一種脫除綠油的制備乙烯的反應系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種脫除綠油的制備乙烯的反應系統(tǒng)。系統(tǒng)包括：漿態(tài)床反應器、冷凝器、冷凝分離器、冷凝液儲罐、溶劑泵、過濾設備、綠油脫除系統(tǒng)、高溫加熱裝置、催化劑還原裝置和溶劑加熱器；漿態(tài)床反應器包括殼體和篩板；殼體的下部設有反應氣體入口、溶劑蒸汽入口、液體出口；殼體的上部設有氣體出口和液體入口；篩板位于殼體內，固定在殼體內壁上，位于液體入口之下，反應氣體入口、溶劑蒸汽入口之上。本實用新型可有效解決制備乙烯使得內部熱量不易傳出、催化劑利用率低的問題。
【專利說明】
一種脫除綠油的制備乙烯的反應系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型總地涉及乙烯的制備領域，具體涉及一種脫除綠油的制備乙烯的反應系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]乙烯是現代工業(yè)中一種重要的基礎原料，也是世界產量最大的化學品之一，其產品廣泛應用于國民經濟、人民生活、國防等領域，是“有機合成之母”。面對石油資源的短缺和國際油價的攀升，原料來源成為發(fā)展乙烯工業(yè)的瓶頸，也是擺在人們面前必須解決的問題。因此，研究開發(fā)一種新的工藝技術來制備乙烯，以使之替代石油作為工業(yè)原材料，能夠緩解現代工業(yè)對石油的依賴性。
[0003]在煤化工技術中，以煤為原料通過電石工藝，或以天然氣為原料通過非催化部分氧化工藝制取乙炔，已成為成熟工藝。再以乙炔為原料，在選擇性加氫催化劑的作用下，通過加氫過程得到乙烯產品，可進一步拓展煤化工路線。因此，開發(fā)乙炔加氫制乙烯的新工藝技術，具有廣闊的應用前景。
[0004]低濃度乙炔氣固相催化加氫技術在石油工業(yè)中已非常成熟，主要用于乙烯中去除乙炔雜質，使用的反應器為固定床反應器，在反應器中裝填固相催化劑進行氣固相反應。但由于乙炔活性高，加氫反應放熱量大，即使是裂解氣中存在少量乙炔，傳統(tǒng)的氣固相固定床加氫反應器仍存在著綠油生成量大、催化劑循環(huán)周期短、反應器易“飛溫”等嚴重問題。
[0005]現有技術一為一種乙炔加氫制乙烯的流化床工藝及裝置。該工藝包括以下步驟:在流化床反應器內加入催化劑和稀釋劑;對催化劑進行升溫還原;將乙炔和氫氣混合物通入流化床反應器；乙炔選擇性加氫生成乙烯;將冷卻介質通入反應器換熱構件以移除反應熱;分離得到乙烯產品。該工藝技術存在以下缺點:
[0006]乙炔選擇性加氫制乙烯是強放熱反應，雖然在該工藝中冷卻介質用以移除反應時放出的大量的熱，但是還是難以完全消除發(fā)生反應時局部氣體溫度過高的隱患；
[0007]因該工藝使用的流化床，就難以避免催化劑顆粒間相互劇烈碰撞，這會帶來催化劑的損失、增加除塵的難度、增加換熱構件和反應器的磨損等問題。
[0008]現有技術二為一種乙烯連續(xù)分離生產線，包括氧加氫反應器、裂解氣第二干燥器、脫硫醇/羰基硫反應器、脫砷反應器、乙炔加氫反應器。其使用的乙炔加氫反應器所采用的反應器是固定床反應器。只能夠處理低濃度的乙炔，且處理量比較?。蝗绻胰埠吭龃?，會生成大量綠油、造成催化劑循環(huán)周期變短、甚至會出現反應器“飛溫”的問題。
[0009]因此，為了使得反應器能適應較大量的反應乙炔氣體，不會造成催化劑利用率低、反應器“飛溫”的問題，能及時脫除綠油，從根本上改善氣液流場分布，改進反應器內流化的質量，有必要提出一種新的制備乙烯的反應系統(tǒng)。
