CN105859497A - 一种变压吸附制乙烯的反应系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压吸附制乙烯的反应系统及方法。所述系统包括氢炔混合均压单元、加氢反应单元、变压吸附单元、真空过滤单元、高温蒸汽及流化床再生单元及真空低压蒸馏单元。所述方法包括步骤：将乙炔和氢气通过氢炔混合均压单元均压混合；将混合后的乙炔和氢气通入加氢反应单元进行反应；对乙炔加氢气反应的气相产物通过变压吸附单元进行变压吸附，得到产物乙烯与富余氢气，富余氢气送入氢炔混合均压单元；将浆态床中的浆液引出，通过真空过滤单元分离得到固相物料及液相物料；将固相物料经过所述高温蒸汽及流化床再生单元处理，得到再生催化剂；将液相物料通过真空低压蒸馏单元处理，进行溶剂回收。本发明具有操作弹性大，对催化剂适应能力强的优点。

Description

一种变压吸附制乙烯的反应系统及方法

技术领域

本发明总地涉及一种制乙烯的反应系统及方法，具体涉及一种变压吸附制乙烯的反应系统及方法。

背景技术

乙烯是石油化学工业的一种主要原料，目前制备工艺方法主要是通过石脑油的裂解制烯烃和煤制烯烃。2015年国内乙烯总产能达到2200万t/a左右，2020年国内乙烯产能进一步将增加到3250万t/a，而预计到2020年国内乙烯消费量为4800万吨/年，则将出现需求大于产能的现象。这对石油储备并不丰富的我国来说构成了严重的战略威胁。因此，寻求另一种新的来源和工艺方法以制备乙烯，从而可在工业生产领域替代石油，能够很大程度上缓解我国对于石油原料的依赖性。

在煤化工技术中，以煤为原料通过电石工艺或以天然气为原料通过非催化部分氧化工艺制取乙炔，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发展途径。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；而聚乙烯价格随石油价格波动很大，且其他下游产品如乙二醇，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的生产成本，具有广阔的应用前景。

虽然乙炔选择加氢是当前的关注热点，国内外的报道也比较多，但其研究内容主要集中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％)。乙炔加氢是强放热反应，高浓度乙炔加氢放出大量反应热，床层移热困难，易造成催化剂失活、副反应增多、乙烯收率下降，所以对于专门以高浓度乙炔为原料的催化选择加氢制乙烯的方法少有探索，相应的工业化大规模应用更是未见报道。

因此，为了避免传统方法中高纯乙炔加氢制乙烯的固定床飞温现象、反应热移热困难及床层压降大、浆态床反应压力低、生产能力小的问题及绿油积聚、影响催化剂活性的问题，有必要提出一种新的变压吸附制乙烯的反应系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变压吸附制乙烯的反应系统及方法，以解决传统方法中高纯乙炔加氢制乙烯的固定床飞温现象、反应热移热困难及床层压降大、浆态床反应压力低、生产能力小的问题及绿油积聚、影响催化剂活性的问题。

本发明提供了一种变压吸附制乙烯的反应系统，所述系统包括氢炔混合均压单元、加氢反应单元、变压吸附单元、真空过滤单元、高温蒸汽及流化床再生单元和真空低压蒸馏单元；所述加氢反应单元包括浆态床、浆态床温控装置、气液冷凝分离装置，其中，所述浆态床设有混合气进口、气体产品出口、凝液进口、浆液出口、以及换热介质进口、换热介质出口；所述混合气进口连接所述氢炔混合均压单元；所述浆液出口连接所述真空过滤单元；所述浆态床温控装置通过所述换热介质出口、换热介质进口与所述浆态床连通；所述气液冷凝分离装置的气体产品进口连接所述浆态床的气体产品出口，所述气液冷凝分离装置的凝液出口连接所述浆态床的凝液进口，所述气液冷凝分离装置的气体出口连接所述变压吸附单元的气体进口；所述真空过滤单元的液相物料出口连接所述真空低压蒸馏单元，所述真空过滤单元的固相物料出口连接所述高温蒸汽及流化床再生单元。

上述的系统，所述氢炔混合均压单元为文丘里混合器。

上述的系统，所述变压吸附单元的氢气出口与所述氢炔混合均压单元的氢气入口相连。

上述的系统，所述浆态床温控装置包括电加热器、冷凝器及温度自控系统。

上述的系统，所述真空低压蒸馏单元的溶剂出口连接所述浆态床的溶剂入口；所述高温蒸汽及流化床再生单元包括顺序相连的高温蒸汽洗脱装置和流化床，所述流化床的出料口与所述浆态床的催化剂入口相连。

