一種由電石爐尾氣制丙烯酸的系統及方法與流程

2023-10-17 19:18:44 4

本發明涉及化工領域，特別是一種由電石爐尾氣制丙烯酸的系統及使用該系統製備丙烯酸的方法。

背景技術：

密閉式電石爐的尾氣溫度達到1000℃以上，成分主要以co為主，大約佔到80％左右。生產1噸電石一般要產生400多立方米尾氣。目前80％以上企業產生的尾氣都是直接排入大氣中，如此巨大的尾氣量排放到空氣中對空氣的汙染十分嚴重。由於電石生產間歇出爐、時常小修、停電、限電等因素，所以尾氣量與溫度波動不平穩。尾氣內含有微量焦油，容易使布袋粘結堵塞。並且尾氣中含塵量大，爐塵具有粘、輕、細不易捕集的特點。而且尾氣具有本身的潛熱和顯熱，同時又具有難以除塵淨化的大量粉塵。不完善的尾氣淨化和利用技術不但對能源是極大的浪費，而且對於環境汙染是相當大的危害。

因此，需要一種完善的尾氣淨化和利用技術，將電石爐的尾氣中的有效資源進行利用而且又不會對環境造成危害。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明的目的是提供一種由電石爐尾氣制丙烯酸的系統，以及使用該系統製備丙烯酸的方法。

為達到上述目的，本發明採用如下技術方案：

根據本發明，提供一種由電石爐尾氣制丙烯酸的系統，包括：

換熱裝置，該換熱裝置的氣體進口連接到電石爐尾氣管道；

除塵裝置，該除塵裝置的進口與換熱裝置的出口相連；

淨化裝置，該淨化裝置的進口與除塵裝置的出口相連；

提純裝置，該提純裝置的進口與淨化裝置的出口相連；

壓縮機，該壓縮機的進口與提純裝置的出口相連；以及

反應器，該反應器的氣體進口與壓縮機的出口相連，反應器還具有液體進口和排出口。液體進口用於送入液體物料，排出口用於排出產物丙烯酸及未反應的氣體物料。

進一步地，反應器的排出口連接冷凝裝置，該冷凝裝置具有氣體出口和液體出口，該氣體出口用於排出未反應的氣體物料，該液體出口用於排出產物丙烯酸。

進一步地，換熱裝置的換熱介質出口連接換熱管道，通過換熱管道對反應器加熱。

進一步地，換熱管道可通過以下方式對反應器加熱：換熱管道通過接觸和/或熱輻射對反應器加熱；或者換熱管道與反應器外層連通，通過向反應器外層輸送換熱介質以對反應器內腔加熱，反應器的液體進口和氣體進口均通入至反應器內腔。

進一步地，當換熱管道通過熱輻射對反應器加熱時，反應器是單層反應器，反應器的液體進口和氣體進口均通入至反應器內。

這裡，反應器可以是現有技術中的單層反應器，將換熱管道設置在反應器外圍而不與反應器連通，以對反應器加熱；反應器也可以是現有技術中的雙層反應器，將換熱管道與雙層反應器的外層連通向外層輸送換熱介質，使換熱介質對反應器內層加熱，反應物通過液體進口和氣體進口被輸送至反應器內層在內層發生化學反應製備丙烯酸。通過調節換熱介質的流量或換熱管道與反應器間熱輻射距離的大小可以調節對反應器的加熱程度，從而使反應器的溫度控制在反應溫度範圍內。優選的，反應器裝有冷卻裝置以在反應器溫度超過反應溫度範圍時對反應器冷卻。更優選的，反應器帶有攪拌裝置，用於攪拌反應物使得反應液受熱均勻。

這裡的反應器可以是例如專利cn104826558b中公開的漿態床反應器。

進一步地，提純裝置為變壓吸附分離裝置、變溫吸附分離裝置、深冷分離裝置和膜分離裝置的至少一種。

進一步地，除塵裝置採用幹法除塵和/或溼法除塵。

根據本發明，提供一種採用如上的系統製備丙烯酸的方法，包括以下步驟：

步驟一：將高溫的電石爐尾氣經過換熱裝置冷卻，熱量輸送至反應器，用於向反應器加熱；

步驟二：將經過步驟一處理的電石爐尾氣送入除塵裝置除去電石爐尾氣中的粉塵固體；

步驟三：將經過步驟二處理的電石爐尾氣送入淨化裝置脫去電石爐尾氣中的硫、氧、碳雜質；

步驟四：將經過步驟三處理的電石爐尾氣送入提純裝置除去氫氣、甲烷氣體，得到純化一氧化碳氣體；

步驟五：將步驟四得到的純化一氧化碳氣體送入壓縮機加壓至反應壓力；

步驟六：將經過步驟五加壓的純化一氧化碳氣體、乙炔和水送入反應器中催化加熱反應生成丙烯酸，其中反應器使用的熱量為步驟一中輸送至反應器的熱量。

進一步地，步驟六中先將乙炔溶解於有機溶劑和水中，再與加壓後的一氧化碳反應。

進一步地，有機溶劑選自四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲醯胺、丙酮或乙醯丙酮中的一種或多種組合。

