CN112479798A - 一种基于微界面强化碳四加氢的系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于微界面强化碳四加氢的系统及工艺，包括：碳四加氢单元、物料换热单元、冷却分离单元、精馏单元和微界面发生器。本发明通过加装微界面发生器对氢气进行处理，破碎氢气使其形成微米尺度的微米级气泡，使氢气微米级气泡与1,3‑丁二烯混合形成气液乳化物，氢气微米级气泡与1,3‑丁二烯混合形成气液乳化物，以增大气液两相的相界面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，以在预设操作条件范围内强化气液组分的传质效率和反应效率提高氢气的反应效率，以确保反应的充分有效进行，提高氢气利用率，进而保证反应速率，达到了强化反应的目的，降低1‑丁烯的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及1,3-丁二烯选择加氢制1-丁烯技术领域，尤其涉及一种基于微界面强化碳四加氢的系统及工艺。
背景技术
石油烃蒸汽裂解制乙烯装置副产大量的混合碳四，其中1,3-丁二烯的质量分数为50％左右，通常这部分1,3-丁二烯通过抽提等方法从碳四中分离出来。1,3-丁二烯是合成橡胶、合成树脂的重要单体，国内主要用作合成橡胶，而某些乙烯生产装置特别是中小型规模的装置，下游没有配套的合成橡胶装置，不需要1,3-丁二烯却往往需要大量的高纯度1-丁烯。因此，将1,3-丁二烯加氢制备1-丁烯是合理利用碳四资源的经济工艺路线。
1-丁烯是重要的基础化工原料之一，1-丁烯是合成仲丁醇、脱氢制丁二烯的原料；顺、反2-丁烯用于合成C4、C5衍生物及制取交联剂、叠合汽油等；异烯是制造丁基橡胶、聚异丁烯橡胶的原料，与甲醛反应生成异戊二烯，可制成不同分子量的聚异丁烯聚合物以用作润滑油添加剂、树脂等，水合制叔丁醇，氧化制有机玻璃的单体甲基丙烯酸甲酯。此外异丁烯还是抗氧剂叔丁基对甲酚和环氧树脂及有机合成原料。
中国专利公开号：CN105399593A公开了一种碳四馏分中1,3-丁二烯选择加氢制1-丁烯的方法，在氢气存在下，在反应入口温度为30℃～60℃、反应压力为0.6～2.0MPa、以碳四馏分的液态体积计量的反应空速为10～60h-1、氢气与1,3-丁二烯摩尔比为0.2～10的条件下，在固定床反应器中使液相碳四馏分与一种活化后的复合型催化剂接触制备1-丁烯；所述的复合型催化剂包括连续有机相碳和分散相雷尼合金粒子，其中分散相雷尼合金粒子均匀或不均匀地分散在连续有机相中；所述的连续相碳是由可碳化的有机物或其混合物碳化后得到的；所述的雷尼合金包括金属铜和可被沥滤的元素铝。由此可见，所述方法存在以下问题：
第一，所述方法中仅通过将氢气通入固定床反应器内，与1,3-丁二烯加氢反应获得1-丁烯，气相组分氢气进入固定床反应器形成大气泡，然而由于气泡体积过大，无法与液相组1,3-丁二烯分充分接触，降低了系统的反应效率。
第二，所述方法中氢气与1,3-丁二烯反应速率降低，导致氢气利用率降低，很大程度上造成原料的浪费，增加了1-丁烯的生产成本，不符合现有的循环经济的要求。
发明内容
为此，本发明提供一种基于微界面强化碳四加氢的系统及工艺，用以克服现有技术中物料间混合不均匀产生副产物导致的系统反应效率低的问题。
一方面，本发明提供一种基于微界面强化碳四加氢的系统，包括：
碳四加氢单元，用以为氢气和1,3-丁二烯提供反应场所；
物料换热单元，与所述碳四加氢单元相连，用以为氢气和1,3-丁二烯进行换热处理，并对其进行定量传输；
冷却分离单元，与所述碳四加氢单元相连，用以为对碳四加氢单元输出物料进行冷却并处理；
精馏单元，与所述冷却分离单元相连，用以为对冷却分离单元输出物料进行精馏；
