CN105016952A - 一种乙烷脱氢的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种乙烷脱氢的方法,包括如下步骤:NiCl2粉悬浮于合金熔液上得到NiCl2和合金的悬浮液;乙烷通入NiCl2和合金的悬浮液中反应得到含有C2H4和HCl的混合气体,NiCl2被还原成Ni熔于合金熔液中;将Cl2通入合金熔液中,与Ni反应得到的NiCl2继续与乙烷反应,或将合金熔液分离出,并向其通入空气或氧气,与Ni反应得到的NiO吸收含有C2H4和HCl的混合气体中的HCl,反应后得到NiCl2以及乙烯,得到的NiCl2循环使用。该方法工艺简单、节能、收率高的特点,解决了Ni与NiCl2固体的分离和传质传热性能差的问题,根据生产需要控制乙烷脱氢的深度,在生产乙烯的同时副产部分乙炔。
Description
技术领域
本发明涉及一种乙烷脱氢的新方法,属于化工生产领域。
背景技术
乙烷主要存在于石油气、天然气、焦炉气及石油裂解气中,经分离而得。目前乙烷用途最广的是用来生产乙烯。乙烷制乙烯的方法主要有蒸汽热裂解法,氧化脱氢法等。
蒸汽热裂解法是乙烷制乙烯的传统方法。因为该方法的反应温度在800℃以上,热裂解温度高,能耗大,对设备材质要求苛刻,故生产成本高。同时,产品中也会产生其他重的烯烃如丙烯、丁二烯以及芳香烃等,降低了乙烯收率。
申请号为201210537307.6的专利介绍了一种利用乙烷和氧气分别预热后通过高温反应区制备乙烯和乙炔的方法,该发明虽然可以提高热量的利用率,副产的尾气可以用于合成氨和甲醇,但由于反应得到700~1500℃反应产物容易进一步反应消耗,易产生其他含氧杂质,且工艺设备和操作要求严格。
申请号201410766373X的专利介绍了一种以Ni为媒介的乙烷氯化脱氢制乙烯的方法,该发明通过NiCl2和乙烷反应得到氯化氢和乙烯,其中氯化氢和Ni反应得到NiCl2循环利用,该方法乙烯收率达到90%以上。但是该方法乙烷脱氢过程中产生的Ni不能及时移除容易把NiCl2包裹住,阻止乙烷脱氢反应,同时Ni会加速乙烷的碳化,而且由于是固相反应系统传质传热性能比较差,工业化生产比较不易操作。
发明内容
本发明主要针对申请号201410766373X的专利存在的技术缺陷,提供一种乙烷脱氢的改进方法。本发明具有工艺简单、节能、收率高的特点,解决了Ni与NiCl2固体的分离和传质传热性能差的问题,同时根据生产所需控制乙烷脱氢的深度,在生产乙烯的同时副产部分乙炔。
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明提供一种乙烷脱氢的方法(方法一),包括以下步骤:
(1)将NiCl2粉悬浮于合金熔液上得到NiCl2和合金的悬浮液;
(2)将乙烷通入所述NiCl2和合金的悬浮液中反应,乙烷脱氢得到含有C2H4和HCl的混合气体,NiCl2被还原成Ni熔于合金熔液中;
(3)将Cl2通入步骤(2)得到的合金熔液中,Ni与Cl2发生氯化反应,得到NiCl2并悬浮于合金熔液上继续和乙烷反应;
(4)将步骤(2)得到的含有C2H4和HCl的混合气体用水吸收HCl,即得乙烯同时副产盐酸;或将步骤(2)得到的含有C2H4和HCl的混合气体加入空气或氧气进行氧氯化获得二氯乙烷。
优选的,步骤(1)中,所述合金的金属活泼性低于Ni,且熔点低于步骤(2)的反应温度。此类合金不会与Ni发生置换反应且以熔液态存在,能够使步骤(2)中生成的Ni熔于合金熔液中,实现了Ni和NiCl2固体的分离。
优选的,步骤(1)中,所述合金优选为镍铋合金或在镍铋合金中加入金属活泼性低于镍的金属而形成的多元合金。镍铋合金或在镍铋合金中加入金属活泼性低于镍的金属而形成的多元合金没有特别的限定,常规的镍铋合金、或在镍铋合金中加入金属活泼性低于镍的金属而形成的多元合金都可适用。
优选的,步骤(2)中,所述含有C2H4和HCl的混合气体包含乙炔。
