一种耦合制备乙烯的系统及方法与流程

本发明总地涉及乙烯的制备工艺，具体涉及一种耦合制备乙烯的系统及方法。
背景技术：
：目前在电石生产工艺中，电石在电石炉由2000℃以上的液态电石液流出电石炉至电石埚，然后在自然状态下冷却至室温，无法利用电石显热，造成能源的极大浪费。另外，由电石乙炔生产乙烯的过程中，需要外供大量的氢气与乙炔发生加成反应生成乙烯，氢源成为乙炔下游生产的关键制约因素，寻找廉价氢源及其生产工艺与电石冶炼、电石乙炔制乙烯耦合为目前的研究热点问题。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种将煤气化和乙烯制备等技术耦合的新工艺。本发明首先提供了一种耦合制备乙烯的系统，所述系统包括气化炉、煤气分离提氢装置和加氢反应器；所述气化炉包括煤粉入口、水蒸气入口和富氢煤气出口；所述煤气分离提氢装置包括富氢煤气入口和氢气出口，所述富氢煤气入口与所述气化炉的富氢煤气出口相连；所述加氢反应器包括氢气入口、加氢催化剂入口、乙炔入口和乙烯出口，所述氢气入口与所述煤气分离提氢装置的氢气出口相连。在本发明的一个实施方案中，所述系统还包括电石炉、电石显热回收器和乙炔发生器；所述电石炉包括兰炭入口、CaO入口和液体电石出口；所述电石显热回收器包括液体电石入口、水入口、水蒸气出口和电石出口，所述液态电石入口与所述电石炉的液态电石出口相连，所述水蒸气出口与所述气化炉的水蒸气入口相连；所述乙炔发生器包括电石入口、水入口和乙炔出口，所述电石入口与所述电石显热回收器的电石出口相连，所述乙炔出口与所述加氢反应器的乙炔入口相连。在本发明的一个实施方案中，所述气化炉还包括气化催化剂入口。此外，本发明还提供了一种利用上述系统制备乙烯的方法，包括以下步骤：煤气化：将煤粉和水蒸气分别经由所述煤入口和所述水蒸气入口送入所述气化炉中，在T1温度下所述煤气化，得到富氢煤气；煤气分离：将所述富氢煤气送入所述煤气分离提氢装置中进行分离，得到氢气；乙烯制备：在T2温度下，将乙炔、加氢催化剂和所述氢气分别经由所述乙炔入口、加氢催化剂入口和所述氢气入口送入所述加氢反应器中，所述乙炔和所述氢气反应生成乙烯。在本发明的一个实施方案中，所述方法还包括以下步骤：电石冶炼：在T3温度下，用兰炭和CaO进行冶炼制备液态电石；显热回收：用所述液态电石与水间接换热，得到固态电石和水蒸气，将所述水蒸气送入所述气化炉中；乙炔制备：用固态电石制备乙炔，将所述乙炔送入所述加氢反应器中。在本发明的一个实施方案中，在所述煤气化步骤中，还往所述气化炉中通入了气化催化剂，所述煤粉与所述气化催化剂的质量比例为25:1-15:1。在本发明的一个实施方案中，所述气化催化剂为粉状CaO，所述粉状CaO的粒径≤0.2mm，优选粒径≤0.1mm。在本发明的一个实施方案中，所述煤的粒径≤0.5mm，优选粒径≤0.1mm。所述煤的水分含量≤8wt％。所述煤的灰分含量≤15wt％。所述煤的挥发分含量≥30wt％。在本发明的一个实施方案中，所述T1为1200-2000℃。所述T2为150-250℃。在本发明的一个实施方案中，所述兰炭的粒径≤30mm，优选粒径≤25mm。所述兰炭的水分含量≤2wt％。所述CaO的粒径≤30mm，优选粒径≤25mm。所述T3为1900-2200℃，其优选为2050℃。本发明将煤气化与乙烯制备工艺耦合，利用煤气化产生的煤气中的氢气与乙炔进行加氢反应，制备乙烯，降低了生产成本。整个系统工艺路线非常简单。此外，本申请还回收了电石液的显热，极大程度地降低损耗、节约了能源。附图说明图1为本发明实施例中的一种耦合制备乙烯的系统的结构示意图；图2为本发明实施例中的一种利用上述系统制备乙烯的工艺流程图。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本发明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发明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，而不是对本发明的限制。参考图1，本发明提供的制备乙烯的系统包括气化炉1、煤气分离提氢装置2、加氢反应器3、电石炉4、电石显热回收器5和乙炔发生器6。