本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，并且更具體地涉及一種用電石爐尾氣制備聚丙烯酸的方法以及實施該方法的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

密閉式電石爐爐氣溫度達到1000℃以上，成分主要以co為主，大約占到80％左右。生產(chǎn)1噸電石一般要產(chǎn)生400多立方米爐氣，面對如此巨大的尾氣量，目前企業(yè)中80％以上的尾氣都是直接排入大氣中。由于電石生產(chǎn)間歇出爐、時常小修、停電、限電等因素，所以爐氣量與溫度波動不平穩(wěn)；爐氣內(nèi)含有微量焦油，容易使布袋粘結(jié)堵塞；爐氣中含塵量大，爐塵具有粘、輕、細不易撲集的特點，而且爐氣具有本身的潛熱和顯熱，同時又具有難以除塵凈化的大量粉塵。不完善的爐氣凈化和處理技術(shù)不但對能源是極大的浪費，而且對環(huán)境造成污染也是相當大的危害。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決目前電石企業(yè)的尾氣利用率較低，污染環(huán)境的問題，提供一種處理電石爐尾氣的方法和系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用電石爐尾氣制備聚丙烯酸的方法，包括以下步驟：

1)尾氣換熱：將來自電石爐的高溫尾氣經(jīng)過換熱器進行降溫冷卻，熱量輸送至羰基化反應(yīng)器和聚合反應(yīng)器，用于對羰基化反應(yīng)器和聚合反應(yīng)器加熱；

2)尾氣除塵：將步驟1)中換熱冷卻后的尾氣中的粉塵固體除去；

3)尾氣凈化：將步驟2)中除塵后的尾氣中的硫、氧雜質(zhì)脫除；

4)提純：將步驟3)中得到的尾氣進一步提純，除去尾氣中的氫氣和甲烷氣體，得到純化co氣體；

5)羰基化：將步驟4)中得到的純化co氣體作為羰基化原料，在羰基化反應(yīng)器中與乙炔和水在催化劑的催化作用下反應(yīng)，生成丙烯酸；

6)聚合：將步驟5)得到的丙烯酸在聚合反應(yīng)器中聚合生成聚丙烯酸。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟2)中尾氣除塵的方法為干法除塵和/或濕法除塵。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟4)中除去尾氣中的氫氣和甲烷氣體的方法為膜分離方法、變溫吸附分離方法、深冷分離方法和變壓吸附方法中的一種。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟5)中乙炔先溶解在溶劑和水中，然后與純化co氣體反應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，溶劑選自以下中的一種或多種：四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、丙酮、乙酰丙酮。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟5)中反應(yīng)溫度為80℃-120℃。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟5)中催化劑為鈀化合物和有機膦。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟6)中聚合反應(yīng)的溫度為50℃-100℃。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種采用上述方法制備聚丙烯酸的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

換熱器，所述換熱器的氣體進口連接到電石爐尾氣管道；

除塵裝置，所述除塵裝置的進口與所述換熱器的出口相連；

凈化裝置，所述凈化裝置的進口與所述除塵裝置的出口相連；

提純裝置，所述提純裝置的進口與所述凈化裝置的出口相連；

羰基化反應(yīng)器，所述羰基化反應(yīng)器的氣體進口與所述提純裝置的出口相連，所述羰基化反應(yīng)器還具有液體進口和排出口；

聚合反應(yīng)器，所述聚合反應(yīng)器的進口與所述羰基化反應(yīng)器的排出口相連。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，換熱器的換熱介質(zhì)出口連接換熱管道，通過換熱管道對羰基化反應(yīng)器和聚合反應(yīng)器加熱。

通過換熱管道先對羰基化反應(yīng)器加熱，再對聚合反應(yīng)器加熱。換熱管道可通過以下方式對反應(yīng)器加熱：換熱管道通過接觸和/或熱輻射對反應(yīng)器加熱；或者換熱管道與反應(yīng)器外層連通，通過向反應(yīng)器外層輸送換熱介質(zhì)以對反應(yīng)器內(nèi)腔加熱，反應(yīng)器的進口均通入至反應(yīng)器內(nèi)腔。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，羰基化反應(yīng)器的氣體進口設(shè)置在羰基化反應(yīng)器下側(cè)，羰基化反應(yīng)器的液體進口設(shè)置在羰基化反應(yīng)器上側(cè)。

