一種高濃度乙炔加氫制乙烯的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣體處理加工方法技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高濃度乙炔加氫制乙烯的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油資源日益枯竭，發(fā)展煤化工為原料的化工過程成為替代石油化工路線的重要過程，得到廣泛關(guān)注，并取得快速發(fā)展。
[0003]在煤化工技術(shù)中，以煤為原料通過電石工藝制取乙炔，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路線。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；乙烯是石油化工中最重要的基礎(chǔ)原料，被稱為“石化工業(yè)之母”。廣泛用于塑料、潤滑油、聚合物以及一些中間體，目前主要由石油或低碳烷烴通過裂解制取。乙烯下游產(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生產(chǎn)成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)公開了采用固定床催化加氫工藝，由于炔烴加氫為強放熱反應(yīng)，固定床裝置移熱困難，大量的反應(yīng)熱會使鈀催化劑積碳失活。又由于其活性很高，在反應(yīng)時乙炔聚合生成綠油，覆蓋在催化劑表面導(dǎo)致催化劑迅速失活。
[0005]雖然乙炔選擇加氫是當前的關(guān)注熱點，但其研究內(nèi)容主要應(yīng)用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％)，而對于專門以高濃度乙炔為原料的催化選擇加氫制乙烯則少有探索，相應(yīng)的工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用更是未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供適用于“氣-液”接觸反應(yīng)、特別適用于乙炔選擇性加氫制乙烯的方法及裝置。
[0007]本發(fā)提供了一種乙炔加氫制乙烯的方法，所述方法為“氣相-液相”兩相反應(yīng)，所述氣相包括氫氣和乙炔，所述液相包括液相溶劑和液相催化劑；
[0008]所述方法包括以下步驟:將氫氣和乙炔從反應(yīng)裝置的不同位置分別通入液相中，使液相內(nèi)部形成密度差而進行自循環(huán)；在所述自循環(huán)狀態(tài)下，氫氣和乙炔充分反應(yīng)，收集產(chǎn)物，即可。
[0009]在所述方法中，通入液相時氫氣和乙炔的體積比為3?8:1，優(yōu)選為4:1。
[0010]所述反應(yīng)的溫度為100?180°C，優(yōu)選為150°C。
[0011]本發(fā)明采用分別通入氫氣和乙炔的方式，使液相內(nèi)部形成密度差而進行自循環(huán)，可以實現(xiàn)氣相和液相在裝置內(nèi)的合理分布，從而使反應(yīng)更加充分、高效地進行。
[0012]本發(fā)明還提供了一種乙炔加氫制乙烯的裝置，該裝置適用于“氣-液”接觸反應(yīng)，特別適用于乙炔選擇性加氫制乙烯。
[0013]本發(fā)明提供的裝置包括反應(yīng)器外筒以及位于所述反應(yīng)器外筒內(nèi)部的反應(yīng)器內(nèi)筒和環(huán)形分布器。
[0014]所述反應(yīng)器內(nèi)筒的頂部和底部均為開放式結(jié)構(gòu)，其側(cè)壁上均勻分布開孔；
[0015]所述環(huán)形分布器位于所述反應(yīng)器內(nèi)筒的正下方，其上均勻分布向上排氣孔；
[0016]所述反應(yīng)器外筒頂部設(shè)有氫氣進口、乙炔氣進口和產(chǎn)品氣出口 ；所述氫氣進口通過氣體管道連接至環(huán)形分布器；所述乙炔氣進口通入所述反應(yīng)器內(nèi)筒內(nèi)。
[0017]優(yōu)選地，所述反應(yīng)器外筒、反應(yīng)器內(nèi)筒和環(huán)形分布器同軸設(shè)置；所述反應(yīng)器外筒與反應(yīng)器內(nèi)筒均為圓柱狀。
[0018]本發(fā)明為了確保氫氣與乙炔可以以合理的比例充分混合，從而實現(xiàn)高效反應(yīng)，對所述反應(yīng)器內(nèi)筒、反應(yīng)器內(nèi)筒和環(huán)形分布器的尺寸比例進行了優(yōu)化。
[0019]具體的，所述反應(yīng)器內(nèi)筒與反應(yīng)器外筒的水平截面直徑之比為0.4?0.8:1，優(yōu)選為0.6:1。所述環(huán)形分布器的外環(huán)直徑與反應(yīng)器外筒的水平截面直徑之比為0.7?0.9:1，優(yōu)選為0.7:1。
[0020]本發(fā)明為了實現(xiàn)基于密度差而形成的液體流動，確保吸收了乙炔的高密度液相可以從反應(yīng)器內(nèi)筒進入反應(yīng)器外筒，所述環(huán)形分布器與反應(yīng)器內(nèi)筒的距離為10?50mm，優(yōu)選為15mm。所述環(huán)形分布器與反應(yīng)器外筒底部的距離為50?400mm，優(yōu)選為80mm。