【實用新型內容】
[0010]本實用新型的目的在于提供一種脫除綠油的制備乙烯的反應系統(tǒng)，以解決現有技術制備乙烯使得內部熱量不易傳出、綠油多、催化劑利用率低的問題。
[0011]本實用新型提供一種脫除綠油的制備乙烯的反應系統(tǒng)，其包括:漿態(tài)床反應器、冷凝器、冷凝分離器、冷凝液儲罐、溶劑栗、過濾設備、綠油脫除系統(tǒng)和溶劑加熱器;其中所述漿態(tài)床反應器包括殼體和篩板;所述殼體的下部設有反應氣體入口、溶劑蒸汽入口、液體出口 ；所述殼體的上部設有氣體出口和液體入口 ；所述篩板位于所述殼體內，固定在所述殼體內壁上，位于所述液體入口之下，所述反應氣體入口、所述溶劑蒸汽入口之上;所述溶劑加熱器通過所述溶劑蒸汽入口與所述漿態(tài)床反應器連通，所述過濾設備通過所述液體出口與所述漿態(tài)床反應器連通，所述冷凝器通過所述氣體出口與所述漿態(tài)床反應器連通，所述溶劑栗通過所述液體入口與所述漿態(tài)床反應器連通;所述冷凝器、所述冷凝分離器、所述冷凝液儲罐及所述溶劑栗依次連通;所述過濾設備、所述高溫加熱裝置、所述催化劑還原裝置及所述冷凝液儲罐依次連通;所述過濾設備、所述綠油脫除系統(tǒng)和所述溶劑加熱器依次連通。
[0012]上述的系統(tǒng)，所述冷凝液儲罐中設有攪拌裝置。
[0013]上述的系統(tǒng)，所述冷凝分離器連通乙烯收集裝置。
[0014]上述的系統(tǒng)，所述漿態(tài)床反應器內部分布著多層相互平行的篩板，相鄰層的篩板間留有間隔，各層篩板的間隔相等。
[0015]上述的系統(tǒng)，每層所述篩板包括受液盤、鼓泡區(qū)、溢流堰和降液管;其中，所述篩板的部分邊沿與所述殼體內壁固定;所述固定的部分邊沿與所述溢流堰圍起來的部分為受液盤;用于盛放從上層所述降液管流下的液體;所述受液盤的中心部位分布有篩孔，形成鼓泡區(qū)，所述鼓泡區(qū)是氣液反應的主要區(qū)域;所述溢流堰設在所述篩板的非固定的邊沿，所述溢流堰高于所在層的受液盤，用于保持每層所述篩板上液體的高度;所述降液管用于使液體從上層所述篩板的溢流堰流至下層所述篩板的受液盤，位于所述溢流堰的旁邊。
[0016]上述的系統(tǒng)，所述篩孔為均勻分布的圓形小孔，所述小孔的中心距為孔徑的1-5倍，所述小孔的直徑為5-20_。
[0017]上述的系統(tǒng)，所述篩板的篩孔設有浮閥或泡罩。
[0018]上述的系統(tǒng)，上層所述篩板的降液管的底端不高于下層所述篩板溢流堰的高度。
[0019]本實用新型的有益效果在于，本實用新型提出了一種新的脫除綠油的制備乙烯的反應系統(tǒng)，該反應系統(tǒng)簡單易操作，反應過程易于實現移熱，能夠及時脫除綠油，催化劑可循環(huán)利用，使得利用漿態(tài)床反應器進行高濃度乙炔選擇性加氫成為一種重要的制烯烴的生產途徑。
【附圖說明】

[0020]圖1為本實用新型技術方案制備乙烯的漿態(tài)床反應器的結構示意圖；
[0021 ]圖2為本實用新型技術方案中篩板的俯視結構示意圖；以及
[0022]圖3為本實用新型技術方案實施例制備乙烯的系統(tǒng)結構流程示意圖。
【具體實施方式】
[0023]以下結合附圖和實施例，對本實用新型的【具體實施方式】進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本實用新型的方案以及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的【具體實施方式】和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。
