CN110563538A - 一种丙烯气体催化脱氧反应装置及脱氧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种丙烯气体催化脱氧反应装置及脱氧方法，其装置包括换热器、电加热器、脱氧反应器、空气冷凝器、气液分离罐、压缩机及分离塔，原料丙烯尾气经换热器换热后，进一步由电加热器加热到反应操作温度，进入脱氧反应器，脱氧反应器内设置有催化剂床层，脱氧反应后的气体与原料气换热后，经空气冷凝器降温进入气液分离罐，分离出反应过程中产生的液相，气相经压缩机升压后进入不凝气分离塔，气相分离出不凝气，液相得到纯丙烯。本发明丙烯气体催化脱氧反应装置及脱氧方法，直接使丙烯与氧气反应生成CO2和H2O，能够抑制催化剂表面的积碳的发生和副产物CO的生成、对原料气氧含量的波动具有较强的承受能力。

Description

一种丙烯气体催化脱氧反应装置及脱氧方法
技术领域
本发明涉及化工尾气处理技术领域，具体涉及一种丙烯气体催化脱氧反应装置及脱氧方法。
背景技术
含氧有机烃类气体或尾气是目前化工生产与储运过程中的常见气体，例如氧化与过氧化工艺中的有机尾气、油罐区联通系统尾气、垃圾填埋气等，常常由于氧气含量高而带来燃爆风险；并且SH 3009-2013《石油化工可燃性气体排放系统设计规范》5.3.1中规定，“氧气含量大于2％(v％)的可燃性气体”不应排入全厂可燃气体排放系统，如火炬、焚烧炉等。因此，为降低燃爆风险、回收利用有机气体或者保证含氧有机尾气满足排放要求，需要对含氧有机气体或尾气进行脱氧处理。对于环氧丙烷装置，包括传统的氯醇法环氧丙烷装置、近几年应用的双氧水法制环氧丙烷装置，丙烯尾气中的氧气含量在0.5％～8％的范围波动，按照上述规范要求该股气体不能排入可燃气体排放系统，需将氧气含量降低到0.5％以下进行排放，或降低到0.1％以下进行循环利用。
现有技术中的脱氧技术主要有变压吸附脱氧、化学吸附脱氧、活性炭燃烧除氧、催化燃烧脱氧，其中物理化学吸附脱氧负荷较小，适合于微量氧的脱除，活性炭脱氧温度高，能耗高。现有技术中的催化脱氧技术基本需要加入H2等还原性气体，而还原气的分离成为较难解决的问题。
当前现有技术中的有机气体催化氧化脱氧技术主要针对煤层气、垃圾填埋气等含甲烷气体，针对乙烯、丙烯等烯烃的脱氧技术只适用于ppm级微量氧气的脱除，未见针对乙烯、丙烯等烯烃的催化脱氧技术，而烯烃在一定温度下易在催化剂表面发生积碳，其脱氧技术与甲烷脱氧技术具有一定差异。
发明内容
本发明的目的在于提供一种丙烯气体催化脱氧反应装置及脱氧方法，无须添加H2等还原性气体，直接使丙烯与氧气反应生成CO2和H2O，达到丙烯尾气脱氧的目的，且该反应装置安全、环保、节能。
本发明的任务之一在于提供一种丙烯气体催化脱氧反应装置，其所采用的技术方案为：
一种丙烯气体催化脱氧反应装置，其包括换热器、电加热器、脱氧反应器、空气冷凝器、气液分离罐、压缩机及分离塔，所述换热器上设置有进口一、进口二、出口一、出口二，所述进口一与出口一位置相对，所述进口一连接有第一进口管路，所述第一管路用于向所述换热器内送入原料丙烯尾气；所述出口一连接有第一出口管路；
所述第一出口管路的另一端连接所述电加热器的进口端，所述电加热器的出口端连接所述脱氧反应器的进口端；
所述脱氧反应器的出口端连接有第二出口管路，所述第二出口管路的另一端连接在所述进口二上；