优选的,步骤(2)中,乙烷脱氢的反应温度为550~750℃。
优选的,步骤(2)中,控制乙烷的流速使乙烷转化率大于70%。
优选的,步骤(3)中,氯化反应的温度为550~750℃。
优选的,步骤(3)中,Cl2与Ni的摩尔比不大于1:1,以确保只有Ni转化为NiCl2,而合金中活泼性比Ni低的金属不被氯化。更优选的,Cl2与Ni的摩尔比为0.5~1:1。
另外,本发明还提供一种乙烷脱氢的方法(方法二),上述步骤(3)和步骤(4)由如下步骤(3)和步骤(4)替代,包括如下步骤:
(1)将NiCl2粉悬浮于合金熔液上得到NiCl2和合金的悬浮液;
(2)将乙烷通入所述NiCl2和合金的悬浮液中反应,乙烷脱氢得到含有C2H4和HCl的混合气体,NiCl2被还原成Ni熔于合金熔液中;
(3)将步骤(2)得到的合金熔液分离出,并向分离出的合金熔液通入空气或氧气,Ni与O2发生氧化反应得到NiO并悬浮于合金熔液上,分离得到NiO;
(4)将步骤(3)得到的NiO吸收步骤(2)得到的含有C2H4和HCl的混合气体中的HCl,反应后得到NiCl2以及乙烯,所述得到的NiCl2循环至步骤(1)使用。
优选的,步骤(1)中,所述合金的金属活泼性低于Ni,且熔点低于步骤(2)的反应温度。此类合金不会与Ni发生置换反应且以熔液态存在,能够使步骤(2)中生成的Ni熔于合金熔液中,实现了Ni和NiCl2固体的分离。
优选的,步骤(1)中,所述合金为镍铋合金或在镍铋合金中加入金属活泼性低于镍的金属而形成的多元合金。镍铋合金或在镍铋合金中加入金属活泼性低于镍的金属而形成的多元合金没有特别的限定,常规的镍铋合金、或在镍铋合金中加入金属活泼性低于镍的金属而形成的多元合金都可适用。
优选的,步骤(2)中,所述含有C2H4和HCl的混合气体包含乙炔。
优选的,步骤(2)中,乙烷脱氢的反应温度为550~750℃。
优选的,步骤(2)中,控制乙烷的流速使乙烷转化率大于70%。
优选的,步骤(3)中,氧化反应的温度为550~750℃。
优选的,步骤(3)中,O2与Ni的摩尔比不大于0.5:1,以确保只有Ni转化为NiO,而合金中活泼性比Ni低的金属不被氧化。更优选的,O2与Ni的摩尔比为0.25~0.5:1。
优选的,步骤(4)中,所述NiO吸收步骤(2)得到的含有C2H4和HCl的混合气体中的HCl的反应温度低于350℃,以确保尾气中的C2H4不被氧化。更优选的,所述NiO吸收步骤(2)得到的含有C2H4和HCl的混合气体中的HCl的反应温度为200~350℃。
上述步骤(2)中,控制乙烷的流速使乙烷转化率大于70%,是通过下面的方法来调节:单位时间内收集脱氢尾气去除氯化氢后的气体,测定其中未反应的乙烷量,按下面公式计算乙烷转化率,如果低于70%可通过减小乙烷的流速使转化率大于70%。
乙烷转化率=100%-脱氢尾气去除氯化氢后乙烷摩尔浓度。
上述步骤(2)中,含有C2H4和HCl的混合气体包含乙炔,方法一之步骤(4)中含有C2H4和HCl的混合气体用水吸收HCl,得到乙烯的同时副产部分乙炔;方法二之步骤(4)中NiO吸收含有C2H4和HCl的混合气体中的HCl,得到乙烯的同时副产部分乙炔。乙烯和乙炔混合气体可以再通过常规的分离方法分别获得乙烯和乙炔,常规的分离方法如精馏。本发明可以根据生产需要控制乙烷脱氢的深度,在生产乙烯的同时副产部分乙炔,乙烷脱氢的深度是通过乙烷的流速和乙烷脱氢的反应温度来控制:增大乙烷的流速,副产乙炔增加;提高乙烷脱氢的反应温度,副产乙炔增加。
本发明的乙烷脱氢的方法,基本原理如下:
方法一:
方法二:
(4)NiO+2HCl=NiCl2+H2O
