一种由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统和方法
阅读说明：本技术 一种由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统和方法 (System and method for co-producing ethylene, propylene and butylene through catalytic dehydration of methanol ) 是由 李学刚 肖文德 阎建民 罗漫 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统和方法。该系统包括反应单元和分离单元,其中反应单元包括预反应器、工艺蒸汽塔和主反应器,分离单元包括急冷器、压缩机及分离塔；主反应器采用ZSM-5分子筛催化剂,分离单元包含3个产品塔,即乙烯塔、丙烯塔和丁烯塔,分别得到高纯度的乙烯、丙烯和丁烯产品,且部分乙烷、丙烷、丁烷以及碳五和碳六烃类返回主反应器,其他物料作为副产物采出。与现有MTO或MTP技术相比,本发明除生产丙烯和乙烯外,还可联产丁烯,同时降低循环烃量,提高反应效率,降低单位能耗。(The invention relates to a system and a method for co-producing ethylene, propylene and butylene through catalytic dehydration of methanol. The system comprises a reaction unit and a separation unit, wherein the reaction unit comprises a pre-reactor, a process steam tower and a main reactor, and the separation unit comprises a quencher, a compressor and a separation tower; the main reactor adopts a ZSM-5 molecular sieve catalyst, the separation unit comprises 3 product towers, namely an ethylene tower, a propylene tower and a butylene tower, high-purity ethylene, propylene and butylene products are respectively obtained, part of ethane, propane, butane, C five and C six hydrocarbons return to the main reactor, and other materials are extracted as byproducts. Compared with the prior MTO or MTP technology, the method can produce propylene and ethylene, also can co-produce butylene, simultaneously reduces the amount of circulating hydrocarbon, improves the reaction efficiency and reduces the unit energy consumption.)
技术领域
本发明属于化工
技术领域
，尤其是涉及一种由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统和方法。背景技术
低碳烯烃，包括乙烯、丙烯和丁烯等，是重要的化工基础原料，是生产三大合成材料(合成树脂、合成纤维及合成橡胶)的单体，同时还是合成洗涤剂、医药、燃料、香精等精细化学品的重要原料或中间体。
