本实用新型总地涉及乙烯的制备领域，具体涉及一种催化剂与溶剂再生的乙炔制乙烯的反应系统。
背景技术：
随着石油资源日益枯竭，发展煤化工为原料的化工过程成为替代石油化工路线的重要过程，该技术得到了广泛关注，并取得了快速发展。
在煤化工技术中，以煤为原料通过电石工艺制取乙炔，已广泛应用。再以乙炔为原料，在选择性加氢催化剂作用下，通过加氢制备乙烯产品，可进一步拓展煤化工路线。且近些年来乙炔主要的下游产品聚氯乙烯(PVC)已经供大于求，PVC产业利润不高，急需拓展乙炔下游产品产业链；乙烯是石油化工中最重要的基础原料，被称为“石化工业之母”。广泛用于塑料、润滑油、聚合物以及一些中间体，目前主要由石油或低碳烷烃通过裂解制取。乙烯下游产品如乙二醇，丁二醇、丙烯酸、聚乙烯醇等也有很好的经济价值。因此，开发乙炔加氢制乙烯的新工艺技术可以为乙烯工业提供一种新原料来源，并降低乙烯对石油资源的依赖程度及乙烯的生产成本，具有广阔的应用前景。
虽然乙炔选择加氢是当前的关注热点，国内外的报道也比较多，但其研究内容主要应用于除去石油烃裂解制备乙烯工艺过程中微量的乙炔(0.01-5体积％)，而对于专门以高浓度乙炔为原料的催化选择加氢制乙烯技术则少有探索，相应的工业化大规模应用更是未见报道。
现有一种采用传统固定床催化加氢的工艺。该技术所用固体催化剂一般采用浸渍法制备，活性金属均匀分布于催化剂表面。该技术主要反应为气固接触反应，然而乙炔加氢为强放热反应，固定床装置及所用催化剂移热困难，无法控制乙炔加氢反应的深度。大量的反应热会使钯催化剂积碳失活。又由于其活性很高，在反应时乙炔聚合生成绿油，并覆盖在催化剂表面导致催化剂迅速失活。并且由于该技术无法控制反应深度，因此会造成乙炔的深度加氢生成乙烷，从而降低反应目标产物乙烯的收率。
还有一种采用浆态床进行加氢反应的工艺，可以移出反应放出的热量，但是由于气体的鼓入，催化剂和溶剂在其带动下一直处于流动状态，易造成催化剂的磨损，催化剂磨损之后又容易被气液携带而造成损失，以及存在浆态床所用固体催化剂难回收难再生等问题。
因此，为了避免催化剂表面温升过大，造成床层飞温，避免乙炔自聚、乙烯进一步加氢等副反应的发生，及催化剂易磨损与活性失活、绿油浪费的问题，有必要实用新型一种新的乙炔制乙烯的反应系统。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种催化剂与溶剂再生的乙炔制乙烯的反应系统，以解决现有技术制备乙烯使得内部热量不易传出、反应深度不可控、催化剂易磨损失活、绿油浪费的问题。
本实用新型提供一种催化剂与溶剂再生的乙炔制乙烯的反应系统，其包括：浆态床反应器、过滤器、催化剂再生器、气液换热器、冷凝器、提氢装置、有机溶剂再生塔，其中，所述浆态床反应器包括有机溶剂和催化剂入口、反应气体入口、有机溶剂和催化剂出口和气相产物出口；所述气液换热器包括气相产物入口、换热后气体出口和液体出口；所述气相产物入口与所述浆态床反应器的气相产物出口相连；所述冷凝器包括换热后气体入口、冷凝气体出口和冷凝液体出口；所述提氢装置包括气体入口、氢气出口和乙烯出口；所述气体入口与所述冷凝器的冷凝气体出口相连；所述过滤器包括混合物入口、溶剂出口和固体催化剂出口；所述混合物入口与所述浆态床反应器的有机溶剂和催化剂出口相连；所述催化剂再生器包括固体催化剂入口、有机溶剂入口、有机溶剂出口和再生催化剂出口；所述固体催化剂入口与所述过滤器的固体催化剂出口相连，所述有机溶剂入口与所述冷凝器的冷凝液体出口相连；所述有机溶剂再生塔包括物料入口、再生有机溶剂出口和绿油出口；所述物料入口分别与所述气液换热器的液体出口、所述过滤器的溶剂出口、所述催化剂再生器的有机溶剂出口相连。
进一步地，所述有机溶剂再生塔的再生有机溶剂出口可连接所述浆态床反应器的有机溶剂和催化剂入口。
进一步地，所述提氢装置的氢气出口连接所述浆态床反应器的反应气体入口。
进一步地，所述催化剂再生器的再生催化剂出口连接所述浆态床反应器的有机溶剂和催化剂入口。
上述的系统，所述有机溶剂再生塔的绿油出口连接有绿油储槽。