[0024]如圖1是本實用新型中的漿態(tài)床反應器的結構圖。其中:1、反應氣體入口；2、液體出口；3、氣體出口；4、液體入口；5、篩板;6、降液管;7、溶劑蒸汽入口。
[0025]漿態(tài)床反應器的原理是氣體以鼓泡形式通過懸浮有固體細粒的液體(漿液)層，以實現氣液固相反應過程的反應器。該種用于乙炔選擇性加氫制乙烯的漿態(tài)床反應器，所述楽態(tài)床反應器包括反應器殼體和篩板5。
[0026]反應器殼體下部設置有反應氣體入口 1、溶劑蒸汽入口 7和液體出口 2，反應器殼體上部有氣體出口 3。
[0027]所述篩板5位于所述殼體內，固定在所述殼體內壁上，位于所述液體入口4之下，所述反應氣體入口 1、所述溶劑蒸汽入口 7之上。
[0028]在反應器殼體內的中部，均勾地分布著篩板5O在每層篩板5上有受液盤、溢流堰、降液管6和鼓泡區(qū)。篩板的部分邊沿與殼體內壁固定，非固定的邊沿設有溢流堰。固定的部分邊沿與所述溢流堰圍起來的部分為受液盤，用于盛放從上層降液管流下的液體。
[0029]篩板5的俯視圖如圖2所示。在篩板5的一端的溢流堰的作用是保持每層篩板上有一定高度的液體。在溢流堰的旁邊是降液管6。具體地，降液管可由所述篩板的溢流堰與所述反應器內壁的間隙形成。當然降液管6也可是別的結構比如是管道結構。降液管6的作用是讓液體從上層篩板的溢流堰處流至下層篩板的受液盤。上層篩板5的降液管6的底端不高于下層篩板5溢流堰的高度。這樣設計是為了實現液封，即防止氣體從降液管6處上升致使各層氣體相接而短路。在篩板5上的中部區(qū)域為鼓泡區(qū)，其上均勻分布著圓形小孔。小孔是氣體上升的主要通道，能夠使得氣體與液體均勻接觸。
[0030]反應器相鄰層的所述降液管6在垂直于所述受液盤的方向上的投影于圓周角度上錯開布置。這樣方便實現上層篩板5流下來的液體存于相鄰下層篩板5上一定時間，直至液體高出該下層的溢流堰而流出至再下層的篩板5。
[0031]小孔與液體的流向可保持叉排狀態(tài)，小孔的排列方式可為正三角式。小孔中心距為孔徑的1-5倍，優(yōu)選的孔間的中心距為1.5倍；孔的直徑為5-20mm，優(yōu)選的孔的直徑為1 Omnin
[0032]在篩板的篩孔上也可設有浮閥或泡罩。浮閥可以在篩板上浮動，隨著氣體流量的變化而改變其開啟度。泡罩內有升氣管，在泡罩與升氣管之間形成回轉空間。升氣管固定在篩板上，氣相通過升氣管進入回轉空間，以一定的噴出速度由齒縫噴出，與篩板上的液體形成鼓泡接觸。
[0033]如圖3所示為脫除綠油的制備乙烯的反應系統(tǒng)，其包括上述說明中提到的漿態(tài)床反應器10、溶劑加熱器20、冷凝器30、冷凝分離器40、冷凝液儲罐50、溶劑栗60、過濾設備70和綠油脫除系統(tǒng)80、高溫加熱裝置90和催化劑還原裝置100。溶劑加熱器20通過所述溶劑蒸汽入口與所述漿態(tài)床反應器10連通，所述過濾設備70通過所述液體出口與所述漿態(tài)床反應器10連通，所述冷凝器30通過所述氣體出口與所述漿態(tài)床反應器10連通，所述溶劑栗60通過所述液體入口與所述漿態(tài)床反應器10連通;所述冷凝器30、所述冷凝分離器40、所述冷凝液儲罐50及所述溶劑栗60依次連通;所述過濾設備70、所述綠油脫除系統(tǒng)80及所述溶劑加熱器20依次連通;所述過濾設備70、所述高溫加熱裝置90、所述催化劑還原裝置100及所述冷凝液儲罐50也依次連通。
