一種制乙烯的系統(tǒng)和方法與流程

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本發(fā)明屬于石油化學工業(yè)領域，尤其涉及一種制乙烯的系統(tǒng)和方法。

背景技術：

乙烯是石油化學工業(yè)的一種主要原料，目前制備工藝方法主要是通過石腦油的裂解制烯烴和煤制烯烴。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，已廣泛應用。以乙炔為原料，在選擇性加氫催化劑作用下，通過加氫制備乙烯產(chǎn)品，可進一步拓展煤化工發(fā)展途徑。且近些年來乙炔主要的下游產(chǎn)品聚氯乙烯(PVC)已經(jīng)供大于求，PVC產(chǎn)業(yè)利潤不高，急需拓展乙炔下游產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈；而聚乙烯價格隨石油價格波動很大，且其他下游產(chǎn)品如乙二醇，丁二醇、丙烯酸、聚乙烯醇等也有很好的經(jīng)濟價值。因此，開發(fā)乙炔加氫制乙烯的新工藝技術可以為乙烯工業(yè)提供一種新原料來源，并降低乙烯對石油資源的依賴程度及乙烯的生產(chǎn)成本，具有廣闊的應用前景。

現(xiàn)有技術公開了一種高純乙炔加氫制乙烯的系統(tǒng)及方法。研究者發(fā)現(xiàn)高純乙炔加氫所用貴金屬催化劑活性及壽命極易受乙炔凈化工藝的影響，需將硫磷砷含量脫除至10ppb以下，且未反應的氫氣再循環(huán)至壓縮機入口，極大的增加了壓縮機投資及運行能耗。

電石生成的乙炔?；煊辛蚧瘹洹⒘谆瘹浼吧榛瘹涞入s質(zhì)，因此在工業(yè)應用上需要對粗乙炔氣進行凈化，以得到純凈的乙炔氣以應用于工業(yè)生產(chǎn)?，F(xiàn)有技術中，對粗乙炔氣進行凈化的工藝主要有兩種：次氯酸鈉凈化工藝及濃硫酸凈化工藝，然而工業(yè)上次氯酸鈉及濃硫酸凈化工藝只能將粗乙炔中有害雜質(zhì)(硫、磷、砷)脫除至＞50ppb。繼續(xù)采用傳統(tǒng)凈化工藝，極大增加凈化設備投資及運行能耗。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種制乙烯的系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有技術貴金屬催化劑易中毒，對工況適應能力差，壓縮設備投資大，能耗高等問題。

本發(fā)明首先提出了一種制乙烯的系統(tǒng)，包括依序設置的混合提壓單元、催化劑保護單元、反應單元及分離單元；其中，

所述混合提壓單元包括乙炔入口、氫氣入口和混合提壓單元氣體出口；

所述催化劑保護單元包括換熱器氣體入口和凈化氣出口，所述換熱器氣體入口和所述混合提壓單元氣體出口相連；所述催化劑保護單元包括列管式催化劑保護器，所述列管式催化劑保護器中裝填有保護劑，所述保護劑用于脫除粗乙炔氣中的雜質(zhì)；

所述反應單元包括設有凈化氣入口、循環(huán)氫氣入口和反應氣出口，所述凈化氣入口連接所述凈化氣出口；

所述分離單元設有反應氣入口、產(chǎn)品氣出口及循環(huán)氫氣出口，所述反應氣入口連接所述反應氣出口，所述循環(huán)氫氣出口連接所述循環(huán)氫氣入口。

具體地，所述催化劑保護單元包括原料氣換熱器、溫控裝置和所述列管式催化劑保護器。

所述原料氣換熱器包括所述換熱器氣體入口和換熱器氣體出口。

所述列管式催化劑保護器設有原料氣入口、所述凈化氣出口、換熱介質(zhì)入口、換熱介質(zhì)出口、再生劑入口和再生劑出口，所述原料氣入口和所述換熱器氣體出口相連；所述列管式催化劑保護器內(nèi)部包含列管，所述列管內(nèi)裝填有所述保護劑及其載體，所述列管外為換熱介質(zhì)；所述列管式催化劑保護器能夠通過除去反應原料氣的雜質(zhì)得到凈化氣，從而保護催化劑。