低碳烯烃的生产过去主要依靠石油路线，包括蒸汽裂解和催化裂化过程。由于我国石油储量有限，国际石油价格大幅波动使烯烃市场充满了不确定性。近年来，以煤基甲醇制烯烃/甲醇制丙烯(MTO/MTP，methanol to olefin/propylene)和丙烷脱氢(PDH，propanedehydragenation)为代表的非油路线发展迅速，增加了国内低碳烯烃来源的多样性。然而，已经工业化的MTO、MTP、PDH等技术的主要产物是乙烯和丙烯。以Lurgi公司开发的MTP技术为例，主要产物是丙烯，而包括丁烯在内的C4～C6则返回主反应器。
近年来，随着生态环保意识的提高，生物可降解材料受到越来越多的关注和重视，在包装、农用地膜等领域大有取代传统聚烯烃的前景。丁烯的衍生物丁二醇是重要的生物可降解材料单体，因此，扩大丁烯的产能及来源多样性变得具有现实意义。
专利CN201710438828公开了一种甲醇制烯烃的方法和系统，将得到的含有乙烯、丙烯的产物物流经过换热和水洗后一部分作为调节气返回所述粗甲醇，另一部分进行烯烃分离得到乙烯和丙烯。CN200910172577和CN200910172577分别公开了一种甲醇脱水制烯烃的方法和工艺，其主要思路是甲醇先经催化蒸馏反应得到二甲醚物流，然后进入移动床反应器与ZSM-5沸石分子筛催化剂接触并反应，产物分离得到的乙烯和丙烯产品出装置，得到的C4烃物流和C5～C7烃物流分别进入两个固定床反应器，进一步反应得到低碳烃类并返回分离单元。CN201910509571公开了一种甲醇制丙烯技术中提高烯烃产量的方法，即MTP产物分离后，将得到的C2烃(包括乙烯)、C4(包括丁烯)以及C5～C7作为循环烃产物流重新送回MTP反应器，达到增产烯烃，即丙烯的目的。上述专利的统一特点是从分离单元仅采出丙烯(和乙烯)产品，包括C4在内的其他烃类均返回主反应器或进入另外的反应器进一步反应，以提高主产物丙烯(和乙烯)的收率，而无丁烯产品采出。
发明内容
本发明的目的是提供一种由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统和方法。
本发明通过将甲醇催化脱水的产物进行分离，联产得到高纯度的乙烯、丙烯和丁烯产品，同时将分离得到的部分乙烷、部分丙烷、部分丁烷及部分碳五和碳六烃类返回主反应器，以提高目标产物的收率，解决了传统MTO或MTP技术只产丙烯(和乙烯)而不产丁烯的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明首先提供一种由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统，包括反应单元和分离单元，
所述反应单元包括预反应器、工艺蒸汽塔和主反应器，
所述分离单元包括急冷器及多个分离塔，
所述预反应器用于使甲醇发生部分脱水反应，所述工艺蒸汽塔用于将来自所述急冷器的水加热并汽化成蒸汽，
所述主反应器用于使预反应器的反应产物以及来自分离单元的部分乙烷、部分丙烷、部分丁烷以及部分碳五和碳六烃类和蒸汽与催化剂接触并反应；
所述急冷器用于接收换热后的主反应器的产物，进行脱水，以得到烃类混合物，
所述分离塔用于对压缩后的烃类混合物进行分离，所述分离塔包括乙烯塔、丙烯塔、丁烯塔、脱碳四塔、脱碳三塔、脱碳二塔、脱甲烷塔及脱碳六塔，
所述分离塔中乙烯塔、丙烯塔和丁烯塔分别用于得到高纯乙烯、丙烯和丁烯产品，
其他分离塔用于实现不同混合物的分离，分离单元得到的部分乙烷、部分丙烷、部分丁烷以及部分碳五和碳六烃类返回主反应器，其他物料作为副产物采出。
在本发明的一个实施方式中，所述预反应器为固定床反应器，所述固定床反应器采用的催化剂选自沸石、氧化铝或硅铝酸盐催化剂中的至少一种，优选为氧化铝。
在本发明的一个实施方式中，所述主反应器选自单段或多段式轴向固定床、径向固定床、流化床或移动床中的一种。
在本发明的一个实施方式中，所述主反应器选自带有侧线进料的多段串联式轴向固定床反应器、单段多通道轴向固定床反应器或径向固定床反应器。
在本发明的一个实施方式中，所述分离单元还包括压缩机，所述压缩机用于对急冷器所得烃类混合物进行压缩后再进入分离塔。
在本发明的一个实施方式中，在所述反应单元和分离单元之间还设置有换热器，所述换热器用于对主反应器的产物进入所述急冷器之间进行换热。在本发明的一个实施方式中，所述换热器可以为间壁式换热器。
在本发明的一个实施方式中，所述急冷器为水洗塔或间壁式换热器。
在本发明的一个实施方式中，根据脱烷基的顺序不同，所述分离塔中乙烯塔、丙烯塔、丁烯塔、脱碳四塔、脱碳三塔、脱碳二塔、脱甲烷塔及脱碳六塔以不同方式进行连接。