進一步地，反應器內含有催化劑，催化劑包含至少一種鎳鹽。

更進一步地，鎳鹽包括滷化鎳、乙酸鎳、硝酸鎳、硫酸鎳。

進一步地，反應器的反應溫度為200-210℃。

本發明的有益效果是：

本發明為了解決目前電石企業的尾氣利用率較低、汙染環境的問題，提供一種處理電石爐尾氣的系統及方法。電石爐尾氣淨化提純後得到的co氣體與乙炔在反應器中反應得到丙烯酸。本發明將乙炔溶解在溶劑中反應，避免了乙炔在高溫高壓條件下爆炸的危險，並且保證床層溫度穩定，不會發生催化劑床層飛溫。通過高溫電石爐尾氣首先與反應器進行換熱，將高溫的電石爐尾氣的熱量用於加熱反應器，有效利用了熱量，節約成本。

附圖說明

圖1是本發明由電石爐尾氣制丙烯酸的系統示意圖；

圖2是本發明由電石爐尾氣制丙烯酸的方法的示意圖。

附圖標記

1換熱裝置、2除塵裝置、3淨化裝置、4提純裝置、5壓縮機、6反應器。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

圖1中實線僅用於示意實物連接關係，虛線僅用於示意換熱管道的走向。

如圖1所示，本發明使用的系統包括換熱裝置1、除塵裝置2、淨化裝置3、提純裝置4、壓縮機5和反應器6。換熱裝置1具有氣體進口和出口，將電石爐尾氣通過電石爐尾氣管道送入至換熱裝置1的氣體進口；除塵裝置2、淨化裝置3、提純裝置4、壓縮機5均具有進口和出口；反應器6包含氣體進口、液體進口以及排出口，且此處反應器6為雙層反應器，反應器6具有外層和內腔。換熱裝置1的出口與除塵裝置2的進口相連，除塵裝置2的出口與淨化裝置3的進口相連，淨化裝置3的出口與提純裝置4的進口相連，提純裝置4的出口與壓縮機5的進口相連。壓縮機5的出口與反應器6的氣體進口相連。反應器6的排出口連接有冷凝裝置(圖中未示出)，冷凝裝置具有氣體出口及液體出口，該氣體出口用於排出未反應的氣體物料，該液體出口用於排出產物丙烯酸。反應器6的液體進口和氣體進口均通入至反應器內腔，所以原料可以通過反應器6的液體進口和氣體進口到達反應器內腔進行反應。反應器6的液體進口用於送入溶解乙炔和水。反應器6的外層通過換熱管道連接至換熱裝置1，換熱裝置1將從電石爐尾氣中吸收的熱量通過換熱管道傳輸給反應器的外層對反應器加熱，並且通過溫度自動控制流量閥控制換熱管道內換熱介質的流量，從而將加熱溫度控制在200℃以上。反應器6的反應熱量由反應器外層供給。冷凝裝置的氣體出口用於排出反應器6內未反應的co氣體，冷凝裝置的液體出口用於排出反應器6中的產物丙烯酸。

在本發明的實施方式中，換熱裝置可以是現有技術中使用的任意換熱器。如列管式換熱器或盤管式換熱器，換熱介質可以是水或傳熱油；除塵裝置為現有技術中的任意幹法或溼法除塵器，淨化裝置是現有技術中用於脫去氣體中硫、氧、碳雜質的任意脫硫脫碳淨化器，只要它們能夠實現淨化效果同時又不增加額外成分即可。

在本發明的實施方式中，反應器的液體進口在上側，氣體進口在下側，如圖1所示。反應器的反應溫度控制在200-210℃範圍內。

本發明的實施方式中，由於電石爐尾氣溫度可達到1000℃以上，經過換熱裝置1換熱後的換熱管道的溫度達到200℃以上，優選地，將該溫度控制在220-260℃，足以使反應器溫度達到反應溫度範圍，無需額外的熱源，有效回收利用了尾氣的熱量用於丙烯酸的生產。

在本發明的另一實施例中，反應器6還可以使用現有技術中的單層反應器，將換熱管道設置在反應器外圍而不與反應器連通，通過接觸或熱輻射以對反應器加熱。反應器6的液體進口和氣體進口均通入至反應器內。

