CN113511951A - 不饱和烃气的脱氧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及脱氧技术领域,公开了一种不饱和烃气的脱氧方法,包括:步骤S10、待脱氧的不饱和烃气中的部分不饱和烃气在起始催化剂的作用下进行反应得到脱氧后的不饱和烃气;步骤S20、将待脱氧的不饱和烃气中的剩余的不饱和烃气分为多个部分,使得每部分待脱氧的不饱和烃气和前一步骤所获得的脱氧后的不饱和烃气在相应的催化剂的作用下共同进行反应,得到脱氧后的不饱和烃气。该不饱和烃气的脱氧方法使得待除氧的不饱和烃气进行逐步反应,提高了除氧效果。
Description
技术领域
本发明涉及脱氧技术领域,具体地涉及一种不饱和烃气的脱氧方法。
背景技术
含氧有机烃类气体是目前化工生产与储运过程中的常见气体,以含氧气的不饱和烃气体为例,常常由于氧气含量高而带来燃爆风险。因此,为降低燃爆风险、回收利用含氧有机烃类气体以及保证含氧有机烃类气体满足排放要求,需要对含氧的有机烃类气体进行脱氧处理以降低氧含量。
目前,脱氧技术主要有物理变压吸附脱氧、化学吸附脱氧、活性炭燃烧除氧、催化燃烧脱氧和催化氧化脱氧。其中:物理变压吸附脱氧和化学吸附脱氧负荷较小,脱氧效果较差;活性炭燃烧除氧温度高,能耗高;催化燃烧脱氧技术绝大部分需要加入还原性气体如H2。而当前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中的氧气的脱除,因此当前催化氧化脱氧技术应用于不饱和烃气的脱氧尤其是不饱和烃气中的含氧量较高如含氧量在0.2%-12wt%时,脱氧效果欠佳。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的不饱和烃气中的含氧量较高时脱氧效果较差的问题,提供一种不饱和烃气的脱氧方法,该不饱和烃气的脱氧方法使得待除氧的不饱和烃气进行逐步反应,提高了除氧效果。
为了实现上述目的,本发明一方面提供一种不饱和烃气的脱氧方法,包括:
步骤S10、待脱氧的不饱和烃气中的部分不饱和烃气在起始催化剂的作用下进行反应得到脱氧后的不饱和烃气;
步骤S20、将待脱氧的不饱和烃气中的剩余的不饱和烃气分为多个部分,使得每部分待脱氧的不饱和烃气和前一步骤所获得的脱氧后的不饱和烃气在相应的催化剂的作用下共同进行反应,得到脱氧后的不饱和烃气。
上述技术方案,通过将原料气分成几个部分,使得其中一部首先生成脱氧后的不饱和烃气,然后使得剩余的每部分与前一步骤中反应得到的脱氧后的不饱和烃气在相应的催化剂的作用下共同进行反应,不仅能够有效除去不饱和烃气中所含有的氧气,而且大大提高了除氧效率,同时,还需要指出的是,由于上述脱氧反应能够放出热量,因此,逐步进行反应,还能够较好的控制脱氧时的温度,大大减少了催化剂上积碳的现象,提高了催化剂的使用寿命。
优选地,在所述步骤S10中,所述部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的2%-40%。
优选地,所述部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的5%-30%。
优选地,在所述步骤S20中,将待脱氧的不饱和烃气中的剩余的不饱和烃气分为2-20个部分,优选地,将待脱氧的不饱和烃气中的剩余的不饱和烃气分为3-10个部分。
优选地,在所述步骤S20中,每部分反应时,反应温度能够控制在50-580℃,优选地,反应温度能够控制在60-450℃;和/或
在所述步骤S20中,每部分反应时,反应空速控制在500-1-45000h-1;优选地,反应空速控制在1000-1-22000h-1。
优选地,将剩余的不饱和烃气分为第一部分不饱和烃气、第二部分不饱和烃气和第三部分不饱和烃气;所述步骤S20包括:
步骤S20a、使得所述第一部分不饱和烃气和所述步骤S10中所获得的脱氧后的不饱和烃气在第一催化剂的作用下共同进行反应,得到第一脱氧后的不饱和烃气;
步骤S20b、使得所述第二部分不饱和烃气和所述步骤S20a中所获得的第一脱氧后的不饱和烃气在第二催化剂的作用下共同进行反应,得到第二脱氧后的不饱和烃气;
步骤S20c、使得所述第三部分不饱和烃气和所述步骤S20b中所获得的第二脱氧后的不饱和烃气在第三催化剂的作用下共同进行反应,得到第三脱氧后的不饱和烃气。
优选地,在所述步骤S20a中,所述第一部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的10%-30%;
在所述步骤S20b中,所述第二部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的15%-40%;
在所述步骤S20c中,所述第三部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的15%-30%。
优选地,在所述步骤S20a中,反应温度能够控制在40-200℃;优选地,反应温度能够控制在60℃-185℃。
优选地,在所述步骤S20a中,反应空速控制在500-1-45000h-1;优选地,反应空速控制在1000-1-22000h-1。
优选地,在所述步骤S20b中,反应温度能够控制在100-380℃℃,优选地,反应温度能够控制在145℃-325℃。
优选地,在所述步骤S20b中,反应空速控制在500-1-45000h-1;优选地,反应空速控制在1200-1-22000h-1。
优选地,在所述步骤S20c中,反应温度能够控制在175℃-580℃;优选地,反应温度能够控制在225℃-450℃。
优选地,在所述步骤S20c中,反应空速控制在500h-1-45000h-1;优选地,反应空速控制在1500-1-22000h-1。
