乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的系统和方法与流程

本发明属于化工技术领域，具体而言，本发明涉及一种乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的系统和方法。

背景技术：

乙炔加氢制乙烯反应是一个放热反应，在反应器内进行时需将一部分反应热移走以确保反应体系热量平衡，这些热量若直接排放掉，将浪费大量热量；另外，若反应所用的氢气资源由甲醇热解制氢提供，热解制氢需相当量的热量，因此，若能将乙炔加氢制乙烯反应放出的热量用于甲醇热解制氢，具有非常重要的节能意义。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的系统和方法，采用该系统可以实现将乙炔加氢制乙烯反应放出的热量有效地用于甲醇热解制氢，提高能源利用率。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的系统。根据本发明的实施例，所述系统包括：

反应器，所述反应器具有原料气入口和反应气出口，并且所述反应器上设置有换热器，所述换热器具有低温混合液入口和高温混合液出口；

反应气处理装置，所述反应气处理装置具有反应气入口和乙烯出口，所述反应气入口与所述反应气出口相连；

燃烧器，所述燃烧器具有空气入口、燃料入口和高温烟气出口；

热解器，所述热解器具有高温烟气入口、高温甲醇入口、富氢热解气出口和中温烟气出口，所述高温烟气入口与所述高温烟气出口相连；

再热器，所述再热器具有中温烟气入口、甲醇入口、低温烟气出口和高温甲醇出口，所述中温烟气入口与所述中温烟气出口相连，所述高温甲醇出口与所述高温甲醇入口相连，所述甲醇入口与所述高温混合液出口相连；

氢气提纯装置，所述氢气提纯装置具有富氢热解气入口、高纯氢气出口和含杂气体出口，所述富氢热解气入口与所述富氢热解气出口相连，所述高纯氢气出口与所述原料气入口相连，所述含杂气体出口与所述燃料入口相连。

根据本发明实施例的乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的系统通过在乙炔加氢制乙烯的反应器上布置换热器，该换热器可以转移走反应器中的一部分反应热，以确保反应体系热量平衡，然后将反应所得含有乙烯的反应气供给至反应气处理装置进行处理即可得到高纯乙烯，而采用含有甲醇和水的混合物作为换热器中的混合液使用，将换热后的高温混合液供给至再热器中进行加热，得到的高温甲醇在热解器中被来自燃烧器的高温烟气间接加热发生热解反应，得到富氢热解气，然后将该富氢热解气供给至氢气提纯装置中得到高纯氢气和含杂气体，该分离得到的高纯氢气可以供给至反应器中作为反应气使用，而分离得到的含杂气体可以供给至燃烧器中作为燃料使用。由此，本申请的系统通过将甲醇热解制氢的所需的低温甲醇和水的混合原料液作为冷却介质，节省了导热油、水等冷却介质，节省了资源；并且将乙炔加氢制乙烯的过程中产生的反应热用于甲醇热解制氢，使反应热得到了充分利用，并且减少了甲醇制氢热解制氢时需另补充的热量，提高了能源利用率，减少了能源消耗，具有重要的节能减排意义。

另外，根据本发明上述实施例的乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述换热器为管式换热器，所述管式换热器布置在所述反应器内。由此，可以显著提高能源利用率。

在本发明的一些实施例中，所述换热器为夹套式换热器，所述夹套换热器布置在所述反应器的侧壁上。由此，可以进一步提高能源利用率。

在本发明的一些实施例中，所述再热器为一级换热器。由此，可以进一步提高能源利用率。

在本发明的一些实施例中，所述再热器包括依次相连的一级换热器和二级换热器。由此，可以进一步提高能源利用率。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种采用上述的系统实施乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)将含有乙炔和氢气的原料气供给至反应器中进行反应，并且向所述反应器上的换热器中供给含有甲醇和水的低温混合液，以便得到含有甲醇和水的高温混合液以及含有乙烯的反应气；

(2)将所述含有乙烯的反应气供给至所述反应气处理装置中进行处理，以便得到乙烯；

(3)将空气和燃料供给至所述燃烧器中进行燃烧，以便得到高温烟气；

(4)将高温甲醇和所述高温烟气供给至所述热解器中，以便得到富氢热解气和中温烟气；

(5)将所述中温烟气与甲醇供给至所述再热器中进行换热，以便得到低温烟气和高温甲醇，并将所述高温甲醇返回步骤(4)中，将步骤(1)得到的所述含有甲醇和水的高温混合液作为所述甲醇使用；

(6)将所述富氢热解气供给至所述氢气提纯装置进行提纯处理，以便得到高纯氢气和含杂气体，并将所述高纯氢气供给至步骤(1)中，将所述含杂气体供给至步骤(3)中作为燃料使用。

