一种由电石炉尾气制丙烯酸的系统及方法与流程

本发明涉及化工领域，特别是一种由电石炉尾气制丙烯酸的系统及使用该系统制备丙烯酸的方法。

背景技术：

密闭式电石炉的尾气温度达到1000℃以上，成分主要以co为主，大约占到80％左右。生产1吨电石一般要产生400多立方米尾气。目前80％以上企业产生的尾气都是直接排入大气中，如此巨大的尾气量排放到空气中对空气的污染十分严重。由于电石生产间歇出炉、时常小修、停电、限电等因素，所以尾气量与温度波动不平稳。尾气内含有微量焦油，容易使布袋粘结堵塞。并且尾气中含尘量大，炉尘具有粘、轻、细不易捕集的特点。而且尾气具有本身的潜热和显热，同时又具有难以除尘净化的大量粉尘。不完善的尾气净化和利用技术不但对能源是极大的浪费，而且对于环境污染是相当大的危害。

因此，需要一种完善的尾气净化和利用技术，将电石炉的尾气中的有效资源进行利用而且又不会对环境造成危害。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种由电石炉尾气制丙烯酸的系统，以及使用该系统制备丙烯酸的方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明，提供一种由电石炉尾气制丙烯酸的系统，包括：

换热装置，该换热装置的气体进口连接到电石炉尾气管道；

除尘装置，该除尘装置的进口与换热装置的出口相连；

净化装置，该净化装置的进口与除尘装置的出口相连；

提纯装置，该提纯装置的进口与净化装置的出口相连；

压缩机，该压缩机的进口与提纯装置的出口相连；以及

反应器，该反应器的气体进口与压缩机的出口相连，反应器还具有液体进口和排出口。液体进口用于送入液体物料，排出口用于排出产物丙烯酸及未反应的气体物料。

进一步地，反应器的排出口连接冷凝装置，该冷凝装置具有气体出口和液体出口，该气体出口用于排出未反应的气体物料，该液体出口用于排出产物丙烯酸。

进一步地，换热装置的换热介质出口连接换热管道，通过换热管道对反应器加热。

进一步地，换热管道可通过以下方式对反应器加热：换热管道通过接触和/或热辐射对反应器加热；或者换热管道与反应器外层连通，通过向反应器外层输送换热介质以对反应器内腔加热，反应器的液体进口和气体进口均通入至反应器内腔。

进一步地，当换热管道通过热辐射对反应器加热时，反应器是单层反应器，反应器的液体进口和气体进口均通入至反应器内。

这里，反应器可以是现有技术中的单层反应器，将换热管道设置在反应器外围而不与反应器连通，以对反应器加热；反应器也可以是现有技术中的双层反应器，将换热管道与双层反应器的外层连通向外层输送换热介质，使换热介质对反应器内层加热，反应物通过液体进口和气体进口被输送至反应器内层在内层发生化学反应制备丙烯酸。通过调节换热介质的流量或换热管道与反应器间热辐射距离的大小可以调节对反应器的加热程度，从而使反应器的温度控制在反应温度范围内。优选的，反应器装有冷却装置以在反应器温度超过反应温度范围时对反应器冷却。更优选的，反应器带有搅拌装置，用于搅拌反应物使得反应液受热均匀。

这里的反应器可以是例如专利cn104826558b中公开的浆态床反应器。

进一步地，提纯装置为变压吸附分离装置、变温吸附分离装置、深冷分离装置和膜分离装置的至少一种。

进一步地，除尘装置采用干法除尘和/或湿法除尘。

根据本发明，提供一种采用如上的系统制备丙烯酸的方法，包括以下步骤：

步骤一：将高温的电石炉尾气经过换热装置冷却，热量输送至反应器，用于向反应器加热；

步骤二：将经过步骤一处理的电石炉尾气送入除尘装置除去电石炉尾气中的粉尘固体；

步骤三：将经过步骤二处理的电石炉尾气送入净化装置脱去电石炉尾气中的硫、氧、碳杂质；

步骤四：将经过步骤三处理的电石炉尾气送入提纯装置除去氢气、甲烷气体，得到纯化一氧化碳气体；

步骤五：将步骤四得到的纯化一氧化碳气体送入压缩机加压至反应压力；

步骤六：将经过步骤五加压的纯化一氧化碳气体、乙炔和水送入反应器中催化加热反应生成丙烯酸，其中反应器使用的热量为步骤一中输送至反应器的热量。

进一步地，步骤六中先将乙炔溶解于有机溶剂和水中，再与加压后的一氧化碳反应。

进一步地，有机溶剂选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、丙酮或乙酰丙酮中的一种或多种组合。