优选地,在所述步骤S10中,反应温度能够控制在30℃-200℃;优选地,反应温度能够控制在40℃-180℃。
优选地,在所述步骤S10中,在使得所述部分不饱和烃气反应之前,将所述部分不饱和烃气加热至30℃-160℃,优选地,将所述部分不饱和烃气加热至50℃-100℃。
优选地,所述不饱和烃气的脱氧方法包括:
步骤S30、将所述S20c中获得的所述第三脱氧后的不饱和烃气在第四催化剂下进行反应得到第四脱氧后的不饱和烃气。
优选地,在所述步骤S30中,反应温度能够控制在180℃-500℃;优选地,反应温度能够控制在195℃-425℃。
优选地,所述起始催化剂为钼系、铜系、镍系、锰系、铂系、钯系还原性脱氧催化剂中的一种或多种;
所述第一催化剂可包括铂系和/或钯系还原性脱氧催化剂;
所述第二催化剂可包括钼系、铜系、镍系和锰系还原性脱氧催化剂中的一种或多种;
所述第三催化剂可包括铂系、钼系、铜系、镍系和锰系还原性脱氧催化剂中的一种或多种;
所述第四催化剂可包括钼系、铜系、镍系和锰系还原性脱氧催化剂中的一种或多种。
优选地,所述不饱和烃气包括碳原子数为2-5的不饱和烃气中的一种或多种。
优选地,待脱氧的不饱和烃气中氧含量为0.2%-12wt%,脱氧后的不饱和烃气中的氧含量为2000ppm以下。
附图说明
图1是实现本发明优选实施方式的不饱和烃气的脱氧方法的优选的不饱和烃气用的脱氧装置的剖面结构示意图。
附图标记说明
10-不饱和烃气用的脱氧装置;12-壳体;120-主进料口;122-排料口;124-副进料口;130-翻折板;132-进口;134-出口;140-容纳腔室;141-第一通道;142-第一催化剂层;143-第二通道;144-分隔板;145-第二间隙;146-间隔板;147-第三间隙;148-第一间隙;16-第一瓷球层;18-氧气检测器;20-第二催化剂层;22-第三催化剂层;24-第二瓷球层;260-换热器进口;262-换热器出口;28-压力检测报警器。
具体实施方式
在本发明中,在未作相反说明的情况下,使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指结合附图和实际应用中所示的方位理解,“内、外”是指部件的轮廓的内、外。
本发明提供了一种不饱和烃气的脱氧方法,所述不饱和烃气的脱氧方法包括:步骤S10、待脱氧的不饱和烃气中的部分不饱和烃气在起始催化剂的作用下进行反应得到脱氧后的不饱和烃气,其中,不饱和烃气可包括碳原子数为2-5的不饱和烃气中的一种或多种,例如乙烯、丙烯、丁烯以及乙炔,步骤S20、将待脱氧的不饱和烃气中的剩余的不饱和烃气分为多个部分,使得每部分待脱氧的不饱和烃气和前一步骤所获得的脱氧后的不饱和烃气在相应的催化剂的作用下共同进行反应,得到脱氧后的不饱和烃气。需要说明的是,将原料气分成几部分,首先使得其中一部分原料气在起始催化剂的促进作用下进行脱氧反应即使得原料气中的不饱和烃气和所含有的氧气进行反应以得到脱氧后的不饱和烃气,需要指出的是,反应后的不饱和烃气仍可含有氧气;剩余的每部分可与前一步骤中反应得到的脱氧后的不饱和烃气在相应的催化剂的作用下共同进行脱氧反应,得到脱氧后的不饱和烃气。通过将原料气分成几个部分,使得其中一部首先生成脱氧后的不饱和烃气,然后使得剩余的每部分与前一步骤中反应得到的脱氧后的不饱和烃气在相应的催化剂的作用下共同进行反应,不仅能够有效除去不饱和烃气中所含有的氧气,而且大大提高了除氧效率,同时,还需要指出的是,由于上述脱氧反应能够放出热量,因此,逐步进行反应,还能够较好的控制脱氧时的温度,大大减少了催化剂上积碳的现象,提高了催化剂的使用寿命。
在所述步骤S10以及所述步骤S20中,所述催化剂可选用钼系、铜系、镍系、锰系、铂系、钯系还原性脱氧催化剂中的一种或多种,需要说明的是,以钼系还原性脱氧催化剂为例,具有载体和负载着于载体上的活性成分钼,其余催化剂相同,均为具有载体和负载于载体上的相应的活性成分金属,此处不再一一赘述。优选地,在所述步骤S10中,所述催化剂可选用铂系和/或钯系催化剂;在所述步骤S20中,所述催化剂可选用铂系、钯系、钼系、铜系、镍系和锰系还原性脱氧催化剂中的一种或多种。
为了兼顾除氧效果和除氧效率,可将剩余的不饱和烃气分为第一部分不饱和烃气、第二部分不饱和烃气和第三部分不饱和烃气,也就是说,可将所述步骤S20中的剩余的不饱和烃气分为三部分。
为了使得反应充分进行,在所述步骤S20中,可将待脱氧的不饱和烃气中的剩余的不饱和烃气分为2-20个部分,优选地,可将待脱氧的不饱和烃气中的剩余的不饱和烃气分为3-10个部分。
在所述步骤S20中,每部分反应时,反应温度能够控制在50-580℃,优选地,反应温度能够控制在60-450℃;另外,在所述步骤S20中,每部分反应时,反应空速控制在500-1-45000h-1;优选地,反应空速控制在1000-1-22000h-1。
进一步优选地,所述步骤S20可包括以下三个部分:S20a、使得所述第一部分不饱和烃气和所述步骤S10中所获得的脱氧后的不饱和烃气在第一催化剂的作用下进行反应,得到第一脱氧后的不饱和烃气,优选地,使得所述第一部分不饱和烃气和所述步骤S10中所获得的脱氧后的不饱和烃气混合均匀后,在第一催化剂的作用下共同进行反应,其中,所述第一催化剂可包括铂系和/或钯系催化剂;S20b、使得所述第二部分不饱和烃气和所述步骤S20a中所获得的第一脱氧后的不饱和烃气在第二催化剂的作用下共同进行反应,得到第二脱氧后的不饱和烃气,优选地,使得所述第二部分不饱和烃气和所述步骤S20a中所获得的脱氧后的不饱和烃气混合均匀后,在第二催化剂的作用下共同进行反应,其中,所述第二催化剂可包括钼系、铜系、镍系和锰系催化剂中的一种或多种;S20c、使得所述第三部分不饱和烃气和所述步骤S20b中所获得的第二脱氧后的不饱和烃气在第三催化剂的作用下共同进行反应,得到第三脱氧后的不饱和烃气,优选地,使得所述第三部分不饱和烃气和所述步骤S20b中所获得的脱氧后的不饱和烃气混合均匀后,在第三催化剂的作用下共同进行反应,其中,所述第三催化剂可包括钼系、铜系、镍系和锰系还原性脱氧催化剂中的一种或多种。
