力(li)為(wei)常壓至(zhi)2.0mpag。
本發明的(de)氫氣(qi)(qi)與乙烯(xi)的(de)聯產(chan)工藝對氫氣(qi)(qi)含(han)(han)量在(zai)35體積％以(yi)上的(de)高濃度裂(lie)解干氣(qi)(qi)具有非(fei)常好(hao)的(de)分離效果(guo)，即，能獲得(de)高純度的(de)氫氣(qi)(qi)和乙烯(xi)產(chan)品。在(zai)本發明中，通(tong)常所(suo)(suo)述產(chan)品氣(qi)(qi)中氫氣(qi)(qi)的(de)含(han)(han)量可以(yi)為35-95體積％。從進一步(bu)提高氫氣(qi)(qi)和乙烯(xi)收率的(de)角度出發，優選所(suo)(suo)述產(chan)品氣(qi)(qi)中氫氣(qi)(qi)的(de)含(han)(han)量為40-80體積％。
在本發(fa)明中，通過(guo)步驟(zou)(a)-步驟(zou)(c)實現(xian)對所(suo)述產品(pin)氣(qi)的(de)分離(li)，以(yi) 獲得高純度的(de)所(suo)述乙烯產品(pin)和氫氣(qi)產品(pin)。
步驟(a)中，對所述(shu)重組分(fen)烴(jing)(jing)類(lei)(lei)的分(fen)離可以利用(yong)吸收解吸分(fen)離原理并(bing)根據重組分(fen)烴(jing)(jing)類(lei)(lei)的種類(lei)(lei)進(jin)行選(xuan)擇(ze)。另外(wai)，對所述(shu)產品氣中重組分(fen)烴(jing)(jing)類(lei)(lei)進(jin)行分(fen)離的具體(ti)操作條(tiao)件為本領域(yu)常(chang)規(gui)的選(xuan)擇(ze)，在(zai)此不(bu)再贅述(shu)。
在本發明中，步驟(a)脫除了(le)重組(zu)分(fen)烴類，使得(de)到的混(hun)合(he)(he)氣一(yi)相比于(yu)所(suo)(suo)述產品氣的壓(ya)力(li)降低。為(wei)了(le)滿足變(bian)壓(ya)吸附的條件，在步驟(b)中，需(xu)要對(dui)所(suo)(suo)述混(hun)合(he)(he)氣一(yi)進行(xing)升壓(ya)，所(suo)(suo)述升壓(ya)使得(de)混(hun)合(he)(he)氣一(yi)的壓(ya)力(li)可(ke)以為(wei)1.0-6.0mpag。優選情況下，所(suo)(suo)述升壓(ya)使得(de)混(hun)合(he)(he)氣一(yi)的壓(ya)力(li)為(wei)1.5-4.5mpag。
步(bu)驟(zou)(b)中(zhong)，所(suo)述第一變壓(ya)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)分(fen)離(li)例如可(ke)以(yi)在第一變壓(ya)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)塔(ta)(ta)中(zhong)進(jin)行，通(tong)(tong)過(guo)裝填有吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)的(de)床層，使(shi)混(hun)合氣(qi)(qi)(qi)一的(de)較(jiao)重組(zu)分(fen)乙烯(xi)以(yi)及少量甲(jia)(jia)烷(wan)被吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)，再通(tong)(tong)過(guo)降壓(ya)后(hou)解吸(xi)(xi)從吸(xi)(xi)附(fu)(fu)塔(ta)(ta)的(de)塔(ta)(ta)底排出(chu)以(yi)獲得含(han)(han)甲(jia)(jia)烷(wan)的(de)富(fu)乙烯(xi)氣(qi)(qi)(qi)，而未被吸(xi)(xi)收(shou)(shou)的(de)氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)、甲(jia)(jia)烷(wan)從吸(xi)(xi)附(fu)(fu)塔(ta)(ta)的(de)塔(ta)(ta)頂(ding)排出(chu)，得到含(han)(han)氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)、甲(jia)(jia)烷(wan)的(de)混(hun)合氣(qi)(qi)(qi)二。其中(zhong)，所(suo)述第一變壓(ya)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)分(fen)離(li)的(de)條件(jian)(jian)可(ke)以(yi)為(wei)本領域(yu)常規條件(jian)(jian)，且為(wei)本領域(yu)技術人員(yuan)所(suo)公知。所(suo)使(shi)用的(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)可(ke)以(yi)選自沸石(shi)等。另(ling)外，除了甲(jia)(jia)烷(wan)組(zu)分(fen)，所(suo)述富(fu)乙烯(xi)氣(qi)(qi)(qi)不可(ke)避免地還含(han)(han)有未分(fen)離(li)的(de)氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)。