例如，可以选择前脱丁烷分离顺序、前脱丙烷分离顺序或前脱乙烷分离顺序。
在本发明的一个实施方式中，所述工艺蒸汽塔用于将来自所述急冷器的水加热并汽化成蒸汽。
本发明还提供一种甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的方法，基于上述系统进行，包括以下步骤：
(1)预反应阶段：甲醇进入预反应器发生部分脱水反应，得到甲醇、二甲醚和水的混合物；
(2)主反应阶段：来自预反应阶段的甲醇、二甲醚和水的混合物与来自工艺蒸汽塔的蒸汽形成的混合物进入主反应器与催化剂接触并反应，得到含乙烯、丙烯和丁烯的混合物；
(3)油水分离阶段：来自主反应阶段的含乙烯、丙烯和丁烯的混合物进入急冷器，降低温度并脱除水分，得到烃类混合物，脱除的部分水返回工艺蒸发塔，余下的水从系统采出；
(4)压缩及精馏阶段：来自油水分离阶段的烃类混合物经压缩机压缩后，经脱碳四塔、脱碳三塔、脱碳二塔、丁烯塔、丙烯塔、脱甲烷塔、乙烯塔及脱碳六塔切割，得到的高纯乙烯、高纯丙烯和高纯丁烯作为产品从体系排出，得到的部分碳五和碳六烃类、部分丁烷、部分丙烷及部分乙烷形成的混合烃类返回主反应器，余下的碳五和碳六烃类、丁烷、丙烷、乙烷及全部的甲烷和高碳烃类作为副产物从体系采出。
在本发明的一个实施方式中，所述预反应器出口温度为150～450℃，操作压力为0.1～0.5MPa，所述主反应器出口温度为450～550℃，操作压力为0.1～0.5MPa。
在本发明的一个实施方式中，所述工艺蒸汽塔出口温度为100～300℃。
在本发明的一个实施方式中，所述甲醇、二甲醚和水的混合物在进入急冷器之前，还经过至少一次换热器以回收热量，所述急冷器出口得到的烃类混合物温度为30～90℃。
在本发明的一个实施方式中，所述分离塔进行烃类混合物切割分离的顺序包括前脱丁烷分离顺序、前脱丙烷分离顺序或前脱乙烷分离顺序。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下方面：
通过丁烯塔从碳四物料切割出高纯丁烯产品出系统，剩余的丁烷一部分返回主反应器，余下的作为副产物出系统，不仅解决了传统甲醇制烯烃技术只产丙烯(和乙烯)而不产丁烯的问题，同时还降低循环烃量，提高反应效率，降低单位能耗。
附图说明
图1：本发明一实施方式中由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统结构示意图。
图2：本发明实施例1中由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统结构示意图。
图3：本发明实施例2中由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统结构示意图。
图4：本发明实施例3中由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统结构示意图。
图中标号：
100、反应单元；
101、预反应器，102、主反应器，103、工艺蒸汽塔；
200、分离单元；
201、急冷器，202、第一压缩机，203、第二压缩机，204、脱碳四塔，205、脱碳三塔，206、脱碳二塔，207、丁烯塔，208、丙烯塔，209、脱甲烷塔，210、乙烯塔，211、脱碳六塔。
1、甲醇，2、甲醇、二甲醚和水的混合物，3、蒸汽，4、甲醇、二甲醚、水、蒸汽的混合物，5、水，6、含乙烯、丙烯和丁烯的混合物，7、采出水，8、烃类混合物，9、压缩后烃类混合物，10、碳四及以下烃类，11、碳五及以上烃类，12、碳四，13、碳三及以下烃类，14、碳二和甲烷混合物，15、碳三，16、高纯丁烯，17、丁烷，18、余下丁烷，19、部分丁烷，20、丙烷，21、余下丙烷，22、部分丙烷，23、高纯丙烯，24、压缩后碳二和甲烷混合物，25、甲烷，26、碳二，27、高纯乙烯，28、乙烷，29、部分碳五和碳六烃类，30、余下碳五和碳六烃类，31、高碳烃类，32、碳五和碳六烃类，33、混合烃类，34、余下乙烷，35、部分乙烷，36、碳四及以上烃类，37、压缩后碳三及以下烃类，38、碳二及碳三混合物，39、碳二及甲烷混合物，40、碳三及以上烃类。
具体实施方式