本发明还提供一种利用上述系统进行变压吸附制乙烯的方法，所述方法包括步骤：将乙炔和氢气通过所述氢炔混合均压单元均压混合；将混合后的乙炔和氢气通入所述加氢反应单元进行反应；对乙炔加氢气反应的气相产物通过所述变压吸附单元进行变压吸附，得到产物乙烯与富余氢气，所述富余氢气送入所述氢炔混合均压单元；将所述浆态床中的浆液引出，通过所述真空过滤单元分离得到固相物料及液相物料；将所述固相物料经过所述高温蒸汽及流化床再生单元处理，得到再生催化剂；将所述液相物料通过所述真空低压蒸馏单元处理，进行溶剂回收。

上述的方法，通入所述氢炔混合均压单元的乙炔压力为5KPa-40KPa，温度为5-80℃；通入的氢气压力为0.1MPa-2.2MPa，温度为5-40℃；所述乙炔与氢气的摩尔比为1:3-15。

上述的方法，所述的固相物料包括催化剂及催化剂稀释剂。

上述的方法，所述的催化剂稀释剂包括珍珠岩颗粒、氧化铝颗粒、氧化硅颗粒、分子筛和陶瓷颗粒中的一种或几种；所述催化剂稀释剂粒径为所述催化剂平均粒径的80％-120％；所述催化剂稀释剂与所述催化剂的质量比为0.1-10:1。

上述的方法，所述高温蒸汽及流化床再生单元的流化床的气氛为氢气和氮气，其摩尔比为1:3-9，所述流化床内的温度为150-350℃；所述高温蒸汽及流化床再生单元的高温蒸汽温度为150℃-230℃。

本发明提供的变压吸附制乙烯的方法及系统，避免了传统方法中高纯乙炔加氢制乙烯固定床飞温、反应热移热困难及床层压降大、浆态床反应压力低、生产能力小的问题，且本发明具有操作弹性大，对催化剂适应能力强的优点。

本发明采用文丘里混合器实现高压氢气与低压乙炔的混合，避免了混合气压缩机的使用，进而降低了压缩乙炔的安全隐患，同时降低了设备的投资。

本发明采用变压吸附技术，循环周期短,易于实现自动化，对大型化气体分离生产过程尤为适用。

本发明采用连续真空过滤及低压蒸馏技术，避免了绿油积聚、影响催化剂活性的缺陷，并实现了溶剂再生。

本发明采用高温蒸汽及流化床再生催化剂技术，实现了催化剂在线再生，降低了工艺对催化剂寿命的要求，使得浆态床中催化剂活性高、状态稳定。

附图说明

图1为本发明一种实施例的变压吸附制乙烯的系统简图；

图2为本发明一种实施例的变压吸附制乙烯的工作流程图。

图中：1-浆态床；2-冷凝器；3-气液冷凝分离装置；4-变压吸附单元；5-氢炔混合均压单元；6-流化床；7-真空过滤单元；8-真空低压蒸馏单元；9-浆态床温控装置；10-气体产品出口；11-凝液进口；12-换热介质进口；13-换热介质出口；14-浆液进口；15-浆液出口；16-混合气进口；17-重组分出口；18-乙烯出口；19-高温蒸汽洗脱装置；20-高温蒸汽入口；21-高温蒸汽出口。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

如图1所示，一种变压吸附制乙烯的系统，包括氢炔混合均压单元、加氢反应单元、变压吸附单元、真空过滤单元、高温蒸汽及流化床再生单元及超重力精馏单元。其中，高温蒸汽及流化床再生单元包括顺序相连的高温蒸汽洗脱装置和流化床。

氢炔混合均压单元可采用文丘里混合器代替混合气压缩机，降低了压缩乙炔的安全隐患，同时降低了设备的投资。所述加氢反应单元包括浆态床、浆态床温控装置、气液冷凝分离装置，所述浆态床设有混合气进口、气体产品出口、凝液进口、浆液出口以及换热介质进出口，所述混合气进口连接氢炔混合均压单元混合气出口，所述浆液出口连接真空过滤单元，所述浆态床温控装置设有换热介质进出口，分别与浆态床换热介质出进口连接。所述气液冷凝分离装置设有气体产品进口，凝液出口以及气体出口，凝液出口连接浆态床凝液进口，所述气体出口连接变压吸附单元气体进口。