為了獲(huo)得(de)純(chun)度(du)高的(de)(de)乙(yi)烯(xi)產品(pin)(pin)(pin)，步驟(c)包(bao)括(kuo)對所(suo)(suo)述富(fu)乙(yi)烯(xi)氣(qi)進行(xing)升壓(ya)，再進行(xing)冷分(fen)離，利用精餾原理實現在冷分(fen)離單元對乙(yi)烯(xi)和(he)(he)甲(jia)(jia)烷的(de)(de)分(fen)離，以(yi)獲(huo)得(de)乙(yi)烯(xi)產品(pin)(pin)(pin)和(he)(he)甲(jia)(jia)烷尾氣(qi)一。其中，所(suo)(suo)述升壓(ya)使得(de)所(suo)(suo)述富(fu)乙(yi)烯(xi)氣(qi)的(de)(de)壓(ya)力可(ke)以(yi)為1.0-4.0mpag。所(suo)(suo)述冷分(fen)離的(de)(de)條(tiao)件可(ke)以(yi)包(bao)括(kuo)：溫度(du)為-140℃至(zhi)30℃，壓(ya)力為1.0-4.0mpag。根據甲(jia)(jia)烷脫(tuo)氫反應以(yi)及前(qian)述分(fen)離操作的(de)(de)條(tiao)件不同，通過冷分(fen)離獲(huo)得(de)的(de)(de)乙(yi)烯(xi)產品(pin)(pin)(pin)中，乙(yi)烯(xi)的(de)(de)純(chun)度(du)通常可(ke)以(yi)為80-99.99摩爾％。
本(ben)(ben)發明的(de)步(bu)驟(zou)(c)還包括對所(suo)(suo)述混(hun)合(he)氣二進行第二變壓(ya)吸(xi)(xi)附(fu)分(fen)離，該分(fen)離例如(ru)可(ke)以(yi)在第二變壓(ya)吸(xi)(xi)附(fu)塔中(zhong)進行，通過裝填(tian)有吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)的(de)床(chuang)層，使(shi)甲烷(wan)被(bei)吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)選擇性吸(xi)(xi)收，經逆放(fang)降壓(ya)和沖(chong)洗(xi)在吸(xi)(xi)附(fu)塔的(de)塔底獲得甲烷(wan)尾(wei)氣二，而非(fei)吸(xi)(xi)附(fu)相(xiang)氫氣從吸(xi)(xi)附(fu)塔的(de)塔頂排出，獲得氫氣產品(pin)。同樣(yang)地，所(suo)(suo)述第二變壓(ya)吸(xi)(xi)附(fu)分(fen)離的(de)條(tiao)件也(ye)可(ke)以(yi)是本(ben)(ben)領域(yu)的(de)常規條(tiao)件，并為本(ben)(ben)領域(yu)技術人 員所(suo)(suo)公(gong)知。所(suo)(suo)使(shi)用的(de)吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)可(ke)以(yi)為沸石等。所(suo)(suo)獲得的(de)氫氣產品(pin)中(zhong)，氫氣的(de)純(chun)度(du)可(ke)以(yi)達(da)到99.9體積％以(yi)上。
另外，為了避免甲(jia)烷(wan)氣(qi)體的浪費并節約生產成本，優(you)選本發明的氫氣(qi)與(yu)乙烯的聯產工(gong)藝還包括：將(jiang)所(suo)述(shu)甲(jia)烷(wan)尾氣(qi)一進行(xing)升壓，再循環用于(yu)所(suo)述(shu)甲(jia)烷(wan)脫(tuo)氫反應或(huo)作為所(suo)述(shu)甲(jia)烷(wan)脫(tuo)氫反應的燃料使用；和/或(huo)
將所(suo)(suo)述甲烷尾氣二(er)進(jin)行升壓，再循(xun)環用(yong)于所(suo)(suo)述甲烷脫氫(qing)反(fan)(fan)應(ying)或作為所(suo)(suo)述甲烷脫氫(qing)反(fan)(fan)應(ying)的燃料使用(yong)。
在此情況下，升(sheng)壓(ya)使得所述甲烷(wan)尾氣(qi)一與所述甲烷(wan)尾氣(qi)二的壓(ya)力分(fen)別可以(yi)為0.05-0.5mpag。
根據本發(fa)明(ming)的(de)第(di)(di)二(er)個方(fang)面(mian)，本發(fa)明(ming)提(ti)供了一種上(shang)述(shu)(shu)(shu)氫(qing)(qing)氣(qi)與乙烯的(de)聯產(chan)(chan)(chan)工藝使(shi)用的(de)裝(zhuang)置，如圖1所(suo)(suo)(suo)示，該裝(zhuang)置包括(kuo)：反(fan)應(ying)單(dan)(dan)(dan)(dan)元(yuan)u1和分(fen)(fen)離單(dan)(dan)(dan)(dan)元(yuan)，所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)反(fan)應(ying)單(dan)(dan)(dan)(dan)元(yuan)u1用于使(shi)所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