CN105061131B - 一种高浓度乙炔加氢制乙烯的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种乙炔加氢制乙烯的方法，所述方法为“气相‑液相”两相反应，所述气相包括氢气和乙炔，所述液相包括液相溶剂和液相催化剂；所述方法包括以下步骤：将氢气和乙炔从反应装置的不同位置分别通入液相中，使液相内部形成密度差而进行自循环；在所述自循环状态下，氢气和乙炔充分反应，收集产物，即可。本发明还涉及一种乙炔加氢制乙烯的装置，该装置可以实现乙炔和氢气分开进料以及液相在密度差的作用下进行自循环，从而提高了乙炔加氢制乙烯的效率。
Description
技术领域
本发明属于气体处理加工方法技术领域，特别涉及一种高浓度乙炔加氢制乙烯的方法及装置。
背景技术
随着石油资源日益枯竭，发展煤化工为原料的化工过程成为替代石油化工路线的重要过程，得到广泛关注，并取得快速发展。
在煤化工技术中，以煤为原料通过电石工艺制取乙炔，已广泛应用，以乙炔为原料，在选择性加氢催化剂作用下，通过加氢制备乙烯产品，可进一步拓展煤化工路线。且近些年来乙炔主要的下游产品聚氯乙烯(PVC)已经供大于求，PVC产业利润不高，急需拓展乙炔下游产品产业链；乙烯是石油化工中最重要的基础原料，被称为“石化工业之母”。广泛用于塑料、润滑油、聚合物以及一些中间体，目前主要由石油或低碳烷烃通过裂解制取。乙烯下游产品如乙二醇，丁二醇、丙烯酸、聚乙烯醇等也有很好的经济价值。因此，开发乙炔加氢制乙烯的新工艺技术可以为乙烯工业提供一种新原料来源，并降低乙烯对石油资源的依赖程度及乙烯生产成本，具有广阔的应用前景。
现有技术公开了采用固定床催化加氢工艺，由于炔烃加氢为强放热反应，固定床装置移热困难，大量的反应热会使钯催化剂积碳失活。又由于其活性很高，在反应时乙炔聚合生成绿油，覆盖在催化剂表面导致催化剂迅速失活。
虽然乙炔选择加氢是当前的关注热点，但其研究内容主要应用于除去石油烃裂解制备乙烯工艺过程中微量的乙炔(0.01-5体积％)，而对于专门以高浓度乙炔为原料的催化选择加氢制乙烯则少有探索，相应的工业化大规模应用更是未见报道。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供适用于“气-液”接触反应、特别适用于乙炔选择性加氢制乙烯的方法及装置。
本发提供了一种乙炔加氢制乙烯的方法，所述方法为“气相-液相”两相反应，所述气相包括氢气和乙炔，所述液相包括液相溶剂和液相催化剂；
所述方法包括以下步骤：将氢气和乙炔从反应装置的不同位置分别通入液相中，使液相内部形成密度差而进行自循环；在所述自循环状态下，氢气和乙炔充分反应，收集产物，即可。
在所述方法中，通入液相时氢气和乙炔的体积比为3～8:1，优选为4:1。
所述反应的温度为100～180℃，优选为150℃。
本发明采用分别通入氢气和乙炔的方式，使液相内部形成密度差而进行自循环，可以实现气相和液相在装置内的合理分布，从而使反应更加充分、高效地进行。
本发明还提供了一种乙炔加氢制乙烯的装置，该装置适用于“气-液”接触反应，特别适用于乙炔选择性加氢制乙烯。
本发明提供的装置包括反应器外筒以及位于所述反应器外筒内部的反应器内筒和环形分布器。
所述反应器内筒的顶部和底部均为开放式结构，其侧壁上均匀分布开孔；
所述环形分布器位于所述反应器内筒的正下方，其上均匀分布向上排气孔；
所述反应器外筒顶部设有氢气进口、乙炔气进口和产品气出口；所述氢气进口通过气体管道连接至环形分布器；所述乙炔气进口通入所述反应器内筒内。
优选地，所述反应器外筒、反应器内筒和环形分布器同轴设置；所述反应器外筒与反应器内筒均为圆柱状。
本发明为了确保氢气与乙炔可以以合理的比例充分混合，从而实现高效反应，对所述反应器内筒、反应器内筒和环形分布器的尺寸比例进行了优化。
具体的，所述反应器内筒与反应器外筒的水平截面直径之比为0.4～0.8:1，优选为0.6:1。所述环形分布器的外环直径与反应器外筒的水平截面直径之比为0.7～0.9：1，优选为0.7：1。