参考图1，本发明首先提供一种由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统，包括反应单元100和分离单元200，所述反应单元100包括预反应器101、工艺蒸汽塔103和主反应器102，所述分离单元200包括急冷器201及多个分离塔，所述预反应器101用于使甲醇发生部分脱水反应，所述工艺蒸汽塔103用于将来自所述急冷器201的水加热并汽化成蒸汽3，所述主反应器102用于使预反应器101的反应产物以及来自分离单元200的部分乙烷、部分丙烷、部分丁烷以及部分碳五和碳六烃类和蒸汽与催化剂接触并反应；所述急冷器201用于接收换热后的主反应器102的产物，进行脱水，以得到烃类混合物，所述分离塔用于对压缩后的烃类混合物进行分离，所述分离塔包括乙烯塔210、丙烯塔208、丁烯塔207、脱碳四塔204、脱碳三塔205、脱碳二塔206、脱甲烷塔209及脱碳六塔211，所述分离塔中乙烯塔210、丙烯塔208和丁烯塔207分别用于得到高纯乙烯、丙烯和丁烯产品，其他分离塔用于实现不同混合物的分离，分离单元200得到的部分乙烷、部分丙烷、部分丁烷以及部分碳五和碳六烃类返回主反应器102，其他物料作为副产物采出。
在本发明的一个实施方式中，所述预反应器101为固定床反应器，所述固定床反应器采用的催化剂选自沸石、氧化铝或硅铝酸盐催化剂中的至少一种，优选为氧化铝。
在本发明的一个实施方式中，所述主反应器102选自单段或多段式轴向固定床、径向固定床、流化床或移动床中的一种。
在本发明的一个实施方式中，所述分离单元200还包括压缩机，所述压缩机用于对急冷器201所得烃类混合物进行压缩后再进入分离塔。
在本发明的一个实施方式中，在所述反应单元100和分离单元200之间还设置有换热器，所述换热器用于对主反应器102的产物进入所述急冷器201之间进行换热。在本发明的一个实施方式中，所述换热器可以为间壁式换热器。
在本发明的一个实施方式中，所述急冷器201为水洗塔或间壁式换热器。
在本发明的一个实施方式中，根据脱烷基的顺序不同，所述分离塔中乙烯塔210、丙烯塔208、丁烯塔207、脱碳四塔204、脱碳三塔205、脱碳二塔206、脱甲烷塔209及脱碳六塔211以不同方式进行连接。例如，可以选择前脱丁烷分离顺序、前脱丙烷分离顺序或前脱乙烷分离顺序。
参考图1，本发明还提供一种甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的方法，基于上述系统进行，包括以下步骤：
(1)预反应阶段：甲醇进入预反应器101发生部分脱水反应，得到甲醇、二甲醚和水的混合物；
(2)主反应阶段：来自预反应阶段的甲醇、二甲醚和水的混合物与来自工艺蒸汽塔103的蒸汽形成的混合物进入主反应器102与催化剂接触并反应，得到含乙烯、丙烯和丁烯的混合物；
(3)油水分离阶段：来自主反应阶段的含乙烯、丙烯和丁烯的混合物进入急冷器，降低温度并脱除水分，得到烃类混合物，脱除的部分水返回工艺蒸发塔，余下的水从系统采出；
(4)压缩及精馏阶段：来自油水分离阶段的烃类混合物经压缩机压缩后，经脱碳四塔204、脱碳三塔205、脱碳二塔206、丁烯塔207、丙烯塔208、脱甲烷塔209、乙烯塔210及脱碳六塔211切割，得到的高纯乙烯、高纯丙烯和高纯丁烯作为产品从体系排出，得到的部分碳五和碳六烃类、部分丁烷、部分丙烷及部分乙烷形成的混合烃类返回主反应器，余下的碳五和碳六烃类、丁烷、丙烷、乙烷及全部的甲烷和高碳烃类作为副产物从体系采出。
在本发明的一个实施方式中，所述预反应器101出口温度为150～450℃，操作压力为0.1～0.5MPa，所述主反应器102出口温度为450～550℃，操作压力为0.1～0.5MPa。
在本发明的一个实施方式中，所述工艺蒸汽塔103出口温度为100～300℃。
在本发明的一个实施方式中，所述甲醇、二甲醚和水的混合物在进入急冷器201之前，还经过至少一次换热器以回收热量，所述急冷器201出口得到的烃类混合物温度为30～90℃。
在本发明的一个实施方式中，所述分离塔进行烃类混合物切割分离的顺序包括前脱丁烷分离顺序、前脱丙烷分离顺序或前脱乙烷分离顺序。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1
