CN218872169U - 一种低温生产乙烯副产氢气的工艺装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低温生产乙烯副产氢气的工艺装置，包括沿主物料流方向依次连接的乙烷氧化脱氢装置、气液分离设备、乙烯精馏塔、脱乙烷塔，所述乙烷氧化脱氢装置的产品气出口与气液分离设备连接，还包括电解水装置，所述气液分离设备的液体出口与电解水装置的进水口连接，所述电解水装置的氢气出口与储氢罐连接、氧气出口返回连接于所述乙烷氧化脱氢装置的进气端。通过乙烷氧化脱氢装置C₂H₆+0.5O₂→C₂H₄+H₂O(热催化)和电解水装置2H₂O→2H₂+O₂(电催化)的高效耦合，来实现温和反应条件下，以乙烷为原料脱氢生成乙烯和氢气。

Description

一种低温生产乙烯副产氢气的工艺装置

技术领域

本实用新型涉及一种低温生产乙烯副产氢气的工艺装置，适用于化工行业中乙烯的生产，属于石油化工领域。

背景技术

乙烯(C₂H₄)是世界上产量最大的化学产品之一，是一种重要的化工基础原料，主要用于合成纤维、橡胶、塑料、腈纶、粘合剂等化学品。当前乙烯产品占有机化学品的40％以上，而石油化工产品中约有75％都是乙烯生产的，其在国民经济中占有重要的地位。世界上已将乙烯生产规模、技术与产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。

近些年来随着北美页岩气革命，以乙烷为原料，通过热裂解的路径制备乙烯成本大大降低，国内也纷纷建立起多个低碳烷烃裂解装置。但是乙烷热裂解是一个吸热反应，受热力学平衡的限制，反应温度大于900℃造成高能耗，裂解炉容易积炭结焦，装置设备复杂，操作成本高。相较而言，乙烷氧化脱氢(ODHE)作为一种很有潜力的替代工艺，因为其放热特性，在降低反应温度的同时，能有效克服平衡转化率以及积炭等问题。但是乙烷蒸汽裂解工艺可以产生高价值副产物氢气(H₂)，而ODHE工艺的副产物是水(H₂O)，导致氢原子利用率有所降低，使得乙烷氧化脱氢工艺路线具有一定的经济性劣势。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的是为了解决目前乙烷氧化脱氢工艺中氢原子利用率低的问题，设计的一种工艺装置，通过乙烷氧化脱氢装置C₂H₆+0.5O₂→C₂H₄+H₂O(热催化)和电解水装置2H₂O→2H₂+O₂(电催化)的高效耦合，来实现温和反应条件下，以乙烷为原料脱氢生成乙烯和氢气。

为了实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种低温生产乙烯副产氢气的工艺装置，包括沿主物料流方向依次连接的乙烷氧化脱氢装置、气液分离设备、乙烯精馏塔、脱乙烷塔，所述乙烷氧化脱氢装置的产品气出口与气液分离设备连接，还包括电解水装置，所述气液分离设备的液体出口与电解水装置的进水口连接，所述电解水装置的氢气出口与储氢罐连接、氧气出口返回连接于所述乙烷氧化脱氢装置的进气端。

进一步地，所述乙烷氧化脱氢装置的进气端设置有混气设备，所述混气设备上分别设置有三个进气支管，分别为氧气支管、乙烷支管与惰性气体支管。

进一步地，所述电解水装置的氧气出口通过第一管道与所述氧气支管连接，且在第一管道上设置有第一控制阀。

更进一步地，经由所述气液分离设备分离后的产品气依次进入乙烯精馏塔、脱乙烷塔，所述脱乙烷塔的乙烷出气口通过第二管道与所述乙烷支管连接，且在所述第二管道上设置有第二控制阀。

进一步地，所述电解水装置的氢气出口通过第三管道与压缩机连接，所述压缩机与储氢罐连接。

进一步地，所述气液分离设备包括与所述乙烷氧化脱氢装置依次连接的冷凝器、气液分离器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型中耦合了乙烷氧化脱氢装置C₂H₆+0.5O₂→C₂H₄+H₂O(热催化)和电解水装置2H₂O→2H₂+O₂(电催化)，该工艺装置大大降低了目前通过乙烷热裂解来制备乙烯的能耗，相比常规乙烷氧化脱氢工艺装置，大大提高了氢原子利用率，大大提高工艺路线经济性。可以实现低能耗高效乙烷氧化制备乙烯和氢气。