[0034]上述的系統(tǒng)，所述冷凝液儲罐50中設有攪拌裝置，用于冷凝液儲罐50中溶劑與催化劑的攪拌。
[0035]上述系統(tǒng)在反應器的外部有溶劑加熱器20，能夠使液體溶劑蒸發(fā)，提供連續(xù)上升的蒸氣氣流，同時為整個反應器提供熱源。
[0036]制備乙烯時，乙炔和氫氣的混合氣通過漿態(tài)床反應器10底部的反應氣體入口I進入到反應器中。在反應器的底部溶劑蒸汽入口，蒸汽至下而上通過反應器，提供連續(xù)上升的蒸氣氣流，同時為整個反應器提供熱源。反應氣體隨著溶劑蒸汽一起通過反應器內部的篩板上的小孔進入到液相之中。其中溶劑蒸汽由反應器外部的溶劑加熱器20把液體溶劑加熱蒸發(fā)而生成。催化劑及載體溶劑自反應器上部的液體入口 4中流入。因小孔在篩板5上是均勻分布的，所以反應氣體也隨之均勻分散到液體當中。在液體中，反應氣體在懸浮于液體中的催化劑的催化作用下發(fā)生反應。反應后的氣體脫離該層篩板5，再通過上層篩板5的小孔進入到上層液體當中。如此反復直至通過反應器最上端的篩板5，從反應器頂端的氣體出口3出去。
[0037]在反應器中，氣體是至下而上的流向，液體是至上而下的流向，氣相和液相整體呈現出逆流的方向，增大了傳質和傳熱的效果。由于反應器中有多層篩板，也就是意味著反應器中存在著多個小的漿態(tài)床反應器，增大了氣液固三相充分接觸的面積，改善了氣液流場分布，避免短路，而且還可以強化湍動與氣液傳質，改進了反應器內流化的質量。
[0038]從反應器頂端出來的反應氣，再通過冷凝器30的冷卻將氣體溫度冷卻下來。隨后，再通過冷凝分離器40將氣體中的溶劑冷凝下來。冷凝下來的溶劑進入到冷凝液儲罐50。而氣體再經過深度冷卻分離即可得到產品乙烯。因而冷凝分離器40可進一步連接乙烯收集裝置如深冷分離器。
[0039]在反應器底部的溶劑通過液體出口進入到過濾設備70內，將催化劑從溶劑中過濾出來。過濾后的溶劑進入到綠油脫除系統(tǒng)80內，通過綠油脫除系統(tǒng)將綠油與溶劑分離，溶劑再進入到溶劑加熱器20，綠油則進入綠油儲罐進行保存。在溶劑加熱器20內溶劑受熱變成蒸汽后，從反應器底部的蒸汽入口進入到反應器內。從過濾設備70過濾出來的催化劑再經過高溫加熱裝置90的煅燒后，能夠有效脫除催化劑表面附著的綠油和溶劑等雜質，實現催化劑的再生;但灼燒后的催化劑是氧化態(tài)，因此要再經過催化劑還原裝置100實現催化劑的還原;還原再生后的催化劑再添加至冷凝液儲罐50中。
[0040]在冷凝液儲罐50中，通過攪拌裝置將催化劑和溶劑混合均勻后，再通過溶劑栗60將混合后的液體送入到反應器中。該過程可實現催化劑的循環(huán)利用。
[0041]在本實施方式中，使用的溶劑為蒸餾水(電導率<5ym/cm)。從反應器底部上升的蒸汽是整個反應器的熱源，保持系統(tǒng)溫度的相對穩(wěn)定。當開始乙炔選擇性加氫反應時，放出的大量的熱，可以通過溶劑的蒸發(fā)來轉移，避免了反應器內出現局部溫度過高的現象。
[0042 ]本實用新型中的溶劑加熱器可以使用電加熱、蒸汽加熱、煙氣加熱或導熱油加熱的方式來實現。
[0043]本實用新型中的高溫加熱裝置可以使用電加熱、旋轉床、流化床等加熱裝置來實現。
[0044]與目前乙烯中少量乙炔加氫的技術相比，本技術可以實現由高濃度乙炔選擇性加氫制乙烯，進一步拓展了煤化工的技術路線。
[0045]進一步地，在本實用新型技術方案中，氣體是至下而上的流向，液體是至上而下的流向，氣相和液相整體呈現出逆流的方向，增大了傳質和傳熱的效果。