为了提高除氧效果,在所述步骤S10中,所述部分不饱和烃气的反应量优选为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的2%-40%,也就是说,可使得总量的2%-40%的不饱和烃气在起始催化剂的作用下进行反应得到脱氧后的不饱和烃气。优选地,所述部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的5%-30%。
在所述步骤S10中,反应温度能够控制在30℃-200℃;优选地,反应温度能够控制在40℃-180℃,这样,脱氧反应可稳定高效的进行,而且大大减少了催化剂上积碳的现象。可以理解的是,逐步进行反应,反应温度便能够控制在一定的温度范围内。
为了提高反应效率,在所述步骤S10中,将所述部分不饱和烃气加热至30℃-160℃,优选地,在使得所述部分不饱和烃气反应之前,优选将所述部分不饱和烃气加热至50℃-100℃。
另外,在所述步骤S10中,反应压力优选控制在5Mpa以下,由此使得反应稳定且安全的进行。
在所述步骤S10中,反应空速优选控制在500-1-50000h-1,由此兼顾了反应效率和反应效果,进一步地,反应空速优选控制在800-1-25000h-1,更进一步地,反应空速优选控制在1500-1-10000h-1。
在所述步骤S20a中,所述第一部分不饱和烃气的反应量优选为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的2%-40%,也就是说,优选将总量的10%-30%的不饱和烃气作为所述第一部分不饱和烃气与所述步骤S10中所获得的脱氧后的不饱和烃气在第一催化剂的作用下共同进行反应。
另外,在所述步骤S20a中,反应温度能够控制在40-200℃;优选地,反应温度能够控制在60℃-185℃,这样,反应可稳定高效的进行,而且进一步减少了催化剂积碳现象。
在所述步骤S20a中,反应压力优选控制在5Mpa以下,由此使得反应稳定且安全的进行。
在所述步骤S20a中,反应空速控制在500-1-45000h-1。进一步地,反应空速优选控制在1000-1-22000h-1,更进一步地,反应空速优选控制在1800-1-10000h-1。由此,可利于反应温度的控制。
在所述步骤S20b中,所述第二部分不饱和烃气的反应量优选为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的15%-40%,也就是说,优选将总量的15%-40%的不饱和烃气作为所述第二部分不饱和烃气与所述步骤S20a中所获得的脱氧后的不饱和烃气在第二催化剂的作用下共同进行反应。
另外,在所述步骤S20b中,反应温度能够控制在100-380℃,优选地,反应温度能够控制在145℃-325℃,这样,反应可稳定高效的进行,而且进一步减少了催化剂积碳现象。逐步进行反应,便可将温度控制在一定的范围内。
在所述步骤S20b中,反应压力优选控制在5Mpa以下,由此使得反应稳定且安全的进行。
在所述步骤S20b中,反应空速优选控制在500-1-45000h-1。进一步地,反应空速优选控制在1200-1-22000h-1,更进一步地,反应空速优选控制在2000-1-10000h-1。
在所述步骤S20c中,所述第三部分不饱和烃气的反应量优选为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的15%-30%,也就是说,优选将总量的15%-30%的不饱和烃气作为所述第三部分不饱和烃气与所述步骤S20b中所获得的脱氧后的不饱和烃气在第三催化剂的作用下共同进行反应。
另外,在所述步骤S20c中,反应温度能够控制在175℃-580℃,这样,反应可定高效的进行,而且进一步减少了催化剂积碳现象。优选地,反应温度能够控制在225℃-450℃。
在所述步骤S20c中,反应压力优选控制在5Mpa以下,由此使得反应稳定且安全的进行。
在所述步骤S20c中,反应空速控制在500-1-45000h-1。进一步地,反应空速优选控制在1500-1-22000h-1,更进一步地,反应空速优选控制在2500-1-10000h-1。
为了进一步提高脱氧率,所述不饱和烃气的脱氧方法优选包括:步骤S30、将所述S20c中获得的所述第三脱氧后的不饱和烃气在第四催化剂下进行反应得到第四脱氧后的不饱和烃气。其中,所述第四催化剂可包括钼系、铜系、镍系和锰系还原性脱氧催化剂中的一种或多种。
在所述步骤S30中,反应温度能够控制在180℃-500℃;优选地,反应温度能够控制在195℃-425℃,这样,脱氧反应稳定高效的进行,而且大大减少了催化剂上积碳的现象。
另外,在所述步骤S30中,反应压力优选控制在5Mpa以下,由此使得反应稳定且安全的进行。
利用本发明所提供的脱氧方法,可使得含氧量为0.2%-12wt%的不饱和烃气中的含氧量降低到2000ppm以下。另外,当最终得到的脱氧后的不饱和烃气中的含氧量大于2000ppm时,可使得催化剂再生,其中,催化剂再生的方法可为多种,可根据实际需求进行选择,例如可在一定浓度的氧气氛围中烧积碳。
需要说明的是,整个反应过程优选在惰气氛围下如氮气氛围下进行。
利用图1所示的不饱和烃气用的脱氧装置可实现本发明所提供的不饱和烃气的脱氧方法。