上述两种方法通过媒介Ni均可实现乙烷脱氢反应。方法一,在一个反应釜中实现了Ni的氯化和乙烷的脱氢反应,无需增加设备和分离操作。方法二,将乙烷脱氢的尾气通过NiO层,使HCl与NiO反应产生NiCl2,得到的NiCl2循环至步骤(1)使用,同时实现了尾气中HCl和C2H4的分离,无需补充氯源、工艺简单。此外,本发明氧化或氯化产生的能量可以直接用于乙烷脱氢反应,节能。采用合金作为溶剂一方面改善了系统的传质传热性能,另一方面反应产生的Ni可以熔于合金中,实现了Ni和NiCl2固体的分离,使乙烷脱氢反应持续高效的进行,工业化生产易操作。再者,本发明可以根据生产需要控制乙烷脱氢的深度,在生产乙烯的同时可副产部分乙炔。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解,本发明提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤;还应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且,除非另有说明,各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具,而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容的情况下,当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
(1)将NiCl2粉悬浮于镍铋合金熔液上得到NiCl2和镍铋合金的悬浮液;
(2)将乙烷通入NiCl2和镍铋合金的悬浮液中,反应温度控制为550℃,控制乙烷的流速,使乙烷的转化率为76%,得到含有C2H4和HCl的混合气体,固体NiCl2被还原成Ni熔于镍铋合金熔液中;
(3)将氯气通入步骤2)得到的镍铋合金熔液中,控制氯化的温度为550℃,使Ni与Cl2反应产生NiCl2悬浮于镍铋合金上,控制Cl2与Ni的摩尔比为1:1,NiCl2继续和乙烷反应;
(4)将步骤2)得到的含有C2H4和HCl的混合气体用水吸收掉HCl,即得乙烯同时副产盐酸;乙烷脱氢尾气脱HCl后主要成分参见表1。
表1实施例1乙烷脱氢尾气脱HCl后气相主要成分表
组分名 | 保留时间(min) | 峰面积 | 峰高 | 摩尔浓度(%) |
甲烷 | 0.866 | 166502 | 119808 | 0.4225 |
乙烷 | 1.060 | 9442340 | 6570463 | 23.8026 |
乙烯 | 1.145 | 30022258 | 15053197 | 75.6834 |
乙炔 | 1.496 | 6181 | 3694 | 0.0152 |
全部 | 39637281 | 21744927 | 99.9237 |
实施例2
(1)将NiCl2粉悬浮于镍铋合金熔液上得到NiCl2和镍铋合金的悬浮液;
(2)将乙烷通入NiCl2和镍铋合金的悬浮液中,反应温度控制为650℃,控制乙烷的流速,使乙烷的转化率为86%,得到含有C2H4与HCl的混合气体,固体NiCl2被还原成Ni熔于镍铋合金熔液中;
(3)将氯气通入步骤2)得到的镍铋合金熔液中,控制氯化的温度为650℃,使Ni与Cl2反应产生NiCl2悬浮于镍铋合金上,控制Cl2与Ni的摩尔比为0.9:1,NiCl2继续和乙烷反应;
(4)将步骤2)得到的含有C2H4和HCl混合气体用水吸收掉HCl,即得乙烯同时副产盐酸;乙烷脱氢尾气脱HCl后主要成分参见表2。
表2实施例2乙烷脱氢尾气脱HCl后气相主要成分表
组分名 | 保留时间(min) | 峰面积 | 峰高 | 摩尔浓度(%) |
甲烷 | 0.866 | 320928 | 230927 | 0.8091 |
乙烷 | 1.060 | 5373017 | 3738820 | 13.5445 |
乙烯 | 1.145 | 33838937 | 16967280 | 85.3049 |
乙炔 | 1.496 | 247947 | 147720 | 0.6079 |
