CN216879295U - 一种气液法离子液体催化剂应用工艺装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种气液法离子液体催化剂应用工艺装置，包括气体混合单元、离子液体进料单元、气液混合单元和出料分离单元；所述气体混合单元的输出端和所述离子液体进料单元的输出端汇聚，并共同与所述气液混合单元的输入端连通；所述气液混合单元的输出端与所述出料分离单元的输入端连通；所述出料分离单元的输出端与下一工序的气体总管相连。本申请解决了现有技术中在无汞催化剂的研究中，催化剂成本高、易失活、稳定性不理想的技术问题，实现了采用离子液体作为催化剂应用于制备氯乙烯的工艺，避免了汞污染，成本低，不易失活，稳定性好的目的。

Description

一种气液法离子液体催化剂应用工艺装置

技术领域

本申请涉及气液法离子液体催化剂应用工艺技术领域，尤其涉及一种气液法离子液体催化剂应用工艺装置。

背景技术

当前电石法聚氯乙烯行业存在的汞污染问题，面临《关于汞的水俣公约》国际履约压力。在此形势下，环保无汞催化剂的开发与应用是彻底解决上述问题的根本途径。因此，无汞催化成为国内外科研院所、科技公司近年来的研究热点问题。

现有技术中，在无汞催化剂的研究中，固体催化剂成本高、易失活、稳定性不理想的问题依然是目前的瓶颈问题。因此，研发环保、高效、稳定、低成本的新型离子液体催化剂是PVC行业可持续发展的关键。

实用新型内容

本申请通过提供一种气液法离子液体催化剂应用工艺装置，解决了现有技术中在无汞催化剂的研究中，催化剂成本高、易失活、稳定性不理想的技术问题，实现了采用离子液体作为催化剂应用于制备氯乙烯的工艺，避免了汞污染，成本低，不易失活，稳定性好的目的。

本申请提供的一种气液法离子液体催化剂应用工艺装置，包括气体混合单元、离子液体进料单元、气液混合单元和出料分离单元；所述气体混合单元的输出端和所述离子液体进料单元的输出端汇聚，并共同与所述气液混合单元的输入端连通；所述气液混合单元的输出端与所述出料分离单元的输入端连通；所述出料分离单元的输出端与下一工序的气体总管相连。

在一种可能的实现方式中，所述气体混合单元包括混合气体输入管线、管道混合器和预热器；所述管道混合器的输入端与所述混合气体输入管线连通，所述管道混合器的输出端与所述预热器的输入端连通；所述预热器的输出端与所述离子液体进料单元的输出端汇聚，并与所述气液混合单元的输入端连通。

在一种可能的实现方式中，所述离子液体进料单元包括离子液体输入管线和进料预热器；所述离子液体输入管线与所述进料预热器的输入端连通；所述进料预热器的输出端与所述气体混合单元的输出端汇聚，并与所述气液混合单元的输入端连通。

在一种可能的实现方式中，所述出料分离单元包括出料冷却器、气液分离罐、尾气冷凝器和除沫器；所述出料冷却器的输入端与所述气液混合单元的输出端连通，所述出料冷却器的输出端与所述气液分离罐的输入端连通；所述气液分离罐的气相端与所述尾气冷凝器的输入端连通；所述尾气冷凝器的气相端与所述除沫器的输入端连通；所述除沫器的气相端与所述下一工序的气体总管相连；所述尾气冷凝器的液相端和所述除沫器的液相端分别与所述气液分离罐连通。

在一种可能的实现方式中，本申请提供的一种气液法离子液体催化剂应用工艺装置还包括回流管线和离心泵；所述离心泵设置于所述回流管线，且所述回流管线的输入端与所述气液分离罐的底部连通，所述回流管线的输出端与所述离子液体进料单元的输入端连通。

本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请通过设置气体混合单元、离子液体进料单元、气液混合单元和出料分离单元；首先将气体混合单元的输出端和离子液体进料单元的输出端汇聚，并共同与气液混合单元的输入端连通，使得气体混合单元中需混合反应的气体与离子液体进料单元输出的离子液体催化剂共同输入到气液混合单元，并在气液混合单元内发生反应；然后将气液混合单元的输出端与出料分离单元的输入端连通，使得气液混合单元反应后的气相和液相在出料分离单元中分开；最后将出料分离单元的输出端下一工序的气体总管相连，使得最终的反应后的气相直接运输到下一工序进行后续生产。通过离子液体作为催化剂应用于制备氯乙烯的工艺，有效解决了现有技术中在无汞催化剂的研究中，催化剂成本高、易失活、稳定性不理想的技术问题，实现了避免汞污染，催化剂成本低，不易失活，稳定性好的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本实用新型实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种气液法离子液体催化剂应用工艺装置的工艺原理示意图；

