CN105175208A - 乙炔加氢制备乙烯的方法及用于该方法的反应塔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于乙炔加氢制乙烯的反应塔及利用该反应塔制备乙烯的方法。所述反应塔为气液固三相传质设备，塔板内设有喷射装置。采用本发明所述的反应塔及制备方法，可解决高纯乙炔加氢制乙烯固定床“飞温”及反应热移走困难的问题，避免了床层压降大、乙炔聚合生成绿油覆盖催化剂致失活的缺陷；同时又克服了浆态床气液固均匀混合困难、催化剂颗粒易沉积、气体分布器易堵塞及液相溶剂用量大等缺陷。

Description

乙炔加氢制备乙烯的方法及用于该方法的反应塔

技术领域

本发明涉及一种乙炔加氢制备乙烯的方法及用于该方法的反应塔，属于化工材料制备方法技术领域。

背景技术

乙烯是最重要的基础原料，被称为“石化工业之母”。以乙炔为原料，在选择性加氢催化剂作用下加氢制备乙烯，结合乙烯制PVC，不仅能解决我国传统乙炔直接生产PVC过程中汞消耗及汞污染难题，而且进一步拓展煤化工路线，同时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。

目前以高浓度乙炔为原料催化选择加氢制备乙烯的工艺通常在固定床或浆态床中进行。但由于乙炔加氢为强放热反应，反应物乙炔浓度越高，反应速度越快，反应放热越多，易造成催化床层“飞温”，导致催化剂以烧结失活，且乙炔易聚合生成绿油，覆盖催化剂导致失活。同时，普遍存在气液固均匀混合困难、操作弹性小、催化剂颗粒易沉积、气体分布器易堵塞及液相溶剂用量大等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种乙炔加氢制乙烯的方法，其可实现气液固三相反应，解决了高纯乙炔加氢制乙烯固定床“飞温”及反应热移走困难的问题，避免了床层压降大、乙炔聚合生成绿油覆盖催化剂致失活的缺陷；同时又克服了浆态床气液固均匀混合困难、催化剂颗粒易沉积、气体分布器易堵塞及液相溶剂用量大等缺陷。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种乙炔加氢制乙烯的方法，包括如下步骤：

1)乙炔和氢气以一定比例混合后作为气体物料经压缩机增压从反应塔下部气相进口进入，经气体分布器分布后在反应塔内自下而上运动；同时，液相溶剂从反应塔上部的液相进口进入在反应塔内至上而下运动；

2)气液相物料在反应塔内第一塔板处接触，并在塔板上固体催化剂作用下发生加氢反应，生成乙烯；

3)乙烯从液相溶剂中逸出，未反应的乙炔随着混合气上升至上一层塔板继续反应；

4)从反应塔最上层塔板出来的混合气经气液分离器除去其中夹带的液相溶剂后，由反应塔顶部的气相出口离开反应塔，经塔顶冷凝器进入后续分离工序；而液相溶剂则从反应塔底部的液相出口流出，除杂后返回至液相进口循环利用。

在本发明所述的制备方法中，步骤1)中，所述乙炔与氢气的体积比为1:(1-8)，优选1:5。

在本发明所述的制备方法中，不对气体物料上升速度、气液相比例作进一步要求，以能实现气液充分接触，不液漏、不液泛即可。

在本发明所述的制备方法中，步骤1)中，所述液相溶剂选自乙二胺、石蜡、吡啶、丙酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、离子液体或环己酮中的一种或多种，优选N-甲基-2-吡咯烷酮。

在本发明所述的制备方法中，步骤2)中，所述加氢反应条件为：操作压力为0.1-2.5MPa，操作温度为70-210℃；优选压力为0.2-1.8MPa，操作温度为120-160℃。

本发明所述制备方法中，所述固体催化剂的活性组分选自钯、银、铂、钴、钨、钼、镍、锌、铁、钙、镁、锆、铈、磷及硼等中的一种或多种；其载体为活性炭、碳纤维、碳毡、氧化铝、分子筛、氧化钛、氧化硅、陶瓷、浮石、硅藻土及粘土等中的一种或多种混合；装填形式为规整催化剂直接安放或固体颗粒催化剂扎包放置，装填高度为10-200mm。

