本實用新型總地涉及一種制乙烯的反應(yīng)系統(tǒng)，具體涉及一種變壓吸附制乙烯的反應(yīng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

乙烯是石油化學(xué)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。2015年國內(nèi)乙烯總產(chǎn)能達到2200萬t/a左右，2020年國內(nèi)乙烯產(chǎn)能進一步將增加到3250萬t/a，而預(yù)計到2020年國內(nèi)乙烯消費量為4800萬噸/年，則將出現(xiàn)需求大于產(chǎn)能的現(xiàn)象。這對石油儲備并不豐富的我國來說構(gòu)成了嚴重的戰(zhàn)略威脅。因此，尋求另一種新的來源和工藝方法以制備乙烯，從而可在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域替代石油，能夠很大程度上緩解我國對于石油原料的依賴性。

在煤化工技術(shù)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(yīng)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(shù)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(yīng)用前景。

雖然乙炔選擇加氫是當前的關(guān)注熱點，國內(nèi)外的報道也比較多，但其研究內(nèi)容主要集中于除去石油烴裂解制備乙烯工藝過程中微量的乙炔(0.01—5體積％)。乙炔加氫是強放熱反應(yīng)，高濃度乙炔加氫放出大量反應(yīng)熱，床層移熱困難，易造成催化劑失活、副反應(yīng)增多、乙烯收率下降，所以對于專門以高濃度乙炔為原料的催化選擇加氫制乙烯的方法少有探索，相應(yīng)的工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用更是未見報道。

因此，為了避免傳統(tǒng)方法中高純乙炔加氫制乙烯的固定床飛溫現(xiàn)象、反應(yīng)熱移熱困難及床層壓降大、漿態(tài)床反應(yīng)壓力低、生產(chǎn)能力小的問題及綠油積聚、影響催化劑活性的問題，有必要提出一種新的變壓吸附制乙烯的反應(yīng)系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種變壓吸附制乙烯的反應(yīng)系統(tǒng)，以解決傳統(tǒng)方法中高純乙炔加氫制乙烯的固定床飛溫現(xiàn)象、反應(yīng)熱移熱困難及床層壓降大、漿態(tài)床反應(yīng)壓力低、生產(chǎn)能力小的問題及綠油積聚、影響催化劑活性的問題。

本實用新型提供了一種變壓吸附制乙烯的反應(yīng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括氫炔混合均壓單元、加氫反應(yīng)單元、變壓吸附單元、真空過濾單元、高溫蒸汽及流化床再生單元和真空低壓蒸餾單元；所述加氫反應(yīng)單元包括漿態(tài)床、漿態(tài)床溫控裝置、氣液冷凝分離裝置，其中，所述漿態(tài)床設(shè)有混合氣進口、氣體產(chǎn)品出口、凝液進口、漿液出口、以及換熱介質(zhì)進口、換熱介質(zhì)出口；所述混合氣進口連接所述氫炔混合均壓單元；所述漿液出口連接所述真空過濾單元；所述漿態(tài)床溫控裝置通過所述換熱介質(zhì)出口、換熱介質(zhì)進口與所述漿態(tài)床連通；所述氣液冷凝分離裝置的氣體產(chǎn)品進口連接所述漿態(tài)床的氣體產(chǎn)品出口，所述氣液冷凝分離裝置的凝液出口連接所述漿態(tài)床的凝液進口，所述氣液冷凝分離裝置的氣體出口連接所述變壓吸附單元的氣體進口；所述真空過濾單元的液相物料出口連接所述真空低壓蒸餾單元，所述真空過濾單元的固相物料出口連接所述高溫蒸汽及流化床再生單元。

上述的系統(tǒng)，所述氫炔混合均壓單元為文丘里混合器。

上述的系統(tǒng)，所述變壓吸附單元的氫氣出口與所述氫炔混合均壓單元的氫氣入口相連。

上述的系統(tǒng)，所述漿態(tài)床溫控裝置包括電加熱器、冷凝器及溫度自控系統(tǒng)。

上述的系統(tǒng)，所述真空低壓蒸餾單元的溶劑出口連接所述漿態(tài)床的溶劑入口；所述高溫蒸汽及流化床再生單元包括順序相連的高溫蒸汽洗脫裝置和流化床，所述流化床的出料口與所述漿態(tài)床的催化劑入口相連。