微界面发生器，设置在所述碳四加氢单元内，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给气相组分氢气，使气相气破碎形成直径≥1μm、且＜1mm的微米级气泡以提高气相组分氢气与液相组分1,3-丁二烯的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将液相组分与微米级气泡混合形成气液乳化物，以在预设操作条件范围内强化气液组分的传质效率和反应效率。
进一步地，所述微界面发生器为气动式微界面发生器，其设置在所述碳四加氢单元的反应区内，用以将氧气破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至反应区内与液相组分1,3-丁二烯混合形成气液乳化物。
进一步地，所述碳四加氢单元包括：
碳四加氢反应器，用以为氢气和1,3-丁二烯提供反应场所；
氢气进料管道，其设置在所述碳四加氢反应器的侧壁并与所述微界面发生器相连，用以将氢气输送至微界面发生器内，并使微界面发生器对氢气进行破碎；
1,3-丁二烯进料管道，其设置在所述碳四加氢反应器的侧壁并位于所述氢气进料管道上方，用以将1,3-丁二烯输送至碳四加氢反应器内；
催化剂进料口，其设置在所述碳四加氢反应器的侧壁并位于所述1,3-丁二烯进料管道上方，用以将催化剂输送至碳四加氢反应器内。
进一步地，所述物料换热单元包括：
气液换热器，其设置在所述氢气进料管道上，用以对气相组分氢气水浴控温，以使氢气维持在预设温度范围内；
液液换热器，其设置在所述1,3-丁二烯进料管道上，用以对液相组分1,3-丁二烯进行水浴控温，以使1,3-丁二烯维持在预设温度范围内。
进一步地，所述物料换热单元还包括：
质量流量计，其设置在所述氢气进料管道上，用以对氢气进行质量流量检测；
第一计量泵，其设置在所述1,3-丁二烯管道上，用以为将1,3-丁二烯定量泵入碳四加氢反应器内。
进一步地，所述冷却分离单元包括：
冷却器，其与所述碳四加氢单元相连，用以对碳四加氢单元输出物料进行冷却处理；
分离罐，其与所述冷却器相连，用以脱除冷却器输出物料中不凝气相组分，实现气液分离；
冷却夹套，其设置在所述分离罐的外侧壁上，用以对分离罐内物料进行循环冷却。
进一步地，所述冷却分离单元还包括：
回流管路，所述回流管的进料端与所述分离罐的底端相连，所述回流管的出料端与所述碳四加氢反应器相连，用以将分离罐内部分物料回输入碳四加氢反应器内，稀释1,3-丁二烯浓度，调控反应温度；
第二计量泵，其设置在所述回流管路上，用以将回流管路内物料定量泵入碳四加氢反应器内。
进一步地，所述精馏单元包括：
精馏塔，其与所述冷却分离单元相连，用以为对冷却分离单元输出液相物料进行精馏处理；
冷凝器，其与所述精馏塔相连，用以对精馏塔输出气相物料进行冷却处理；
1,3-丁二烯缓存罐，其与所述冷凝器相连通，用以缓存1,3-丁二烯。
另一方面的，一种基于微界面强化碳四加氢的工艺，包括：
物料处理工序：
步骤1：通过催化剂进料口向所述碳四加氢反应器内输送催化剂；
步骤2：通过所述1,3-丁二烯进料管道向所述碳四加氢反应器内输送1,3-丁二烯，其中通过所述液液换热器对1,3-丁二烯进行水浴控温，使1,3-丁二烯维持在预设温度范围内，并通过所述第一计量泵将预设温度范围内的1,3-丁二烯定量泵入所述碳四加氢反应器内；
步骤3：通过所述氢气进料管道向所述碳四加氢反应器内输送氢气，其中通过所述气液换热器对氢气进行水浴控温，使氢气维持在预设温度范围内，并通过所述质量流量计将预设温度范围内的氢气泵入所述碳四加氢反应器内；
碳四加氢工序：