所述溫控裝置與所述換熱介質(zhì)入口、所述換熱介質(zhì)出口均相連，所述溫控裝置能夠利用所述換熱介質(zhì)控制所述保護劑的溫度。

優(yōu)選地，所述列管式催化劑保護器為兩個或者兩個以上。

具體地，所述混合提壓單元包括前緩沖罐、往復式壓縮機、后緩沖罐順序連接，所述前緩沖罐包括所述乙炔入口和所述氫氣入口，所述后緩沖罐設有所述混合提壓單元氣體出口；或者，

所述混合提壓單元包括前緩沖罐、水環(huán)式壓縮機、后緩沖罐、除水干燥裝置順序連接，所述前緩沖罐包括所述乙炔入口和所述氫氣入口，此時，所述混合提壓單元氣體出口設置在所述除水干燥裝置上；

所述混合提壓單元用于對原料氣進行混合壓縮。

本發(fā)明還提供了一種利用上述系統(tǒng)制乙烯的方法，其特征在于，包括步驟：

A.將乙炔及氫氣通過所述混合提壓單元混合升壓；

B.將混合升壓后的原料氣通入所述催化劑保護單元，除去對催化劑有害的雜質(zhì)，得到所述凈化氣；

C.將所述凈化氣通入所述反應單元，進行乙炔選擇加氫反應；

D.將反應后氣體通入所述分離單元進行分離，得到產(chǎn)品乙烯、副產(chǎn)品及富余氫氣，富余氫氣作為循環(huán)氣經(jīng)調(diào)壓后通入所述反應單元。

優(yōu)選地，當所述列管式催化劑保護器不止一個時，將多個所述列管式催化劑保護器以并聯(lián)或串聯(lián)方式使用，或者輪流使用。

具體地，將原料氣乙炔與氫氣摩爾比控制為1:1?；旌仙龎汉笏鲈蠚饴饵c≤-42℃，壓力≤0.22MPa，溫度≤90℃。

進一步地，利用所述溫控裝置將所述列管式催化劑保護器溫度控制在＜30℃，控制空速200～3200h^-1、壓降≤100KPa。

具體地，所述反應單元中氫氣與乙炔摩爾比為2.5-9.5:1。

進一步的，還包括使所述保護劑再生的過程，即：

當所述保護劑失效時，關閉所述原料氣入口及所述凈化氣出口，打開所述再生劑入口及所述再生劑出口，通入氮氣吹掃，當?shù)獨庵锌扇細怏w積分數(shù)＜0.1％時采用溫度120-150℃的水蒸氣吹掃0.5-4h，最后采用氮氣或氮氣及氫氣的混合氣吹掃至露點≤-42℃，關閉所述再生劑入口及所述再生劑出口，打開所述原料氣入口及所述凈化氣出口，所述保護劑即可重新使用。

具體地，所述分離單元的分離包括深冷分離、膜分離及變壓吸附分離。

優(yōu)選地，所述保護劑活性組分包括氧化態(tài)和/或金屬態(tài)的Ag、Cu、Zn、Co、Ni、Fe、Mn，所述載體包括氧化硅、氧化鋁、陶瓷、硅藻土及分子篩。

采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，避免了高氫炔比混合氣的壓縮，減少了壓縮設備占地、投資及運行能耗。有效降低了進反應器的原料中有害雜質(zhì)的含量，極大延長了貴金屬催化劑的使用壽命，增強了反應單元對乙炔凈化工藝波動的適應性。保護劑價廉易得，可再生重復使用。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制乙烯的系統(tǒng)示意圖；

圖中：1-前緩沖罐、2-壓縮機(往復式/水環(huán)式)、3-后緩沖罐、4-原料氣換熱器、5a/5b-列管式催化劑保護器、6-溫控裝置、7-反應單元、8-分離單元；其中，