气化炉1包括煤粉入口101、水蒸气入口、气化催化剂入口和富氢煤气出口。气化炉1优选为气流床气化炉。煤气分离提氢装置2包括富氢煤气入口、氢气出口和煤气出口，富氢煤气入口与气化炉1的富氢煤气出口相连。加氢反应器3包括氢气入口、加氢催化剂入口301、乙炔入口和乙烯出口302，氢气入口与煤气分离提氢装置2的氢气出口相连。电石炉4包括兰炭入口401、CaO入口402、电石炉气出口和液体电石出口。电石显热回收器5包括液体电石入口、水入口501、水蒸气出口和电石出口，液态电石入口与电石炉4的液态电石出口相连，水蒸气出口与气化炉1的水蒸气入口相连。电石显热回收器5的换热方式为间接换热。乙炔发生器6包括电石入口、水入口601、电石渣出口602和乙炔出口，电石入口与所述电石显热回收器5的电石出口相连，乙炔出口与加氢反应器3的乙炔入口相连。其中，电石炉4、电石显热回收器5和乙炔发生器6并不是系统必须有的装置，用于制备乙烯的乙炔可由电石制备，也可直接外购；作为气化剂的水蒸气可由水与液态电石间接换热制得，也可由其他方式制备。图2为本发明一种利用上述系统制备乙烯的方式，该方法包括如下步骤：电石冶炼：在T3温度下，用兰炭和CaO进行冶炼制备液态电石；显热回收：用所述液态电石与水间接换热，得到固态电石和水蒸气，将所述水蒸气送入所述气化炉中；乙炔制备：用固态电石制备乙炔，将所述乙炔送入所述加氢反应器中。煤气化：将煤粉和水蒸气分别经由所述煤入口和所述水蒸气入口送入所述气化炉中，在T1温度下所述煤气化，得到富氢煤气；煤气分离：将所述富氢煤气送入所述煤气分离提氢装置中进行分离，得到氢气；乙烯制备：在T2温度下，将乙炔、加氢催化剂和所述氢气分别经由所述乙炔入口、加氢催化剂入口和所述氢气入口送入所述加氢反应器中，所述乙炔和所述氢气反应生成乙烯。本发明采用水蒸气作为煤气化时的催化剂，水蒸气与煤的质量比≤0.96，优选质量比≤0.80。水蒸气是水与高温电石液间接换热制备得到的，回收了电石液的显热，极大程度地降低损耗、节约了能源。上述工艺中用于制备乙烯的乙炔可直接外购，用作煤气化剂的水蒸气也可由其他方式制备。本发明将煤气化与乙烯制备工艺耦合，利用煤气化产生的煤气中的氢气与乙炔进行加氢反应，制备乙烯，降低了生产成本。整个系统工艺路线非常简单。此外，本发明所有的设备均是在保温、密闭及阻燃的条件下工作的，物料在各个设备间的输送也均是在保温及阻燃的条件下进行的，充分了利用了气化及电石冶炼的高温显热，极大地降低了损耗，节约了能源。在气化煤时，还可往气化炉1中通入催化剂，以提高煤气化的效果，增加煤气中氢气的含量。CaO在煤气化过程中具有较好的催化作用，并兼具良好的固硫性能，在提高煤气化的反应速率的同时，能实现煤的洁净转化。经过大量的实验发现，粉状CaO的添加量为煤的质量的1/25-1/15时，其催化效果最好。煤的粒径越小、水分含量越少，气化的效果越好。本申请中，煤的粒径优选≤0.5mm，更好地，粒径最好≤0.1mm。同样地，煤的水分含量越少、灰分含量越少、挥发分含量越多，其气化的效果也越好。本申请中，煤的水分含量优选≤8wt％，煤的灰分含量优选≤15wt％，煤的挥发分含量优选≥30％。本申请采用兰炭和石灰石冶炼电石，其粒径越小冶炼的效果越好。兰炭的粒径优选≤30mm，优选粒径优选≤25mm。CaO的粒径优选≤30mm，优选粒径优选≤25mm。兰炭和CaO的质量比为0.55-0.70，优选0.63。煤气化时的温度T1最好为1200℃-2000℃。制备乙烯时的温度T2最好为150-250℃。冶炼制备电石的温度T3优选为1900℃-2200℃，更好地，T3最好为2050℃。温度太低，煤气化、制备乙烯及冶炼电石的效果不好；温度太高，浪费能源。若T2太高，无法制得高品位的乙烯。此外，气化炉1的操作压力可为任意气化炉所允许的压力。下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述