全部 | 39780829 | 21084747 | 100.2664 |
实施例3
(1)将NiCl2粉悬浮于镍铋铅合金熔液上得到NiCl2和镍铋铅合金的悬浮液;
(2)将乙烷通入NiCl2和镍铋铅合金的悬浮液中,反应温度控制为700℃,控制乙烷的流速,使乙烷的转化率为96%,得到含有C2H4、C2H2和HCl的混合气体,固体NiCl2被还原成Ni熔于镍铋铅合金熔液中;
(3)将氯气通入步骤2)得到的镍铋铅合金熔液中,控制氯化的温度为700℃,使Ni与Cl2反应产生NiCl2悬浮于镍铋铅合金上,控制Cl2与Ni的摩尔比为0.7:1,NiCl2继续和乙烷反应;
(4)将步骤2)得到的含有C2H4、C2H2和HCl的混合气体用水吸收掉HCl,即得乙烯同时副产乙炔和盐酸;乙烷脱氢尾气脱HCl后主要成分参见表3。
表3实施例3乙烷脱氢尾气脱HCl后气相主要成分表
组分名 | 保留时间(min) | 峰面积 | 峰高 | 摩尔浓度(%) |
甲烷 | 0.866 | 586723 | 422183 | 1.4792 |
乙烷 | 1.060 | 1547105 | 1084312 | 3.9281 |
乙烯 | 1.145 | 36092885 | 18097016 | 90.9869 |
乙炔 | 1.496 | 1550088 | 923497 | 3.8004 |
全部 | 38385521 | 20527008 | 100.00 |
实施例4
(1)将NiCl2粉悬浮于镍铋铜合金熔液上得到NiCl2和镍铋铜合金的悬浮液;
(2)将乙烷通入NiCl2和镍铋铜合金的悬浮液中,反应温度控制为750℃,控制乙烷的流速,使乙烷的转化率为99%,得到含有C2H4、C2H2和HCl的混合气体,固体NiCl2被还原成Ni熔于镍铋铜合金熔液中;
(3)将氯气通入步骤2)得到的镍铋铜合金熔液中,控制氯化的温度为750℃,使Ni与Cl2反应产生NiCl2悬浮于镍铋铜合金上,控制Cl2与Ni的摩尔比为0.5:1,NiCl2继续和乙烷反应;
(4)将步骤2)得到的含有C2H4、C2H2和HCl的混合气体用水吸收掉HCl,即得乙烯同时副产乙炔和盐酸;乙烷脱氢尾气脱HCl后主要成分参见表4。
表4实施例4乙烷脱氢尾气脱HCl后气相主要成分表
组分名 | 保留时间(min) | 峰面积 | 峰高 | 摩尔浓度(%) |
甲烷 | 0.866 | 1456732 | 1048207 | 3.6726 |
乙烷 | 1.060 | 251464 | 174982 | 0.6339 |
乙烯 | 1.145 | 33092381 | 16593357 | 83.4229 |
乙炔 | 1.496 | 4971547 | 2961903 | 12.1889 |
全部 | 39772124 | 20778449 | 99.9193 |
实施例5
(1)将NiCl2粉悬浮于镍铋合金熔液上得到NiCl2和镍铋合金的悬浮液;
(2)将乙烷通入NiCl2和镍铋合金的悬浮液中,反应温度控制为550℃,控制乙烷的流速,使乙烷的转化率为71%,得到含有C2H4与HCl的混合气体,固体NiCl2被还原成Ni熔于镍铋合金熔液中;
(3)将步骤2)得到的镍铋合金熔液分离出,转移到另一反应器中,通入含氧的空气,控制氧化的温度为550℃,使全部的Ni与O2反应产生NiO悬浮于镍铋合金上,控制O2与Ni的摩尔比为0.5:1,分离得到NiO;
(4)将步骤2)乙烷脱氢反应得到的含有C2H4与HCl的混合气体通过NiO层,同时控制NiO层温度为280℃,吸收掉含有C2H4与HCl的混合气体中的HCl,产生的NiCl2即可返回至步骤1)循环使用;乙烷脱氢尾气脱HCl后主要成分参见表5。
表5实施例5乙烷脱氢尾气脱HCl后气相主要成分表
组分名 | 保留时间(min) | 峰面积 | 峰高 | 摩尔浓度(%) |