本发明为了实现基于密度差而形成的液体流动，确保吸收了乙炔的高密度液相可以从反应器内筒进入反应器外筒，所述环形分布器与反应器内筒的距离为10～50mm，优选为15mm。所述环形分布器与反应器外筒底部的距离为50～400mm，优选为80mm。
本发明为了确保乙炔气体在反应器内筒区域内的合理分布，优选所述乙炔气进口的底端与反应器内筒底部的距离为5～20mm，进一步优选为5mm。
本发明所述反应器内筒的侧壁上设有孔径为5～10mm的开孔，优选为孔径6mm的开口。所述开孔总面积占反应器内筒表面积的0.1～10％。所述开孔均匀分布于反应器内筒高度的三分之一和三分之二处，更有利于乙烯脱附进行产品收集。
本发明为了实现氢气气体以与乙炔特定的比例均匀分布，所述环形分布器优选为环形单管，其上设有向上排气孔，所述向上排气孔的直径与所述环形单管的管内径之比为0.002～0.1，该比例优选为0.08。所述向上排气口孔均匀得分布于所述环形单管的上表面，以保证从其中排出的氢气气流方向向上，使氢气快速、高效地与乙炔进行反应。所述向上排气孔的直径具体可为0.02～3mm。为了实现氢气气体以合理的比例和速度从环形分布器中排出，优选相邻两个向上排气孔之间的距离与与所述环形单管的管内径之比为0.03～1，优选为0.15，所述相邻两个向上排气孔之间的距离是指孔中心之间的距离。
本发明基于以上结构，可以将乙炔和氢气分开进入反应器，乙炔气体经过乙炔进气口从内筒区底部进入反应器内筒区，氢气经过氢气进气口从环形分布器进入反应器外筒区，反应后，产品气出口将产品气引出装置。
本发明通过对装置中各部件的比例关系和相对位置进行优选，可以实现气相和液相在装置内的合理分布，从而使反应更加充分、高效地进行。
所述装置还可以包括位于反应器外筒外壁的加热套。所述加热套可以作为乙炔加氢制乙烯反应的热源。
本发明优选采用所述装置进行所述乙炔加氢制乙烯的“气相-液相”两相反应。在实际操作中，氢气和乙炔分别从氢气进气口和乙炔进气口通入装置。液相在装置中的液面高度高于反应器内筒的顶部，所述液面高度优选为与反应器外筒的水平截面直径之比为4～6:1，优选为5:1。
作为一种优选方案，本发明所述方法采用本发明提供的装置实施，包括以下步骤：
分别取氢气和乙炔；所述氢气从氢气进气口、经环形分布器进入反应器外筒的底部；所述乙炔由乙炔进气口通入反应器内筒内；在单位时间内，氢气和乙炔的进气体积比为4:1；
反应器内筒中溶解了乙炔的液相由于液体密度差从反应器内筒侧壁上的孔以及其开放的底部进入反应器外筒，同时，反应器外筒中的液相由于液面高度差从开放的顶部进入反应器内筒，在装置内部形成液相的自循环；
在所述自循环状态下，溶解于液相中的氢气和乙炔在150℃、液相催化剂的作用下充分反应，生成的产品由产品气出口排出。
采用本发明提供的装置实施所述方法，可以实现乙炔和氢气分开进料，乙炔由乙炔进气口进入反应器，氢气由氢气进气口进入反应器，且氢气进气口与处在装置底部反应器外筒的环形分布器相连，乙炔进气口处于反应器内筒区，使得这样在反应器的底部反应器内筒和外筒区造成了一定的密度差，内筒区溶液的密度大于外筒区溶液的密度，内筒中溶解了乙炔的溶液从内筒壁上的孔以及反应器下部进入外筒区和氢气接触，在液相催化剂的作用下进行反应生成乙烯，乙烯及未反应的氢气由产品气出口排出。在反应器上部，由于溶液页面高度超过了内筒高度，因此上部的溶液由外筒区向内筒区循环流动，达到了反应器内溶液的自循环，从而使氢气、乙炔与液相催化剂之间接触更充分、反应更加充分，提高乙炔加氢制乙烯的效率。
本发明可以实现以下有益效果：提供一种高效的液相反应体系，使传统的“气-固”两项“气-液-固”三项接触反应变为“气-液”接触反应；将传统的固体催化剂变为液相催化剂，避免生成绿油对催化剂活性中心的覆盖；提高了乙炔加氢制乙烯的选择性，增加了产品气中乙烯的收率；采用乙炔和氢气分开进料，乙炔进入内筒区，氢气进入外筒区，从而避免了氢气和乙炔提前混合，该反应器中乙炔选择性加氢液相溶液系统在密度差的作用下由外筒向内筒自循环，从而提高乙炔加氢制乙烯的效率。