不饱和烃气用的脱氧装置10包括壳体12,壳体12上设置有分别供含氧气的不饱和烃气进入的主进料口120和供脱氧后的不饱和烃气排出的排料口122,可以理解的是,脱氧后的不饱和烃气可由排料口122排出,其中,主进料口120位于排料口122的上方,具体来讲,主进料口120可设置于壳体12的顶部,排料口122可设置于壳体12的底部;不饱和烃气用的脱氧装置10还包括反应单元,所述反应单元设置在壳体12内,并且所述反应单元设置在主进料口120和排料口122之间,所述反应单元包括第一反应单元,所述第一反应单元包括反应床体14,反应床体14具有容纳腔室140,容纳腔室140内设置有促进不饱和烃气和氧气反应的第一催化剂层142,也就是说,在第一催化剂层142的作用下,可使得不饱和烃气和氧气进行反应以除去不饱和烃所含有的氧气,容纳腔室140具有供含氧气的不饱和烃气进入的进口132和供脱氧后的不饱和烃气排出的出口134,其中,第一催化剂层142中的催化剂的种类并没有特别的限制,只要能够促进不饱和烃气和氧气反应即可,例如可选用钼系、铜系、镍系、锰系、铂系、钯系还原性脱氧催化剂中的一种或多种,需要指出的是,由主进料口120进入的含有氧气的不饱和烃气通过进口132进入到容纳腔室140内,在第一催化剂层142的作用下进行反应以除氧。通过在容纳腔室140内设置第一催化剂层142,可促进不饱和烃气和氧气反应,从而达到脱除不饱和烃气中的氧气的目的。其中,不饱和烃气可包括乙烯、丙烯、丁烯以及乙炔中的一种或多种。
为了进一步提高除氧效果和除氧效率,所述第一反应单元可包括沿壳体12的高度方向分布的多个例如三个反应床体14。优选地,多个反应床体14彼此相互串联连接,可以理解的是,在相邻的两个反应床体14中,位于上层的反应床体14的出口134与位于下层的反应床体14的进口132相连接,为了使得整体结构简单,位于上层的反应床体14的出口134与位于下层的反应床体14的进口132可为同一个口,另外,位于最顶部的反应床体14的进口132与主进料口120相连接。以三个反应床体14为例,从上倒下依次为第一反应床体、第二反应床体和第三反应床体,由此,含氧气的不饱和烃气由主进料口120进入第一反应床体的进口132后,在第一反应床体内反应得到脱氧的不饱和烃气,之后,脱氧后的第一不饱和烃气可由第一反应床体的出口134排出;脱氧后的第一不饱和烃气由第二反应床体的进口132进入到第二反应床体内进行反应,得到脱氧后的第二不饱和烃气,之后,脱氧后的第二不饱和烃气由第二反应床体的出口134排出;脱氧后的第二不饱和烃气由第三反应床体的进口132进入到第三反应床体内进行反应,得到脱氧后的第三不饱和烃气,之后,脱氧后的第三不饱和烃气由第三反应床体的出口134排出。
如图1中所示,沿壳体12的高度方向可设置有间隔分布的多个分隔板144,相邻的分隔板144限定相应的反应床体14,可以理解的是,容纳腔室140限定在相应的相邻的分隔板144之间,第一催化剂层142设置在相应的相邻的分隔板144之间,分隔板144上设置有开口,其中:相邻的两个分隔板144中,位于上方的分隔板144的所述开口形成为相应的反应床体14的进口132,位于下方的分隔板144的开口形成为相应的反应床体14的出口134。其中,优选地,分隔板144的外周缘与壳体12的内壁相接触。
可在容纳腔室140内设置间隔板146,间隔板146优选能够支撑第一催化剂层142,如图1中所示,间隔板146设置于相应的第一催化剂层142的下方,间隔板146的外周缘可与壳体12的内壁之间形成供气体也就是不饱和烃气通过的第一间隙148,并且间隔板146可与相邻的两个分隔板144中的位于下方的分隔板144之间形成有与第一间隙148相连通的供气体通过的第一通道141,这样,在第一催化剂层142的作用下进行脱氧反应得到的不饱和烃气流经第一催化剂层142后,通过第一间隙148进入第一通道141内,最终不饱和烃气由位于下方的分隔板144的开口即相应的容纳腔室140的出口134排出。可以理解的是,第一催化剂层146可限定相邻的两个分隔板144中的位于上方的分隔板144和相应的间隔板146之间。
另外,可在第一催化剂层142的外周缘和壳体12的内壁之间设置供气体即不饱和烃气通过的第三间隙147,不饱和烃气流经第一催化剂层142反应后,经过第三间隙147,然后经过第一间隙148进入第一通道141内。通过设置第三间隙147,可对气体起到导向作用,使得气体能够更好更便利的进入到第一通道141内。
为了使得不饱和烃气与氧气进行更好的反应,可在第一催化剂层142上设置供气体通过的第二通道143,这样,不饱和烃气可与第一催化剂层142内的催化剂进行更好的接触,从而能够使得不饱和烃气与不饱和烃气中所含的氧气进行更好的反应。
可以理解的是,气体可通过第二通道143沿着水平方向流动例如沿着壳体12的径向流动,之后,进入到相应的第三间隙147中,并通过相应的第一间隙148进入第一通道141内。
优选地,主进料口120可与位于最顶部的容纳腔室140的进口132相连接,可以理解的是,含氧气的不饱和烃可由主进料口120进入最顶部的容纳腔室140中,主进料口120可实现步骤S10中的部分不饱和烃气的进料,可在壳体12上设置与相应的容纳腔室140相连通的供含氧气的不饱和烃气进入的副进料口124,副进料口124可实现所述步骤S20中的剩余各部分的进料,优选地,副进料口124可设置在壳体12的靠近第一通道141的端部的位置,这样,由副进料口124进入的含氧气的不饱和烃气可更便利的进入到第一通道141内;所述反应单元可包括设置在所述第一反应单元下方的第二反应单元,所述第二反应单元包括能够供气体即不饱和烃气通过的第二催化剂层20,第二催化剂层20能够促进气体中的不饱和烃气和所述氧气进行反应。通过设置副进料口124以及第二催化剂层20可提高除氧效率,同时还大大提高了除氧效果。其中,第二催化剂层20中的催化剂的种类并没有特别的限制,只要能够促进不饱和烃气和氧气反应即可,例如可选用钼系、铜系、镍系、锰系、铂系、钯系还原性脱氧催化剂中的一种或多种。