[0046]進一步地，本實用新型的技術方案的反應器中有多層篩板，也就是意味著反應器中存在著多個小的漿態(tài)床反應器，增大了氣液固三相充分接觸的接觸面積，改善了氣液流場分布，可避免短路，而且還可以強化湍動與氣液傳質，改進了反應器內流化的質量。
[0047]進一步地，本實用新型的系統(tǒng)中設置有綠油脫除系統(tǒng)和催化劑再生系統(tǒng)，極大的降低了綠油和催化劑活性降低對反應的影響，實現了裝置的長期平穩(wěn)運行；同時溶劑加熱器內使用的溶劑是脫除綠油后的溶劑，能夠節(jié)省熱量，并且避免反應器內局部溫度過高。
[0048]本實用新型的系統(tǒng)使得催化劑能夠循環(huán)利用，提高了催化劑的利用效率。
[0049]本實用新型的技術方案利用液相溶劑的顯熱(顯熱是指當此熱量加入或移去后，會導致物質溫度的變化，而不發(fā)生相變)，散熱能力顯著提高，可以快速移出因乙炔選擇性加氫生成乙烯而產生的熱，降低反應床層的溫度，提高乙炔的轉化率和乙烯的選擇性。
[0050]另外，本技術方案的供熱系統(tǒng)簡單，僅依靠反應器外部的溶劑加熱器就能夠實現供熱。
[0051]總之，本實用新型提供的的反應系統(tǒng)，進行乙炔選擇性加氫反應時，能有效地避免發(fā)生“飛溫”現象，能夠及時去除綠油，能更好地抑制乙炔選擇加氫制乙烯過程中因放熱反應而引起的催化劑床層中熱點的出現，進而避免催化劑失活，提高催化劑的穩(wěn)定性。本實用新型提出的設備采用催化劑循環(huán)利用的方式很好地解決了催化劑利用效率低的問題。
[0052]實施例1
[0053]采用實施方式中的用于乙炔選擇性加氫制乙烯的系統(tǒng)如圖3所示。系統(tǒng)結構如上述實施方式中所介紹的形式。該系統(tǒng)的操作壓力為0.25MPa，溫度為130°C?？上扔玫獨庾鳛闅庠?，與漿態(tài)床反應器中的含有催化劑的溶劑建立氣液流向；隨后，再逐漸開啟溶劑加熱器(溶劑加熱器內的壓力為0.27MPa)，建立蒸汽上升氣流。當蒸汽上升至反應器頂部冷卻回流，并且溫度穩(wěn)定之后，可以將氮氣逐漸轉換為氫氣和乙炔氣的混合氣通入到反應器當中。在反應器中，乙炔和氫氣在催化劑的催化作用下生成乙烯;反應后的氣體再通過冷凝器30和冷凝分離器40，將氣體中的溶劑冷凝下來后，再送出反應系統(tǒng)界區(qū)。氣體可進一步進入乙烯收集裝置進行深度冷凝形成乙烯。從反應器頂隨溶劑流至反應器底部的催化劑，再通過過濾設備70過濾出來，再經過高溫加熱裝置90的煅燒后，能夠有效脫除催化劑表面附著的綠油和溶劑等雜質，實現催化劑的再生;但灼燒后的催化劑是氧化態(tài)，因此要再經過催化劑還原裝置100實現催化劑的還原;還原再生后的催化劑再添加至冷凝液儲罐50中。
[0054]在冷凝液儲罐50中混合均勻溶劑與催化劑后，使用溶劑栗將催化劑輸送到反應器頂部。過濾后的溶劑進入到綠油脫除系統(tǒng)80內，通過綠油脫除系統(tǒng)80將綠油與溶劑分離，溶劑再進入到溶劑加熱器20;在溶劑加熱器20內溶劑受熱變成蒸汽后，從反應器底部的溶劑蒸汽入口進入到反應器內。
[0055]在本實施例中，使用的溶劑為蒸餾水(電導率<5ym/cm)，從溶劑加熱器中進入反應器的上升的蒸汽是整個反應器的熱源，保持系統(tǒng)溫度的相對穩(wěn)定。當開始乙炔選擇性加氫反應時，放出的大量的熱，可以通過溶劑的蒸發(fā)來轉移，避免了局部溫度過高。使用的催化劑的粒徑為40-150μηι，使用的過濾設備的過濾精度為Iym。