步骤4：泵入所述碳四加氢反应器内的氢气输送至所述微界面发生器，所述微界面发生器对氢气进行破碎，形成微米尺度的微米级气泡，破碎完成后，所述微界面发生器将微米级气泡输出至所述碳四加氢反应器内反应区并与1,3-丁二烯混合形成气液乳化物，气液乳化物在催化剂作用下发生加氢反应，生成1-丁烯混合物，并将生成的1-丁烯混合物通入冷却分离单元；
冷却分离工序：
步骤5：1-丁烯混合物沿所述碳四加氢反应器顶部输出并进入所述冷却器内，通过所述冷却器对1-丁烯混合物进行冷却降温处理，冷却后1-丁烯混合物传输至所述分离罐内，并通过所述冷却夹套进行循环冷却，其中1-丁烯混合物中的不凝气相组分沿所述分离罐顶部排出，1-丁烯混合物中液相组分一部分在所述第二计量泵的作用下沿所述回流管路回流入所述碳四加氢反应器内，对所述碳四加氢反应器内的1,3-丁二烯进行稀释，并调控反应温度，1-丁烯混合物中液相组分的另一部分进入精馏单元；
精馏工序：
步骤6：进入所述精馏塔内的液相组分1-丁烯混合物进行精馏，塔顶采出1,3-丁二烯组分，并将1,3-丁二烯组分传输至所述冷凝器内进行冷却处理，冷却处理后的1,3-丁二烯组分进入1,3-丁二烯缓存罐内进行缓存。
进一步地，所述工艺中碳四加氢反应器内反应温度为30-45℃，反应压力为0.1-0.8MPa，所述氢气与所述1,3-丁二烯的摩尔比为1-2:1，所述微界面发生器内的气液比为300-500:1。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过碳四加氢单元、物料换热单元、冷却分离单元、精馏单元和微界面发生器构成本发明系统的主体结构，通过破碎氢气使其形成微米尺度的微米级气泡，使微米级气泡与水混合形成气液乳化物，以增大气液两相的相界面积，提高1,3-丁二烯加氢效率，提高氢气反应效率，节约成本；碳四加氢单元，用以为氢气和1,3-丁二烯提供反应场所，物料换热单元，用以为氢气和1,3-丁二烯进行换热处理，并对其进行定量传输，冷却分离单元，用以为对碳四加氢单元输出物料进行冷却并处理，精馏单元，用以为对冷却分离单元输出物料进行精馏，可以根据不同的产品要求，而灵活地对氯气进行预设操作条件的范围调整，以确保反应的充分有效进行，进而保证反应速率，达到了强化反应的目的。
尤其，本发明的碳四加氢单元，其中碳四加氢反应器，用以为氢气和1,3-丁二烯提供反应场所；氢气进料管道，用以将氢气输送至微界面发生器内，并使微界面发生器对氢气进行破碎；1,3-丁二烯进料管道，用以将1,3-丁二烯输送至碳四加氢反应器内；催化剂进料口，用以将催化剂输送至碳四加氢反应器内，实现氢气和1,3-丁二烯的高效反应，提高氢气原料利用率。
尤其，本发明的物料换热单元，其中气液换热器，用以对气相组分氢气水浴控温，以使氢气维持在预设温度范围内；液液换热器，用以对液相组分1,3-丁二烯进行水浴控温，以使1,3-丁二烯维持在预设温度范围内；质量流量计，用以对氢气进行质量流量检测；第一计量泵，用以为将1,3-丁二烯定量泵入碳四加氢反应器内，对气相组分氢气和液相组分1,3-丁二烯温度进行调控，提高反应效率。
尤其，本发明的冷却分离单元，其中冷却器，用以对碳四加氢单元输出物料进行冷却处理；分离罐，用以脱除冷却器输出物料中不凝气相组分，实现气液分离；冷却夹套，用以对分离罐内物料进行循环冷却；回流管路，用以将分离罐内部分物料回输入碳四加氢反应器内，稀释1,3-丁二烯浓度，调控反应温度；第二计量泵，用以将回流管路内物料定量泵入碳四加氢反应器内。
尤其，本发明的精馏单元，其中精馏塔，用以为对冷却分离单元输出液相物料进行精馏处理；冷凝器，用以对精馏塔输出气相物料进行冷却处理；1,3-丁二烯缓存罐，用以缓存1,3-丁二烯。
附图说明