优选地,在同一个容纳腔室140的位置上,可在壳体12上设置分别与相应的同一个容纳腔室140相连通的且沿壳体12的周向间隔分布的多个副进料口124。
可以理解的是,如图1中所示,例如可将待除氧的不饱和烃气分成几部分,其中一部分由主进料口120进入最顶部的容纳腔室140即第一容纳腔室中,而其余的部分可分别由相应的副进料口120进入到相应的容纳腔室140内,含氧气的不饱和烃气在最顶部的容纳腔室140内进行反应得到脱氧后的不饱和烃气(其中可含有未除去的氧气),可以明白的是,可在最顶部的容纳腔室140即第一容纳腔室中实现所述步骤S10,得到的脱氧后的不饱和烃气由最顶部的第一间隙148进入最顶部的第一通道141内,并与由相应的副进料口120即最顶部的副进料口120进入的含氧气的不饱和烃气即第一部分不饱和烃气混合得到第一混合气;第一混合气进入与最顶部的容纳腔室140相邻的容纳腔室140即第二容纳腔室中,共同进行脱氧反应得到脱氧后的不饱和烃气,即在所述第二容纳腔室中实现所述步骤S20a,并与由与第二容纳腔室相连通的副进料口120进入的含氧气的不饱和烃气混合得到第二混合气;第二混合气进入与第二容纳腔室相邻的第三容纳腔室中,共同进行脱氧反应得到脱氧后的不饱和烃气,也就是说,在所述第三容纳腔室中实现所述步骤S20b,并与由与第三容纳腔室相连通的副进料口120进入的含氧气的不饱和烃气混合得到第三混合气,第三混合气流经第二催化剂层20得到脱氧后的不饱和烃气,即在所述第二催化剂层20的作用下实现所述步骤S20c,由此,不仅提高了除氧效率,而且还大大提高了除氧效果。还需要指出的是,多级进料,可更好的控制相应的反应床体14的温度,使得催化剂不易积碳,提高了催化剂的使用寿命。
如图1中所示,第二催化剂层20内可设置供气体通过的流动通道,这样,通过流动通道的不饱和烃气可进入到第二催化剂层20内,与第二催化剂层20内的催化剂充分接触,由此可进一步提高催化效果。另外,可使得第二催化剂层20的外周缘与壳体12的内壁之间形成空间以供气体即不饱和烃气通过。
为了进一步提高除氧效果,可在第二催化剂层20的下方设置第三催化剂层22,这样,可在第三催化剂层22的作用下实现所述步骤S30。其中,第三催化剂层22中的催化剂的种类并没有特别的限制,只要能够促进不饱和烃气和氧气反应即可,例如可选用钼系、铜系、镍系、锰系、铂系、钯系还原性脱氧催化剂中的一种或多种。
为了使得各步骤在能够在更适合的温度下反应,可控制各个催化剂层的温度。另外,可控制从主进料口120以及副进料口124进入的不饱和烃气的量以控制反应时的压力和空速。
另外,可在第二催化剂层20和第三催化剂层22之间设置第二气体分布体,由此,可使得气体分布均匀,进一步提高了除氧效果和除氧效率。其中,所述气体分布器可包括第二瓷球层24,不饱和烃气通过第二瓷球层24后可均匀分布。其中,第二瓷球层24的材质可优选为氧化铝。为了提高除氧效果,可设置沿壳体12的高度方向分布的多个第二瓷球层24,同时可设置分别支撑相应的第二瓷球层24的多个支撑网,最终,脱氧后的不饱和烃气由排料口122排出。
如图1中所示,可在第一通道141内设置第一分布体以使得气体即不饱和烃气均匀分布,由此可大大提高除氧效率和除氧效果,其中,所述第一分布体可包括设置在第一通道141内的第一瓷球层16。通过设置第一瓷球层16,第一瓷球层16的材质可优选为氧化铝。
可在第一瓷球层16的外周缘与壳体12的内壁之间设置供气体通过的第二间隙145,这样,在相应的第一催化剂层142的作用下脱氧得到的不饱和烃气可基本通过相应的第一瓷球层16,从而能够与由相应的副进料口124进入的含氧的不饱和烃气更好的混合。
另外,可在间隔板146上设置与间隔板146成角度连接的翻折板130,例如二者可垂直设置,翻折板130可位于第二间隙145内以阻碍气体直接进入第一通道141内,这样,可使得不饱和烃气能够稳定的流经第一瓷球层16,从而使得反应床体14的温度不易快速升温,由此使得催化剂上不易积碳,同时也提高了除氧效果。
不饱和烃气用的脱氧装置10可包括与排料口122相连通的氧气检测器18,氧气检测器18设置为能够检测由排料口122排出的气体的含氧量。
另外,可在副进料口124处设置与相应的副进料口124相连通的多个导气管以及与所述导气管相连的流量控制器,所述流量控制器设置为能够控制进入相应的副进料口124中的气体的流量,通过控制由副进料口124进入的含氧气的不饱和烃气的量,从而能够将相应的第一催化剂层142控制在预设的温度范围内,从而能够使得脱氧反应稳定的进行,同时大大减少了在催化剂上积碳的现象。此外,通过设置所述流量控制器,从而能够实现动态分配,能够及时的调节各催化剂层的温度,同时也提高了作业效率。
需要说明的是,可使得氧气检测器18和所述流量控制器相互配合,所述流量控制器可根据氧气检测器18检测出的气体的含氧量即不饱和烃气中的含氧量控制进入相应的副进料口124中的气体的流量。例如排料口122所排出的气体中的氧含量高于预设值如2000ppm时,所述流量控制器需适应性的调整进入相应的副进料口124中的气体的流量以促进脱氧反应的进行。
为了更加准确的控制第一催化剂层142的温度,可在容纳腔室140内设置与所述流量控制器相连的一对温度感应器,一对温度感应器分别检测同一个容纳腔室140内的第一催化剂层142和第一瓷球层16的温度,若温度感应器检测到第一催化剂层142或者第一瓷球层16的温度超过预设温度时,所述流量控制器控制由相应的副进料口124进入的含氧气的不饱和烃气的量。