11-乙炔入口、12-氫氣入口；

31-混合提壓單元氣體出口；

41-換熱器氣體入口、42-換熱器氣體出口；

51a/51b-原料氣入口、52a/52b-再生劑入口、53a/53b-換熱介質(zhì)入口、54a/54b-換熱介質(zhì)出口、55a/55b-再生劑出口、56a/56b-凈化氣出口；

71-凈化氣入口、72-循環(huán)氫氣入口、73-反應氣出口；

81-乙烯出口、82-副產(chǎn)品出口、83-反應氣入口、84循環(huán)氫氣出口。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發(fā)明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發(fā)明的方案及其各個方面的優(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，而不是對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明首先提出了一種制乙烯的系統(tǒng)，包括依序設置的混合提壓單元、催化劑保護單元、反應單元7及分離單元8；其中，

所述混合提壓單元包括乙炔入口11、氫氣入口12和混合提壓單元氣體出口31，所述混合提壓單元用于對原料氣進行混合壓縮；

所述催化劑保護單元包括換熱器氣體入口41和凈化氣出口56a/56b，所述換熱器氣體入口41和所述混合提壓單元氣體出口31相連；所述催化劑保護單元包括列管式催化劑保護器5a/5b，所述列管式催化劑保護器5a/5b中裝填有保護劑，所述保護劑用于脫除粗乙炔氣中的雜質(zhì)，混合壓縮后的氣體經(jīng)過除雜得到凈化氣；

所述反應單元7包括設有凈化氣入口71、循環(huán)氫氣入口72和反應氣出口73，所述凈化氣入口71連接所述凈化氣出口56a/56b；凈化氣由凈化氣入口71進入所述反應單元7進行乙炔選擇加氫反應；

所述分離單元8設有反應氣入口83、產(chǎn)品氣出口及循環(huán)氫氣出口84，產(chǎn)品氣出口包括乙烯出口81和副產(chǎn)品出口82，所述反應氣入口83連接所述反應氣出口73，所述循環(huán)氫氣出口84連接所述循環(huán)氫氣入口72，發(fā)生加氫反應后的氣體進入所述分離單元進行分離，得到產(chǎn)品乙烯、副產(chǎn)品及富余氫氣，富余氫氣作為循環(huán)氣經(jīng)調(diào)壓后進入所述反應單元。分離方式可以選擇深冷分離、膜分離及變壓吸附分離。

具體地，所述催化劑保護單元包括原料氣換熱器4、溫控裝置6和所述列管式催化劑保護器5a/5b。

所述原料氣換熱器4包括換熱器氣體入口41和換熱器氣體出口42。

所述列管式催化劑保護器5a/5b設有原料氣入口51a/51b、所述凈化氣出口56a/56b、換熱介質(zhì)入口53a/53b、換熱介質(zhì)出口54a/54b、再生劑入口52a/52b和再生劑出口55a/55b，所述原料氣入口51a/51b和所述換熱器氣體出口42相連；所述列管式催化劑保護器51a/51b內(nèi)部包含列管，所述列管內(nèi)裝填有所述保護劑及其載體，所述列管外為換熱介質(zhì)；所述列管式催化劑保護器能夠通過除去反應原料氣的雜質(zhì)得到凈化氣，從而保護催化劑。

所述保護劑活性組分可以是氧化態(tài)和/或金屬態(tài)的Ag、Cu、Zn、Co、Ni、Fe、Mn等，所述載體可以是氧化硅、氧化鋁、陶瓷、硅藻土及分子篩等。

當所述保護劑失效時，關閉所述原料氣入口51a/51b及所述凈化氣出口56a/56b，打開所述再生劑入口52a/52b及所述再生劑出口55a/55b，再生劑入口52a/52b通入氮氣吹掃，當?shù)獨庵锌扇細怏w積分數(shù)＜0.1％時采用溫度120-150℃的水蒸氣吹掃0.5-4h，最后采用氮氣或氮氣及氫氣的混合氣吹掃至露點≤-42℃，關閉所述再生劑入口52a/52b及所述再生劑出口55a/55b，打開所述原料氣入口51a/51b及所述凈化氣出口56a/56b，所述保護劑即可重新使用。