)含甲(jia)烷的(de)原料氣(qi)進行甲(jia)烷脫氫(qing)(qing)反(fan)應(ying)，得到產(chan)(chan)(chan)品(pin)氣(qi)，所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)分(fen)(fen)離單(dan)(dan)(dan)(dan)元(yuan)用于將所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)產(chan)(chan)(chan)品(pin)氣(qi)進行分(fen)(fen)離，得到氫(qing)(qing)氣(qi)產(chan)(chan)(chan)品(pin)和乙烯產(chan)(chan)(chan)品(pin)；其中，所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)分(fen)(fen)離單(dan)(dan)(dan)(dan)元(yuan)包括(kuo)按(an)照物料流動方(fang)向依次設(she)置的(de)：重組分(fen)(fen)脫除單(dan)(dan)(dan)(dan)元(yuan)u2、混合氣(qi)一升(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)單(dan)(dan)(dan)(dan)元(yuan)u3、第(di)(di)一變(bian)壓(ya)(ya)吸(xi)附(fu)(fu)單(dan)(dan)(dan)(dan)元(yuan)u4、富乙烯氣(qi)升(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)單(dan)(dan)(dan)(dan)元(yuan)u5和冷(leng)分(fen)(fen)離單(dan)(dan)(dan)(dan)元(yuan)u6，所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)第(di)(di)一變(bian)壓(ya)(ya)吸(xi)附(fu)(fu)單(dan)(dan)(dan)(dan)元(yuan)u4的(de)下游還設(she)置有第(di)(di)二(er)變(bian)壓(ya)(ya)吸(xi)附(fu)(fu)單(dan)(dan)(dan)(dan)元(yuan)u7；所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)富乙烯氣(qi)升(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)單(dan)(dan)(dan)(dan)元(yuan)u5與所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)第(di)(di)一變(bian)壓(ya)(ya)吸(xi)附(fu)(fu)單(dan)(dan)(dan)(dan)元(yuan)u4的(de)底部連接，所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)第(di)(di)二(er)變(bian)壓(ya)(ya)吸(xi)附(fu)(fu)單(dan)(dan)(dan)(dan)元(yuan)u7與所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)第(di)(di)一變(bian)壓(ya)(ya)吸(xi)附(fu)(fu)單(dan)(dan)(dan)(dan)元(yuan)u4的(de)頂(ding)部連接。
所述(shu)產品(pin)氣(qi)可以(yi)與溶劑(ji)進行接(jie)觸(chu)以(yi)脫(tuo)除(chu)(chu)其(qi)中的重(zhong)(zhong)(zhong)組(zu)(zu)(zu)分(fen)烴類(lei)，為了(le)使兩者進行充分(fen)接(jie)觸(chu)，反應(ying)單(dan)元(yuan)u1可以(yi)與重(zhong)(zhong)(zhong)組(zu)(zu)(zu)分(fen)脫(tuo)除(chu)(chu)單(dan)元(yuan)u2的底部連接(jie)使產品(pin)氣(qi)進入，溶劑(ji)從重(zhong)(zhong)(zhong)組(zu)(zu)(zu)分(fen)脫(tuo)除(chu)(chu)單(dan)元(yuan)u2的頂部進入。另(ling)外，得到所述(shu)混(hun)(hun)合(he)氣(qi)一的重(zhong)(zhong)(zhong)組(zu)(zu)(zu)分(fen)脫(tuo)除(chu)(chu)單(dan)元(yuan)u2的頂部還可以(yi)與升壓單(dan)元(yuan)u3連接(jie)，使混(hun)(hun)合(he)氣(qi)一從頂部排出進行升壓。