本實用新型提供的變壓吸附制乙烯的方法及系統(tǒng)，避免了高純乙炔加氫制乙烯固定床飛溫、反應(yīng)熱移熱困難及床層壓降大、漿態(tài)床反應(yīng)壓力低、生產(chǎn)能力小的問題，且本實用新型具有操作彈性大，對催化劑適應(yīng)能力強的優(yōu)點。

本實用新型采用文丘里混合器實現(xiàn)高壓氫氣與低壓乙炔的混合，避免了混合氣壓縮機的使用，進而降低了壓縮乙炔的安全隱患，同時降低了設(shè)備的投資。

本實用新型采用變壓吸附技術(shù)，循環(huán)周期短,易于實現(xiàn)自動化，對大型化氣體分離生產(chǎn)過程尤為適用。

本實用新型采用連續(xù)真空過濾及低壓蒸餾技術(shù)，避免了綠油積聚、影響催化劑活性的缺陷，并實現(xiàn)了溶劑再生。

本實用新型采用高溫蒸汽及流化床再生催化劑技術(shù)，實現(xiàn)了催化劑在線再生，降低了工藝對催化劑壽命的要求，使得漿態(tài)床中催化劑活性高、狀態(tài)穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為本實用新型一種實施例的變壓吸附制乙烯的系統(tǒng)簡圖；

圖2為本實用新型一種實施例的變壓吸附制乙烯的工作流程圖。

圖中：1-漿態(tài)床；2-冷凝器；3-氣液冷凝分離裝置；4-變壓吸附單元；5-氫炔混合均壓單元；6-流化床；7-真空過濾單元；8-真空低壓蒸餾單元；9-漿態(tài)床溫控裝置；10-氣體產(chǎn)品出口；11-凝液進口；12-換熱介質(zhì)進口；13-換熱介質(zhì)出口；14-漿液進口；15-漿液出口；16-混合氣進口；17-重組分出口；18-乙烯出口；19-高溫蒸汽洗脫裝置；20-高溫蒸汽入口；21-高溫蒸汽出口。

具體實施方式

以下結(jié)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。

如圖1所示，一種變壓吸附制乙烯的系統(tǒng)，包括氫炔混合均壓單元、加氫反應(yīng)單元、變壓吸附單元、真空過濾單元、高溫蒸汽及流化床再生單元及超重力精餾單元。其中，高溫蒸汽及流化床再生單元包括順序相連的高溫蒸汽洗脫裝置和流化床。

氫炔混合均壓單元可采用文丘里混合器代替混合氣壓縮機，降低了壓縮乙炔的安全隱患，同時降低了設(shè)備的投資。文丘里混合器是針對應(yīng)用靜態(tài)混合器時，二股或二股以上流體在進入靜態(tài)混合器之前，為各股流體順利輸送而設(shè)計的。流體在輸送過程中，往往由于各股流體輸送壓力不平衡影響混合比，在這種情況下選用文氏管形分配器，文氏管形分配器具有噴射升壓泵的性能，在保證次流流量的條件下，使物料的出口壓力達到所要求的壓力。

所述加氫反應(yīng)單元包括漿態(tài)床、漿態(tài)床溫控裝置、氣液冷凝分離裝置，所述漿態(tài)床設(shè)有混合氣進口、氣體產(chǎn)品出口、凝液進口、漿液出口以及換熱介質(zhì)進出口，所述混合氣進口連接氫炔混合均壓單元混合氣出口，所述漿液出口連接真空過濾單元，所述漿態(tài)床溫控裝置設(shè)有換熱介質(zhì)進出口，分別與漿態(tài)床換熱介質(zhì)出進口連接。所述氣液冷凝分離裝置設(shè)有氣體產(chǎn)品進口，凝液出口以及氣體出口，凝液出口連接漿態(tài)床凝液進口，所述氣體出口連接變壓吸附單元氣體進口。