附图说明
图1为本发明所述装置的示意图；图中：1、加热套，2、反应器外筒，3、反应器内筒，4、环形分布器，5、氢气进气口，6、乙炔气进口，7、产品气出口。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
乙炔加氢制乙烯的装置(如图1所示)，所述装置包括反应器外筒2以及位于所述反应器外筒2内部的反应器内筒3和环形分布器4；还包括覆盖所述反应器外筒2外壁的加热套1；
所述反应器外筒2与反应器内筒3均为圆柱状；所述反应器内筒3的顶部和底部均为开放式结构；所述反应器外筒2、反应器内筒3和环形分布器4同轴设置；
所述反应器内筒3的水平截面直径为138mm，所述反应器外筒2的水平截面直径为200mm，所述环形分布器4的外环直径为150mm；
所述环形分布器4与反应器内筒3的距离为15mm；
所述环形分布器4与反应器外筒2底部的距离为80mm；
所述反应器内筒3的侧壁上有孔径为6mm的开孔；所述开孔的总面积占内筒表面积的2％；所述开孔均匀分布于反应器内筒2高度的三分之一和三分之二处；
所述环形分布器4位于反应器内筒3的正下方；所述环形分布器上设有直径1mm的向上排气孔；所述向上排气孔的直径与所述环形单管的管内径之比为0.08，相邻两个向上排气孔之间的距离与所述环形单管的管内径之比为0.15；
所述反应器外筒2顶部设有氢气进口5、乙炔气进口6和产品气出口7；所述氢气进口5通过气体管道连接至环形分布器4；所述乙炔气进口6通入所述反应器内筒3内，其底端与反应器内筒3底部的距离为5mm；所述产品气出口7将产品气引出装置。
实施例2
采用实施例1提供的装置，进行高浓度乙炔选择性加氢“气-液”两相接触反应；
所述方法采用高纯的乙炔和氢气作为反应原料，乙炔和氢气分开进料，乙炔由乙炔进气口6进入反应器，氢气由氢气进气口5进入反应器，进入反应器的氢气和乙炔的比例为4：1，这样在反应器的底部反应器内筒和外筒区造成了一定的密度差，内筒区溶液的密度大于外筒区溶液的密度，因此内筒中溶解了乙炔的溶液从内筒壁上的孔以及反应器下部进入外筒区和氢气接触，在液相催化剂的作用下进行反应生成乙烯，乙烯及未反应的氢气由7产品气出口排出；在反应器上部，液面高度高于反应器内筒，并且液面高度与反应器外筒直径比为5:1，因此上部的溶液由外筒区向内筒区循环流动，达到了反应器内溶液的自循环；通过加热套，控制反应器的温度为150℃。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (11)
1.一种乙炔加氢制乙烯的方法，其特征在于，所述方法为“气相-液相”两相反应，所述气相包括氢气和乙炔，所述液相包括液相溶剂和液相催化剂；
所述方法采用乙炔加氢制乙烯的装置进行，所述装置包括反应器外筒以及位于所述反应器外筒内部的反应器内筒和环形分布器；所述反应器外筒的外壁覆盖加热套；
所述反应器内筒的顶部和底部均为开放式结构，其侧壁上均匀分布开孔；所述反应器内筒的侧壁上的开孔孔径为5～10mm；所述开孔的总面积占反应器内筒表面积的0.1～10％；所述开孔均匀分布于反应器内筒高度的三分之一和三分之二处；
所述环形分布器位于所述反应器内筒的正下方，所述环形分布器上均匀分布向上排气孔；所述环形分布器与反应器内筒底部的距离为10～50mm，与反应器外筒底部的距离为50～400mm；所述乙炔气进口的底端与反应器内筒底部的距离为5～20mm；
所述反应器外筒顶部设有氢气进口、乙炔气进口和产品气出口；所述氢气进口通过气体管道连接至所述环形分布器；所述乙炔气进口通入所述反应器内筒内；
所述方法包括以下步骤：分别取氢气和乙炔；所述氢气从氢气进气口、经环形分布器进入反应器外筒的底部；所述乙炔由乙炔进气口通入反应器内筒内；在单位时间内，氢气和乙炔的进气体积比为3～8:1；