[0021]本發(fā)明為了確保乙炔氣體在反應(yīng)器內(nèi)筒區(qū)域內(nèi)的合理分布，優(yōu)選所述乙炔氣進口的底端與反應(yīng)器內(nèi)筒底部的距離為5?20mm，進一步優(yōu)選為5mm。
[0022]本發(fā)明所述反應(yīng)器內(nèi)筒的側(cè)壁上設(shè)有孔徑為5?1mm的開孔，優(yōu)選為孔徑6mm的開口。所述開孔總面積占反應(yīng)器內(nèi)筒表面積的0.1?10%。所述開孔均勻分布于反應(yīng)器內(nèi)筒高度的三分之一和三分之二處，更有利于乙烯脫附進行產(chǎn)品收集。
[0023]本發(fā)明為了實現(xiàn)氫氣氣體以與乙炔特定的比例均勻分布，所述環(huán)形分布器優(yōu)選為環(huán)形單管，其上設(shè)有向上排氣孔，所述向上排氣孔的直徑與所述環(huán)形單管的管內(nèi)徑之比為0.002?0.1，該比例優(yōu)選為0.08。所述向上排氣口孔均勻得分布于所述環(huán)形單管的上表面，以保證從其中排出的氫氣氣流方向向上，使氫氣快速、高效地與乙炔進行反應(yīng)。所述向上排氣孔的直徑具體可為0.02?3mm。為了實現(xiàn)氫氣氣體以合理的比例和速度從環(huán)形分布器中排出，優(yōu)選相鄰兩個向上排氣孔之間的距離與與所述環(huán)形單管的管內(nèi)徑之比為
0.03?1，優(yōu)選為0.15，所述相鄰兩個向上排氣孔之間的距離是指孔中心之間的距離。
[0024]本發(fā)明基于以上結(jié)構(gòu)，可以將乙炔和氫氣分開進入反應(yīng)器，乙炔氣體經(jīng)過乙炔進氣口從內(nèi)筒區(qū)底部進入反應(yīng)器內(nèi)筒區(qū)，氫氣經(jīng)過氫氣進氣口從環(huán)形分布器進入反應(yīng)器外筒區(qū)，反應(yīng)后，產(chǎn)品氣出口將產(chǎn)品氣引出裝置。
[0025]本發(fā)明通過對裝置中各部件的比例關(guān)系和相對位置進行優(yōu)選，可以實現(xiàn)氣相和液相在裝置內(nèi)的合理分布，從而使反應(yīng)更加充分、高效地進行。
[0026]所述裝置還可以包括位于反應(yīng)器外筒外壁的加熱套。所述加熱套可以作為乙炔加氫制乙烯反應(yīng)的熱源。
[0027]本發(fā)明優(yōu)選采用所述裝置進行所述乙炔加氫制乙烯的“氣相-液相”兩相反應(yīng)。在實際操作中，氫氣和乙炔分別從氫氣進氣口和乙炔進氣口通入裝置。液相在裝置中的液面高度高于反應(yīng)器內(nèi)筒的頂部，所述液面高度優(yōu)選為與反應(yīng)器外筒的水平截面直徑之比為4?6:1，優(yōu)選為5:1。
[0028]作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述方法采用本發(fā)明提供的裝置實施，包括以下步驟:
[0029]分別取氫氣和乙炔；所述氫氣從氫氣進氣口、經(jīng)環(huán)形分布器進入反應(yīng)器外筒的底部；所述乙炔由乙炔進氣口通入反應(yīng)器內(nèi)筒內(nèi)；在單位時間內(nèi)，氫氣和乙炔的進氣體積比為 4:1 ;
[0030]反應(yīng)器內(nèi)筒中溶解了乙炔的液相由于液體密度差從反應(yīng)器內(nèi)筒側(cè)壁上的孔以及其開放的底部進入反應(yīng)器外筒，同時，反應(yīng)器外筒中的液相由于液面高度差從開放的頂部進入反應(yīng)器內(nèi)筒，在裝置內(nèi)部形成液相的自循環(huán)；
[0031]在所述自循環(huán)狀態(tài)下，溶解于液相中的氫氣和乙炔在150°C、液相催化劑的作用下充分反應(yīng)，生成的產(chǎn)品由產(chǎn)品氣出口排出。
[0032]采用本發(fā)明提供的裝置實施所述方法，可以實現(xiàn)乙炔和氫氣分開進料，乙炔由乙炔進氣口進入反應(yīng)器，氫氣由氫氣進氣口進入反應(yīng)器，且氫氣進氣口與處在裝置底部反應(yīng)器外筒的環(huán)形分布器相連，乙炔進氣口處于反應(yīng)器內(nèi)筒區(qū)，使得這樣在反應(yīng)器的底部反應(yīng)器內(nèi)筒和外筒區(qū)造成了一定的密度差，內(nèi)筒區(qū)溶液的密度大于外筒區(qū)溶液的密度，內(nèi)筒中溶解了乙炔的溶液從內(nèi)筒壁上的孔以及反應(yīng)器下部進入外筒區(qū)和氫氣接觸，在液相催化劑的作用下進行反應(yīng)生成乙烯，乙烯及未反應(yīng)的氫氣由產(chǎn)品氣出口排出。在反應(yīng)器上部，由于溶液頁面高度超過了內(nèi)筒高度，因此上部的溶液由外筒區(qū)向內(nèi)筒區(qū)循環(huán)流動，達到了反應(yīng)器內(nèi)溶液的自循環(huán)，從而使氫氣、乙炔與液相催化劑之間接觸更充分、反應(yīng)更加充分，提高乙炔加氫制乙烯的效率。
[0033]本發(fā)明可以實現(xiàn)以下有益效果:提供