CN113024343A - 一种乙烷制乙烯的系统及其制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于乙烷氯化脱氢反应制备乙烯的生产领域，具体为一种乙烷氯化脱氢反应系统及其制备方法，包括：乙烷供应罐与金属氯化物供应罐的气体出口与反应器投料口相连，反应器上端设置有反应器接口与冷凝器气体进口相连，冷凝器的与乙烯收集装置相连，反应器下方设置有排液管。所述反应器包括金属壳体，金属壳体内设置石英内胆，石英内胆的上端设置有多个分散设置的投料口，在石英内胆的约1/3高度处，设置分隔板，分隔板的一端活动连接于石英内板上，在分隔板的边缘上包围设置易悬浮的弹性材料。通过对不同的进料口设置不同的进料量，从而实现在特定的条件下实现乙烷的高转化率和乙烯的高选择性合成，乙烷的转化率高，乙烯的产率可达70％。

Description

一种乙烷制乙烯的系统及其制备方法及其应用
技术领域
本发明属于化工生产领域，尤其是乙烷氯化脱氢反应制备乙烯的生产领域，具体为一种乙烷氯化脱氢反应系统及其制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
乙烯是合成纤维、合成橡胶、合成塑料(聚乙烯及聚氯乙烯)、合成乙醇的基本化工原料，同时也用于制造氯乙烯、苯乙烯、环氧乙烷、醋酸、乙醛、乙醇和炸药等，乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的70％以上，在国民经济中占有重要的地位。乙烯产量已经成为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。
乙烯的生产工艺包括两种方法，乙醇脱水法和烃类的热裂解法。其中，乙醇脱水制乙烯可以追溯到1797年，到1945年以前，绝大部分的乙烯都依然是通过乙醇脱水得到。后来随着石化行业的蓬勃发展，才出现了以烃类裂解(如石脑油)和天然气裂解等制备乙烯方法，逐渐取代了乙醇脱水法成为了工业主导。乙烯可以进行多种类型的反应，从而制出各种化工产品。
随着石油资源的日益紧张，应用来源丰富，且廉价的乙烷脱氢来制取乙烯，可以避开石油路线，因而越来越得到人们的关注，乙烷脱氢制乙烯虽然已经实现了工业化，本专利介绍了一种乙烷氯化脱氢制乙烯的新工艺，并介绍了乙烷氯化脱氢反应器的制备。
发明内容
为了克服上述问题，本发明的目的之一为提出一种乙烷氯化脱氢反应系统及其制备方法，以低沸点金属氯化物作为氯化脱氢原料，反应生成的低熔点金属作为中间介质，从而制备乙烯产品。从而实现工艺简单，成本低，收率高制备乙烯。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种乙烷氯化脱氢反应系统，包括：
乙烷供应罐与金属氯化物供应罐的气体出口与反应器投料口相连，反应器上端设置有反应器接口与冷凝器气体进口相连，冷凝器的与乙烯收集装置相连，反应器下方设置有排液管。
所述反应器包括金属壳体，金属壳体内设置石英内胆，石英内胆的上端设置有多个分散设置的投料口，在石英内胆的约1/3高度处，设置分隔板，分隔板的一端活动连接于石英内板上，在分隔板的边缘上包围设置易悬浮的弹性材料。
工作原理：
本发明中反应原料均为气体，而副产品包括液体，为了控制反应过程，使乙烯产品的收率最高，本发明中对原料产物的供应的配比要求较严格，而且如果液体积累过多则会占用反应器的空间，影响反应的进行过程，为了实现对液体的及时清除，本发明中利用可以活动的分隔板，当液体积累的较多时，达到分隔板处，分隔板上的低密度材料受到浮力的影响带动隔板向上运动，隔板到达水平角度，将反应器分隔开，在分隔板上方隔绝出封闭环境，分隔板上方持续进行反应，下方开始排出液体，当液体排尽后。隔板上方的液体积累，压迫分隔板，隔板向下运动，液体进入反应器的下方，当液体再次积累到分隔板的高度，再次排出，从而可以实现乙烯的持续生产。
本发明的第二个方面，提供了乙烷氯化脱氢反应系统的制备方法。
包括反应器的制备方法，包括以下步骤：
(1)以碳化硅、金属元素、碳源、硅源、粘合剂为原料，混合后得混合料1；
(2)将混合料1经塑形、焙烧，制得所述石英内胆，并在石英石内胆内安装分隔板；
(3)石英内胆搭载作为催化剂的金属元素；
(4)以金属元素、碳源、硅源为原料，混合后的混合料2；
(5)将混合料2经塑形、焙烧，制得所述316L金属外壳；
所述步骤(1)和步骤(3)中，金属元素选自锂、钠、钾、镁、锗、铟、锡、铅、锶、钡、铬、钼、钨、铼、铁、铝、钙、钴、镍、铜、锌、铋中至少一种，优选锂、镁、钛、铝、钙、锶、铈、锰、钡、锌、钴、铁、镍、钾、中至少一种。
所述步骤(4)和步骤(5)中，金属元素选铁、锰、铬、镍、钼。
步骤(1)中混合料为半导体级高纯一级石英材料；
步骤(4)中混合材料为Fe约为69.00％、C：≤0.03％、Si：≤1.00％、Mn：≤2.00％、S：≤0.03％、P：≤0.045％、Cr：16.00～18.00％、Ni：10.00～14.00％、Mo：2.00～3.00％.