本发明还提供一种用于实现上述乙炔加氢制乙烯方法的反应塔，所述反应塔为气液固三相传质设备，其包括塔体、液相进出口、气相进出口、塔板、气体分布器、气液分离器、降液管；

其中，所述塔板选自带有筛板结构的塔板和/或带有喷射装置结构的塔板。

本发明所述的反应塔，塔板上装有催化剂，气相自下而上穿过筛板或喷射装置达到塔板，液相自上而下通过降液管呈蛇形流经塔板，气液相在塔板处与催化剂充分接触，可有效避免浆态床等固定床“飞温”及反应热移走困难的问题，避免了床层压降大、乙炔聚合生成绿油覆盖催化剂致失活的缺陷；同时又克服了浆态床气液固均匀混合困难、催化剂颗粒易沉积、气体分布器易堵塞及液相溶剂用量大等缺陷。

在本发明所述的反应塔中，所述塔板的开孔率为1-20％，优选10-13％，个数为2-30个。合理布设开孔位置及数量有利于气液充分接触、提供液相溶剂利用率及反应塔操作弹性。

在本发明所述的反应塔中，所述塔板共8-30层，间距为280-330mm，其包括溢流口、受液盘及反应单元；合理的反应空间更有利于反应充分进行，反应产物逸出，同时避免压降大对反应的不利影响。

在本发明所述的反应塔中，在带有喷射装置结构的塔板中，所述喷射装置分布在反应单元内，包括升气管和喷射罩；所述升气管为圆柱形、锥形、楔形或梯形，高10-100mm；所述喷射罩为锥形结构，顶部开有若干喷射孔，喷射罩与塔板间距为5-25mm，喷射罩底部与升气管间距为1-10mm。在所述喷射装置之间装填固体催化剂，装填高度为150mm。本发明提出的喷射装置极大提高乙炔与液相溶剂接触面积，有利于乙炔快速溶解。

其中，所述气液分离器为丝网除沫器、旋风分离器、漩涡分离器或折流板中的一种。

本发明的有益效果为：

本发明所述的乙炔加氢制乙烯方法，气液固三相充分接触，乙炔转化率明显提高，避免了现有乙炔制乙烯方法中固定床飞温、催化剂失活、副产绿油及乙烯收率低的问题。不仅能解决我国传统乙炔生产PVC时汞消耗及汞污染的难题，而且进一步拓展煤化工路线，同时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。同时，本发明提出的反应塔装置，反应空间利用率高，塔板上溶液高度可调，处理能力大；利用反应放热维持反应进行，塔内换热元件及冷凝器方便调节温度；同时催化剂还可采用整体式或扎包式，装填及卸出方便、装填量大、压降小且不堵塞气体分布管，克服了浆态床固体颗粒催化剂分布不均，易沉积及设备磨损等缺陷。

附图说明

图1为本发明实施例中反应塔结构示意图。

图2为塔板俯视图。

图3为塔板中喷射装置的前视图。

图中：1-塔体；2-气体分布器；3-气相进口；4-液相出口；5-塔板；6-降液管；7-液相进口；8-气相出口；9-气液分离器(除沫器)；10-受液盘；11-溢流口；12-喷射装置；13-固体催化剂；14-喷射罩；15-升气管。

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

一种乙炔加氢制乙烯的方法，包括如下步骤：

1)将颗粒式催化剂扎包，均匀装填于塔板上，用惰性气体将反应管道及设备吹扫，氧含量检测合格后，液相溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮从液相进口泵入并自上而下运动，当反应塔底部液位达到50％时，从液相出口连续抽出液相溶剂，送至再生或换热单元处理后返回至液相进口循环利用。

将氮气切换为氢气与乙炔体积比为5:1的混合气，经压缩机增压从反应塔下部气相进口进入，经气体分布器分布后在反应塔内自下而上运动；

2)气液相先于最下层塔板处接触，并在塔板上固体催化剂作用下发生加氢反应，生成乙烯；

3)乙烯从液相溶剂中逸出，未反应的乙炔随着混合气上升至上一层塔板继续反应；

4)从反应塔最上层塔板出来的混合气经气液分离器除去其中夹带的液相溶剂后，由反应塔顶部的气相出口离开反应塔，经塔顶冷凝器进入后续分离工序；而液相溶剂则从反应塔底部的液相出口流出后返回至液相进口循环利用。