所述出口二上连接有第三出口管路，所述第三出口管路连接在所述空气冷凝器的进口端，所述空气冷凝器的出口端连接在所述气液分离罐的进口端，所述气液分离罐设置有出口三和出口四，所述出口三用于排出气相，所述出口四用于排出液相，所述出口三上连接有第四出口管路，所述第四出口管路连接在所述压缩机的进口端，所述压缩机的出口端连接在所述分离塔的进口端，所述分离塔设置有出口五和出口六，所述出口五用于排出气相，所述出口六用于排出液相。
作为本发明的一个优选方案，所述丙烯气体按照体积百分比浓度计，其组成为：氧气0.5％～8％、丙烯20％～95％、余量为氮气、二氧化碳及氢气。
作为本发明的另一个优选方案，所述脱氧反应器为固定床绝热反应器，操作压力为1～3MPa，反应操作温度100～430℃。
优选的，所述脱氧反应器内设置有催化剂床层，所述催化剂床层的出口温度为200～600℃，所述丙烯气体在催化剂床层的空速为500～50000hr-1。
进一步的，所述催化剂床层所选用的催化剂包括主催化剂和助催化剂，所述主催化剂为贵金属催化剂，所述助催化剂为土、碱金属或碱土金属氧化物中一种或多种混合物。
进一步的，所述贵金属催化剂含有Pt、Pd、Ru、Rh、Ag、Ir中的一种或几种活性组分。
进一步的，所述催化剂所选用的载体为氧化铝球、二氧化硅球、二氧化钛、分子筛、活性炭或者碳纳米管。
本发明的另一任务在于提供一种丙烯气体催化脱氧方法，其采用上述反应装置，依次包括以下步骤：
a丙烯气体经过第一进口管路进入换热器，经换热器换热后，从出口一排出，经第一出口管路进入所述电加热器中；
所述丙烯气体按照体积百分比浓度计，其组成为：氧气0.5％～8％、丙烯20％～95％、余量为氮气、二氧化碳、少量氢气；
b由电加热器加热到反应所需温度，进入脱氧反应器中进行反应，脱氧反应器中操作压力为1～3MPa，反应操作温度100～430℃；
c脱氧反应后的气体经第二出口管路进入所述换热器中，与原料气换热后，经空气冷凝器降温后进入所述气液分离罐，经出口四分离出反应过程中产生的液相；
d经出口三分离出气相，气相经压缩机升压后进入分离塔，气相分离出不凝气，液相得到纯丙烯。
进一步的，在所述第一进口管路上设置有阀门。
进一步的，经空气冷凝器降温至20℃进入所述气液分离罐。
现有技术中的有机气体催化氧化脱氧技术主要针对煤层气、垃圾填埋气等含甲烷气体，针对乙烯、丙烯等烯烃的脱氧技术只适用于ppm级微量氧气的脱除，未见针对乙烯、丙烯等烯烃的催化脱氧技术，而烯烃在一定温度下易在催化剂表面发生积碳。
本发明丙烯气体催化脱氧反应装置及脱氧方法，直接使丙烯与氧气反应生成CO2和H2O，能够抑制催化剂表面的积碳的发生和副产物CO的生成、对原料气氧含量的波动具有较强的承受能力。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明丙烯气体催化脱氧工艺流程图；
图中，1-换热器，2-电加热器，3-脱氧反应器，4-空气冷凝器，5-气液分离罐，6-压缩机，7-不凝气分离塔。
具体实施方式
本发明提出了一种丙烯气体催化脱氧反应装置及脱氧方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
本发明原料丙烯尾气组成：氧气体积百分比浓度为0.5％～8％；丙烯体积百分比浓度为20％～95％，其他为氮气、二氧化碳及少量氢气和有机气体。
脱氧反应器为固定床绝热反应器，操作压力0～4MPa，反应操作温度100-430℃，催化剂床层出口温度为200-600℃，空速500-50000hr-1。
反应尾气中氧气积百分比浓度<0.2％，CO选择性<0.5％，CO2选择性>98％。