图2为本申请实施例提供的一种气液法离子液体催化剂应用工艺装置的另一种工艺原理示意图。

附图标记：1-气体混合单元；11-混合气体输入管线；12-管道混合器；13- 预热器；2-离子液体进料单元；21-离子液体输入管线；22-进料预热器；3-气液混合单元；4-出料分离单元；41-出料冷却器；42-气液分离罐；43-尾气冷凝器；44-除沫器；5-下一工序；6-回流管线；7-离心泵；M-离子液体催化剂。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的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实用新型的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

参照图1，本申请实施例提供的一种气液法离子液体催化剂应用工艺装置，包括气体混合单元1、离子液体进料单元2、气液混合单元3和出料分离单元4；气体混合单元1的输出端和离子液体进料单元2的输出端汇聚，并共同与气液混合单元3的输入端连通；气液混合单元3的输出端与出料分离单元4的输入端连通；出料分离单元4的输出端与下一工序5的气体总管相连。本申请实施例中主要用于制备氯乙烯的工艺，其中气体混合单元1中为制备氯乙烯进行反应的原料气体，离子液体进料单元2中为离子液体催化剂M，使得原料气体和离子液体催化剂M在气液混合单元3汇聚并共同输送到气液混合单元3，并在气液混合单元3中进行催化反应，最终生成氯乙烯单体，进而输送到出料分离单元4将气相和液相分离，最终将气相的氯乙烯单体输送到下一工序5的气体总管相连，完成整个工艺流程。

参照图1，气体混合单元1包括混合气体输入管线11、管道混合器12和预热器13；管道混合器12的输入端与混合气体输入管线11连通，管道混合器 12的输出端与预热器13的输入端连通；预热器13的输出端与离子液体进料单元2的输出端汇聚，并与气液混合单元3的输入端连通。本申请实施例中主要用于乙炔氢氯化反应，即使用无汞气液法离子液体催化剂M催化乙炔和氯化氢合成氯乙烯，因而混合气体输入管线11分两路分别输入C2H2和HCL气体，然后在管道混合器12内充分混合后进入预热器13升温预热至85℃，预热后的混合气体最终与离子液体进料单元2的输出端输出的离子液体催化剂M汇聚并在气液混合单元3中混合进行催化反应。

参照图1，离子液体进料单元2包括离子液体输入管线21和进料预热器 22；离子液体输入管线21与进料预热器22的输入端连通；进料预热器22的输出端与气体混合单元1的输出端汇聚，并与气液混合单元3的输入端连通。本申请实施例中离子液体输入管线21中输送离子液体催化剂M，并输送到进料预热器22中进行预热，预热后的离子液体催化剂M与气体混合单元1的输出端输出的原料混合气体汇聚，共同输送到气液混合单元3混合进行催化反应；本申请实施例中具体地气液混合单元3采用静态混合器，具体地将离子液体催化剂M在进料预热器22中预热至130℃，然后与预热器13中预热至85℃的C₂H₂和HCL气体汇聚并共同输送到静态混合器中进行催化反应，反应温度为 130℃～180℃；本申请实施例中采用静态混合器，可以将混合气体(C₂H₂和HCL 气体)在大的切割力下达到100-1000um粒径范围(在本工艺中最佳粒径范围控制在200-500um)，使得混合气体与离子液体催化剂M充分接触，在短管段、低压降产生均匀的混合物，混合效果达到95％以上，在较短的停留时间分布和最大的驱动力下发生反应，气液传质效率更佳，本申请实施例中静态混合器中的气体以极小的粒径均匀的分布在液相中，增大了气液接触面积，传质传热效果好，极大地提高了催化反应效率；另外，本申请实施例中采用静态混合器相比于传统的塔式反应设备来说，简化了反应设备结构，整体设备占用空间小(相比传统的填料塔，尺寸小5倍)，低维护，简安装，易清洗，且实现了在短管段、低压降、短的停留时间、大的驱动力下气液均匀混合的目的，气液混合效果达95％以上，在气液混合单元内气泡粒径均一，最小可达到10um，极大地增加了气液接触面积，提高了催化反应速率；本申请实施例中的进料预热器22 采用蒸汽预热，并且仅在原始开车时通蒸汽给体系预热，运行过程中，由于离子液体循环使用，反应体系温度维持在150℃左右，满足工艺需求，将不需要再通蒸汽预热。