进一步地，所述浆态床温控装置可包括导热油温控装置、高压软水温控装置、蒸汽温控装置及烟道气温控装置。

所述真空过滤单元包括连续真空过滤装置，设有浆液进口、液相物料及固相物料出口，所述液相物料出口连接真空低压蒸馏单元，固相物料出口经皮带传送装置与高温蒸汽及流化床再生单元的进料口连接。

进一步地，所述真空低压蒸馏装置包括低压蒸馏塔，设有液相物料进口、溶剂出口及重组分出口。

进一步地，所述的真空过滤装置可包括转鼓真空过滤机、带式真空过滤机或翻斗式真空过滤机。

本发明采用连续真空过滤及低压蒸馏技术，避免了绿油积聚、影响催化剂活性的缺陷，并实现了溶剂再生。

进一步地，所述高温蒸汽及流化床再生单元的高温蒸汽洗脱装置设有高温蒸汽入口、高温蒸汽出口及进出料口，高温蒸汽洗脱装置的进料口与真空过滤单元的出料口相连，其出料口与流化床的进料口相连。高温蒸汽洗脱装置内的蒸汽温度为150℃-230℃。所述流化床设有进出料口及气体进出口。流化床前设置高温蒸汽洗脱装置是为了洗脱催化剂表面附着物。进一步地，所述高温蒸汽洗脱装置的蒸汽出口与高压软水温控装置蒸汽入口或蒸汽温控装置蒸汽入口相连；，用于回收蒸汽热量

本发明采用高温蒸汽及流化床再生单元再生催化剂技术，实现了催化剂在线再生，降低了工艺对催化剂寿命的要求，使得浆态床中催化剂活性高、状态稳定。

本发明的变压吸附制乙烯的方法，包括如下步骤：

1)氢炔混合均压

低压乙炔和高压氢气通过文丘里混合器混合，同时实现氢炔均压。

2)加氢反应

将步骤1)所得混合气通入加氢反应工序中的浆态床，进行乙炔选择加氢反应。

3)变压吸附

对乙炔加氢反应的气相产物进行变压吸附，得到产物乙烯，富余氢气送入氢炔混合均压工序。

4)真空过滤

将浆态床中浆液连续引出，通过真空过滤机分离得到固相物料及液相物料。

5)高温蒸汽及流化床再生

所述固相物料先经高温蒸汽洗脱，再经过流化床处理，得到再生催化剂。

6)真空低压蒸馏

所述液相物料通过真空低压蒸馏，回收溶剂。

其中，低压乙炔压力为5KPa-40KPa，温度为5-80℃。所述的高压氢气压力为0.1MPa-2.2MPa MPa，温度为5-40℃。乙炔与氢气的摩尔比为1:3-15。

其中，所述的固相物料包括催化剂及催化剂稀释剂。

其中，催化剂稀释剂包括珍珠岩颗粒、氧化铝颗粒、氧化硅颗粒、分子筛(是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成。)及陶瓷颗粒中的一种或几种；催化剂稀释剂粒径为催化剂平均粒径的80％-120％；催化剂稀释剂与催化剂的质量比为0.1-10:1。

其中，高温蒸汽及流化床再生单元的流化床的气氛为氢气和氮气，其摩尔比为1:3-9，所述流化床内的温度为150-350℃；所述高温蒸汽及流化床再生单元的高温蒸汽洗脱装置内的蒸汽温度为150℃-230℃。

本发明提供的变压吸附制乙烯的方法及系统，避免了传统方法中高纯乙炔加氢制乙烯固定床飞温、反应热移热困难及床层压降大、浆态床反应压力低、生产能力小的问题，且本发明具有操作弹性大，对催化剂适应能力强的优点。

现以以下最佳实施例来说明本发明。以下实施例中的工艺数值为示例性的说明，具体范围以说明内容中的值为准。

实施例1

如图2所示，一种变压吸附制乙烯的系统，其特征在于，该系统包括氢炔混合均压单元5、加氢反应单元、变压吸附单元4、真空过滤单元7、高温蒸汽及流化床再生单元及超重力精馏单元8。其中高温蒸汽及流化床再生单元又包括流化床6及高温蒸汽洗脱装置19。高温蒸汽洗脱装置19设有高温蒸汽入口20和高温蒸汽出口21，高温蒸汽入口20用于输入高温蒸汽，高温蒸汽出口21与高压软水温控装置蒸汽入口或蒸汽温控装置蒸汽入口相连。