采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明將電石爐尾氣凈化提純后得到的高純co氣體和乙炔在羰基化反應(yīng)器中與水反應(yīng)得到丙烯酸，并聚合得到聚丙烯酸。通過上述處理，本發(fā)明使尾氣中大量的一氧化碳氣體得到利用；本發(fā)明將乙炔溶解在溶劑中反應(yīng)，避免了乙炔在高溫高壓條件下爆炸的危險，并且保證床層溫度穩(wěn)定，不會發(fā)生催化劑床層飛溫；通過換熱，高溫的電石爐尾氣的熱量用于加熱羰基化反應(yīng)器和聚合反應(yīng)器，有效利用熱量，節(jié)約成本。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點在與附圖結(jié)合對實施例進行的描述中將更加明顯并容易理解，其中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用電石爐尾氣制備聚丙烯酸的方法的流程示意圖；

圖2示出了采用本發(fā)明的方法制備聚丙烯酸的系統(tǒng)的示意圖。

附圖標記說明

1換熱器、11氣體進口、12出口、2除塵裝置、21進口、22出口、3凈化裝置、31進口、32出口、4提純裝置、41進口、42出口、5羰基化反應(yīng)器、51氣體進口、52液體進口、53排出口、6聚合反應(yīng)器、61進口。

具體實施方式

應(yīng)當理解，在示例性實施例中所示的本發(fā)明的實施例僅是說明性的。雖然在本發(fā)明中僅對少數(shù)實施例進行了詳細描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易領(lǐng)會在未實質(zhì)脫離本發(fā)明主題的教導(dǎo)情況下，多種修改是可行的。相應(yīng)地，所有這樣的修改都應(yīng)當被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在不脫離本發(fā)明的主旨的情況下，可以對以下示例性實施例的設(shè)計、操作條件和參數(shù)等做出其他的替換、修改、變化和刪減。

圖1和圖2中實線箭頭僅用于示意實物路線關(guān)系，虛線箭頭僅用于示意熱量傳遞路線。

參照圖1，本發(fā)明提供一種用電石爐尾氣制備聚丙烯酸的方法，包括以下步驟：

1)尾氣換熱：將來自電石爐的高溫尾氣經(jīng)過換熱器進行降溫冷卻，熱量輸送至羰基化反應(yīng)器和聚合反應(yīng)器，用于對羰基化反應(yīng)器和聚合反應(yīng)器加熱；

2)尾氣除塵：將步驟1)中換熱冷卻后的尾氣中的粉塵固體除去；

3)尾氣凈化：將步驟2)中除塵后的尾氣中的硫、氧雜質(zhì)脫除；

4)提純：將步驟3)中得到的尾氣進一步提純，除去尾氣中的氫氣和甲烷氣體，得到純化co氣體；這里純化co氣體是指co氣體純度達到99％以上。

5)羰基化：將步驟4)中得到的純化co氣體作為羰基化原料，在羰基化反應(yīng)器中與乙炔和水在催化劑的催化作用下反應(yīng)，生成丙烯酸；

6)聚合：將步驟5)得到的丙烯酸在聚合反應(yīng)器中聚合生成聚丙烯酸。

在上述方法中，步驟2)中尾氣除塵的方法為干法除塵和/或濕法除塵。

在上述方法中，步驟4)中除去尾氣中的氫氣和甲烷氣體的方法為膜分離方法、變溫吸附分離方法、深冷分離方法和變壓吸附方法中的一種。

在上述方法中，步驟5)中乙炔先溶解在溶劑和水中，然后與純化co氣體反應(yīng)。

在上述方法中，溶劑選自以下中的一種或多種：四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、丙酮、乙酰丙酮。

在上述方法中，步驟5)中反應(yīng)溫度為80℃-120℃。

在上述方法中，步驟5)中催化劑為鈀化合物和有機膦。

在上述方法中，步驟6)中聚合反應(yīng)的溫度為50℃-100℃。

本發(fā)明采用上述方法處理電石爐尾氣，尾氣中大量的一氧化碳氣體得到利用，得到聚丙烯酸產(chǎn)品。本發(fā)明將乙炔溶解在溶劑中反應(yīng)，避免了乙炔在高溫高壓條件下爆炸的危險，并且反應(yīng)過程中不會發(fā)生飛溫現(xiàn)象。此外，本發(fā)明中高溫電石爐尾氣直接與反應(yīng)器換熱，在降低尾氣溫度的同時給反應(yīng)器加熱，有效利用熱量，節(jié)約成本。

另外，參照圖2，本發(fā)明還提供一種采用上述方法制備聚丙烯酸的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