进一步地，反应器内含有催化剂，催化剂包含至少一种镍盐。

更进一步地，镍盐包括卤化镍、乙酸镍、硝酸镍、硫酸镍。

进一步地，反应器的反应温度为200-210℃。

本发明的有益效果是：

本发明为了解决目前电石企业的尾气利用率较低、污染环境的问题，提供一种处理电石炉尾气的系统及方法。电石炉尾气净化提纯后得到的co气体与乙炔在反应器中反应得到丙烯酸。本发明将乙炔溶解在溶剂中反应，避免了乙炔在高温高压条件下爆炸的危险，并且保证床层温度稳定，不会发生催化剂床层飞温。通过高温电石炉尾气首先与反应器进行换热，将高温的电石炉尾气的热量用于加热反应器，有效利用了热量，节约成本。

附图说明

图1是本发明由电石炉尾气制丙烯酸的系统示意图；

图2是本发明由电石炉尾气制丙烯酸的方法的示意图。

附图标记

1换热装置、2除尘装置、3净化装置、4提纯装置、5压缩机、6反应器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1中实线仅用于示意实物连接关系，虚线仅用于示意换热管道的走向。

如图1所示，本发明使用的系统包括换热装置1、除尘装置2、净化装置3、提纯装置4、压缩机5和反应器6。换热装置1具有气体进口和出口，将电石炉尾气通过电石炉尾气管道送入至换热装置1的气体进口；除尘装置2、净化装置3、提纯装置4、压缩机5均具有进口和出口；反应器6包含气体进口、液体进口以及排出口，且此处反应器6为双层反应器，反应器6具有外层和内腔。换热装置1的出口与除尘装置2的进口相连，除尘装置2的出口与净化装置3的进口相连，净化装置3的出口与提纯装置4的进口相连，提纯装置4的出口与压缩机5的进口相连。压缩机5的出口与反应器6的气体进口相连。反应器6的排出口连接有冷凝装置(图中未示出)，冷凝装置具有气体出口及液体出口，该气体出口用于排出未反应的气体物料，该液体出口用于排出产物丙烯酸。反应器6的液体进口和气体进口均通入至反应器内腔，所以原料可以通过反应器6的液体进口和气体进口到达反应器内腔进行反应。反应器6的液体进口用于送入溶解乙炔和水。反应器6的外层通过换热管道连接至换热装置1，换热装置1将从电石炉尾气中吸收的热量通过换热管道传输给反应器的外层对反应器加热，并且通过温度自动控制流量阀控制换热管道内换热介质的流量，从而将加热温度控制在200℃以上。反应器6的反应热量由反应器外层供给。冷凝装置的气体出口用于排出反应器6内未反应的co气体，冷凝装置的液体出口用于排出反应器6中的产物丙烯酸。

在本发明的实施方式中，换热装置可以是现有技术中使用的任意换热器。如列管式换热器或盘管式换热器，换热介质可以是水或传热油；除尘装置为现有技术中的任意干法或湿法除尘器，净化装置是现有技术中用于脱去气体中硫、氧、碳杂质的任意脱硫脱碳净化器，只要它们能够实现净化效果同时又不增加额外成分即可。

在本发明的实施方式中，反应器的液体进口在上侧，气体进口在下侧，如图1所示。反应器的反应温度控制在200-210℃范围内。

本发明的实施方式中，由于电石炉尾气温度可达到1000℃以上，经过换热装置1换热后的换热管道的温度达到200℃以上，优选地，将该温度控制在220-260℃，足以使反应器温度达到反应温度范围，无需额外的热源，有效回收利用了尾气的热量用于丙烯酸的生产。

在本发明的另一实施例中，反应器6还可以使用现有技术中的单层反应器，将换热管道设置在反应器外围而不与反应器连通，通过接触或热辐射以对反应器加热。反应器6的液体进口和气体进口均通入至反应器内。