所述加氢反应单元包括浆态床1、浆态床温控装置9、气液冷凝分离装置3，所述浆态床设有混合气进口16、气体产品出口10、凝液进口11、浆液出口15以及换热介质进、出口12、13，所述混合气进口16连接氢炔混合均压单元混合气出口，所述浆液出口15连接真空过滤单元7，所述温控装置9设有换热介质进、出口，分别与浆态床换热介质出、进口13、12连接，所述气液冷凝分离装置3设有气体产品进口，凝液出口以及气体出口，凝液出口连接浆态床1凝液进口，所述气体出口连接变压吸附单元4气体进口。变压吸附单元4上设有乙烯出口18。

所述真空过滤单元7包括连续真空过滤装置，设有浆液进口14、液相物料及固相物料出口，所述液相物料出口连接真空低压蒸馏单元，固相物料出口经皮带传送装置与旋转床进料口连接。

所述高温蒸汽及流化床再生单元，设有进出料口及气体进出口。其中高温蒸汽洗脱装置的进料口与真空过滤单元7的固相物料出口连接。流化床的气体进口用于输入气氛氢气和氮气。流化床的出料口用于与加氢反应单元的催化剂入口相连。流化床的气体出口用于把输出的气氛再循环输出到自身的气氛入口。

所述真空低压蒸馏单元包括低压蒸馏塔，设有液相物料进口、溶剂出口及重组分出口17。液相物料进口用于连接真空过滤单元7的液相物料出口。溶剂出口可与加氢反应单元的凝液进口连接，可实现溶剂的循环利用。重组分出口17用于输出副产品绿油。本实施例中，浆态床温控装置9为导热油系统，设有电加热器、冷凝器2及温度自控系统。

实施例2

采用实施例1的系统，变压吸附制乙烯的工艺为：

将粒径为50目-80目的催化剂稀释剂氧化铝与乙炔加氢催化剂按照2:1的质量比例混合均匀形成固相物料后，加入浆态床内部与溶剂N-甲级吡咯烷酮混合形成浆液。将20KPa、40℃的乙炔与0.1MPa、5℃的氢气按1:6的摩尔比通过文丘里混合器混合，形成混合气。混合气通过浆态床内部气体分布器进入浆液，在130℃条件下反应。反应后的气相物料经过变压吸附得到目标产物乙烯，回收的氢气与原料氢气混合。液相物料经转鼓真空过滤机得到固相物料及液相物料。固相物料先经高温蒸汽150℃洗脱，再经皮带送至流化床，流化床气氛为氢气和氮气，其摩尔比为1:3，固相物料经150℃还原得到再生的催化剂，催化剂返回浆态床继续使用。液相物料泵入真空低压蒸馏塔，压力5KPa(A),收集馏程为130℃-150℃的馏分(N-甲级吡咯烷酮)，回收的N-甲级吡咯烷酮返回浆态床，重组分即为绿油。

实施例3

采用实施例1的系统，变压吸附制乙烯的工艺为：

将粒径为100目-150目的催化剂稀释剂珍珠岩颗粒与乙炔加氢催化剂按照10:1的比例混合均匀形成固相物料后，加入浆态床内部与溶剂N-甲级吡咯烷酮混合形成浆液。将40KPa、80℃的乙炔与2.2MPa、10℃的氢气按1:15的摩尔比通过文丘里混合器混合，形成混合气。混合气通过浆态床内部气体分布器进入浆液，在170℃条件下反应。反应后的气相物料经过变压吸附得到目标产物乙烯，回收的氢气与原料氢气混合。液相物料经带式真空过滤机得到固相物料及液相物料。固相物料先经高温蒸汽230℃洗脱，再经皮带送至流化床，流化床气氛为氢气和氮气，其摩尔比为1:6，经350℃还原得到再生的催化剂，催化剂返回浆态床继续使用。液相物料泵入真空低压蒸馏塔，压力5KPa(A),收集馏程为130℃-150℃的馏分(N-甲级吡咯烷酮)，回收的N-甲级吡咯烷酮返回浆态床，重组分即为绿油。