附图说明

图1为本实用新型低温生产乙烯副产氢气工艺装置的工作原理图；

图2为本实用新型低温生产乙烯副产氢气工艺装置的结构示意图。

图中：1、乙烷氧化脱氢装置；2、冷凝器；3、气液分离器；4、乙烯精馏塔；5、脱乙烷塔；6、电解水装置；7、压缩机；8、储氢罐；9、混气设备；10、第一管道；11、第一控制阀；12、第二管道；13、第二控制阀；14、第三管道；101、氧气支管；102、乙烷支管；103、惰性气体支管；601、氢气出口；602、氧气出口。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

如图1-2所示，一种低温生产乙烯副产氢气的工艺装置，包括沿主物料流方向依次连接的乙烷氧化脱氢装置1、气液分离设备、乙烯精馏塔4、脱乙烷塔5，所述乙烷氧化脱氢装置1的产品气出口与气液分离设备连接，还包括电解水装置6，所述气液分离设备的液体出口与电解水装置6的进水口连接，所述电解水装置6的氢气出口601与储氢罐8连接、氧气出口602返回连接于所述乙烷氧化脱氢装置1的进气端。

将乙烷氧化脱氢装置C₂H₆+0.5O₂→C₂H₄+H₂O(热催化)和电解水装置2H₂O→2H₂+O₂(电催化)进行高效耦合，该装置通过乙烷氧化脱氢反应在低温通过乙烷和氧气反应生成乙烯和水，经过气液分离后的水通入电解水装置，生成氢气和氧气，将氢气作为产物进行收集，而氧气作为反应气通入乙烷氧化脱氢主反应装置作为反应气循环使用，乙烯则作为主产物通过精馏塔分离收集。

如图2所示，在本实用新型的一实施例中：

所述乙烷氧化脱氢装置1的进气端设置有混气设备9，所述混气设备9上分别设置有三个进气支管，分别为氧气支管101、乙烷支管102与惰性气体支管103。

混气设备9用于接收并混合来自三个进气支管的乙烷、氧气和惰性气体(如氮气)，将原料气混合并预热后输送至乙烷氧化脱氢装置1。

具体地，在本实施例1中，如图2所示，所述电解水装置6的氧气出口602通过第一管道10与所述氧气支管101连接，且在第一管道10上设置有第一控制阀11。

将电解水装置生成的氧气作为反应气通入乙烷氧化脱氢主反应装置进行循环使用，具体地，将氧气返回至氧气支管101，并通过第一控制阀11控制氧气的气体流量。

具体地，如图2所示，经由所述气液分离设备分离后的产品气依次进入乙烯精馏塔4、脱乙烷塔5，所述脱乙烷塔5的乙烷出气口通过第二管道12与所述乙烷支管102连接，且在所述第二管道12上设置有第二控制阀13。

未完全反应的乙烷经由脱乙烷塔5处理后，经由第二管道12返回至乙烷支管102，再进入混气设备9与氧气、惰性气体混合预热。

在一实施例中：

所述电解水装置6的氢气出口601通过第三管道14与压缩机7连接，所述压缩机7与储氢罐8连接。实现对氢气的收集。

具体地，如图2所示，所述气液分离设备包括与所述乙烷氧化脱氢装置1依次连接的冷凝器2、气液分离器3。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种低温生产乙烯副产氢气的工艺装置，包括沿主物料流方向依次连接的乙烷氧化脱氢装置、气液分离设备、乙烯精馏塔、脱乙烷塔，所述乙烷氧化脱氢装置的产品气出口与气液分离设备连接，其特征在于，还包括电解水装置，所述气液分离设备的液体出口与电解水装置的进水口连接，所述电解水装置的氢气出口与储氢罐连接、氧气出口返回连接于所述乙烷氧化脱氢装置的进气端。

2.根据权利要求1所述的一种低温生产乙烯副产氢气的工艺装置，其特征在于，所述乙烷氧化脱氢装置的进气端设置有混气设备，所述混气设备上分别设置有三个进气支管，分别为氧气支管、乙烷支管与惰性气体支管。

3.根据权利要求2所述的一种低温生产乙烯副产氢气的工艺装置，其特征在于，所述电解水装置的氧气出口通过第一管道与所述氧气支管连接，且在第一管道上设置有第一控制阀。

4.根据权利要求2所述的一种低温生产乙烯副产氢气的工艺装置，其特征在于，经由所述气液分离设备分离后的产品气依次进入乙烯精馏塔、脱乙烷塔，所述脱乙烷塔的乙烷出气口通过第二管道与所述乙烷支管连接，且在所述第二管道上设置有第二控制阀。

5.根据权利要求1所述的一种低温生产乙烯副产氢气的工艺装置，其特征在于，所述电解水装置的氢气出口通过第三管道与压缩机连接，所述压缩机与储氢罐连接。

6.根据权利要求1所述的一种低温生产乙烯副产氢气的工艺装置，其特征在于，所述气液分离设备包括与所述乙烷氧化脱氢装置依次连接的冷凝器、气液分离器。

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