具體地，分(fen)離(li)(li)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)對所(suo)述(shu)(shu)產(chan)品(pin)(pin)氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)分(fen)離(li)(li)通過以下方式實(shi)現：首先(xian)，利用重組(zu)分(fen)脫除(chu)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)u2分(fen)離(li)(li)所(suo)述(shu)(shu)產(chan)品(pin)(pin)氣(qi)(qi)(qi)(qi)，得到(dao)重組(zu)分(fen)產(chan)品(pin)(pin)和(he)混合(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)一；接著， 混合(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)一升壓單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)u3將混合(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)一升壓，再利用第(di)(di)一變壓吸附(fu)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)u4分(fen)離(li)(li)混合(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)一，得到(dao)所(suo)述(shu)(shu)富(fu)乙烯氣(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)混合(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)二；隨(sui)后，富(fu)乙烯氣(qi)(qi)(qi)(qi)升壓單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)u5將所(suo)述(shu)(shu)富(fu)乙烯氣(qi)(qi)(qi)(qi)升壓，再利用冷分(fen)離(li)(li)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)u6使(shi)富(fu)乙烯氣(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)離(li)(li)，得到(dao)乙烯產(chan)品(pin)(pin)和(he)甲(jia)烷尾氣(qi)(qi)(qi)(qi)一；利用第(di)(di)二變壓吸附(fu)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)u7分(fen)離(li)(li)所(suo)述(shu)(shu)混合(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)二，得到(dao)氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)產(chan)品(pin)(pin)和(he)甲(jia)烷尾氣(qi)(qi)(qi)(qi)二。
在本發明中(zhong)，所述反應單元u1可以設(she)置(zhi)有包(bao)含催(cui)化劑的反應器(qi)，以使所述甲(jia)烷脫(tuo)氫反應在甲(jia)烷脫(tuo)氫催(cui)化劑存在下進行(xing)。本發明的第一變壓吸(xi)附單元u4和所述第二(er)變壓吸(xi)附單元u7分別(bie)可以為變壓吸(xi)附塔(ta)。
根據本(ben)發(fa)明，為了實(shi)現對(dui)分離(li)后得到(dao)的(de)(de)甲烷(wan)(wan)的(de)(de)再次使用，優選所述裝置還包括(kuo)：設置在所述冷(leng)分離(li)單(dan)元(yuan)u6和/或第二變壓(ya)(ya)吸附(fu)(fu)單(dan)元(yuan)u7下游的(de)(de)甲烷(wan)(wan)升壓(ya)(ya)單(dan)元(yuan)u8。所述甲烷(wan)(wan)升壓(ya)(ya)單(dan)元(yuan)u8用于對(dui)冷(leng)分離(li)單(dan)元(yuan)u6分離(li)的(de)(de)甲烷(wan)(wan)尾氣一和/或第二變壓(ya)(ya)吸附(fu)(fu)單(dan)元(yuan)u7分離(li)的(de)(de)甲烷(wan)(wan)尾氣二進行升壓(ya)(ya)。
在(zai)本發(fa)明中，用于升(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)的(de)混合氣一(yi)升(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)單元u3、富乙烯氣升(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)單元u5以(yi)及甲烷(wan)升(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)單元u8分別可以(yi)為壓(ya)(ya)縮機。
本(ben)發明的氫氣與乙(yi)烯(xi)的聯產工藝使(shi)用(yong)的裝(zhuang)置(zhi)結(jie)合(he)了重組分(fen)烴類分(fen)離(li)單(dan)元(yuan)、變壓(ya)吸(xi)附單(dan)元(yuan)和(he)冷分(fen)離(li)單(dan)元(yuan)，該裝(zhuang)置(zhi)避免了深冷分(fen)離(li)需要(yao)使(shi)用(yong)多種精餾裝(zhuang)置(zhi)以及相應的制(zhi)冷設備(bei)和(he)制(zhi)冷劑的使(shi)用(yong)，所以不僅能實現獲得高(gao)純度的氫氣和(he)乙(yi)烯(xi)，還具有設備(bei)投資低的特點。