实施例4

采用实施例1的系统，变压吸附制乙烯的工艺为：

将粒径为100目-150目的催化剂稀释剂氧化硅颗粒、分子筛与陶瓷的混合物与乙炔加氢催化剂按照0.1:1的比例混合均匀形成固相物料后，加入浆态床内部与溶剂N-甲级吡咯烷酮混合形成浆液。将5KPa、5℃的乙炔与1.1MPa、40℃的氢气按1:3的摩尔比通过文丘里混合器混合，形成混合气。混合气通过浆态床内部气体分布器进入浆液，在170℃条件下反应。反应后的气相物料经过变压吸附得到目标产物乙烯，回收的氢气与原料氢气混合。液相物料经带式真空过滤机得到固相物料及液相物料。固相物料先经高温蒸汽190℃洗脱，固相物料经皮带送至流化床，流化床气氛为氢气和氮气，其摩尔比为1:9，经250℃还原得到再生的催化剂，催化剂返回浆态床继续使用。液相物料泵入真空低压蒸馏塔，压力5KPa(A),收集馏程为130℃-150℃的馏分(N-甲级吡咯烷酮)，回收的N-甲级吡咯烷酮返回浆态床，重组分即为绿油。最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种变压吸附制乙烯的反应系统，所述系统包括氢炔混合均压单元、加氢反应单元、变压吸附单元、真空过滤单元、高温蒸汽及流化床再生单元和真空低压蒸馏单元；

所述加氢反应单元包括浆态床、浆态床温控装置、气液冷凝分离装置，其中，所述浆态床设有混合气进口、气体产品出口、凝液进口、浆液出口、以及换热介质进口、换热介质出口；所述混合气进口连接所述氢炔混合均压单元；所述浆液出口连接所述真空过滤单元；

所述浆态床温控装置通过所述换热介质出口、换热介质进口与所述浆态床连通；

所述气液冷凝分离装置的气体产品进口连接所述浆态床的气体产品出口，所述气液冷凝分离装置的凝液出口连接所述浆态床的凝液进口，所述气液冷凝分离装置的气体出口连接所述变压吸附单元的气体进口；

所述真空过滤单元的液相物料出口连接所述真空低压蒸馏单元，所述真空过滤单元的固相物料出口连接所述高温蒸汽及流化床再生单元。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氢炔混合均压单元为文丘里混合器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变压吸附单元的氢气出口与所述氢炔混合均压单元的氢气入口相连。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述浆态床温控装置包括电加热器、冷凝器及温度自控系统。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述真空低压蒸馏单元的溶剂出口连接所述浆态床的溶剂入口；所述高温蒸汽及流化床再生单元包括顺序相连的高温蒸汽洗脱装置和流化床，所述流化床的出料口与所述浆态床的的催化剂入口相连。

6.一种利用权利要求1至5任一项所述系统进行变压吸附制乙烯的方法，所述方法包括步骤：

将乙炔和氢气通过所述氢炔混合均压单元均压混合；

将混合后的乙炔和氢气通入所述加氢反应单元进行反应；

对乙炔加氢气反应的气相产物通过所述变压吸附单元进行变压吸附，得到产物乙烯与富余氢气，所述富余氢气送入所述氢炔混合均压单元；

将所述浆态床中的浆液引出，通过所述真空过滤单元分离得到固相物料及液相物料；

将所述固相物料经过所述高温蒸汽及流化床再生单元处理，得到再生催化剂；

将所述液相物料通过所述真空低压蒸馏单元处理，进行溶剂回收。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通入所述氢炔混合均压单元的乙炔压力为5KPa-40KPa，温度为5-80℃；通入的氢气压力为0.1MPa-2.2MPa，温度为5-40℃；所述乙炔与氢气的摩尔比为1:3-15。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的固相物料包括催化剂及催化剂稀释剂。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的催化剂稀释剂包括珍珠岩颗粒、氧化铝颗粒、氧化硅颗粒、分子筛和陶瓷颗粒中的一种或几种；所述催化剂稀释剂粒径为所述催化剂平均粒径的80％-120％；所述催化剂稀释剂与所述催化剂的质量比为0.1-10:1。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述高温蒸汽及流化床再生单元的流化床的气氛为氢气和氮气，其摩尔比为1:3-9，所述流化床内的温度为150-350℃；所述高温蒸汽及流化床再生单元的高温蒸汽蒸汽温度为150℃-230℃。