如图1中所示,可在第三催化剂层22中设置能够与第三催化剂层22换热的换热器,这样,可有效对第三催化剂层22进行降温,使得第三催化剂层22的催化剂上不易积碳,提高了催化剂的使用寿命。换热器具有供冷却介质进入的换热器进口260和供换热后的冷却介质排出的换热器出口262。
可在壳体12上设置压力检测报警器28,压力检测报警器28能够检测壳体28内的压力,压力检测报警器28设置为当检测到壳体14内的压力超过预设值时进行报警。
含氧量为0.2-12wt%的不饱和烃气通过上述不饱和烃气用的脱氧装置10时,能够将不饱和烃气中的氧含量降低到2000ppm以下。为了将壳体12内的气体及时排出,可在壳体12的顶部设置安全阀。
当排料口122所排出的不饱和烃气中的氧含量大于2000ppm时,可使得催化剂进行原位再生,即向主进料口120和副进料口124内通入相应浓度的氧气进行烧积碳。
另外,在脱氧装置10启用阶段,首先使得含氧气的不饱和烃气以低流量通入到主进料口120中,待各个催化剂层的温度到达相应的预设温度后,可同时向主进料口120和副进料口124通入含氧的不饱和烃气。
为了便于清理和维护每个反应床体14,可在壳体12上设置与相应的容纳腔室140相连通的人孔26。
需要指出的是,脱氧反应是指不饱和烃气和不饱和烃气中所含的氧气进行反应以脱除不饱和烃气中的氧气。
下面将通过实施例进一步说明本发明的效果。
实施例
实施例1脱除乙烯中的氧气(氧含量为6wt%)
按照下述方式进行脱氧
步骤S10、待脱氧的不饱和烃气中的25%的不饱和烃气在起始催化剂的作用下进行反应得到脱氧后的不饱和烃气,其中,所述起始催化剂为钯系还原性脱氧催化剂,反应温度能够控制在100℃;反应空速控制在2500h-1;
将剩余的不饱和气体分为三部分;
步骤S20a、使得所述第一部分不饱和烃气和所述步骤S10中所获得的脱氧后的不饱和烃气在第一催化剂的作用下共同进行反应,得到第一脱氧后的不饱和烃气,其中,所述第一部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的20%,所述第一催化剂为铂系还原性脱氧催化剂,反应温度能够控制在150℃;反应空速控制在2500h-1;
步骤S20b、使得所述第二部分不饱和烃气和所述步骤S20a中所获得的第一脱氧后的不饱和烃气在第二催化剂的作用下共同进行反应,得到第二脱氧后的不饱和烃气,其中,所述第二部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的25%,所述第二催化剂为钼系还原性脱氧催化剂,反应温度能够控制在280℃;反应空速控制在2500h-1;
步骤S20c、使得所述第三部分不饱和烃气和所述步骤S20b中所获得的第二脱氧后的不饱和烃气在第三催化剂的作用下共同进行反应,得到第三脱氧后的不饱和烃气,其中,所述第三部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的30%,所述第三催化剂为镍系还原性脱氧催化剂,反应温度能够控制在300℃;反应空速控制在2500h-1。
步骤S30、将所述S20c中获得的所述第三脱氧后的不饱和烃气在第四催化剂下进行反应得到第四脱氧后的不饱和烃气,其中,所述第四催化剂为钼系、镍系还原性脱氧催化剂(镍系、锰系的质量比为1:1),反应温度能够控制在350℃;反应空速控制在2500h-1。
经检测,第四脱氧后的不饱和烃气中的氧含量为2000ppm。
实施例2脱除丙烯中的氧气(氧含量为6wt%)
按照下述方式进行脱氧
步骤S10、待脱氧的不饱和烃气中的20%的不饱和烃气在起始催化剂的作用下进行反应得到脱氧后的不饱和烃气,其中,所述起始催化剂为铂系催化剂,反应温度能够控制在115℃;反应空速控制在3000h-1;
将剩余的不饱和气体分为三部分;
步骤S20a、使得所述第一部分不饱和烃气和所述步骤S10中所获得的脱氧后的不饱和烃气在第一催化剂的作用下共同进行反应,得到第一脱氧后的不饱和烃气,其中,所述第一部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的20%,所述第一催化剂为钯系还原性脱氧催化剂,反应温度能够控制在150℃;反应空速控制在3000h-1;
步骤S20b、使得所述第二部分不饱和烃气和所述步骤S20a中所获得的第一脱氧后的不饱和烃气在第二催化剂的作用下共同进行反应,得到第二脱氧后的不饱和烃气,其中,所述第二部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的35%,所述第二催化剂为钼系还原性脱氧催化剂,反应温度能够控制在260℃;反应空速控制在3000h-1;
步骤S20c、使得所述第三部分不饱和烃气和所述步骤S20b中所获得的第二脱氧后的不饱和烃气在第三催化剂的作用下共同进行反应,得到第三脱氧后的不饱和烃气,其中,所述第三部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的25%,所述第三催化剂为镍系还原性脱氧催化剂,反应温度能够控制在330℃;反应空速控制在3000h-1。
步骤S30、将所述S20c中获得的所述第三脱氧后的不饱和烃气在第四催化剂下进行反应得到第四脱氧后的不饱和烃气,其中,所述第四催化剂为钼系还原性脱氧催化剂,反应温度能够控制在380℃;反应空速控制在3000h-1。
经检测,第四脱氧后的不饱和烃气中的氧含量为1300ppm。
实施例3脱除乙炔中的氧气(氧含量为6wt%)
按照下述方式进行脱氧