上述的系统，可在所述浆态床反应器前设有机溶剂与催化剂混合器。
上述的系统，所述浆态床反应器之前可设有有机溶剂储槽、催化剂储槽和催化剂与溶剂泵。
本实用新型的有益效果在于，本实用新型催化剂再生过程为低温再生，从而避免了高温焙烧再生过程的高能耗以及烧除有机物带来的烟气排放。并且进入催化剂储罐进行循环的催化剂由于没有经过焙烧过程，所以仍然是还原态，不需要对循环催化剂进行还原活化处理。对催化剂表面绿油进行溶解处理的有机溶剂为低沸点组分，降低了有机溶剂再生催化剂的循环量。
另外，本实用新型还可避免出现催化剂高温引发的床层飞温、乙炔自聚、乙烯进一步加氢等副反应的发生。
本实用新型能够最大程度回收乙炔加氢反应过程中的副产物绿油，避免了绿油损失和浪费，而且降低了催化剂再生的能耗，简化了再生过程。
附图说明
图1为本实用新型乙炔制乙烯工艺过程的流程结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。
本实用新型所述的催化剂再生方法是针对浆态床催化剂的萃取再生法，该再生法可以使得浆态床催化剂不经过焙烧还原的情况下完成再生，具备乙炔选择性加氢制乙烯活性。
本实用新型再生之后的催化剂可以直接进入浆态床进行加氢反应不需要进行还原活化处理。
如图1是本实施方式中乙炔制乙烯工艺过程的流程结构示意图。
本实用新型催化剂再生的乙炔加氢制乙烯的工艺主要包括以下几个装置：浆态床反应器3、过滤器4、催化剂再生器5、气液换热器6、冷凝器7、提氢装置9、有机溶剂再生塔8。
可在所述浆态床反应器3前设有机溶剂与催化剂混合器、有机溶剂储槽1、催化剂储槽2和催化剂与溶剂混合浆料泵。
所述浆态床反应器3包括有机溶剂和催化剂入口、反应气体入口、有机溶剂和催化剂出口和气相产物出口。浆态床反应器3用于通入乙炔和氢气进行反应，以制得乙烯。有机溶剂和催化剂按一定比例混合之后由浆态床反应器3顶部进入反应器，催化剂和有机溶剂的比例控制在0.01-0.08：1。乙炔和氢气按一定比例混合后由塔底进入浆态床反应器3，再经气体分布器均匀分布之后由塔底鼓入，乙炔和氢气的体积比为1:3-6。
其中，本实用新型所用的有机溶剂由高沸点即重质组分包括N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、吡啶、咪唑、喹啉等中的一种或任意几种，和低沸点即轻质组分丙酮、四氢呋喃、甲苯等中的一种或任意几种组成，其中重质组分所占质量含量为60-90％，轻质组分所占质量含量为40-10％。
浆态床反应器3的反应温度控制在140-200℃，压力控制在0.1-3Mpa。经反应之后的气相产物由塔顶排出。塔顶排出的气体中主要成分包括氢气、乙烯、有机溶剂中沸点相对较低物质以及夹带的部分高沸点物质。
所述过滤器4包括混合物入口、溶剂出口和固体催化剂出口；所述混合物入口与所述浆态床反应器3的有机溶剂和催化剂出口相连。过滤器4用于将浆态床反应器3底部排出的有机溶剂和催化剂的混合物进行液固分离处理。
催化剂再生器5，用于将过滤器4分离得到的固体催化剂进行再生处理。所述催化剂再生器5包括固体催化剂入口、有机溶剂入口、有机溶剂出口和再生催化剂出口；所述固体催化剂入口与所述过滤器4的固体催化剂出口相连。催化剂再生方法为溶剂萃取再生方式，在催化剂再生器5中发生，过滤之后的被绿油覆盖的催化剂进入催化剂再生器5，从冷凝器7流出的液体进入催化剂再生器5，对催化剂表面的绿油进行萃取，抽提，处理之后的溶剂再进入有机溶剂再生塔8进行再生，再生之后表面没有绿油的催化剂返回催化剂储槽2循环使用，催化剂再生器5萃取抽提温度控制在40-80℃，溶剂流量与催化剂装填量的比例为0.1-0.5:1。
气液换热器6，用于将浆态床反应器3塔顶排出的气相产物进行换热，使得部分气相溶剂(主要为高沸点组分)以液相的形式被排出，便于后续冷凝后获得低沸点组分及气体后续的提氢处理。所述气液换热器6包括气相产物入口、气体出口和液体出口；所述气相产物入口与所述浆态床反应器3的气相产物出口相连。经换热器进行换热之后出口气体温度控制在100-120℃，之后气体进入冷凝器7进行冷凝。与有机溶剂原料换热之后的液相组分(沸点高于120℃)由底部进入有机溶剂再生塔。