图1为本发明所述的基于微界面强化碳四加氢的系统的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1所示，其为本发明所述的基于微界面强化碳四加氢的系统的结构示意图，包括碳四加氢单元1、物料换热单元2、冷却分离单元3、精馏单元4、微界面发生器5。所述碳四加氢单元1，用以为氢气和1,3-丁二烯提供反应场所，所述物料换热单元2，与所述碳四加氢单元1相连，用以为氢气和1,3-丁二烯进行换热处理，并对其进行定量传输，所述冷却分离单元3，与所述碳四加氢单元1相连，用以为对碳四加氢单元输出物料进行冷却并处理，所述精馏单元4，与所述冷却分离单元3相连，用以为对冷却分离单元输出物料进行精馏，所述微界面发生器5，设置在所述碳四加氢单元1内，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给气相组分，使气相气破碎形成直径≥1μm、且＜1mm的微米级气泡。
当所述系统运行时，微界面发生器5气相组分破碎形成微米尺度的微米级气泡并使微米级气泡与液相组分的混合物混合形成气液乳化物。本领域的技术人员可以理解的是，本发明所述微界面发生器5还可用于其它多相反应中，如通过微界面、微纳界面、超微界面、微泡生化反应器或微泡生物反应器等设备，使用微混合、微流化、超微流化、微泡发酵、微泡鼓泡、微泡传质、微泡传递、微泡反应、微泡吸收、微泡增氧、微泡接触等工艺或方法，以使物料形成多相微混流、多相微纳流、多相乳化流、多相微结构流、气液固微混流、气液固微纳流、气液固乳化流、气液固微结构流、微米级气泡、微米级气泡流、微泡沫、微泡沫流、微气液流、气液微纳乳化流、超微流、微分散流、两项微混流、微湍流、微泡流、微鼓泡、微鼓泡流、微纳鼓泡以及微纳鼓泡流等由微米尺度颗粒形成的多相流体、或由微纳尺度颗粒形成的多相流体(简称微界面流体)，从而有效地增大了反应过程中所述气相和/或液相与液相和/或固相之间的相界传质面积。
请继续参阅图1所示，所述微界面发生器5为气动式微界面发生器，其设置在所述碳四加氢单元1的反应区内，用以将氧气破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至反应区内与液相组分1,3-丁二烯混合形成气液乳化物；
当系统运行时，所述微界面发生器5将气相组分氢气破碎形成微米尺度的微米级气泡并使微米级气泡与液相组分1,3-丁二烯的混合物混合形成气液乳化物。
请继续参阅图1所示，所述碳四加氢单元包括：碳四加氢反应器11、氢气进料管道12、1,3-丁二烯进料管道13和催化剂进料口14；
其中所述碳四加氢反应器11，用以为氢气和1,3-丁二烯提供反应场所；
所述氢气进料管道12，其设置在所述碳四加氢反应器11的侧壁并与所述微界面发生器5相连，用以将氢气输送至微界面发生器内，并使微界面发生器对氢气进行破碎；
所述1,3-丁二烯进料管道13，其设置在所述碳四加氢反应器11的侧壁并位于所述氢气进料管道12上方，用以将1,3-丁二烯输送至碳四加氢反应器内；
所述催化剂进料口14，其设置在所述碳四加氢反应器11的侧壁并位于所述1,3-丁二烯进料管道13上方，用以将催化剂输送至碳四加氢反应器内。
请继续参阅图1所示，所述物料换热单元2包括：气液换热器21、液液换热器22、质量流量计23和第一计量泵24；
其中所述气液换热器21，其设置在所述氢气进料管道12上，用以对气相组分氢气水浴控温，以使氢气维持在预设温度范围内；
所述液液换热器22，其设置在所述1,3-丁二烯进料管道13上，用以对液相组分1,3-丁二烯进行水浴控温，以使1,3-丁二烯维持在预设温度范围内。
所述质量流量计23，其设置在所述氢气进料管道12上，用以对氢气进行质量流量检测；
所述第一计量泵24，其设置在所述1,3-丁二烯管道13上，用以为将1,3-丁二烯定量泵入碳四加氢反应器内。