催化剂为贵金属催化剂，含有Pt、Pd、Ru、Rh、Ag、Ir中的一种或几种活性组分，助催化剂为稀土、碱金属或碱土金属氧化物中一种或多种任意比例组合，载体为氧化铝球、二氧化硅球、二氧化钛、分子筛、活性炭或者碳纳米管等。
如图1所示，本发明一种丙烯气体催化脱氧反应装置，包括换热器1、电加热器2、脱氧反应器3、空气冷凝器4、气液分离罐5、压缩机6及不凝气分离塔7，在换热器1上设置有进口一、进口二、出口一、出口二，进口一与出口一位置相对，进口一连接有第一进口管路，第一管路用于向换热器内送入原料丙烯尾气；出口一连接有第一出口管路；第一出口管路的另一端连接电加热器2的进口端，电加热器的出口端连接脱氧反应器3的进口端；脱氧反应器的出口端连接有第二出口管路，第二出口管路的另一端连接在进口二上；出口二上连接有第三出口管路，第三出口管路连接在空气冷凝器4的进口端，空气冷凝器4的出口端连接在气液分离罐5的进口端，气液分离罐5设置有出口三和出口四，出口三用于排出气相，出口四用于排出液相，出口三上连接有第四出口管路，第四出口管路连接在压缩机的进口端，压缩机的出口端连接在分离塔的进口端，分离塔设置有出口五和出口六，出口五用于排出气相，出口六用于排出液相。
本发明脱氧工艺流程简述：
原料丙烯尾气经换热器1换热后，进一步由电加热器2加热到反应操作温度，进入脱氧反应器3，脱氧反应后的气体与原料气换热后，经空气冷凝器4降温至20℃进入气液分离罐5，分离出反应过程中产生的液相，气相经压缩机6升压后进入不凝气分离塔7，气相分离出不凝气，液相得到纯丙烯。
下面结合具体实施例做详细说明。
实施例1：
丙烯尾气组成：氧气体积百分比浓度为5％；丙烯体积百分比浓度为90％，氮气5％。反应压力1MPa，反应空速10000hr-1。丙烯尾气40℃，经换热器换热至120℃后，进入脱氧反应器，反应床层出口温度280℃。脱氧反应后的气体与原料气换热至80℃，经空气冷凝器降温至20℃后，进入气液分离罐，分离出反应过程中产生的液相。气相氧气含量0.1％，CO选择性0.4％，CO2选择性99％。气相经压缩机升压后进入不凝气分离塔，气相分离出不凝气，液相得到纯丙烯。不凝气组成：氮气体积百分比浓度50.3％，CO2体积百分比浓度为49.5％，CO体积百分比浓度为0.2％。
实施例2：
丙烯尾气组成：氧气体积百分比浓度为5％；丙烯体积百分比浓度为90％，氮气5％。反应压力3MPa，反应空速50000hr-1。丙烯尾气40℃，经换热器换热至180℃后，进入脱氧反应器，反应床层出口温度355℃。脱氧反应后的气体与原料气换热至100℃，经空气冷凝器降温至20℃后，进入气液分离罐，分离出反应过程中产生的液相。气相氧气含量0.18％，CO选择性0.48％，CO2选择性98.05％。气相经压缩机升压后进入不凝气分离塔，气相分离出不凝气，液相得到纯丙烯。不凝气组成：氮气体积百分比浓度49.7％，CO2体积百分比浓度为49.9％，CO体积百分比浓度为0.3％。
实施例3：
丙烯尾气组成：氧气体积百分比浓度为1％；丙烯体积百分比浓度为96％，氮气4％。反应压力2MPa，反应空速15000hr-1。丙烯尾气40℃，经换热器换热至160℃后，进入脱氧反应器，反应床层出口温度210℃。脱氧反应后的气体与原料气换热至60℃，经空气冷凝器降温至20℃后，进入气液分离罐，分离出反应过程中产生的液相。气相氧气含量0.08％，CO选择性0.02％，CO2选择性99.5％。气相经压缩机升压后进入不凝气分离塔，气相分离出不凝气，液相得到纯丙烯。不凝气组成：氮气体积百分比浓度80.5％，CO2体积百分比浓度为19.5％。
本发明未述及的部分借鉴现有技术即可实现。