本实施例提供一种由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统，如图2所示，包括反应单元100和分离单元200，其中反应单元100包括预反应器101、工艺蒸汽塔103和主反应器102，分离单元200包括急冷器201、第一压缩机202、第二压缩机203及多个分离塔，具体而言，分离塔包括脱碳四塔204、脱碳三塔205、脱碳二塔206、丁烯塔207、丙烯塔208、脱甲烷塔209、乙烯塔210及脱碳六塔211。
本实施例由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统联产得到高纯乙烯27、高纯丙烯23和高纯丁烯16产品，得到的部分乙烷35、部分丙烷22、部分丁烷19及部分碳五和碳六烃类29返回所述主反应器102，余下的采出水7、余下乙烷34、余下丙烷21、余下丁烷18、余下碳五和碳六烃类30以及全部的甲烷25和高碳烃类31作为副产物从系统排出。
本实施例中，所述预反应器101为固定床反应器，采用的催化剂为γ-Al2O3。所述反应器102为带有侧线进料的多段串联式轴向固定床反应器，采用ZSM-5分子筛催化剂。所述工艺蒸汽塔103将来自所述急冷器201的水5加热并汽化成蒸汽3。所述急冷器201为水洗塔。所述分离单元200采取前脱丁烷分离顺序，其中分离塔包括脱碳四塔204、脱碳三塔205、脱碳二塔206、丁烯塔207、丙烯塔208、脱甲烷塔209、乙烯塔210及脱碳六塔211。
某化工厂以甲醇为原料催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯，应用如图2所示的由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统，包括以下步骤：
(1)预反应阶段：甲醇1进入预反应器101发生部分脱水反应，反应器出口温度为250℃，操作压力为0.15MPa，得到甲醇、二甲醚和水的混合物2；
(2)主反应阶段：来自预反应阶段的甲醇、二甲醚和水的混合物2与来自工艺蒸汽塔103的蒸汽3形成的甲醇、二甲醚、水、蒸汽的混合物4进入主反应器102与ZSM-5分子筛催化剂接触并反应，甲醇、二甲醚、水、蒸汽的混合物4中水的质量分数为20％，工艺蒸汽塔103出口温度250℃，主反应器102出口温度为460℃，操作压力为0.14MPa，得到含乙烯、丙烯和丁烯的混合物6；
(3)油水分离阶段：来自主反应阶段的含乙烯、丙烯和丁烯的混合物6经过一次间壁式换热器以回收热量，温度降至200℃后进入急冷器201，温度降至85℃并脱除水分，得到烃类混合物8，脱除的部分水5返回工艺蒸发塔103，余下的采出水7从系统采出；
(4)压缩及精馏阶段：来自油水分离阶段的烃类混合物8经第一压缩机202压缩后，得到压缩后烃类混合物9，压缩后烃类混合物9经脱碳四塔204切割成碳四及以下烃类10和碳五及以上烃类11，碳四及以下烃类10经脱碳三塔205切割成碳三及以下烃类13和碳四12，碳三及以下烃类13经脱碳二塔206切割成碳二和甲烷混合物14和碳三15，碳四12经丁烯塔207切割成高纯丁烯16和丁烷17，碳三15经丙烯塔208切割成高纯丙烯23和丙烷20，碳二和甲烷混合物14经第二压缩机203压缩后得到压缩后碳二和甲烷混合物24，压缩后碳二和甲烷混合物24进入脱甲烷塔209，切割成甲烷25和碳二26，碳二26经乙烯塔210切割成高纯乙烯27和乙烷28，碳五及以上烃类11经脱碳六塔211切割成碳五和碳六烃类32和高碳烃类31，碳五和碳六烃类32包括部分碳五和碳六烃类29和余下碳五和碳六烃类30。
其中，部分碳五和碳六烃类29、部分丁烷19、部分丙烷22及部分乙烷35形成的混合烃类33返回主反应器102，余下碳五和碳六烃类30、余下丁烷18、余下丙烷21、余下乙烷34及全部的甲烷25和高碳烃类31作为副产物从体系采出，其中部分乙烷35占乙烷28的比例为0，部分丙烷22占丙烷20的比例为30％，部分丁烷19占丁烷17的比例为50％，部分碳五和碳六烃类29占碳五和碳六烃类32的比例为80％，高纯乙烯27、高纯丙烯23和高纯丁烯16作为产品从体系排出。
实施例2