当系统运行时，通过催化剂进料口14向所述碳四加氢反应器11内输送催化剂，通过所述1,3-丁二烯进料管道13向所述碳四加氢反应器11内输送1,3-丁二烯，其中通过所述液液换热器22对1,3-丁二烯进行水浴控温，使1,3-丁二烯维持在预设温度范围内，并通过所述第一计量泵24将预设温度范围内的1,3-丁二烯定量泵入所述碳四加氢反应器11内，通过所述氢气进料管道12向所述碳四加氢反应器11内输送氢气，其中通过所述气液换热器21对氢气进行水浴控温，使氢气维持在预设温度范围内，并通过所述质量流量计23将预设温度范围内的氢气泵入所述碳四加氢反应器11内，泵入所述碳四加氢反应器11内的氢气输送至所述微界面发生器5，所述微界面发生器5对氢气进行破碎，形成微米尺度的微米级气泡，破碎完成后，所述微界面发生器5将微米级气泡输出至所述碳四加氢反应器11内反应区并与1,3-丁二烯混合形成气液乳化物，气液乳化物在催化剂作用下发生加氢反应，生成1-丁烯混合物，并将生成的1-丁烯混合物通入冷却分离单元3，可以理解的是，所述氢气进料管道12和所述1,3-丁二烯进料管道13的材质和尺寸本实施例均不做具体限制，只要满足所述氢气进料管道12和所述1,3-丁二烯进料管道13能够在指定时间内输送指定体积的物料即可，所述质量流量计23和所述第一计量泵24的型号本实施例均不做具体限制，只要满足所述质量流量计23和所述第一计量泵24能够在指定时间内输送指定量的物料即可。
请继续参阅图1所示，所述冷却分离单元3包括：冷却器31、分离罐32、冷却夹套33、回流管路34和第二计量泵35；
其中所述冷却器31，其与所述碳四加氢单元1相连，用以对碳四加氢单元输出物料进行冷却处理；
所述分离罐32，其与所述冷却器31相连，用以脱除冷却器输出物料中不凝气相组分，实现气液分离；
所述冷却夹套33，其设置在所述分离罐32的外侧壁上，用以对分离罐内物料进行循环冷却；
所述回流管路34，所述回流管34的进料端与所述分离罐32的底端相连，所述回流管34的出料端与所述碳四加氢反应器11相连，用以将分离罐内部分物料回输入碳四加氢反应器内，稀释1,3-丁二烯浓度，调控反应温度；
所述第二计量泵35，其设置在所述回流管路34上，用以将回流管路内物料定量泵入碳四加氢反应器内。
当系统运行时，1-丁烯混合物沿所述碳四加氢反应器11顶部输出并进入所述冷却器31内，通过所述冷却器31对1-丁烯混合物进行冷却降温处理，冷却后1-丁烯混合物传输至所述分离罐32内，并通过所述冷却夹套33进行循环冷却，其中1-丁烯混合物中的不凝气相组分沿所述分离罐32顶部排出，1-丁烯混合物中液相组分一部分在所述第二计量泵35的作用下沿所述回流管路34回流入所述碳四加氢反应器11内，对所述碳四加氢反应器11内的1,3-丁二烯进行稀释，并调控反应温度，1-丁烯混合物中液相组分的另一部分进入精馏单元4，可以理解的是，所述冷却器31和所述第二计量泵35的功率和型号本实施例均不做具体限制，只要满足所述冷却器31和所述第二计量泵35能够实现的技术效果即可。
请继续参阅图1所示，所述精馏单元4包括：精馏塔41、冷凝器42和1,3-丁二烯缓存罐43；
其中所述精馏塔41，其与所述冷却分离单元3相连，用以为对冷却分离单元输出液相物料进行精馏处理；
所述冷凝器42，其与所述精馏塔41相连，用以对精馏塔输出气相物料进行冷却处理；
所述1,3-丁二烯缓存罐43，其与所述冷凝器42相连通，用以缓存1,3-丁二烯。