甲烷 | 0.866 | 77703 | 55912 | 0.1959 |
乙烷 | 1.060 | 11417994 | 7945250 | 28.7829 |
乙烯 | 1.145 | 28163485 | 14121883 | 70.9976 |
乙炔 | 1.496 | 4119 | 2454 | 0.0101 |
全部 | 40074239 | 22123838 | 99.9865 |
实施例6
(1)将NiCl2粉悬浮于镍铋铅合金熔液上得到NiCl2和镍铋铅合金的悬浮液;
(2)将乙烷通入NiCl2和镍铋铅合金的悬浮液中,反应温度控制在620℃,控制乙烷的流速,使乙烷的转化率为80%,得到含有C2H4与HCl混合气,固体NiCl2被还原成Ni熔于镍铋铅合金熔液中;
(3)将步骤2)得到的镍铋铅合金熔液分离出,转移到另一反应器中,通入氧气,控制氧化的温度为620℃,使全部的Ni与O2反应产生NiO悬浮于镍铋铅合金上,控制O2与Ni的摩尔比为0.4:1,分离得到NiO;
(4)将步骤2)乙烷脱氢反应得到的含有C2H4与HCl的混合气体通过NiO层,同时控制NiO层温度为350℃,吸收掉HCl,产生的NiCl2即可返回至步骤1)循环使用;乙烷脱氢尾气脱HCl后主要成分参见表6。
表6实施例6乙烷脱氢尾气脱HCl后气相主要成分表
组分名 | 保留时间(min) | 峰面积 | 峰高 | 摩尔浓度(%) |
甲烷 | 0.866 | 137161 | 98696 | 0.3458 |
乙烷 | 1.060 | 7834938 | 5451949 | 19.7506 |
乙烯 | 1.145 | 31683167 | 15886741 | 79.8704 |
乙炔 | 1.496 | 7945 | 4733 | 0.0195 |
全部 | 39663211 | 21442120 | 99.9863 |
实施例7
(1)将NiCl2粉悬浮于镍铋合金熔液上得到NiCl2和镍铋合金的悬浮液;
(2)将乙烷通入NiCl2和镍铋合金的悬浮液中,反应温度控制为750℃,控制乙烷的流速,使乙烷的转化率为97%,得到含有C2H4、C2H2与HCl混合气,固体NiCl2被还原成Ni熔于镍铋合金熔液中;
(3)将步骤2)得到的镍铋合金熔液分离出,转移到另一反应器中,通入含氧的空气,控制氧化的温度为750℃,使全部的Ni与O2反应产生NiO悬浮于镍铋合金上,控制O2与Ni的摩尔比为0.25:1,分离得到NiO;
(4)将步骤2)乙烷脱氢反应得到的C2H4、C2H2与HCl混合气通过NiO层,同时控制NiO层温度为200℃,吸收掉含有C2H4、C2H2与HCl混合气体中的HCl,产生的NiCl2即可返回至步骤1)循环使用;乙烷脱氢尾气脱HCl后主要成分参见表7。
表7实施例7乙烷脱氢尾气脱HCl后气相主要成分表
组分名 | 保留时间(min) | 峰面积 | 峰高 | 摩尔浓度(%) |
甲烷 | 0.866 | 1008321 | 725549 | 2.5421 |
乙烷 | 1.060 | 1190001 | 828071 | 2.9998 |
乙烯 | 1.145 | 34683036 | 17390951 | 87.4328 |
乙炔 | 1.496 | 2743081 | 1634247 | 6.7253 |
全部 | 39624439 | 20578818 | 99.70 |
以上所述,仅为本发明的较佳实施例,并非对本发明任何形式上和实质上的限制,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明方法的前提下,还将可以做出若干改进和补充,这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化,均为本发明的等效实施例;同时,凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变,均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (15)