本实施例提供一种由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统，如图3所示，包括反应单元100和分离单元200，其中反应单元100包括预反应器101、工艺蒸汽塔103和主反应器102，分离单元200包括急冷器201、第一压缩机202、第二压缩机203及多个分离塔，其中分离塔包括脱碳四塔204、脱碳三塔205、脱碳二塔206、丁烯塔207、丙烯塔208、脱甲烷塔209、乙烯塔210及脱碳六塔211。
本实施例由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统联产得到高纯乙烯27、高纯丙烯23和高纯丁烯16产品，得到的部分乙烷35、部分丙烷22、部分丁烷19及部分碳五和碳六烃类29返回所述主反应器102，余下的采出水7、余下乙烷34、余下丙烷21、余下丁烷18、余下碳五和碳六烃类30以及全部的甲烷25和高碳烃类31作为副产物从系统排出。
本实施例中，所述预反应器101为固定床反应器，采用的催化剂为γ-Al2O3。所述反应器102为单段多通道轴向固定床反应器，采用ZSM-5分子筛催化剂。所述工艺蒸汽塔103将来自所述急冷器201的水5加热并汽化成蒸汽3。所述急冷器201为水洗塔。所述分离单元200采取前脱丙烷分离顺序，其中分离塔包括脱碳四塔204、脱碳三塔205、脱碳二塔206、丁烯塔207、丙烯塔208、脱甲烷塔209、乙烯塔210及脱碳六塔211。
某化工厂以甲醇为原料催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯，应用如图3所示的由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统，包括以下步骤：
(1)预反应阶段：甲醇1进入预反应器101发生部分脱水反应，反应器出口温度为300℃，操作压力为0.2MPa，得到甲醇、二甲醚和水的混合物2；
(2)主反应阶段：来自预反应阶段的甲醇、二甲醚和水的混合物2与来自工艺蒸汽塔103的蒸汽3形成的甲醇、二甲醚、水、蒸汽的混合物4进入主反应器102与ZSM-5分子筛催化剂接触并反应，甲醇、二甲醚、水、蒸汽的混合物4中水的质量分数为25％，工艺蒸汽塔103出口温度300℃，主反应器102出口温度为490℃，操作压力为0.19MPa，得到含乙烯、丙烯和丁烯的混合物6；
(3)油水分离阶段：来自主反应阶段的含乙烯、丙烯和丁烯的混合物6经过两次间壁式换热器，温度降至180℃后进入急冷器201，温度降至75℃并脱除水分，得到烃类混合物8，脱除的部分水5返回工艺蒸发塔103，余下的采出水7从系统采出；
(4)压缩及精馏阶段：来自油水分离阶段的烃类混合物8经第一压缩机202压缩后，得到压缩后烃类混合物9，压缩后烃类混合物9经脱碳三塔205切割成碳三及以下烃类13和碳四及以上烃类36，碳三及以下烃类13经第二压缩机203压缩后得到压缩后碳三及以下烃类37，压缩后碳三及以下烃类37进入脱甲烷塔209，切割成甲烷25和碳二及碳三混合物38，碳二及碳三混合物38经脱碳二塔206切割成碳二26和碳三15，碳二26经乙烯塔210切割成高纯乙烯27和乙烷28，碳三15经丙烯塔208切割成高纯丙烯23和丙烷20，碳四及以上烃类36经脱碳四塔204切割成碳四12和碳五及以上烃类11，碳四12经丁烯塔207切割成高纯丁烯16和丁烷17，碳五及以上烃类11经脱碳六塔211切割成碳五和碳六烃类32和高碳烃类31，碳五和碳六烃类32包括部分碳五和碳六烃类29和余下碳五和碳六烃类30。
其中，得到的部分碳五和碳六烃类29、部分丁烷19、部分丙烷22及部分乙烷35形成的混合烃类33返回主反应器102，余下碳五和碳六烃类30、余下丁烷18、余下丙烷21、余下乙烷34及全部的甲烷25和高碳烃类31作为副产物从体系采出，其中部分乙烷35占乙烷28的比例为3％，部分丙烷22占丙烷20的比例为20％，部分丁烷19占丁烷17的比例为40％，部分碳五和碳六烃类29占碳五和碳六烃类32的比例为70％，高纯乙烯27、高纯丙烯23和高纯丁烯16作为产品从体系排出。
实施例3
本实施例提供一种由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统，如图4所示，包括反应单元100和分离单元200，其中反应单元100包括预反应器101、工艺蒸汽塔103和主反应器102，分离单元200包括急冷器201、第一压缩机202及多个分离塔。其中分离塔包括脱碳四塔204、脱碳三塔205、脱碳二塔206、丁烯塔207、丙烯塔208、脱甲烷塔209、乙烯塔210及脱碳六塔211。