当系统运行时，进入所述精馏塔41内的液相组分1-丁烯混合物进行精馏，利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即在同一温度下各组分的蒸气压不同这一性质，使液相中的轻组分(低沸物)转移到气相中，而气相中的重组分(高沸物)转移到液相中，从而实现分离的目的，塔顶采出1,3-丁二烯组分，并将1,3-丁二烯组分传输至所述冷凝器42内进行冷却处理，冷却处理后的1,3-丁二烯组分进入1,3-丁二烯缓存罐43内进行缓存，可以理解的是，所述冷凝器42的型号及功率本实施例均不作具体限制，只要满足所述冷凝器42能够达到其指定的工作状态即可，所述精馏塔41可以为塔板式和填料式任意种类，且精馏塔41的类型及型号本实施例均不作具体限制，只要满足所述精馏塔41能够达到其指定的工作状态即可。
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
一种基于微界面强化碳四加氢的工艺，包括：
物料处理工序：
步骤1：通过催化剂进料口向所述碳四加氢反应器内输送催化剂；
步骤2：通过所述1,3-丁二烯进料管道向所述碳四加氢反应器内输送1,3-丁二烯，其中通过所述液液换热器对1,3-丁二烯进行水浴控温，使1,3-丁二烯维持在预设温度范围内，并通过所述第一计量泵将预设温度范围内的1,3-丁二烯定量泵入所述碳四加氢反应器内；
步骤3：通过所述氢气进料管道向所述碳四加氢反应器内输送氢气，其中通过所述气液换热器对氢气进行水浴控温，使氢气维持在预设温度范围内，并通过所述质量流量计将预设温度范围内的氢气泵入所述碳四加氢反应器内；
碳四加氢工序：
步骤4：泵入所述碳四加氢反应器内的氢气输送至所述微界面发生器，所述微界面发生器对氢气进行破碎，形成微米尺度的微米级气泡，破碎完成后，所述微界面发生器将微米级气泡输出至所述碳四加氢反应器内反应区并与1,3-丁二烯混合形成气液乳化物，气液乳化物在催化剂作用下发生加氢反应，生成1-丁烯混合物，并将生成的1-丁烯混合物通入冷却分离单元；
冷却分离工序：
步骤5：1-丁烯混合物沿所述碳四加氢反应器顶部输出并进入所述冷却器内，通过所述冷却器对1-丁烯混合物进行冷却降温处理，冷却后1-丁烯混合物传输至所述分离罐内，并通过所述冷却夹套进行循环冷却，其中1-丁烯混合物中的不凝气相组分沿所述分离罐顶部排出，1-丁烯混合物中液相组分一部分在所述第二计量泵的作用下沿所述回流管路回流入所述碳四加氢反应器内，对所述碳四加氢反应器内的1,3-丁二烯进行稀释，并调控反应温度，1-丁烯混合物中液相组分的另一部分进入精馏单元；
精馏工序：
步骤6：进入所述精馏塔内的液相组分1-丁烯混合物进行精馏，塔顶采出1,3-丁二烯组分，并将1,3-丁二烯组分传输至所述冷凝器内进行冷却处理，冷却处理后的1,3-丁二烯组分进入1,3-丁二烯缓存罐内进行缓存。
其中，所述催化剂为贵金属催化剂，可以理解的是，可以根据不同的产品要求或不同的催化剂，而灵活地进行预设操作条件的范围调整，以确保反应的充分有效进行，进而保证反应速率，达到了强化反应的目的。同时，本实施例中不具体限定催化剂的种类，只要能够确保强化反应顺利进行即可。
实施例1
使用上述系统及工艺进行1,3-丁二烯选择加氢制1-丁烯的工艺，其中：
所述工艺中碳四加氢反应器内反应温度为30℃；
反应压力为0.1MPa；
所述氢气与所述1,3-丁二烯的摩尔比为1:1；
所述微界面发生器内的气液比为300:1。
经检测，使用所述系统及工艺后，1-丁烯的选择性78.2％，工艺的合成效率提升2.5％。
实施例2
使用上述系统及工艺进行1,3-丁二烯选择加氢制1-丁烯的工艺，其中：
所述工艺中碳四加氢反应器内反应温度为32℃；
反应压力为0.2MPa；
所述氢气与所述1,3-丁二烯的摩尔比为1.3:1；
所述微界面发生器内的气液比为360:1。
经检测，使用所述系统及工艺后，1-丁烯的选择性78.1％，工艺的合成效率提升2.6％。
实施例3
使用上述系统及工艺进行1,3-丁二烯选择加氢制1-丁烯的工艺，其中：