本发明的第三个方面，提供一种乙烯的制备方法，包括：
以乙烷与金属氯化物为原料在650-750℃的反应器内反应，对气体产品进行冷凝一级热水冷却，二级循环水冷却，得到高纯度乙烯产品。
进一步的，乙烷与氯气的流量比为1.5～1:1。
本发明的第四个方面，提供了乙烷氯化脱氢反应系统在乙烯制备领域的应用。
本发明中的一个或多个实施例至少具备以下有益效果：
(1)本发明中设置了多个进料口，可以通过对不同的进料口设置不同的进料量，从而实现在特定的条件下实现乙烷的高转化率和乙烯的高选择性合成，乙烷的转化率高，当乙烷与氯气的流量比为1.2：1时，乙烯的产率可以达到70％。
(2)本发明用的选材使用石英内胆和金属外壳，具备耐高温和耐腐蚀的特点，可以极大的提高反应器的使用寿命。
(3)本发明中可以通过电脑终端控制气体流速，现自动化控制生产进程，解放生产力的同时，提高生产的自动化程度与精度。
(4)本发明利用分隔板的位置的自我调控，实现液体及时排出，保证了不间断的制备过程，增加生产收益。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明乙烷氯化脱氢反应系统示意图；
图2为本发明反应器的结构示意图；
图3为本发明反应器的结构俯视图；
其中，1-乙烷储罐，2-金属氯化物储罐，3-气体输送管道，4-投料口，5-反应器接口，6-反应器，7-排液管，8-液体收集装置，9-冷凝器，10-乙烯收集罐，11-石英管内胆，12-分隔板，13-金属外壳，14-挡环，15-法兰，16-垫片，17-投料口，18-反应器接口，19-排液管。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，针对乙烯的制备问题，本申请提出一种乙烷氯化脱氢反应系统，包括：
乙烷供应罐与金属氯化物供应罐的气体出口与反应器投料口相连，反应器上端设置有反应器接口与冷凝器气体进口相连，冷凝器的与乙烯收集装置相连，反应器下方设置有排液管，排液管上设置有开关阀，控制液体的排出。
所述反应器包括金属壳体，金属壳体内设置石英内胆，石英内胆的上端设置有多个分散设置的投料口，在石英内胆的1/3高度处，设置分隔板，分隔板的一端活动连接于石英内板上，在分隔板的边缘上包围设置易悬浮的弹性材料。
在一些实施例中，为了保证隔板可以上下运动，分隔板与石英内胆的活动连接方式为合页连接。
在一些实施例中，在分隔板的边缘上包围设置易悬浮的弹性材料为气凝胶材料。
在一些实施例中，为了严格控制原料的流量，在气体供应管道上设置气流计与自动控制阀，实现对原料供应的精准把控
在一些实施例中，为了实现对反应器内的反应温度的精准把控，设置有温度调控装置。
在一些实施例中，为了实现对反应后产生的液体进行排除与回收，本申请中在反应器下端设置有溶液收集装置，经过一段时间的积累后，排出系统。
在一些实施例中，为了实现由乙烷到乙烯的制备，金属氯化物为(氯化铋/氯化亚铜/氯化铁/氯化铜等)中的一种或多种。
在一些实施例中，为了延长反应时间，投料口底部安装一段延长管，使反应物可以在反应器内停留更长的时间。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
一种乙烷氯化脱氢反应系统，包括：
乙烷供应罐与金属氯化物供应罐的气体出口与反应器投料口相连，反应器上端设置有反应器接口与冷凝器气体进口相连，冷凝器的与乙烯收集装置相连，反应器下方设置有排液管，排液管上。
所述反应器包括金属壳体，金属壳体内设置石英内胆，石英内胆的上端设置有多个分散设置的投料口，在石英内胆的1/3高度处，设置分隔板，分隔板的一端活动连接于石英内板上，在分隔板的边缘上包围设置易悬浮的弹性材料，分隔板与石英内胆的活动连接方式为合页连接，在分隔板的边缘上包围设置易悬浮的弹性材料为气凝胶材料，在气体供应管道上设置气流计与自动控制阀，实现对原料供应的精准把控，反应器上设置有温度调控装置，反应器下端设置有溶液收集装置，经过一段时间的积累后，排出系统，金属氯化物为(氯化铋/氯化亚铜/氯化铁/氯化铜等)，投料口底部安装一段延长管。
实施例2
一种乙烷氯化脱氢反应系统的制备方法。
包括反应器的制备方法，包括以下步骤：
(1)以碳化硅、金属元素、碳源、硅源、粘合剂为原料，混合后得混合料1；
(2)将混合料1经塑形、焙烧，制得所述石英内胆，并在石英石内胆内安装隔板；