變壓吸附單元的原理是利用吸附劑的平衡吸附量隨組分分壓升高而增加的特性，進行加壓吸附、減壓脫附。變壓吸附一般是常溫操作，不須供熱,故循環(huán)周期短,易于實現(xiàn)自動化，對大型化氣體分離生產(chǎn)過程尤為適用。現(xiàn)在主要使用的吸附劑有變壓吸附硅膠、活性氧化鋁、高效Cu系吸附劑(PU-1)、鋰基制氧吸附劑(PU-8)等。

進一步地，所述漿態(tài)床溫控裝置可包括導(dǎo)熱油溫控裝置、高壓軟水溫控裝置、蒸汽溫控裝置及煙道氣溫控裝置。

所述真空過濾單元包括連續(xù)真空過濾裝置，設(shè)有漿液進口、液相物料及固相物料出口，所述液相物料出口連接真空低壓蒸餾單元，固相物料出口經(jīng)皮帶傳送裝置與高溫蒸汽及流化床再生單元的進料口連接。

進一步地，所述真空低壓蒸餾裝置包括低壓蒸餾塔，設(shè)有液相物料進口、溶劑出口及重組分出口。

進一步地，所述的真空過濾裝置可包括轉(zhuǎn)鼓真空過濾機、帶式真空過濾機或翻斗式真空過濾機。

本實用新型采用連續(xù)真空過濾及低壓蒸餾技術(shù)，避免了綠油積聚、影響催化劑活性的缺陷，并實現(xiàn)了溶劑再生。

進一步地，所述高溫蒸汽及流化床再生單元的高溫蒸汽洗脫裝置設(shè)有高溫蒸汽入口、高溫蒸汽出口及進出料口，高溫蒸汽洗脫裝置的進料口與真空過濾單元的出料口相連，其出料口與流化床的進料口相連。高溫蒸汽及流化床再生單元內(nèi)的蒸汽溫度為150℃-230℃。所述流化床設(shè)有進出料口及氣體進出口。流化床前設(shè)置高溫蒸汽洗脫裝置是為了采用高溫蒸汽洗脫催化劑表面附著物。進一步地，所述高溫蒸汽洗脫裝置的蒸汽出口與高壓軟水溫控裝置蒸汽入口或蒸汽溫控裝置蒸汽入口相連，用于回收高溫蒸汽熱量。

本實用新型采用高溫蒸汽及流化床再生單元再生催化劑技術(shù)，實現(xiàn)了催化劑在線再生，降低了工藝對催化劑壽命的要求，使得漿態(tài)床中催化劑活性高、狀態(tài)穩(wěn)定。

本實用新型的變壓吸附制乙烯的方法，包括如下步驟：

1)氫炔混合均壓

低壓乙炔和高壓氫氣通過文丘里混合器混合，同時實現(xiàn)氫炔均壓。

2)加氫反應(yīng)

將步驟1)所得混合氣通入加氫反應(yīng)工序中的漿態(tài)床，進行乙炔選擇加氫反應(yīng)。

3)變壓吸附

對乙炔加氫反應(yīng)的氣相產(chǎn)物進行變壓吸附，得到產(chǎn)物乙烯，富余氫氣送入氫炔混合均壓工序。

4)真空過濾

將漿態(tài)床中漿液連續(xù)引出，通過真空過濾機分離得到固相物料及液相物料。

5)高溫蒸汽及流化床再生

所述固相物料先經(jīng)高溫蒸汽洗脫，再經(jīng)過流化床處理，得到再生催化劑。

6)真空低壓蒸餾

所述液相物料通過真空低壓蒸餾，回收溶劑。

其中，低壓乙炔壓力為5KPa-40KPa，溫度為5-80℃。所述的高壓氫氣壓力為0.1MPa-2.2MPa MPa，溫度為5-40℃。乙炔與氫氣的摩爾比為1:3-15。

其中，所述的固相物料包括催化劑及催化劑稀釋劑。

其中，催化劑稀釋劑包括珍珠巖顆粒、氧化鋁顆粒、氧化硅顆粒、分子篩(是結(jié)晶態(tài)的硅酸鹽或硅鋁酸鹽，由硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋鍵相連而形成。)及陶瓷顆粒中的一種或幾種；催化劑稀釋劑粒徑為催化劑平均粒徑的80％-120％；催化劑稀釋劑與催化劑的質(zhì)量比為0.1-10:1。