需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种丙烯气体催化脱氧反应装置，其包括换热器、电加热器、脱氧反应器、空气冷凝器、气液分离罐、压缩机及分离塔，其特征在于：所述换热器上设置有进口一、进口二、出口一、出口二，所述进口一与出口一位置相对，所述进口一连接有第一进口管路，所述第一管路用于向所述换热器内送入原料丙烯尾气；所述出口一连接有第一出口管路；
所述第一出口管路的另一端连接所述电加热器的进口端，所述电加热器的出口端连接所述脱氧反应器的进口端；
所述脱氧反应器的出口端连接有第二出口管路，所述第二出口管路的另一端连接在所述进口二上；
所述出口二上连接有第三出口管路，所述第三出口管路连接在所述空气冷凝器的进口端，所述空气冷凝器的出口端连接在所述气液分离罐的进口端，所述气液分离罐设置有出口三和出口四，所述出口三用于排出气相，所述出口四用于排出液相，所述出口三上连接有第四出口管路，所述第四出口管路连接在所述压缩机的进口端，所述压缩机的出口端连接在所述分离塔的进口端，所述分离塔设置有出口五和出口六，所述出口五用于排出气相，所述出口六用于排出液相。
2.根据权利要求1所述的一种丙烯气体催化脱氧反应装置，其特征在于：所述丙烯气体按照体积百分比浓度计，其组成为：氧气0.5％～8％、丙烯20％～95％、余量为氮气、二氧化碳及氢气。
3.根据权利要求2所述的一种丙烯气体催化脱氧反应装置，其特征在于：所述脱氧反应器为固定床绝热反应器，操作压力为0～4MPa，反应操作温度100～430℃。
4.根据权利要求3所述的一种丙烯气体催化脱氧反应装置，其特征在于：所述脱氧反应器内设置有催化剂床层，所述催化剂床层的出口温度为200～600℃，所述丙烯气体在催化剂床层的空速为500～50000hr-1。
5.根据权利要求4所述的一种丙烯气体催化脱氧反应装置，其特征在于：所述催化剂床层所选用的催化剂包括主催化剂和助催化剂，所述主催化剂为贵金属催化剂，所述助催化剂为土、碱金属或碱土金属氧化物中一种或多种混合物。
6.根据权利要求5所述的一种丙烯气体催化脱氧反应装置，其特征在于：所述贵金属催化剂含有Pt、Pd、Ru、Rh、Ag、Ir中的一种或几种活性组分。
7.根据权利要求4所述的一种丙烯气体催化脱氧反应装置，其特征在于：所述催化剂所选用的载体为氧化铝球、二氧化硅球、二氧化钛、分子筛、活性炭或者碳纳米管。
8.一种丙烯气体催化脱氧方法，其特征在于：其采用权利要求1所述的丙烯气体催化脱氧反应装置，所述脱氧方法包括：
a丙烯气体经过第一进口管路进入换热器，经换热器换热后，从出口一排出，经第一出口管路进入所述电加热器中；
所述丙烯气体按照体积百分比浓度计，其组成为：氧气0.5％～8％、丙烯20％～95％、余量为氮气、二氧化碳、少量氢气；
b由电加热器加热到反应所需温度，进入脱氧反应器中进行反应，脱氧反应器中操作压力为1～3MPa，反应操作温度100～430℃；
c脱氧反应后的气体经第二出口管路进入所述换热器中，与原料气换热后，经空气冷凝器降温后进入所述气液分离罐，经出口四分离出反应过程中产生的液相；
d经出口三分离出气相，气相经压缩机升压后进入分离塔，气相分离出不凝气，液相得到纯丙烯。
9.根据权利要求8所述的一种丙烯气体催化脱氧方法，其特征在于：在所述第一进口管路上设置有阀门。
10.根据权利要求8所述的一种丙烯气体催化脱氧方法，其特征在于：经空气冷凝器降温至20℃进入所述气液分离罐。
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