步骤S10、待脱氧的不饱和烃气中的14%的不饱和烃气在起始催化剂的作用下进行反应得到脱氧后的不饱和烃气,其中,所述起始催化剂为钯系还原性脱氧催化剂,反应温度能够控制在120℃;反应空速控制在6000h-1;
将剩余的不饱和气体分为三部分;
步骤S20a、使得所述第一部分不饱和烃气和所述步骤S10中所获得的脱氧后的不饱和烃气在第一催化剂的作用下共同进行反应,得到第一脱氧后的不饱和烃气,其中,所述第一部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的26%,所述第一催化剂为钯系还原性脱氧催化剂,反应温度能够控制在165℃;反应空速控制在6000h-1;
步骤S20b、使得所述第二部分不饱和烃气和所述步骤S20a中所获得的第一脱氧后的不饱和烃气在第二催化剂的作用下共同进行反应,得到第二脱氧后的不饱和烃气,其中,所述第二部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的35%,所述第二催化剂为铂系还原性脱氧催化剂,反应温度能够控制在260℃;反应空速控制在6000h-1;
步骤S20c、使得所述第三部分不饱和烃气和所述步骤S20b中所获得的第二脱氧后的不饱和烃气在第三催化剂的作用下共同进行反应,得到第三脱氧后的不饱和烃气,其中,所述第三部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的25%,所述第三催化剂为钼系还原性脱氧催化剂,反应温度能够控制在350℃;反应空速控制在6000h-1。
步骤S30、将所述S20c中获得的所述第三脱氧后的不饱和烃气在第四催化剂下进行反应得到第四脱氧后的不饱和烃气,其中,所述第四催化剂为钼系催化剂,反应温度能够控制在420℃;反应空速控制在6000h-1。
经检测,第四脱氧后的不饱和烃气中的氧含量为500ppm。
实施例4脱除丙炔中的氧气(氧含量为12wt%)
按照下述方式进行脱氧
步骤S10、待脱氧的不饱和烃气中的14%的不饱和烃气在起始催化剂的作用下进行反应得到脱氧后的不饱和烃气,其中,所述起始催化剂为铂系催化剂,反应温度能够控制在140℃;反应空速控制在4000h-1;
将剩余的不饱和气体分为三部分;
步骤S20a、使得所述第一部分不饱和烃气和所述步骤S10中所获得的脱氧后的不饱和烃气在第一催化剂的作用下共同进行反应,得到第一脱氧后的不饱和烃气,其中,所述第一部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的20%,所述第一催化剂为钯系还原性脱氧催化剂,反应温度能够控制在180℃;反应空速控制在4000h-1;
步骤S20b、使得所述第二部分不饱和烃气和所述步骤S20a中所获得的第一脱氧后的不饱和烃气在第二催化剂的作用下共同进行反应,得到第二脱氧后的不饱和烃气,其中,所述第二部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的38%,所述第二催化剂为钯系还原性脱氧催化剂,反应温度能够控制在220℃;反应空速控制在4000h-1;
步骤S20c、使得所述第三部分不饱和烃气和所述步骤S20b中所获得的第二脱氧后的不饱和烃气在第三催化剂的作用下共同进行反应,得到第三脱氧后的不饱和烃气,其中,所述第三部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的28%,所述第三催化剂为镍系、锰系还原性脱氧催化剂(镍系、锰系的质量比为1:1),反应温度能够控制在350℃;反应空速控制在4000h-1。
步骤S30、将所述S20c中获得的所述第三脱氧后的不饱和烃气在第四催化剂下进行反应得到第四脱氧后的不饱和烃气,其中,所述第四催化剂为镍系、锰系催化剂,反应温度能够控制在420℃;反应空速控制在4000h-1。
经检测,第四脱氧后的不饱和烃气中的氧含量为900ppm。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。
Claims (20)
1.一种不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,包括:
步骤S10、待脱氧的不饱和烃气中的部分不饱和烃气在起始催化剂的作用下进行反应得到脱氧后的不饱和烃气;
步骤S20、将待脱氧的不饱和烃气中的剩余的不饱和烃气分为多个部分,使得每部分待脱氧的不饱和烃气和前一步骤所获得的脱氧后的不饱和烃气在相应的催化剂的作用下共同进行反应,得到脱氧后的不饱和烃气。
2.根据权利要求1所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,在所述步骤S10中,所述部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的2%-40%。
3.根据权利要求2所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,所述部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的5%-30%。
4.根据权利要求1所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,在所述步骤S20中,将待脱氧的不饱和烃气中的剩余的不饱和烃气分为2-20个部分,优选地,将待脱氧的不饱和烃气中的剩余的不饱和烃气分为3-10个部分。
5.根据权利要求4所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,在所述步骤S20中,每部分反应时,反应温度能够控制在50-580℃,优选地,反应温度能够控制在60-450℃;和/或