其中，高溫蒸汽及流化床再生單元的流化床的氣氛為氫氣和氮氣，其摩爾比為1:3-9，所述流化床內(nèi)的溫度為150-350℃；所述高溫蒸汽及流化床再生單元內(nèi)的蒸汽溫度為150℃-230℃。

本實用新型提供的變壓吸附制乙烯的系統(tǒng)，避免了傳統(tǒng)方法中高純乙炔加氫制乙烯固定床飛溫、反應(yīng)熱移熱困難及床層壓降大、漿態(tài)床反應(yīng)壓力低、生產(chǎn)能力小的問題，且本實用新型具有操作彈性大，對催化劑適應(yīng)能力強的優(yōu)點。

現(xiàn)以以下最佳實施例來說明本實用新型。以下實施例中的工藝數(shù)值為示例性的說明，具體范圍以說明內(nèi)容中的值為準。

實施例1

如圖2所示，一種高純變壓吸附制乙烯的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括氫炔混合均壓單元5、加氫反應(yīng)單元、變壓吸附單元4、真空過濾單元7、高溫蒸汽及流化床再生單元及超重力精餾單元8。其中高溫蒸汽及流化床再生單元又包括流化床6及高溫蒸汽洗脫裝置19。高溫蒸汽洗脫裝置19設(shè)有高溫蒸汽入口20和高溫蒸汽出口21，高溫蒸汽入口20用于輸入高溫蒸汽，高溫蒸汽出口21與高壓軟水溫控裝置蒸汽入口或蒸汽溫控裝置蒸汽入口相連。

所述加氫反應(yīng)單元包括漿態(tài)床1、漿態(tài)床溫控裝置9、氣液冷凝分離裝置3，所述漿態(tài)床設(shè)有混合氣進口16、氣體產(chǎn)品出口10、凝液進口11、漿液出口15以及換熱介質(zhì)進、出口12、13，所述混合氣進口16連接氫炔混合均壓單元混合氣出口，所述漿液出口15連接真空過濾單元7，所述溫控裝置9設(shè)有換熱介質(zhì)進、出口，分別與漿態(tài)床換熱介質(zhì)出、進口13、12連接，所述氣液冷凝分離裝置3設(shè)有氣體產(chǎn)品進口，凝液出口以及氣體出口，凝液出口連接漿態(tài)床1凝液進口，所述氣體出口連接變壓吸附單元4氣體進口。變壓吸附單元4上設(shè)有乙烯出口18。

所述真空過濾單元7包括連續(xù)真空過濾裝置，設(shè)有漿液進口14、液相物料及固相物料出口，所述液相物料出口連接真空低壓蒸餾單元，固相物料出口經(jīng)皮帶傳送裝置與旋轉(zhuǎn)床進料口連接。

所述高溫蒸汽及流化床再生單元，設(shè)有進出料口及氣體進出口。其中高溫蒸汽洗脫裝置的進料口與真空過濾單元7的固相物料出口連接。流化床的氣體進口用于輸入氣氛氫氣和氮氣。流化床的出料口用于與加氫反應(yīng)單元的催化劑入口相連。流化床的氣體出口用于把輸出的氣氛再循環(huán)輸出到自身的氣氛入口。

所述真空低壓蒸餾單元包括低壓蒸餾塔，設(shè)有液相物料進口、溶劑出口及重組分出口17。液相物料進口用于連接真空過濾單元7的液相物料出口。溶劑出口可與加氫反應(yīng)單元的凝液進口連接，可實現(xiàn)溶劑的循環(huán)利用。重組分出口17用于輸出副產(chǎn)品綠油。本實施例中，漿態(tài)床溫控裝置9為導(dǎo)熱油系統(tǒng)，設(shè)有電加熱器、冷凝器2及溫度自控系統(tǒng)。