本实施例由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统联产得到高纯乙烯27、高纯丙烯23和高纯丁烯16产品，得到的部分乙烷35、部分丙烷22、部分丁烷19及部分碳五和碳六烃类29返回所述主反应器102，余下的采出水7、余下乙烷34、余下丙烷21、余下丁烷18、余下碳五和碳六烃类30以及全部的甲烷25和高碳烃类31作为副产物从系统排出。
本实施例中，所述预反应器101为固定床反应器，采用的催化剂为γ-Al2O3。所述反应器102为径向固定床反应器，采用ZSM-5分子筛催化剂。所述工艺蒸汽塔103将来自所述急冷器201的水5加热并汽化成蒸汽3。所述急冷器201为水洗塔。所述分离单元200采取前脱乙烷分离顺序，其中分离塔包括脱碳四塔204、脱碳三塔205、脱碳二塔206、丁烯塔207、丙烯塔208、脱甲烷塔209、乙烯塔210及脱碳六塔211。
某化工厂以甲醇为原料催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯，应用如图4所示的由甲醇催化脱水联产乙烯、丙烯和丁烯的系统，包括以下步骤：
(1)预反应阶段：甲醇1进入预反应器101发生部分脱水反应，反应器出口温度为230℃，操作压力为0.12MPa，得到甲醇、二甲醚和水的混合物2；
(2)主反应阶段：来自预反应阶段的甲醇、二甲醚和水的混合物2与来自工艺蒸汽塔103的蒸汽3形成的甲醇、二甲醚、水、蒸汽的混合物4进入主反应器102与ZSM-5分子筛催化剂接触并反应，甲醇、二甲醚、水、蒸汽的混合物4中水的质量分数为18％，工艺蒸汽塔103出口温度280℃，主反应器102出口温度为460℃，操作压力为0.11MPa，得到含乙烯、丙烯和丁烯的混合物6；
(3)油水分离阶段：来自主反应阶段的含乙烯、丙烯和丁烯的混合物6经过两次间壁式换热器，温度降至150℃后进入急冷器201，温度降至60℃并脱除水分，得到烃类混合物8，脱除的部分水5返回工艺蒸发塔103，余下的采出水7从系统采出；
(4)压缩及精馏阶段：来自油水分离阶段的烃类混合物8经第一压缩机202压缩后，得到压缩后烃类混合物9，压缩后烃类混合物9经脱碳二塔206切割成碳二及甲烷混合物39和碳三及以上烃类40，碳二及甲烷混合物39经脱甲烷塔209切割成甲烷25和碳二26，碳二26经乙烯塔210切割成高纯乙烯27和乙烷28，碳三及以上烃类40经脱碳三塔205切割成碳三15和碳四及以上烃类36，碳三15经丙烯塔208切割成高纯丙烯23和丙烷20，碳四及以上烃类36经脱碳四塔204切割成碳四12和碳五及以上烃类11，碳四12经丁烯塔207切割成高纯丁烯16和丁烷17，碳五及以上烃类11经脱碳六塔211切割成碳五和碳六烃类32和高碳烃类31，碳五和碳六烃类32包括部分碳五和碳六烃类29和余下碳五和碳六烃类30。
其中，得到的部分碳五和碳六烃类29、部分丁烷19、部分丙烷22及部分乙烷35形成的混合烃类33返回主反应器102，余下碳五和碳六烃类30、余下丁烷18、余下丙烷21、余下乙烷34及全部的甲烷25和高碳烃类31作为副产物从体系采出，其中部分乙烷35占乙烷28的比例为10％，部分丙烷22占丙烷20的比例为25％，部分丁烷19占丁烷17的比例为35％，部分碳五和碳六烃类29占碳五和碳六烃类32的比例为85％，高纯乙烯27、高纯丙烯23和高纯丁烯16作为产品从体系排出。
对比例1
采用现有的甲醇制丙烯(MTP)技术，主产品为丙烯，主反应器为多段串联式轴向固定床反应器，分离单元采用前脱碳四分离顺序。
各实施例和对比例的效果如下表所示：
实施例1
实施例2
实施例3
对比例
总烯烃收率
72％
85％
88％
60％
其中：乙烯收率
7％
10％
11％
0
丙烯收率
56％
62％
63％
60％
丁烯收率
9％
13％
14％
0
循环烃占主反应器进料比例
36％
28％
22％
50％
单位能耗降低
21％
35％
46％
0
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
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