所述工艺中碳四加氢反应器内反应温度为35℃；
反应压力为0.4MPa；
所述氢气与所述1,3-丁二烯的摩尔比为1.5:1；
所述微界面发生器内的气液比为410:1。
经检测，使用所述系统及工艺后，1-丁烯的选择性78.3％，工艺的合成效率提升2.5％。
实施例4
使用上述系统及工艺进行1,3-丁二烯选择加氢制1-丁烯的工艺，其中：
所述工艺中碳四加氢反应器内反应温度为37℃；
反应压力为0.6MPa；
所述氢气与所述1,3-丁二烯的摩尔比为1.8:1；
所述微界面发生器内的气液比为450:1。
经检测，使用所述系统及工艺后，1-丁烯的选择性78.4％，工艺的合成效率提升2.6％。
实施例5
使用上述系统及工艺进行1,3-丁二烯选择加氢制1-丁烯的工艺，其中：
所述工艺中碳四加氢反应器内反应温度为45℃；
反应压力为0.8MPa；
所述氢气与所述1,3-丁二烯的摩尔比为2:1；
所述微界面发生器内的气液比为500:1。
经检测，使用所述系统及工艺后，1-丁烯的选择性78.3％，工艺的合成效率提升2.6％。
对比例
使用现有技术进行乙烯制备环氧乙烷，其中，本实施例选用的工艺参数与所述实施例5中的工艺参数相同。
经检测，使用所述系统及工艺后，1-丁烯的选择性74.1％。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于微界面强化碳四加氢的系统，其特征在于，包括：
碳四加氢单元，用以为氢气和1,3-丁二烯提供反应场所；
物料换热单元，与所述碳四加氢单元相连，用以为氢气和1,3-丁二烯进行换热处理，并对其进行定量传输；
冷却分离单元，与所述碳四加氢单元相连，用以为对碳四加氢单元输出物料进行冷却并处理；
精馏单元，与所述冷却分离单元相连，用以为对冷却分离单元输出物料进行精馏；
微界面发生器，设置在所述碳四加氢单元内，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给气相组分氢气，使气相气破碎形成直径≥1μm、且＜1mm的微米级气泡以提高气相组分氢气与液相组分1,3-丁二烯的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将液相组分与微米级气泡混合形成气液乳化物，以在预设操作条件范围内强化气液组分的传质效率和反应效率。
2.根据权利要求1所述的基于微界面强化碳四加氢的系统，其特征在于，所述微界面发生器为气动式微界面发生器，其设置在所述碳四加氢单元的反应区内，用以将氧气破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至反应区内与液相组分1,3-丁二烯混合形成气液乳化物。
3.根据权利要求1所述的基于微界面强化碳四加氢的系统，其特征在于，所述碳四加氢单元包括：
碳四加氢反应器，用以为氢气和1,3-丁二烯提供反应场所；
氢气进料管道，其设置在所述碳四加氢反应器的侧壁并与所述微界面发生器相连，用以将氢气输送至微界面发生器内，并使微界面发生器对氢气进行破碎；
1,3-丁二烯进料管道，其设置在所述碳四加氢反应器的侧壁并位于所述氢气进料管道上方，用以将1,3-丁二烯输送至碳四加氢反应器内；
催化剂进料口，其设置在所述碳四加氢反应器的侧壁并位于所述1,3-丁二烯进料管道上方，用以将催化剂输送至碳四加氢反应器内。
4.根据权利要求3所述的基于微界面强化碳四加氢的系统，其特征在于，所述物料换热单元包括：
气液换热器，其设置在所述氢气进料管道上，用以对气相组分氢气水浴控温，以使氢气维持在预设温度范围内；
液液换热器，其设置在所述1,3-丁二烯进料管道上，用以对液相组分1,3-丁二烯进行水浴控温，以使1,3-丁二烯维持在预设温度范围内。