所述溫控裝置6與所述換熱介質(zhì)入口53a/53b、所述換熱介質(zhì)出口54a/54b均相連，所述溫控裝置能夠利用所述換熱介質(zhì)控制所述保護劑的溫度。

所述列管式催化劑保護器5a/5b可以單獨使用；當所述列管式催化劑保護器5a/5b為兩個或者兩個以上時，多個所述列管式催化劑保護器可以以并聯(lián)或串聯(lián)方式使用，或者輪流使用。

進一步地，所述混合提壓單元包括前緩沖罐1、往復式壓縮機2、后緩沖罐3順序連接，所述前緩沖罐1包括所述乙炔入口11和所述氫氣入口12，所述后緩沖罐3設有所述混合提壓單元氣體出口31；或者，

所述混合提壓單元包括前緩沖罐1、水環(huán)式壓縮機2、后緩沖罐3、除水干燥裝置(圖未示出)順序連接，所述前緩沖罐1包括所述乙炔入口11和所述氫氣入口12，此時，所述混合提壓單元氣體出口設置在所述除水干燥裝置上(圖未示出)。

本發(fā)明利用上述系統(tǒng)制乙烯的方法，包括如下步驟：

A.將乙炔及氫氣通過所述混合提壓單元混合升壓；

B.將混合升壓后的原料氣通入所述催化劑保護單元，除去對催化劑有害的雜質(zhì)，得到所述凈化氣；

C.將所述凈化氣通入所述反應單元，進行乙炔選擇加氫反應；

優(yōu)選地，原料氣乙炔與氫氣摩爾比為1:1?；旌仙龎汉笏鲈蠚饴饵c≤-42℃，壓力≤0.22MPa，溫度≤90℃。所述反應單元中氫氣與乙炔摩爾比為2.5-9.5:1。

進一步地，利用所述溫控裝置將所述列管式催化劑保護器溫度控制在＜30℃，控制空速200～3200h^-1、壓降≤100KPa。

下面參考具體實施例，對本發(fā)明進行描述，需要說明的是，實施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發(fā)明。

實施例1

將乙炔與氫氣按照摩爾比1:1通入前緩沖罐，再依次經(jīng)過壓縮機及后緩沖罐，提壓至0.18MPa,溫度為60℃，露點為-44℃；壓縮后的原料氣進入原料氣換熱器降溫至28℃，通過閥門控制，原料氣通入列管式催化劑保護器5a，列管式催化劑保護器5b備用；通過溫控裝置控制保護劑床層溫度為28℃；列管式催化劑保護器列管內(nèi)填裝顆粒狀保護劑，保護劑活性組分為氧化銅及氧化鋅，載體為陶瓷；空速1500h^-1、壓降80KPa；凈化氣進入反應單元，在反應器中氫氣與乙炔摩爾比為4:1，反應后氣相物流經(jīng)過深冷分離裝置，經(jīng)過分離從乙烯出口，副產(chǎn)品出口和循環(huán)氫氣出口分別得到產(chǎn)品乙烯，副產(chǎn)品及循環(huán)氫氣，循環(huán)氫氣經(jīng)調(diào)壓后循環(huán)回反應器。

當列管式催化劑保護器5a凈化氣出口中凈化氣硫磷砷含量大于15ppb時，關閉列管式催化劑保護器5a的原料氣進口及凈化氣出口，打開原料氣進口及凈化氣出口，列管式催化劑保護器5b投入使用；打開再生劑進口及再生劑出口，通入氮氣吹掃；當?shù)獨庵锌扇細怏w積分數(shù)＜0.1％時，采用溫度150℃的水蒸氣吹掃2h；最后采用氮氣的吹掃至露點≤-42℃；關閉再生后的列管式催化劑保護器5a的再生劑進口和再生劑出口，列管式催化劑保護器5a備用。