发明内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。实施例1本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺路线制备乙炔，具体如下：准备原料：将不粘煤破碎，选取粒径≤0.5mm的煤粉，再将其干燥至水分含量为8wt％；此煤的灰分含量为7wt％、挥发分含量为30wt％。将CaO破碎，分别选取粒径≤30mm的CaO及粒径≤0.2mm的粉状CaO。将兰炭破碎，选取粒径≤30mm的兰炭。电石冶炼：取550kg兰炭送入电石炉4中，再往里面加入1000kg的CaO，在1900℃下冶炼制备液态电石。显热回收：用液态电石与水换热，得到固态电石和水蒸气。乙炔制备：取950kg固态电石与1400kg水反应制备乙炔。煤气化：取1000kg煤粉送入气化炉1中，再往气化炉1中加入40kg粉状CaO和960kg水蒸气，在2000℃进行煤气化，得到富氢煤气。煤气分离：将富氢煤气送入煤气分离提氢装置2中进行分离，得到氢气。乙烯制备：将305m2乙炔、4.5kg加氢催化剂和310m2氢气送入加氢反应器3中，在250℃下，乙炔和氢气反应生成乙烯。产物及液体电石出口的温度请见表1。实施例2本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺路线制备乙炔，具体如下：准备原料：将褐煤破碎，选取粒径≤0.1mm的煤粉，再将其干燥至水分含量为5wt％；此煤的灰分含量为15wt％、挥发分含量为35wt％。将CaO破碎，分别选取粒径≤25mm的CaO及粒径≤0.1mm的粉状CaO。将兰炭破碎，选取粒径≤25mm的兰炭。电石冶炼：取700kg兰炭送入电石炉4中，再往里面加入1000kg的CaO，在2050℃下冶炼制备液态电石。显热回收：用液态电石与水换热，得到固态电石和水蒸气。乙炔制备：取1014kg固态电石与1500kg水反应制备乙炔。煤气化：取1000kg煤粉送入气化炉1中，再往气化炉1中加入67kg粉状CaO和800kg水蒸气，在1200℃进行煤气化，得到富氢煤气。煤气分离：将富氢煤气送入煤气分离提氢装置2中进行分离，得到氢气。乙烯制备：将311m2乙炔、4.7kg加氢催化剂和315m2氢气送入加氢反应器3中，在150℃下，乙炔和氢气反应生成乙烯。产物及液体电石出口的温度请见表1。实施例3本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺路线制备乙炔，具体如下：准备原料：将长焰煤破碎，选取粒径≤0.3mm的煤粉，再将其干燥至水分含量为6wt％；此煤的灰分含量为10wt％、挥发分含量为32wt％。将CaO破碎，分别选取粒径≤20mm的CaO及粒径≤0.08mm的粉状CaO。将兰炭破碎，选取粒径≤20mm的兰炭。电石冶炼：取630kg兰炭送入电石炉4中，再往里面加入1000kg的CaO，在2200℃下冶炼制备液态电石。显热回收：用液态电石与水换热，得到固态电石和水蒸气。乙炔制备：取997kg固态电石与1480kg水反应制备乙炔。煤气化：取1000kg煤粉送入气化炉1中，再往气化炉1中加入50kg粉状CaO和600kg水蒸气，在1600℃进行煤气化，得到富氢煤气。煤气分离：将富氢煤气送入煤气分离提氢装置2中进行分离，得到氢气。乙烯制备：将315m2乙炔、4.5kg加氢催化剂和320m2氢气送入加氢反应器3中，在200℃下，乙炔和氢气反应生成乙烯。产物及液体电石出口的温度请见表1。表1各实施例产物及液体电石出口的温度实施例1实施例2实施例3煤气/m3229723522346氢气/m3137814131408电石/kg9501014997水蒸气//kg960800600乙烯/m3294299302液体电石出口/℃176319752086从表1可以看出，本发明制得的煤气中氢气的含量比较多，完全可以用于制备乙烯。此外，由于利用了液体电石的显热，极大的降低了损耗，节约了能源。综上，本发明将煤气化与乙烯制备工艺耦合，利用煤气化产生的煤气中的氢气与乙炔进行加氢反应，制备乙烯，降低了生产成本。整个系统工艺路线非常简单。此外，本申请还回收了电石液的显热，极大程度地降低损耗、节约了能源。最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，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发明的保护范围之中。当前第1页1 2 3