一種乙炔加氫制乙烯方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高濃度乙炔加氫制乙烯反應(yīng)方法，屬于乙炔加氫制乙烯技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在煤化工技術(shù)中，以煤為原料通過電石方法制取乙炔，已廣泛應(yīng)用；再以乙炔為原 料，在選擇性加氫催化劑作用下，通過加氫制備乙烯產(chǎn)品。但由于乙炔加氫為強(qiáng)放熱反應(yīng)， 傳統(tǒng)固定床裝置及催化劑移熱困難，造成飛溫現(xiàn)象，無法控制乙炔加氫反應(yīng)深度造成乙炔 的深度加氫生成乙烷，且大量的反應(yīng)熱會使催化劑積碳失活；此外，乙炔聚合生成的綠油覆 蓋在催化劑表面導(dǎo)致催化劑迅速失活。
[0003] 為了克服飛溫問題，現(xiàn)有研究提出在反應(yīng)器中加入液相溶劑轉(zhuǎn)移熱量。如向反應(yīng) 器中加入水作為液相溶劑或向在反應(yīng)器中加入對乙炔具有高選擇溶解性，對乙烯具有低選 擇溶解性的液相溶劑。但以水為液相溶劑，不利于乙炔的溶解及催化劑的均勻分布，水飽和 蒸汽壓較低，易發(fā)生相變造成乙烯中水含量較高；而且在催化劑表面生成的綠油不溶于水 中。而采用選擇溶解乙炔溶劑，液相中溶解更多乙炔，促使催化劑活性中心吸附更多乙炔， 當(dāng)反應(yīng)溫度過高或氫氣不足時(shí)，活性中心吸附的乙炔易生成大量綠油造成催化劑失活，乙 烯收率下降。而且，由于固體催化劑分散在液相中，在氣體擾動及流動狀態(tài)下容易破碎，磨 損被液相產(chǎn)物攜帶造成催化劑的損失；當(dāng)催化劑再生時(shí)，又因?yàn)榇呋瘎┝６刃《嬖陔y過 濾、難回收和易堵塞設(shè)備等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種乙炔加氫制乙烯方法。通過向帶有旋轉(zhuǎn)催化劑床層的反 應(yīng)器中加入非極性有機(jī)溶劑，形成的液膜可發(fā)生相變，從而帶走部分反應(yīng)熱量，減少乙炔加 氫反應(yīng)過程中副反應(yīng)的發(fā)生，并且保證床層溫度穩(wěn)定，不會發(fā)生催化劑床層飛溫；且通過對 反應(yīng)產(chǎn)物分離回收的溶劑可直接再利用，整個方法更加簡單、操作方便。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種乙炔加氫制乙烯方法，包括如下步驟：
[0007] (1)乙炔加氫
[0008] 非極性有機(jī)溶劑、乙炔和氫氣經(jīng)過噴霧裝置進(jìn)入反應(yīng)器中進(jìn)行選擇性加氫反應(yīng)， 得到含有乙烯、未反應(yīng)的乙炔、未反應(yīng)的氫氣、副產(chǎn)物產(chǎn)品、非極性有機(jī)溶劑的氣液混合物； 其中，反應(yīng)器的催化劑床層處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；
[0009] (2)氣液分離
[0010] 步驟（1)所得氣液混合物經(jīng)降溫冷卻后進(jìn)行分離，所得非極性有機(jī)溶劑可循環(huán)利 用，所得副產(chǎn)物產(chǎn)品回收；
[0011] ⑶提氫
[0012] 步驟（2)分離后的氣體經(jīng)提氫，所得氫氣作為加氫原料循環(huán)利用，提氫后的氣體 為不含有乙塊的乙稀廣品。
[0013] 本發(fā)明所述方法為固態(tài)催化劑和氣液膜在旋轉(zhuǎn)的催化劑床層處接觸反應(yīng)；加氫 過程中釋放出的熱量使得溶解乙炔的液相溶劑發(fā)生相變換，部分由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)移出反應(yīng) 熱，從而保持催化劑床層溫度穩(wěn)定，避免床層飛溫、乙炔自聚、反應(yīng)深度無法控制副反應(yīng)大 量發(fā)生的情況。
[0014] 本發(fā)明所述方法中，步驟（1)中，所述反應(yīng)溫度為100~200°C，反應(yīng)壓力為0. 1~ 0.3MPa〇
[0015] 本發(fā)明所述方法中，步驟（1)中，所述催化劑床層轉(zhuǎn)速為50~lOOOrpm，優(yōu)選 500-800rpm。當(dāng)催化劑床層處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，特別是在轉(zhuǎn)速較高的情況下，溶劑能夠在催化劑 表面快速潤濕鋪展，迅速形成液膜，提供反應(yīng)場所；并且由于該反應(yīng)為快速反應(yīng)，快速旋轉(zhuǎn) 的催化劑床層有利于反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴(kuò)散，減小了反應(yīng)物深度加氫，避免了產(chǎn)物的再加氫 的發(fā)生。