[0056]最后應說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之中。
【主權項】
1.一種脫除綠油的制備乙烯的反應系統(tǒng)，其包括:漿態(tài)床反應器、冷凝器、冷凝分離器、冷凝液儲罐、溶劑栗、過濾設備、綠油脫除系統(tǒng)、高溫加熱裝置、催化劑還原裝置和溶劑加熱器； 其中所述漿態(tài)床反應器包括殼體和篩板， 所述殼體的下部設有反應氣體入口、溶劑蒸汽入口、液體出口 ；所述殼體的上部設有氣體出口和液體入口； 所述篩板位于所述殼體內，固定在所述殼體內壁上，位于所述液體入口之下，所述反應氣體入口、所述溶劑蒸汽入口之上； 所述溶劑加熱器通過所述溶劑蒸汽入口與所述漿態(tài)床反應器連通，所述過濾設備通過所述液體出口與所述漿態(tài)床反應器連通，所述冷凝器通過所述氣體出口與所述漿態(tài)床反應器連通，所述溶劑栗通過所述液體入口與所述漿態(tài)床反應器連通； 所述冷凝器、所述冷凝分離器、所述冷凝液儲罐及所述溶劑栗依次連通;所述過濾設備、所述高溫加熱裝置、所述催化劑還原裝置及所述冷凝液儲罐依次連通;所述過濾設備、所述綠油脫除系統(tǒng)和所述溶劑加熱器依次連通。2.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝液儲罐中設有攪拌裝置。3.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝分離器連通乙烯收集裝置。4.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述漿態(tài)床反應器內部分布著多層相互平行的篩板，相鄰層的篩板間留有間隔，各層篩板的間隔相等。5.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，每層所述篩板包括受液盤、鼓泡區(qū)、溢流堰和降液管;其中，所述篩板的部分邊沿與所述殼體內壁固定； 所述固定的部分邊沿與所述溢流堰圍起來的部分為受液盤，用于盛放從上層所述降液管流下的液體； 所述受液盤的中心部位分布有篩孔，形成鼓泡區(qū)，所述鼓泡區(qū)是氣液反應的主要區(qū)域；所述溢流堰設在所述篩板的非固定的邊沿，所述溢流堰高于所在層的受液盤，用于保持每層所述篩板上液體的高度； 所述降液管用于使液體從上層所述篩板的溢流堰流至下層所述篩板的受液盤，位于所述溢流堰的旁邊。6.根據權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述篩孔為均勻分布的圓形小孔，所述小孔的中心距為孔徑的1-5倍，所述小孔的直徑為5-20_。7.根據權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述篩板的篩孔設有浮閥或泡罩。8.根據權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，上層所述篩板的降液管的底端不高于下層所述篩板溢流堰的高度。
【文檔編號】C07C5/05GK205710506SQ201620578737
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月14日
【發(fā)明人】蘇二強, 史雪君, 余海鵬, 劉周恩, 吳黎陽, 吳道洪
【申請人】北京神霧環(huán)境能源科技集團股份有限公司