在所述步骤S20中,每部分反应时,反应空速控制在500-1-45000h-1;优选地,反应空速控制在1000-1-22000h-1。
6.根据权利要求4所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,将剩余的不饱和烃气分为第一部分不饱和烃气、第二部分不饱和烃气和第三部分不饱和烃气;所述步骤S20包括:
步骤S20a、使得所述第一部分不饱和烃气和所述步骤S10中所获得的脱氧后的不饱和烃气在第一催化剂的作用下共同进行反应,得到第一脱氧后的不饱和烃气;
步骤S20b、使得所述第二部分不饱和烃气和所述步骤S20a中所获得的第一脱氧后的不饱和烃气在第二催化剂的作用下共同进行反应,得到第二脱氧后的不饱和烃气;
步骤S20c、使得所述第三部分不饱和烃气和所述步骤S20b中所获得的第二脱氧后的不饱和烃气在第三催化剂的作用下共同进行反应,得到第三脱氧后的不饱和烃气。
7.根据权利要求6所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,
在所述步骤S20a中,所述第一部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的10%-30%;
在所述步骤S20b中,所述第二部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的15%-40%;
在所述步骤S20c中,所述第三部分不饱和烃气的反应量为所述待脱氧的不饱和烃气的总量的15%-30%。
8.根据权利要求6所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,在所述步骤S20a中,反应温度能够控制在40-200℃;优选地,反应温度能够控制在60℃-185℃。
9.根据权利要求6所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,在所述步骤S20a中,反应空速控制在500-1-45000h-1;优选地,反应空速控制在1000-1-22000h-1。
10.根据权利要求6所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,在所述步骤S20b中,反应温度能够控制在100-380℃,优选地,反应温度能够控制在145℃-325℃。
11.根据权利要求6所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,在所述步骤S20b中,反应空速控制在500-1-45000h-1;优选地,反应空速控制在1200-1-22000h-1。
12.根据权利要求6所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,在所述步骤S20c中,反应温度能够控制在175℃-580℃;优选地,反应温度能够控制在225℃-450℃。
13.根据权利要求6所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,在所述步骤S20c中,反应空速控制在500h-1-45000h-1;优选地,反应空速控制在1500-1-22000h-1。
14.根据权利要求1所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,在所述步骤S10中,反应温度能够控制在30℃-200℃;优选地,反应温度能够控制在40℃-180℃。
15.根据权利要求1所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,在所述步骤S10中,在使得所述部分不饱和烃气反应之前,将所述部分不饱和烃气加热至30℃-160℃,优选地,将所述部分不饱和烃气加热至50℃-100℃。
16.根据权利要求6-15中任意一项所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,所述不饱和烃气的脱氧方法包括:
步骤S30、将所述S20c中获得的所述第三脱氧后的不饱和烃气在第四催化剂下进行反应得到第四脱氧后的不饱和烃气。
17.根据权利要求16所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,在所述步骤S30中,反应温度能够控制在180℃-500℃;优选地,反应温度能够控制在195℃-425℃。
18.根据权利要求16所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,
所述起始催化剂为钼系、铜系、镍系、锰系、铂系、钯系还原性脱氧催化剂中的一种或多种;
所述第一催化剂可包括铂系和/或钯系还原性脱氧催化剂;
所述第二催化剂可包括铂系、钼系、铜系、镍系和锰系还原性脱氧催化剂中的一种或多种;
所述第三催化剂可包括钼系、铜系、镍系和锰系还原性脱氧催化剂中的一种或多种;
所述第四催化剂可包括钼系、铜系、镍系和锰系还原性脱氧催化剂中的一种或多种。
19.根据权利要求1-15中任意一项所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,所述不饱和烃气包括碳原子数为2-5的不饱和烃气中的一种或多种。
20.根据权利要求1-15中任意一项所述的不饱和烃气的脱氧方法,其特征在于,待脱氧的不饱和烃气中氧含量为0.2%-12wt%,脱氧后的不饱和烃气中的氧含量为2000ppm以下。
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