實施例1

本實施例採用上述系統製備丙烯酸，其中提純裝置4採用變壓吸附分離裝置(psa裝置)。

將高溫的電石爐尾氣經過換熱裝置1冷卻，電石爐尾氣的熱量經由換熱裝置1輸送至反應器6，為反應器6提供反應熱量；接著將電石爐尾氣送入除塵裝置2，先進行幹法除塵再進行溼法除塵，除去電石爐尾氣中的粉塵固體。將從除塵裝置2中處理後的電石爐尾氣送入淨化裝置3脫去電石爐尾氣中的硫、氧、碳雜質。隨後將從淨化裝置3中處理後的電石爐尾氣送入psa裝置除去含量稍低的氫氣、甲烷氣體，得到高純度一氧化碳氣體，純度達到99％以上。將得到的高純度一氧化碳氣體送入壓縮機5加壓至反應壓力，反應壓力為5-10mpa；與此同時，先將乙炔溶解於丙酮中，然後將溶於丙酮的乙炔和水通過反應器6的液體進口進入至反應器6，再將加壓後的一氧化碳氣體通過反應器6的氣體進口進入至反應器6。反應器6被加熱至反應溫度200℃時，壓縮後的一氧化碳作為羰基化原料，在含有氯化鎳的催化劑作用下，在反應器6中與乙炔和水反應生成丙烯酸。

實施例2

本實施例採用上述系統製備丙烯酸，其中提純裝置4採用膜分離裝置。

將高溫的電石爐尾氣經過換熱裝置1冷卻，電石爐尾氣的熱量經由換熱裝置1輸送至反應器6，為反應器6提供反應熱量；接著將電石爐尾氣送入除塵裝置2，先進行幹法除塵再進行溼法除塵，除去電石爐尾氣中的粉塵固體。將從除塵裝置2中處理後的電石爐尾氣送入淨化裝置3脫去電石爐尾氣中的硫、氧、碳雜質。隨後將從淨化裝置3中處理後的電石爐尾氣送入膜分離裝置除去含量稍低的氫氣、甲烷氣體，得到高純度一氧化碳氣體。將得到的高純度一氧化碳氣體送入壓縮機5加壓至反應壓力，反應壓力為5-10mpa；與此同時，先將乙炔溶解於丙酮中，然後將溶於丙酮的乙炔和水通過反應器6的液體進口進入至反應器6，再將加壓後的一氧化碳氣體通過反應器6的氣體進口進入至反應器6。反應器6被加熱至反應溫度200℃時，壓縮後的一氧化碳作為羰基化原料，在含有乙酸鎳的催化劑作用下，在反應器6中與乙炔和水反應生成丙烯酸。

實施例3

如圖1所示，採用實施例1的系統和方法製備丙烯酸，區別在於：提純裝置4採用變溫吸附分離裝置。將乙炔溶解於有機溶劑四氫呋喃中；反應器6被加熱至反應溫度210℃時，乙炔、水和一氧化碳氣體在含有硝酸鎳的催化劑作用下，在反應器6中反應生成丙烯酸。

實施例4

如圖1所示，採用實施例2的系統和方法製備丙烯酸，區別在於：提純裝置4採用深冷分離裝置。將乙炔溶解於有機溶劑2-甲基四氫呋喃中；反應器6被加熱至反應溫度210℃時，乙炔、水和一氧化碳氣體在含有溴化鎳的催化劑作用下，在反應器6中反應生成丙烯酸。

實施例5

如圖1所示，採用實施例1的系統和方法製備丙烯酸，區別在於：將乙炔溶解於有機溶劑n-甲基吡咯烷酮中；反應器6被加熱至反應溫度210℃時，乙炔、水和一氧化碳氣體在含有硝酸鎳的催化劑作用下，在反應器6中反應生成丙烯酸。

實施例6

如圖1所示，採用實施例2的系統和方法製備丙烯酸，區別在於：將乙炔溶解於有機溶劑二甲基甲醯胺中；反應器6被加熱至反應溫度200℃時，乙炔、水和一氧化碳氣體在含有硫酸鎳的催化劑作用下，在反應器6中反應生成丙烯酸。

實施例7

如圖1所示，採用實施例2的系統和方法製備丙烯酸，區別在於：將乙炔溶解於有機溶劑乙醯丙酮中；反應器6被加熱至反應溫度210℃時，乙炔、水和一氧化碳氣體在含有氯化鎳和溴化鎳的催化劑作用下，在反應器6中反應生成丙烯酸。

實施例1-7使用的脫硫脫碳脫氧方法為本領域內技術人員熟知的方法。

實施例1-7使用的溶解乙炔的有機溶劑還可以為選自四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲醯胺、丙酮或乙醯丙酮中的多種組合。

採用本發明的系統和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，得到丙烯酸產品。且由於將乙炔採用先溶解再加壓的方法可避免壓縮乙炔導致的安全隱患，反應過程中不會發生飛溫現象。反應器中催化劑的引入進一步的使得反應更容易進行。此外，本發明中高溫電石爐尾氣直接與反應器換熱，在降低尾氣溫度的同時給反應器加熱，有效利用了熱量，節約了成本。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並非用來限定本發明的實施範圍；如果不脫離本發明的精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明權利要求的保護範圍當中。