5.根据权利要求3所述的基于微界面强化碳四加氢的系统，其特征在于，所述物料换热单元还包括：
质量流量计，其设置在所述氢气进料管道上，用以对氢气进行质量流量检测；
第一计量泵，其设置在所述1,3-丁二烯管道上，用以为将1,3-丁二烯定量泵入碳四加氢反应器内。
6.根据权利要求1所述的基于微界面强化碳四加氢的系统，其特征在于，所述冷却分离单元包括：
冷却器，其与所述碳四加氢单元相连，用以对碳四加氢单元输出物料进行冷却处理；
分离罐，其与所述冷却器相连，用以脱除冷却器输出物料中不凝气相组分，实现气液分离；
冷却夹套，其设置在所述分离罐的外侧壁上，用以对分离罐内物料进行循环冷却。
7.根据权利要求5所述的基于微界面强化碳四加氢的系统，其特征在于，所述冷却分离单元还包括：
回流管路，所述回流管的进料端与所述分离罐的底端相连，所述回流管的出料端与所述碳四加氢反应器相连，用以将分离罐内部分物料回输入碳四加氢反应器内，稀释1,3-丁二烯浓度，调控反应温度；
第二计量泵，其设置在所述回流管路上，用以将回流管路内物料定量泵入碳四加氢反应器内。
8.根据权利要求1所述的基于微界面强化碳四加氢的系统，其特征在于，所述精馏单元包括：
精馏塔，其与所述冷却分离单元相连，用以为对冷却分离单元输出液相物料进行精馏处理；
冷凝器，其与所述精馏塔相连，用以对精馏塔输出气相物料进行冷却处理；
1,3-丁二烯缓存罐，其与所述冷凝器相连通，用以缓存1,3-丁二烯。
9.一种基于微界面强化碳四加氢的工艺，其特征在于，包括：
物料处理工序：
步骤1：通过催化剂进料口向所述碳四加氢反应器内输送催化剂；
步骤2：通过所述1,3-丁二烯进料管道向所述碳四加氢反应器内输送1,3-丁二烯，其中通过所述液液换热器对1,3-丁二烯进行水浴控温，使1,3-丁二烯维持在预设温度范围内，并通过所述第一计量泵将预设温度范围内的1,3-丁二烯定量泵入所述碳四加氢反应器内；
步骤3：通过所述氢气进料管道向所述碳四加氢反应器内输送氢气，其中通过所述气液换热器对氢气进行水浴控温，使氢气维持在预设温度范围内，并通过所述质量流量计将预设温度范围内的氢气泵入所述碳四加氢反应器内；
碳四加氢工序：
步骤4：泵入所述碳四加氢反应器内的氢气输送至所述微界面发生器，所述微界面发生器对氢气进行破碎，形成微米尺度的微米级气泡，破碎完成后，所述微界面发生器将微米级气泡输出至所述碳四加氢反应器内反应区并与1,3-丁二烯混合形成气液乳化物，气液乳化物在催化剂作用下发生加氢反应，生成1-丁烯混合物，并将生成的1-丁烯混合物通入冷却分离单元；
冷却分离工序：
步骤5：1-丁烯混合物沿所述碳四加氢反应器顶部输出并进入所述冷却器内，通过所述冷却器对1-丁烯混合物进行冷却降温处理，冷却后1-丁烯混合物传输至所述分离罐内，并通过所述冷却夹套进行循环冷却，其中1-丁烯混合物中的不凝气相组分沿所述分离罐顶部排出，1-丁烯混合物中液相组分一部分在所述第二计量泵的作用下沿所述回流管路回流入所述碳四加氢反应器内，对所述碳四加氢反应器内的1,3-丁二烯进行稀释，并调控反应温度，1-丁烯混合物中液相组分的另一部分进入精馏单元；
精馏工序：
步骤6：进入所述精馏塔内的液相组分1-丁烯混合物进行精馏，塔顶采出1,3-丁二烯组分，并将1,3-丁二烯组分传输至所述冷凝器内进行冷却处理，冷却处理后的1,3-丁二烯组分进入1,3-丁二烯缓存罐内进行缓存。
10.根据权利要求9所述的基于微界面强化碳四加氢的工艺，其特征在于，所述工艺中碳四加氢反应器内反应温度为30-45℃，反应压力为0.1-0.8MPa，所述氢气与所述1,3-丁二烯的摩尔比为1-2:1，所述微界面发生器内的气液比为300-500:1。
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