根據本發明(ming)的一種具體實施(shi)方(fang)式，所述(shu)氫氣(qi)與乙烯(xi)的聯產(chan)工藝(yi)(yi)可以按照圖(tu)1所示的流程進行，該工藝(yi)(yi)的流程包括(kuo)步驟(zou)：
(1)使含(han)甲(jia)烷的原料氣(qi)101在反應單元u1中進行甲(jia)烷脫氫反應，得到產品氣(qi)102；
(2)使(shi)所述產品氣102進入重組分(fen)脫除單元(yuan)u2進行(xing)吸(xi)收解吸(xi)分(fen)離(li)，得到重組分(fen)產品201和含氫氣、乙烯和甲烷的(de)混合(he)氣一；
(3)將混(hun)(hun)(hun)合(he)氣(qi)一(yi)經混(hun)(hun)(hun)合(he)氣(qi)一(yi)升(sheng)壓(ya)單(dan)元(yuan)(yuan)u3升(sheng)壓(ya)至1.0-6.0mpag，優選為1.5-4.5mpag，更優選為2.0mpag，得到升(sheng)壓(ya)后的(de)混(hun)(hun)(hun)合(he)氣(qi)一(yi)301，再送(song)至 第(di)一(yi)變壓(ya)吸附單(dan)元(yuan)(yuan)u4進行分離，得到含(han)甲烷(wan)的(de)富乙烯氣(qi)401和(he)含(han)氫(qing)氣(qi)、甲烷(wan)的(de)混(hun)(hun)(hun)合(he)氣(qi)二；
(4)將所述(shu)富乙烯(xi)氣(qi)(qi)401經富乙烯(xi)氣(qi)(qi)升(sheng)壓單(dan)元u5升(sheng)壓至1.0-4.0mpag，優(you)選(xuan)為3.2mpag，獲得升(sheng)壓后的(de)富乙烯(xi)氣(qi)(qi)501，再(zai)通過(guo)冷分(fen)離(li)單(dan)元u6進(jin)行(xing)分(fen)離(li)，得到(dao)乙烯(xi)產品601和甲烷尾氣(qi)(qi)一(yi)602；將所述(shu)混合氣(qi)(qi)二送至第二變壓吸附單(dan)元u7進(jin)行(xing)分(fen)離(li)，得到(dao)氫氣(qi)(qi)產品701和甲烷尾氣(qi)(qi)二702；
(5)將所述甲(jia)烷(wan)尾(wei)氣(qi)二702經甲(jia)烷(wan)升壓單(dan)元u8升壓至0.05-0.5mpag，優(you)選為0.15mpag后，得到升壓后的甲(jia)烷(wan)尾(wei)氣(qi)二801，將其(qi)送回反(fan)應(ying)單(dan)元u1中進行(xing)甲(jia)烷(wan)脫氫反(fan)應(ying)。
下面通過(guo)實施(shi)例詳(xiang)細說明本發明，但本發明不(bu)受實施(shi)例的限(xian)制。
以下實施例中，脫氫催化劑為參照文獻direct,nonoxidativeconversationofmethanetoethylene,aromaticsandhydrogen；xiaoguangguoetal.,science344,616(2014)所制備的
實施例1
按照附圖1所示的(de)工藝(yi)流(liu)程生(sheng)產氫(qing)氣和乙烯(xi)。各種(zhong)物流(liu)的(de)主要組成和條件參數如表1所示。在反(fan)應(ying)單元(yuan)u1中，甲(jia)烷(wan)脫氫(qing)反(fan)應(ying)的(de)反(fan)應(ying)溫度(du)為(wei)1050℃，壓力為(wei)0.05mpag。
表1
由表(biao)1可以看(kan)出，采用(yong)本發明的(de)(de)(de)氫氣與乙(yi)烯(xi)的(de)(de)(de)聯產(chan)工藝(yi)獲得的(de)(de)(de)氫氣產(chan)品(pin)(pin)701的(de)(de)(de)純(chun)(chun)度達(da)到(dao)99％以上，乙(yi)烯(xi)產(chan)品(pin)(pin)601的(de)(de)(de)純(chun)(chun)度甚(shen)至接近100％，可見，采用(yong)本發明的(de)(de)(de)工藝(yi)能夠生產(chan)獲得高(gao)純(chun)(chun)度的(de)(de)(de)氫氣和乙(yi)烯(xi)。
以上已(yi)經描述了(le)本(ben)發明的(de)(de)(de)各實施(shi)方(fang)式(shi)，上述說(shuo)明是示(shi)例性(xing)的(de)(de)(de)，并非窮(qiong)盡性(xing)的(de)(de)(de)，并且也不限于所披(pi)露的(de)(de)(de)各實施(shi)方(fang)式(shi)。在不偏離所說(shuo)明的(de)(de)(de)各實施(shi)方(fang)式(shi)的(de)(de)(de)范(fan)圍和精(jing)神的(de)(de)(de)情況下，對于本(ben)技術(shu)(shu)領域(yu)的(de)(de)(de)普通技術(shu)(shu)人員(yuan)來說(shuo)許多修改(gai)和變更都是顯而易見的(de)(de)(de)。