气体在冷凝器7中进行冷凝处理，冷凝后液相出口温度控制在50-70℃。冷凝后获得低沸点有机溶剂。冷凝后的气体进入提氢装置9。
所述提氢装置9包括气体入口、氢气出口和乙烯出口；所述气体入口与所述冷凝器7的气体出口相连。提氢装置9，用于将冷凝后的产出气体提取氢气后获得乙烯产品。氢气可作为反应气循环使用。
所述有机溶剂再生塔8包括物料入口、再生有机溶剂出口和绿油出口；所述物料入口分别与所述气液换热器6的液体出口、所述过滤器4的溶剂出口、所述催化剂再生器5的有机溶剂出口相连。有机溶剂再生塔8，用于再生换热之后的液相产物、过滤后得到的液体、溶解绿油的溶剂，再生后得到的有机溶剂可进行循环利用，部分有机溶剂可对催化剂表面的绿油进行萃取，部分有机溶剂可作为催化剂的载体被送入浆态床反应器3。再生后得到的绿油进行回收。富含绿油的有机溶剂富液由有机溶剂再生塔塔底进入，塔底温度控制在150-240℃之间，再生之后有机溶剂由塔顶流出，返回有机溶剂储槽1进行循环使用。绿油由塔底流出，进入绿油储槽10进行储存。
为了溶剂的循环利用，可将所述有机溶剂再生塔8的再生有机溶剂出口直接连接所述浆态床反应器3的有机溶剂和催化剂入口。也可将再生有机溶剂返回有机溶剂储槽1储存后进行循环使用。
同样，为了氢气的回收利用，可将所述提氢装置9的氢气出口连接所述浆态床反应器3的反应气体入口。
具体地，本实用新型制乙烯的方法，主要包括以下步骤：
将乙炔和氢气、有机溶剂和催化剂分别送入所述浆态床反应器进行乙炔加氢反应。
将乙炔加氢反应后的气相产物送入所述气液换热器进行分离，得到气体与液体。
将换热得到的所述气体送入所述冷凝器进行冷凝，得到冷凝气体和冷凝液体。
将所述冷凝气体送入所述提氢装置进行提氢处理，得到乙烯产品。
将浆态床反应器底部的有机溶剂和催化剂的混合物送入所述过滤器进行过滤，得到固体催化剂和液体溶剂。
将所述固体催化剂与所述冷凝液体送入所述催化剂再生器进行催化剂再生，得到再生催化剂与有机溶剂液体。
将换热得到的所述液体、过滤得到的所述液体溶剂和催化再生得到的所述有机溶剂液体送入所述有机溶剂再生塔进行溶剂再生，并得到绿油产品。
当然，上述方法也可包含以下步骤：
将提氢处理提取的氢气返回所述浆态床反应器进行反应。
将所述有机溶剂再生塔再生得到的溶剂返回所述浆态床反应器进行循环利用。
将所述催化剂再生器中得到的再生催化剂送入所述浆态床反应器进行循环利用。
本实用新型的反应系统不同于传统的乙炔加氢制乙烯浆态床反应工艺系统，该工艺所用的浆态床贵金属催化剂再生方式不同于传统的焙烧烧焦工艺。鉴于浆态床催化剂的失活方式为绿油覆盖催化剂表面导致催化剂失活，因此本工艺引入催化剂溶剂萃取方式再生催化剂，再生后的催化剂仍然是活化好的还原态，这样不仅避免了催化剂焙烧过程中将绿油烧除，以CO2排出，又减少了焙烧后催化剂的二次活化过程。由于传统工艺中催化剂活化过程仍然发生在反应器内，因此，此种工艺可以避免由于催化剂还原造成的工艺条件波动，并且降低了该工艺的氢耗。
鉴于乙炔浆态床中反应液相组成中只有有些成分对绿油的溶解度较大，该工艺能够充分利用该有效组分，而避免绿油溶解率较低的组分进入催化剂再生装置，这样可以避免大量溶剂循环造成的溶剂夹带损失和能量的浪费。
本实用新型所用的有机溶剂针对乙炔具有较高的相对溶解性，从而避免了气态乙炔固定床加氢容易出现的加氢深度无法控制以及催化剂床层飞温等现象，而该有机溶剂对于乙烯的溶解度较低，因此能够保证生成的乙烯能够从溶液中溢出进入气相产品。
本实用新型还能够最大程度回收乙炔加氢反应过程中的副产物绿油，避免了绿油损失和浪费，而且降低了催化剂再生的能耗，简化了再生过程。
本实用新型还使得回收的有机溶剂进行了循环利用，避免了物料的浪费，降低了能耗，节约了能源。
实施例1
采用实施方式中的用于乙炔制乙烯的系统如图1所示。
浆态床反应器3的压力为3MPa，乙炔的流量为20Nm3/h；氢气流量为90Nm3/h；有机溶剂与催化剂的混合浆料由泵注入浆态床反应器3，泵的出口压力为3MPa，流量为2m3/h，其中浆料中催化剂与有机溶剂的质量比为0.05:1。浆态床反应器3的反应温度控制在150℃。