實施例2

采用實施例1的系統(tǒng)，變壓吸附制乙烯的工藝為：

將粒徑為50目-80目的催化劑稀釋劑氧化鋁與乙炔加氫催化劑按照2:1的質(zhì)量比例混合均勻形成固相物料后，加入漿態(tài)床內(nèi)部與溶劑N-甲級吡咯烷酮混合形成漿液。將20KPa、40℃的乙炔與0.1MPa、5℃的氫氣按1:6的摩爾比通過文丘里混合器混合，形成混合氣?；旌蠚馔ㄟ^漿態(tài)床內(nèi)部氣體分布器進入漿液，在130℃條件下反應(yīng)。反應(yīng)后的氣相物料經(jīng)過變壓吸附得到目標產(chǎn)物乙烯，回收的氫氣與原料氫氣混合。液相物料經(jīng)轉(zhuǎn)鼓真空過濾機得到固相物料及液相物料。固相物料先經(jīng)高溫蒸汽150℃洗脫，再經(jīng)皮帶送至流化床，流化床氣氛為氫氣和氮氣，其摩爾比為1:3，固相物料經(jīng)150℃還原得到再生的催化劑，催化劑返回漿態(tài)床繼續(xù)使用。液相物料泵入真空低壓蒸餾塔，壓力5KPa(A),收集餾程為130℃-150℃的餾分(N-甲級吡咯烷酮)，回收的N-甲級吡咯烷酮返回漿態(tài)床，重組分即為綠油。

實施例3

采用實施例1的系統(tǒng)，變壓吸附制乙烯的工藝為：

將粒徑為100目-150目的催化劑稀釋劑珍珠巖顆粒與乙炔加氫催化劑按照10:1的比例混合均勻形成固相物料后，加入漿態(tài)床內(nèi)部與溶劑N-甲級吡咯烷酮混合形成漿液。將40KPa、80℃的乙炔與2.2MPa、10℃的氫氣按1:15的摩爾比通過文丘里混合器混合，形成混合氣?；旌蠚馔ㄟ^漿態(tài)床內(nèi)部氣體分布器進入漿液，在170℃條件下反應(yīng)。反應(yīng)后的氣相物料經(jīng)過變壓吸附得到目標產(chǎn)物乙烯，回收的氫氣與原料氫氣混合。液相物料經(jīng)帶式真空過濾機得到固相物料及液相物料。固相物料先經(jīng)高溫蒸汽230℃洗脫，再經(jīng)皮帶送至流化床，流化床氣氛為氫氣和氮氣，其摩爾比為1:6，經(jīng)350℃還原得到再生的催化劑，催化劑返回漿態(tài)床繼續(xù)使用。液相物料泵入真空低壓蒸餾塔，壓力5KPa(A),收集餾程為130℃-150℃的餾分(N-甲級吡咯烷酮)，回收的N-甲級吡咯烷酮返回漿態(tài)床，重組分即為綠油。

實施例4

采用實施例1的系統(tǒng)，變壓吸附制乙烯的工藝為：

將粒徑為100目-150目的催化劑稀釋劑氧化硅顆粒、分子篩與陶瓷的混合物與乙炔加氫催化劑按照0.1:1的比例混合均勻形成固相物料后，加入漿態(tài)床內(nèi)部與溶劑N-甲級吡咯烷酮混合形成漿液。將5KPa、5℃的乙炔與1.1MPa、40℃的氫氣按1:3的摩爾比通過文丘里混合器混合，形成混合氣。混合氣通過漿態(tài)床內(nèi)部氣體分布器進入漿液，在170℃條件下反應(yīng)。反應(yīng)后的氣相物料經(jīng)過變壓吸附得到目標產(chǎn)物乙烯，回收的氫氣與原料氫氣混合。液相物料經(jīng)帶式真空過濾機得到固相物料及液相物料。固相物料先經(jīng)高溫蒸汽190℃洗脫，固相物料經(jīng)皮帶送至流化床，流化床氣氛為氫氣和氮氣，其摩爾比為1:9，經(jīng)250℃還原得到再生的催化劑，催化劑返回漿態(tài)床繼續(xù)使用。液相物料泵入真空低壓蒸餾塔，壓力5KPa(A),收集餾程為130℃-150℃的餾分(N-甲級吡咯烷酮)，回收的N-甲級吡咯烷酮返回漿態(tài)床，重組分即為綠油。

最后應(yīng)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(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)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。