参照图1，出料分离单元4包括出料冷却器41、气液分离罐42、尾气冷凝器43和除沫器44；出料冷却器41的输入端与气液混合单元3的输出端连通，出料冷却器41的输出端与气液分离罐42的输入端连通；气液分离罐42的气相端与尾气冷凝器43的输入端连通；尾气冷凝器43的气相端与除沫器44的输入端连通；除沫器44的气相端与下一工序5的气体总管相连；尾气冷凝器 43的液相端和除沫器44的液相端分别与气液分离罐42连通。本申请实施例中具体地将气液混合单元3中催化反应完成后的混合物，进一步输送到出料冷却器41进行冷却降温，具体地冷却到150℃后再次输送到气液分离罐42中进行气液分离，然后将气液分离罐42中的气相输送到尾气冷凝器43再次进行冷却，冷却至40℃后再经过除沫器44进行处理(将气相中夹杂的液相吸收处理)，最终获得粗氯乙烯并输送到下一工序5的气体总管进而进行后续生产，其中经尾气冷凝器43冷却后产生的液相和经除沫器44处理后产生的液相，被再次导流到气液分离罐42中暂时储存，便于后续循环使用。

参照图2，本申请实施例提供的一种气液法离子液体催化剂应用工艺装置还包括回流管线6和离心泵7；离心泵7设置于回流管线6，且回流管线6的输入端与气液分离罐42的底部连通，回流管线6的输出端与离子液体进料单元2的输入端连通。本申请实施例中进一步地设置回流管线6和离心泵7，将气液分离罐42中的液相回流到离子液体输入管线21，进而再次进入进料预热器22继续循环使用，实现节能降耗，本申请实施例中的离子液体催化剂M在工艺中循环使用，年损耗率小于5％。

本申请实施例提供的一种气液法离子液体催化剂应用工艺装置的工作原理如下：

本申请实施例将离子液体催化剂M应用于乙炔氢氯化反应，即催化乙炔和氯化氢合成氯乙烯，首先混合气体输入管线11分两路分别输入C₂H₂和HCL气体，然后在管道混合器12内充分混合后进入预热器13升温预热至85℃，将离子液体催化剂M通过离子液体输入管线21输送至进料预热器22中预热至 130℃，然后与预热器13中预热至85℃的C₂H₂和HCL气体汇聚并共同输送到气液混合单元3(静态混合器)中进行催化反应，反应温度为130℃～180℃；反应后的混合物经过出料冷却器41冷却至150℃后进入气液分离罐42进行气液分离，气液分离罐42中的气相经过尾气冷凝器43冷却至40℃后再经过除沫器 44处理后获得粗氯乙烯，然后接着输送到下一工序5的气体总管进而进行后续生产，气液分离罐42分离后的液体经过离心泵7和回流管线6送至进料预热器22继续循环使用。

本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种气液法离子液体催化剂应用工艺装置，其特征在于，包括气体混合单元(1)、离子液体进料单元(2)、气液混合单元(3)和出料分离单元(4)；

所述气体混合单元(1)的输出端和所述离子液体进料单元(2)的输出端汇聚，并共同与所述气液混合单元(3)的输入端连通；

所述气液混合单元(3)的输出端与所述出料分离单元(4)的输入端连通；

所述出料分离单元(4)的输出端与下一工序(5)的气体总管相连。

2.根据权利要求1所述的气液法离子液体催化剂应用工艺装置，其特征在于，所述气体混合单元(1)包括混合气体输入管线(11)、管道混合器(12)和预热器(13)；

所述管道混合器(12)的输入端与所述混合气体输入管线(11)连通，所述管道混合器(12)的输出端与所述预热器(13)的输入端连通；

所述预热器(13)的输出端与所述离子液体进料单元(2)的输出端汇聚，并与所述气液混合单元(3)的输入端连通。

3.根据权利要求1所述的气液法离子液体催化剂应用工艺装置，其特征在于，所述离子液体进料单元(2)包括离子液体输入管线(21)和进料预热器(22)；

所述离子液体输入管线(21)与所述进料预热器(22)的输入端连通；

所述进料预热器(22)的输出端与所述气体混合单元(1)的输出端汇聚，并与所述气液混合单元(3)的输入端连通。

4.根据权利要求1所述的气液法离子液体催化剂应用工艺装置，其特征在于，所述出料分离单元(4)包括出料冷却器(41)、气液分离罐(42)、尾气冷凝器(43)和除沫器(44)；

所述出料冷却器(41)的输入端与所述气液混合单元(3)的输出端连通，所述出料冷却器(41)的输出端与所述气液分离罐(42)的输入端连通；

所述气液分离罐(42)的气相端与所述尾气冷凝器(43)的输入端连通；

所述尾气冷凝器(43)的气相端与所述除沫器(44)的输入端连通；

所述除沫器(44)的气相端与所述下一工序(5)的气体总管相连；

所述尾气冷凝器(43)的液相端和所述除沫器(44)的液相端分别与所述气液分离罐(42)连通。

5.根据权利要求4所述的气液法离子液体催化剂应用工艺装置，其特征在于，还包括回流管线(6)和离心泵(7)；

所述离心泵(7)设置于所述回流管线(6)，且所述回流管线(6)的输入端与所述气液分离罐(42)的底部连通，所述回流管线(6)的输出端与所述离子液体进料单元(2)的输入端连通。

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