1.一种乙烷脱氢的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将NiCl2粉悬浮于合金熔液上得到NiCl2和合金的悬浮液;
(2)将乙烷通入所述NiCl2和合金的悬浮液中反应,乙烷脱氢得到含有C2H4和HCl的混合气体,NiCl2被还原成Ni熔于合金熔液中;
(3)将Cl2通入步骤(2)得到的合金熔液中,Ni与Cl2发生氯化反应,得到NiCl2并悬浮于合金熔液上继续和乙烷反应;
(4)将步骤(2)得到的含有C2H4和HCl的混合气体用水吸收HCl,即得乙烯同时副产盐酸;或将步骤(2)得到的含有C2H4和HCl的混合气体加入空气或氧气进行氧氯化获得二氯乙烷。
2.根据权利要求1所述的乙烷脱氢的方法,其特征在于,步骤(3)和步骤(4)由如下步骤替代:
(3)将步骤(2)得到的合金熔液分离出,并向分离出的合金熔液通入空气或氧气,Ni与O2发生氧化反应得到NiO并悬浮于合金熔液上,分离得到NiO;
(4)将步骤(3)得到的NiO吸收步骤(2)得到的含有C2H4和HCl的混合气体中的HCl,反应后得到NiCl2以及乙烯,所述得到的NiCl2循环至步骤(1)使用。
3.根据权利要求1或2所述的乙烷脱氢的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述合金的金属活泼性低于Ni,且熔点低于步骤(2)的反应温度。
4.根据权利要求1或2所述的乙烷脱氢的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述合金优选为镍铋合金或在镍铋合金中加入金属活泼性低于镍的金属而形成的多元合金。
5.根据权利要求1或2所述的乙烷脱氢的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述含有C2H4和HCl的混合气体包含乙炔。
6.根据权利要求1或2所述的乙烷脱氢的方法,其特征在于,步骤(2)中,乙烷脱氢的反应温度为550~750℃。
7.根据权利要求1或2所述的乙烷脱氢的方法,其特征在于,步骤(2)中,控制乙烷的流速使乙烷转化率大于70%。
8.根据权利要求1所述的乙烷脱氢的方法,其特征在于,步骤(3)中,氯化反应的温度为550~750℃。
9.根据权利要求1所述的乙烷脱氢的方法,其特征在于,步骤(3)中,Cl2与Ni的摩尔比不大于1:1。
10.根据权利要求9所述的乙烷脱氢的方法,其特征在于,Cl2与Ni的摩尔比为0.5~1:1。
11.根据权利要求2所述的乙烷脱氢的方法,其特征在于,步骤(3)中,氧化反应的温度为550~750℃。
12.根据权利要求2所述的乙烷脱氢的方法,其特征在于,步骤(3)中,O2与Ni的摩尔比不大于0.5:1。
13.根据权利要求12所述的乙烷脱氢的方法,其特征在于,O2与Ni的摩尔比为0.25~0.5:1。
14.根据权利要求2所述的乙烷脱氢的方法,其特征在于,步骤(4)中,所述NiO吸收步骤(2)得到的含有C2H4和HCl的混合气体中的HCl的反应温度低于350℃。
15.根据权利要求14所述的乙烷脱氢的方法,其特征在于,所述NiO吸收步骤(2)得到的含有C2H4和HCl的混合气体中的HCl的反应温度为200~350℃。
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- 2015-06-12 CN CN201510325709.3A patent/CN105016952B/zh active Active
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