有机溶剂组成为：NMP所占的质量含量为75％，喹啉所占的质量含量为5％，甲苯所占的质量含量为5％，四氢呋喃所占的质量含量为15％。
催化剂床层采用的催化剂为а-Al2O3小球，粒径分布范围为2-5mm，负载活性金属Pd和Ag。Pd的负载量为0.03％(wt)，Ag的负载量为0.07％(wt)。
富含绿油及催化剂的有机溶剂浆料由浆态床反应器3底部流出反应器，进入过滤器4进行过滤处理，处理量为2m3/h。过滤之后的固态产物，即滤饼进入催化剂再生器5，冷凝后液相出口温度控制在60℃，催化剂再生器5流入的有机溶剂流量为0.05m3/h。
萃取催化剂之后的有机溶剂富液，与过滤后的有机溶剂富液进行混合之后进入有机溶剂再生塔8，再生塔控制压力为30Kpa，塔底温度控制在210℃。再生好的有机溶剂返回有机溶剂储槽1。绿油由塔底排出，进入绿油储槽10。
浆态床反应器3塔顶产品气经过换热之后进入提氢装置9，乙烯作为产品排出系统，氢气作为浆态床反应器3的加氢原料进行循环使用。
在此实施例中，浆态床反应器中乙炔的转化率为99.4％，乙烯的选择性为92％；催化剂表面绿油的脱除率为98.3％。
实施例2
本实施例的乙炔加氢制乙烯的系统及操作步骤如实施例1，不同在于所用有机溶剂不同，其为N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、吡啶、丙酮、四氢呋喃的混合物，N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的质量含量为50％，吡啶的质量含量为10％，丙酮的质量含量为20％，四氢呋喃的质量含量为20％。
实施例3
本实施例的乙炔加氢制乙烯的系统及操作步骤如实施例1，不同在于所用有机溶剂不同，其为N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、咪唑、丙酮、甲苯的混合物，N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的质量含量为60％，咪唑的质量含量为30％，丙酮的质量含量为5％，甲苯的质量含量为5％。
实施例4
本实施例的乙炔加氢制乙烯的系统及操作步骤如实施例1，不同在于所用有机溶剂不同，其为N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、喹啉、吡啶、丙酮、四氢呋喃、甲苯的混合物，N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的质量含量为50％，喹啉的质量含量为10％，吡啶的质量含量为15％，丙酮的质量含量为15％，四氢呋喃的质量含量为5％，甲苯的质量含量为5％。
实施例5
本实施例的乙炔加氢制乙烯的系统及操作步骤如实施例1，不同在于所用有机溶剂不同，其为N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)与喹啉、吡啶、咪唑、丙酮、四氢呋喃、甲苯的混合物，N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的质量含量为80％，喹啉、吡啶及咪唑总共占有机溶剂质量含量的5％，丙酮的质量含量为5％，四氢呋喃的质量含量为5％，甲苯的质量含量为5％。
由于本实用新型中有机溶剂的组合较多，因而在此不再一一列举，对于普通技术人员来说都应该明白所有的组合方式皆可行。
本实用新型催化剂再生过程为低温再生，从而避免了高温焙烧再生过程的高能耗以及烧除有机物带来的烟气排放。并且进入催化剂储罐进行循环的催化剂由于没有经过焙烧过程，所以仍然是还原态，不需要对循环催化剂进行还原活化处理。对催化剂表面绿油进行溶解处理的有机溶剂为低沸点组分，降低了有机溶剂再生催化剂的循环量。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。