換熱器1，換熱器1具有氣體進口11和出口12，氣體進口11連接到電石爐尾氣管道；

除塵裝置2，除塵裝置2具有進口21和出口22，除塵裝置2的進口21與換熱器1的出口12相連；

凈化裝置3，凈化裝置3具有進口31和出口32，凈化裝置3的進口31與除塵裝置2的出口22相連；

提純裝置4，提純裝置4具有進口41和出口42，提純裝置4的進口41與凈化裝置3的出口32相連；

羰基化反應(yīng)器5，羰基化反應(yīng)器5具有氣體進口51、液體進口52以及排出口53，氣體進口51與提純裝置4的出口42相連，液體進口52用于通入乙炔和水；

聚合反應(yīng)器6，聚合反應(yīng)器6設(shè)置有進口61，進口61與羰基化反應(yīng)器5的排出口53相連。

在上述系統(tǒng)中，換熱器1的換熱介質(zhì)出口連接換熱管道，通過換熱管道對羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6依次加熱。當然，換熱管道分兩路分別對羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6加熱也是可以的。

在上述系統(tǒng)中，氣體進口51設(shè)置在羰基化反應(yīng)器5下側(cè)，液體進口52設(shè)置在羰基化反應(yīng)器5上側(cè)。

在本發(fā)明的實施方式中，換熱器1可以是現(xiàn)有技術(shù)中使用的任意換熱器。如列管式換熱器或盤管式換熱器，換熱介質(zhì)可以是水或傳熱油；除塵裝置2為現(xiàn)有技術(shù)中的任意干法或濕法除塵器，凈化裝置3是現(xiàn)有技術(shù)中用于脫去氣體中硫、氧、碳雜質(zhì)的任意脫硫脫碳凈化器，只要它們能夠?qū)崿F(xiàn)凈化效果同時又不增加額外成分即可。

在本發(fā)明的實施方式中，由于尾氣溫度達到1000℃以上，經(jīng)過換熱器1換熱后換熱介質(zhì)的溫度能夠達到100℃以上，優(yōu)選為100-200℃，換熱器1的換熱介質(zhì)通過帶有流量控制閥的換熱管道輸送至羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6，其中對羰基化反應(yīng)器5加熱的溫度保持在100℃-150℃，對聚合反應(yīng)器6加熱的溫度保持在70℃-120℃。高溫尾氣通過換熱器1后換熱介質(zhì)的熱量足以使羰基化反應(yīng)器和聚合反應(yīng)器溫度達到反應(yīng)溫度范圍，無需額外的熱源，有效回收利用了尾氣的熱量用于丙烯酸和聚丙烯酸的生產(chǎn)。

在本發(fā)明的實施方式中，羰基化反應(yīng)器5的液體進口52在上側(cè)，氣體進口51在下側(cè)，羰基化反應(yīng)器5內(nèi)反應(yīng)溫度控制在80℃-120℃范圍內(nèi)。聚合反應(yīng)器6的進口61在上側(cè)，聚合反應(yīng)器6內(nèi)反應(yīng)溫度控制在50℃-100℃。

這里，羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6可以是現(xiàn)有技術(shù)中的單層反應(yīng)器或雙層反應(yīng)器，對于單層反應(yīng)器將換熱管道設(shè)置在其外圍以對其熱輻射或接觸加熱；對于雙層反應(yīng)器，將換熱管道與其外層連接向外層輸送換熱介質(zhì)通過換熱介質(zhì)對其內(nèi)層加熱，反應(yīng)物被輸送至反應(yīng)器內(nèi)層在內(nèi)層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。通過調(diào)節(jié)換熱介質(zhì)的流量或換熱管道與反應(yīng)器間熱輻射距離的大小可以調(diào)節(jié)對反應(yīng)器的加熱狀態(tài)，從而使反應(yīng)器的溫度控制在反應(yīng)溫度范圍內(nèi)。優(yōu)選的，羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6各自裝有冷卻裝置以在反應(yīng)器溫度超過反應(yīng)溫度范圍時對反應(yīng)器進行冷卻。更優(yōu)選的，羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6各自帶有攪拌裝置，用于攪拌反應(yīng)物使得反應(yīng)液受熱均勻。