反应器内筒中溶解了乙炔的液相由于液体密度差从反应器内筒侧壁上的孔以及其开放的底部进入反应器外筒，同时，反应器外筒中的液相由于液面高度差从反应器内筒开放的顶部进入反应器内筒，在装置内部形成液相的自循环；所述液相在装置中的液面高度高于反应器内筒的顶部，且所述液面高度与反应器外筒的水平截面的直径之比为4～6:1；
加热套控制反应温度为100～180℃；
在所述自循环状态下，溶解于液相中的氢气和乙炔在液相催化剂的作用下充分反应，生成的产品由产品气出口排出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应的温度为100～180℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应器外筒、反应器内筒和环形分布器同轴设置；所述反应器外筒与反应器内筒均为圆柱状。
4.根据权利要求1或3述的方法，其特征在于，所述反应器内筒与反应器外筒的直径之比为0.4～0.8:1；所述环形分布器的外环直径与反应器外筒的水平截面直径之比为0.7～0.9：1。
5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述环形分布器为环形单管，其上均匀分布直径为0.02～3mm的向上排气孔；所述向上排气孔的直径与所述环形单管的管内径之比为0.002～0.1；相邻两个向上排气孔之间的距离与所述环形单管的管内径之比为0.03～1。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述环形分布器为环形单管，其上均匀分布直径为0.02～3mm的向上排气孔；所述向上排气孔的直径与所述环形单管的管内径之比为0.002～0.1；相邻两个向上排气孔之间的距离与所述环形单管的管内径之比为0.03～1。
7.用于权利要求1或2所述乙炔加氢制乙烯方法的装置，其特征在于，所述装置包括反应器外筒以及位于所述反应器外筒内部的反应器内筒和环形分布器；所述反应器外筒的外壁覆盖加热套；
所述反应器内筒的顶部和底部均为开放式结构，其侧壁上均匀分布开孔；所述反应器内筒的侧壁上的开孔孔径为5～10mm；所述开孔的总面积占反应器内筒表面积的0.1～10％；所述开孔均匀分布于反应器内筒高度的三分之一和三分之二处；
所述环形分布器位于所述反应器内筒的正下方，所述环形分布器上均匀分布向上排气孔；所述环形分布器与反应器内筒底部的距离为10～50mm，与反应器外筒底部的距离为50～400mm；所述乙炔气进口的底端与反应器内筒底部的距离为5～20mm；
所述反应器外筒顶部设有氢气进口、乙炔气进口和产品气出口；所述氢气进口通过气体管道连接至所述环形分布器；所述乙炔气进口通入所述反应器内筒内。
8.根据权利要求7述的装置，其特征在于，所述反应器外筒、反应器内筒和环形分布器同轴设置；所述反应器外筒与反应器内筒均为圆柱状。
9.根据权利要求7或8述的装置，其特征在于，所述反应器内筒与反应器外筒的直径之比为0.4～0.8:1；所述环形分布器的外环直径与反应器外筒的水平截面直径之比为0.7～0.9：1。
10.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述环形分布器为环形单管，其上均匀分布直径为0.02～3mm的向上排气孔；所述向上排气孔的直径与所述环形单管的管内径之比为0.002～0.1；相邻两个向上排气孔之间的距离与所述环形单管的管内径之比为0.03～1。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述环形分布器为环形单管，其上均匀分布直径为0.02～3mm的向上排气孔；所述向上排气孔的直径与所述环形单管的管内径之比为0.002～0.1；相邻两个向上排气孔之间的距离与所述环形单管的管内径之比为0.03～1。
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