(3)石英内胆搭载作为催化剂的金属元素；
(4)以金属元素、碳源、硅源为原料，混合后的混合料2；
(5)将混合料2经塑形、焙烧，制得所述316L金属外壳；
所述步骤(1)和步骤(3)中，金属元素为锂。
所述步骤(4)和步骤(5)中，金属元素选铁。
步骤(1)中混合料为半导体级高纯一级石英材料；
步骤(4)中混合材料为Fe约为69.00％、C：0.01％、Si：1.00％、Mn：1.50％、S：0.01％、P：0.03％、Cr：16.00％、Ni：10.05％、Mo：2.40％。
实施例3
以实施例1的系统生产乙烯，控制乙烷的流量为(1Nm3/h)，氯气的流量为(0.3Nm3/h)，反应器温度为(700℃)，乙烯产率为(30％)。
实施例4
以实施例1的系统生产乙烯，控制乙烷的流量为(1Nm3/h)，氯气的流量为(0.5Nm3/h)，反应器温度为(700℃)，乙烯产率为(45％)。
实施例5
以实施例1的系统生产乙烯，控制乙烷的流量为(1Nm3/h)，氯气的流量为(0.8Nm3/h)，反应器温度为(700℃)，乙烯产率为(65％)。
实施例6
以实施例1的系统生产乙烯，控制乙烷的流量为(1Nm3/h)，氯气的流量为(0.9Nm3/h)，反应器温度为(700℃)，乙烯产率为(60％)。
Figure BDA0002954722070000081
经过表一可以确定最佳流量比为1.25：1。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种乙烷氯化脱氢反应系统，其特征在于，包括：
乙烷供应罐与金属氯化物供应罐的气体出口与反应器投料口相连，反应器上端设置有反应器接口与冷凝器气体进口相连，冷凝器的与乙烯收集装置相连，反应器下方设置有排液管。
所述反应器包括金属壳体，金属壳体内设置石英内胆，石英内胆的上端设置有多个分散设置的投料口，在石英内胆的1/3高度处，设置分隔板，分隔板的一端活动连接于石英内板上，在分隔板的边缘上包围设置易悬浮的弹性材料。
2.如权利要求1所述的反应系统，其特征在于，分隔板与石英内胆的活动连接方式为合页连接。
优选的，分隔板的边缘上包围设置易悬浮的弹性材料为气凝胶材料。
3.如权利要求1所述的反应系统，其特征在于，在气体供应管道上设置气流计与自动控制阀，实现对原料供应的精准把控。
反应器内的反应温度的精准把控，设置有温度调控装置。
4.如权利要求1所述的反应系统，其特征在于，反应器下端设置有溶液收集装置，经过一段时间的积累后，排出系统。
5.如权利要求1所述的反应系统，其特征在于，投料口底部安装一段延长管。
6.一种乙烯的制备方法，其特征在于，包括：
以乙烷与金属氯化物为原料在650-750℃的反应器内反应，对气体产品进行冷凝，包括一级热水冷却，二级循环水冷却，得到高纯度乙烯产品。
7.如权利要求6所述的乙烯的制备方法，乙烷与氯气的流量比为(1.5～1)。
8.如权利要求1-5任一项所述的反应系统中反应器的制备方法，包括以下步骤：
(1)以碳化硅、金属元素、碳源、硅源、粘合剂为原料，混合后得混合料1；
(2)将混合料1经塑形、焙烧，制得所述石英内胆，并在石英石内胆内安装分隔板；
(3)石英内胆搭载作为催化剂的金属元素；
(4)以金属元素、碳源、硅源为原料，混合后的混合料2；
(5)将混合料2经塑形、焙烧，制得所述316L金属外壳；
9.如权利要求8所述的一种反应器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(3)中，金属元素选自锂、钠、钾、镁、锗、铟、锡、铅、锶、钡、铬、钼、钨、铼、铁、铝、钙、钴、镍、铜、锌、铋中至少一种，优选锂、镁、钛、铝、钙、锶、铈、锰、钡、锌、钴、铁、镍、钾、中至少一种；
优选的，所述步骤(4)和步骤(5)中，金属元素选铁、锰、铬、镍、钼；
进一步的，步骤(1)中混合料为半导体级高纯一级石英材料；
进一步的，步骤(4)中混合材料为Fe约为69％、C：≤0.030、Si：≤1.00、Mn：≤2.00、S：≤0.030、P：≤0.045、Cr：16.00～18.00、Ni：10.00～14.00、Mo：2.00～3.00。
10.乙烷氯化脱氢反应系统在乙烯制备领域的应用。
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