[0016] 本發(fā)明所述方法中，步驟（1)中，所述氫氣、乙炔和非極性有機(jī)溶劑的體積比以 30~900 :7~250 :1為宜，所述反應(yīng)物在此比例范圍內(nèi)混合后可使催化劑床層潤濕，且在 其表面形成液膜。
[0017] 本發(fā)明所述方法中，步驟（1)中，所述非極性有機(jī)溶劑選自丙酮、四氫呋喃、N-甲 基吡咯烷酮中的一種或多種。
[0018] 本發(fā)明所述方法中，步驟（1)中，所述催化劑為以分子篩為載體，負(fù)載活性金屬及 助劑。
[0019] 本發(fā)明所述方法中，步驟（1)中，所述催化劑通過柵格固定在催化劑床層中，以減 少催化劑的破碎和損耗。
[0020] 本發(fā)明所述方法中，步驟（2)中，將所得氣液混合物降溫至常溫后再進(jìn)行氣液分 離。由于非極性有機(jī)溶劑在催化劑床層中是以汽化方式帶走熱量，因此通過控制冷卻溫度 即可達(dá)到回收溶劑和副產(chǎn)物產(chǎn)品的目的。
[0021] 本發(fā)明所述方法也可以增加非極性有機(jī)溶劑再生系統(tǒng)，副產(chǎn)品可以在非極性有機(jī) 溶劑再生系統(tǒng)中獲得，并不影響本方法流程的運(yùn)行。
[0022] 本發(fā)明的有益效果是：
[0023] (1)反應(yīng)物經(jīng)過霧化噴嘴之后以液膜形式附著在催化劑表面進(jìn)行反應(yīng)，并且由于 非極性有機(jī)溶劑對乙烯的溶解度較低，不會造成乙烯的進(jìn)一步加氫副反應(yīng)。非極性有機(jī)溶 劑以液膜形式存在能夠最大限度的攜帶乙炔加氫反應(yīng)過程中放出的大量熱，并且以汽化潛 熱的方式帶走，之后進(jìn)入氣液分離裝置后，通過餾出溫度的不同可以將氣體產(chǎn)品、反應(yīng)副產(chǎn) 物和非極性有機(jī)溶劑進(jìn)行分離，這樣就避免了增加非極性有機(jī)溶劑再生裝置。
[0024] (2)本方法采用的乙炔為低壓乙炔，整個裝置方法流程可在低壓下操作完成。氣液 分離裝置可以回收不同沸點(diǎn)下的產(chǎn)品和非極性有機(jī)溶劑，非極性有機(jī)溶劑可以循環(huán)使用， 在低壓、快反應(yīng)、高空速條件下非極性有機(jī)溶劑不易發(fā)生變質(zhì)。
[0025] (3)本發(fā)明采用催化劑旋轉(zhuǎn)床層，使溶液、氣體能夠在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的催化劑床層上快 速接觸發(fā)生反應(yīng)，然后快速脫附，并且隨著反應(yīng)放出的熱量使得溶劑氣化迅速帶走反應(yīng)熱 量。
[0026] (4)本發(fā)明中催化劑通過柵格固定在催化劑床層中，這種處理方式能夠減少催化 劑的破碎和損耗。并且，反應(yīng)后催化劑可采用整體式再生方法再生，操作簡便。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明所述乙炔加氫制乙烯方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0029] 實(shí)施例1
[0030] -種乙炔加氫制乙烯方法，包括如下步驟：
[0031] (1)乙炔加氫
[0032] 非極性有機(jī)溶劑、乙炔和氫氣經(jīng)過噴霧裝置進(jìn)入反應(yīng)器中進(jìn)行選擇性加氫反應(yīng)， 得到含有乙烯、未反應(yīng)的乙炔、未反應(yīng)的氫氣、副產(chǎn)物產(chǎn)品、非極性有機(jī)溶劑的氣液混合物； 其中，催化劑床層處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；
[0033] 其中，乙炔原料氣壓力為0? 2MPa，流量為6Nm3/h ;
[0034] 其中，氫氣原料氣壓力為0? 2MPa，流量為24Nm3/h ;
[0035] 其中，N-甲基吡咯烷酮（NMP富液）通過栗打入反應(yīng)器中，栗的出口壓力為 0? 2MPa，流量為 0? 8m3/h。
[0036] 其中，催化劑床層溫度控制在150 °C，通過轉(zhuǎn)動電機(jī)控制催化劑床層的轉(zhuǎn)動速度為 500rpm〇
[0037] 其中，催化劑床層采用的催化劑為a -A1203小球，粒徑分布范圍為2~5mm，負(fù)載 活性金屬Pd和Ag。Pd的負(fù)載量為0. 02% (wt)，Ag的負(fù)載量為0. 05% (wt)。
[0038] (2)氣液分離
[0039] 步驟⑴所得氣液混合物溫度為150°C，進(jìn)入氣液分離裝置，降溫至20°C進(jìn)行分 離，所得非極性有機(jī)溶劑可循環(huán)利用，所得副產(chǎn)物產(chǎn)品回收；
[0040] (3)提氫
[0041] 步驟（2)分離后的氣體進(jìn)入提氫裝置，所得氫氣作為加氫原料循環(huán)利用，提氫后 的氣體為不含有乙炔的乙烯產(chǎn)品。
[0042] 實(shí)施例2
[0043] 采用實(shí)施例1的方法制備乙烯，區(qū)別在于：