实施例1

本实施例采用上述系统制备丙烯酸，其中提纯装置4采用变压吸附分离装置(psa装置)。

将高温的电石炉尾气经过换热装置1冷却，电石炉尾气的热量经由换热装置1输送至反应器6，为反应器6提供反应热量；接着将电石炉尾气送入除尘装置2，先进行干法除尘再进行湿法除尘，除去电石炉尾气中的粉尘固体。将从除尘装置2中处理后的电石炉尾气送入净化装置3脱去电石炉尾气中的硫、氧、碳杂质。随后将从净化装置3中处理后的电石炉尾气送入psa装置除去含量稍低的氢气、甲烷气体，得到高纯度一氧化碳气体，纯度达到99％以上。将得到的高纯度一氧化碳气体送入压缩机5加压至反应压力，反应压力为5-10mpa；与此同时，先将乙炔溶解于丙酮中，然后将溶于丙酮的乙炔和水通过反应器6的液体进口进入至反应器6，再将加压后的一氧化碳气体通过反应器6的气体进口进入至反应器6。反应器6被加热至反应温度200℃时，压缩后的一氧化碳作为羰基化原料，在含有氯化镍的催化剂作用下，在反应器6中与乙炔和水反应生成丙烯酸。

实施例2

本实施例采用上述系统制备丙烯酸，其中提纯装置4采用膜分离装置。

将高温的电石炉尾气经过换热装置1冷却，电石炉尾气的热量经由换热装置1输送至反应器6，为反应器6提供反应热量；接着将电石炉尾气送入除尘装置2，先进行干法除尘再进行湿法除尘，除去电石炉尾气中的粉尘固体。将从除尘装置2中处理后的电石炉尾气送入净化装置3脱去电石炉尾气中的硫、氧、碳杂质。随后将从净化装置3中处理后的电石炉尾气送入膜分离装置除去含量稍低的氢气、甲烷气体，得到高纯度一氧化碳气体。将得到的高纯度一氧化碳气体送入压缩机5加压至反应压力，反应压力为5-10mpa；与此同时，先将乙炔溶解于丙酮中，然后将溶于丙酮的乙炔和水通过反应器6的液体进口进入至反应器6，再将加压后的一氧化碳气体通过反应器6的气体进口进入至反应器6。反应器6被加热至反应温度200℃时，压缩后的一氧化碳作为羰基化原料，在含有乙酸镍的催化剂作用下，在反应器6中与乙炔和水反应生成丙烯酸。

实施例3

如图1所示，采用实施例1的系统和方法制备丙烯酸，区别在于：提纯装置4采用变温吸附分离装置。将乙炔溶解于有机溶剂四氢呋喃中；反应器6被加热至反应温度210℃时，乙炔、水和一氧化碳气体在含有硝酸镍的催化剂作用下，在反应器6中反应生成丙烯酸。

实施例4

如图1所示，采用实施例2的系统和方法制备丙烯酸，区别在于：提纯装置4采用深冷分离装置。将乙炔溶解于有机溶剂2-甲基四氢呋喃中；反应器6被加热至反应温度210℃时，乙炔、水和一氧化碳气体在含有溴化镍的催化剂作用下，在反应器6中反应生成丙烯酸。

实施例5

如图1所示，采用实施例1的系统和方法制备丙烯酸，区别在于：将乙炔溶解于有机溶剂n-甲基吡咯烷酮中；反应器6被加热至反应温度210℃时，乙炔、水和一氧化碳气体在含有硝酸镍的催化剂作用下，在反应器6中反应生成丙烯酸。

实施例6

如图1所示，采用实施例2的系统和方法制备丙烯酸，区别在于：将乙炔溶解于有机溶剂二甲基甲酰胺中；反应器6被加热至反应温度200℃时，乙炔、水和一氧化碳气体在含有硫酸镍的催化剂作用下，在反应器6中反应生成丙烯酸。

实施例7

如图1所示，采用实施例2的系统和方法制备丙烯酸，区别在于：将乙炔溶解于有机溶剂乙酰丙酮中；反应器6被加热至反应温度210℃时，乙炔、水和一氧化碳气体在含有氯化镍和溴化镍的催化剂作用下，在反应器6中反应生成丙烯酸。

实施例1-7使用的脱硫脱碳脱氧方法为本领域内技术人员熟知的方法。

实施例1-7使用的溶解乙炔的有机溶剂还可以为选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、丙酮或乙酰丙酮中的多种组合。

采用本发明的系统和方法处理电石炉尾气，尾气中大量的一氧化碳气体得到利用，得到丙烯酸产品。且由于将乙炔采用先溶解再加压的方法可避免压缩乙炔导致的安全隐患，反应过程中不会发生飞温现象。反应器中催化剂的引入进一步的使得反应更容易进行。此外，本发明中高温电石炉尾气直接与反应器换热，在降低尾气温度的同时给反应器加热，有效利用了热量，节约了成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。