其中，步骤2)中，所述加氢反应条件为：操作压力为0.25MPa，操作温度为120-160℃。

检测：塔顶产品气经气象色谱检测，乙炔转化率为99.92％，乙烯收率为91.99％。全塔压降为540mmH₂O。

实施例2

一种用于乙炔加氢制乙烯方法的反应塔，所述反应塔为气液固三相传质设备，反应塔直径600mm，总高5m。如图1-3所示，其结构包括塔体1，液相进出口7、4，气相进出口3、8，塔板5，气体分布器2，气液分离器9，降液管6；

其中，塔盘5共设置10层，间距为300mm；其包括溢流口11、受液盘10及反应单元；反应单元内设有多个喷射装置12，所述喷射装置包括升气管15和喷射罩14，所述喷射装置的开孔率为13％。所述升气管15为圆锥形，中空、小头朝上，高50mm；所述喷射罩14为锥形结构，上部均匀开喷射孔，底部与塔盘5间距为10mm，与升气管15间距为5mm。在所述喷射装置12之间装填固体催化剂13，装填高度为150mm。

其中，所述气液分离器为丝网除沫器。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案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 (10)

1.一种乙炔加氢制乙烯的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)乙炔和氢气以一定比例混合后经压缩机增压从反应塔下部气相进口进入，经气体分布器分布后在反应塔内自下而上运动；同时，液相溶剂从反应塔上部的液相进口进入在反应塔内至上而下运动；

2)气液相物料在反应塔内第一塔板处接触，并在塔板上固体催化剂作用下发生加氢反应，生成乙烯；

3)乙烯从液相溶剂中逸出，未反应的乙炔随着混合气上升至上一层塔板继续反应；

4)从反应塔最上层塔板出来的混合气经气液分离器除去其中夹带的液相溶剂后，由反应塔顶部的气相出口离开反应塔，经塔顶冷凝器进入后续分离工序；而液相溶剂则从反应塔底部的液相出口流出，除杂后返回至液相进口循环利用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述乙炔与氢气的体积比为1:(1-8)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述液相溶剂选自乙二胺、石蜡、吡啶、丙酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、离子液体或环己酮中的一种或多种，优选N-甲基-2-吡咯烷酮。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述加氢反应条件为：操作压力为0.1-2.5MPa，操作温度为70-210℃。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述操作压力为0.2-1.8MPa，操作温度为120-160℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固体催化剂的活性组分选自钯、银、铂、钴、钨、钼、镍、锌、铁、钙、镁、锆、铈、磷或硼中的一种或多种；

所述载体选自活性炭、碳纤维、碳毡、氧化铝、分子筛、氧化钛、氧化硅、陶瓷、浮石、硅藻土或粘土中的一种或多种。

7.一种用于权利要求1-6任一所述乙炔加氢制乙烯方法的反应塔，其特征在于，所述反应塔为气液固三相传质设备，包括塔体、液相进出口、气相进出口、塔板、气体分布器、气液分离器、降液管；

其中，所述塔板选自带有筛板结构的塔板和/或带有喷射装置结构的塔板。

8.根据权利要求7所述的反应塔，其特征在于，所述塔板的开孔率为1-20％；所述塔板设有8-30层，每层间距为280-330mm，所述塔板包括溢流口、受液盘及反应单元。

9.根据权利要求8所述的反应塔，其特征在于，所述喷射装置设置于反应单元中，包括升气管和喷射罩；

所述升气管为圆柱形、锥形、楔形或梯形，高10-100mm；

所述喷射罩为锥形结构，顶部开有若干喷射孔；所述喷射罩底部与塔板间距为5-25mm，喷射罩与升气管间距为1-10mm。

10.根据权利要求7-9任一所述的反应塔，其特征在于，所述气液分离器为丝网除沫器、旋风分离器、漩涡分离器或折流板中的一种。