[0044] 1、非極性有機(jī)溶劑替換為四氫呋喃和丙酮的混合物；
[0045] 2?床層轉(zhuǎn)速為600rpm ;
[0046] 實(shí)施例3
[0047] 采用實(shí)施例1的方法制備乙烯，區(qū)別在于：
[0048] 1、非極性有機(jī)溶劑替換為NMP和丙酮的混合物；
[0049] 2、床層轉(zhuǎn)速為800rmp ;
[0050] 采用以上實(shí)施例進(jìn)行乙炔加氫制乙烯反應(yīng)，乙炔轉(zhuǎn)化率及乙烯選擇性結(jié)果如下表 所示。
[0051]
[0052] 經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，采用本發(fā)明所述的方法制備乙烯，反應(yīng)過程中不會發(fā)生飛溫現(xiàn)象， 乙烯收益高，催化劑在反應(yīng)過程中不易損失，再生容易。
[0053] 雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施方案對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在 本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因 此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種乙炔加氫制乙烯方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 乙炔加氫 非極性有機(jī)溶劑、乙炔和氫氣經(jīng)過噴霧裝置進(jìn)入反應(yīng)器中進(jìn)行選擇性加氫反應(yīng)，得到 含有乙烯、未反應(yīng)的乙炔、未反應(yīng)的氫氣、副產(chǎn)物產(chǎn)品、非極性有機(jī)溶劑的氣液混合物；其 中，反應(yīng)器的催化劑床層處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)； (2) 氣液分離 步驟（1)所得氣液混合物經(jīng)降溫冷卻后進(jìn)行分離，所得非極性有機(jī)溶劑可循環(huán)利用， 所得副產(chǎn)物產(chǎn)品回收； (3) 提氫 步驟（2)分離后的氣體經(jīng)提氫，所得氫氣作為加氫原料循環(huán)利用，提氫后的氣體為不 含有乙塊的乙稀廣品。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1)中，所述反應(yīng)溫度為100~ 200°C，反應(yīng)壓力為0? 1~0? 3MPa。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1)中，所述催化劑床層轉(zhuǎn)速為50~ 1000 rpm04. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1)中，所述氫氣、乙炔和非極性有機(jī) 溶劑的體積比為30~900 :7~250 :1。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1)中，所述非極性有機(jī)溶劑選自丙 酮、四氫呋喃、N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1)中，所述催化劑為以分子篩為載 體，負(fù)載活性金屬及助劑。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1)中，所述催化劑通過柵格固定在 催化劑床層中。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2)中，所得氣液混合物降溫至常溫 后再進(jìn)行氣液分離，回收的非極性有機(jī)溶劑中溶解未反應(yīng)的乙炔。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種乙炔加氫制乙烯方法。所述方法包括如下步驟：(1)乙炔加氫；(2)氣液分離；(3)提氫。通過向帶有旋轉(zhuǎn)催化劑床層的反應(yīng)器中加入非極性有機(jī)溶劑，形成的液膜可發(fā)生相變，從而帶走部分反應(yīng)熱量，減少乙炔加氫反應(yīng)過程中副反應(yīng)的發(fā)生，并且保證床層溫度穩(wěn)定，不會發(fā)生催化劑床層飛溫；且通過對反應(yīng)產(chǎn)物分離回收的溶劑可直接再利用，整個方法更加簡單、操作方便。
【IPC分類】C07C11/04, C07C5/09
【公開號】CN105152836
【申請?zhí)枴緾N201510543166
【發(fā)明人】閆琛洋, 杜少春, 朱元寶, 吳道洪
【申請人】北京神霧環(huán)境能源科技集團(tuán)股份有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月28日