這里的反應(yīng)器可以是例如專利cn104826558b中公開的漿態(tài)床反應(yīng)器。

下面參照具體實施例，對本發(fā)明進行說明。

實施例1

如圖1-2所示，將來自電石爐的高溫尾氣經(jīng)過換熱器1降溫冷卻，熱量通過流量控制閥輸送至羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6，用于對羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6依次加熱，然后將換熱冷卻后的尾氣經(jīng)過干法和濕法除塵、脫硫脫氧凈化后采用變壓吸附分離方法進一步除去尾氣中含量較低的氫氣和甲烷氣體以使尾氣進一步提純，進而得到純化co氣體。純化co氣體進入羰基化反應(yīng)器5中與溶解在丙酮中的乙炔和水在90℃反應(yīng)溫度下，在催化劑醋酸鈀和三苯基膦的催化作用下反應(yīng)生成丙烯酸。丙烯酸在聚合反應(yīng)器6中在60℃反應(yīng)溫度下聚合反應(yīng)生成聚丙烯酸。

實施例2

如圖1-2所示，將來自電石爐的高溫尾氣經(jīng)過換熱器1降溫冷卻，熱量通過流量控制閥輸送至羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6，用于對羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6依次加熱，然后將換熱冷卻后的尾氣經(jīng)過干法和濕法除塵、脫硫脫氧凈化后采用膜分離方法進一步除去尾氣中含量較低的氫氣和甲烷氣體以使尾氣進一步提純，進而得到純化co氣體。純化co氣體進入羰基化反應(yīng)器5中與溶解在四氫呋喃中的乙炔和水在100℃反應(yīng)溫度下，在催化劑醋酸鈀和2-吡啶基二苯基膦的催化作用下反應(yīng)生成聚丙烯酸。丙烯酸在聚合反應(yīng)器6中在70℃反應(yīng)溫度下聚合反應(yīng)生成聚丙烯酸。

實施例3

如圖1-2所示，將來自電石爐的高溫尾氣經(jīng)過換熱器1降溫冷卻，熱量通過流量控制閥輸送至羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6，用于對羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6依次加熱，然后將換熱冷卻后的尾氣經(jīng)過干法除塵、脫硫脫氧凈化后采用深冷分離方法進一步除去尾氣中含量較低的氫氣和甲烷氣體以使尾氣進一步提純，進而得到純化co氣體。純化co氣體進入羰基化反應(yīng)器5中與溶解在n-甲基吡咯烷酮中的乙炔和水在110℃反應(yīng)溫度下，在催化劑氯化鈀和三苯基膦的催化作用下反應(yīng)生成聚丙烯酸。丙烯酸在聚合反應(yīng)器6中在50℃反應(yīng)溫度下聚合反應(yīng)生成聚丙烯酸。

實施例4

如圖1-2所示，將來自電石爐的高溫尾氣經(jīng)過換熱器1降溫冷卻，熱量通過流量控制閥輸送至羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6，用于對羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6依次加熱，然后將換熱冷卻后的尾氣經(jīng)過干法和濕法除塵、脫硫脫氧凈化后采用變壓吸附方法進一步除去尾氣中含量較低的氫氣和甲烷氣體以使尾氣進一步提純，進而得到純化co氣體。純化co氣體進入羰基化反應(yīng)器5中與溶解在乙酰丙酮中的乙炔和水在80℃反應(yīng)溫度下，在催化劑醋酸鈀和2-吡啶基二苯基膦的催化作用下反應(yīng)生成聚丙烯酸。丙烯酸在聚合反應(yīng)器6中在100℃反應(yīng)溫度下聚合反應(yīng)生成聚丙烯酸。

實施例5

如圖1-2所示，將來自電石爐的高溫尾氣經(jīng)過換熱器1降溫冷卻，熱量通過流量控制閥輸送至羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6，用于對羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6依次加熱，然后將換熱冷卻后的尾氣經(jīng)過濕法除塵、脫硫脫氧凈化后采用變壓吸附分離方法進一步除去尾氣中含量較低的氫氣和甲烷氣體以使尾氣進一步提純，進而得到純化co氣體。純化co氣體進入羰基化反應(yīng)器5中與溶解在二甲基甲酰胺中的乙炔和水在120℃反應(yīng)溫度下，在催化劑醋酸鈀和二苯基膦的催化作用下反應(yīng)生成聚丙烯酸。丙烯酸在聚合反應(yīng)器6中在90℃反應(yīng)溫度下聚合反應(yīng)生成聚丙烯酸。

由此可見，本發(fā)明采用上述方法處理電石爐尾氣，尾氣中大量的一氧化碳氣體得到利用，得到聚丙烯酸產(chǎn)品。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；如果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對本發(fā)明進行修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍當中。