根据本发明实施例的乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的方法通过在乙炔加氢制乙烯的反应器上布置换热器，该换热器可以转移走反应器中的一部分反应热，以确保反应体系热量平衡，然后将反应所得含有乙烯的反应气供给至反应气处理装置进行处理即可得到高纯乙烯，而采用含有甲醇和水的混合物作为换热器中的混合液使用，将换热后的高温混合液供给至再热器中进行加热，得到的高温甲醇在热解器中被来自燃烧器的高温烟气间接加热发生热解反应，得到富氢热解气，然后将该富氢热解气供给至氢气提纯装置中得到高纯氢气和含杂气体，该分离得到的高纯氢气可以供给至反应器中作为反应气使用，而分离得到的含杂气体可以供给至燃烧器中作为燃料使用。由此，本申请的方法通过将甲醇热解制氢的所需的低温甲醇和水的混合原料液作为冷却介质，节省了导热油、水等冷却介质，节省了资源；并且将乙炔加氢制乙烯的过程中产生的反应热用于甲醇热解制氢，使反应热得到了充分利用，并且减少了甲醇制氢热解制氢时需另补充的热量，提高了能源利用率，减少了能源消耗，具有重要的节能减排意义。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述含有甲醇和水的低温混合液中甲醇和水的质量比为1:(1～1.1)。由此，可以显著提高热回收利用率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的系统结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的方法流程示意图；

图3是根据本发明再一个实施例的乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的系统结构示意图；

图4是根据本发明又一个实施例的乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的系统结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的系统。根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括：反应器100、反应气处理装置200、燃烧器300、热解器400、再热器500和氢气提纯装置600。

根据本发明的实施例，反应器100具有原料气入口101和反应气出口102，并且反应器100上设置有换热器11，换热器11具有低温混合液入口103和高温混合液出口104，且适于将含有氢气和乙炔的原料气供给至反应器中进行反应，并且向反应器上的换热器中供给含有甲醇和水的低温混合液，以便得到含有甲醇和水的高温混合液以及含有乙烯的反应气。由此，通过在乙炔加氢制乙烯的反应器上布置换热器，该换热器可以转移走反应器中的一部分反应热，以确保反应体系热量平衡，从而提高乙烯的产率，并且采用含有甲醇和水的混合物作为换热器中的混合液使用，然后将换热后的高温混合液供给至后续过程中进行处理，可以使得该部分余热得以充分利用，从而避免资源浪费。

根据本发明的一个实施例，反应器100可以为现有技术中能将乙炔和氢气转化为乙烯的任何设备，例如可以为浆态床反应器。具体的，反应器内部具有浆料层，浆料层中布置有Pd催化剂，并且反应器布置有换热器，反应气入口布置在浆态反应器的底部，并且在反应器内部靠近反应气入口的位置布置有气体分布器，含有乙炔和氢气的反应气经气体分布器均匀分布后进入浆料层内，并与浆料层的催化剂充分接触，在催化剂的作用下发生反应而生成乙烯，同时放出大量的反应热，这些反应热使浆态床反应器内整个反应体系温度上升，为了确保整个反应体系温度将维持稳定，通过设置在反应器上的换热器将一部分热量移走。

根据本发明的再一个实施例，换热器11可以为管式换热器，且该管式换热器布置在反应器内。

根据本发明的又一个实施例，换热器11也可以为夹套式换热器，且该夹套式换热器布置在反应器外的侧壁上。

根据本发明的又一个实施例，含有氢气和乙炔的原料气中氢气和乙炔的混合比例并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，原料气中氢气和乙炔的体积比可以为4：(0.5～1.5)，优选4：1。发明人发现，若二者混合比例过高，则浪费较多氢气，而若混合比例过低，乙炔容易发生聚合反应且易出现爆炸事故。

根据本发明的又一个实施例，含有甲醇和水的低温混合液中甲醇和水的混合比例并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要就进行选择，根据本发明的一个具体实施例，甲醇和水的质量比可以为1:(1～1.1)。发明人发现，更多的水利于甲醇的转化，即甲醇与水比例较低时，利于甲醇的转化率提高，若比例过低则多余的不参加反应的水的气化会消耗过多热量，而若甲醇与水比例较高时，则甲醇转化率降低，不利于甲醇的转化。

根据本发明的实施例，反应气处理装置200具有反应气入口201和乙烯出口202，反应气入口201与反应气出口102相连，且适于将上述反应器中得到的含有乙烯的反应气进行处理，以便分离得到高纯乙烯。具体的，可以采用吸附提纯反应气的方式对反应气进行处理获得高纯氢气，反应气进入到反应气处理装置中，并将装置内压力提高至1MPa，在高压下，反应气中的乙烯和氢气被吸附剂(例如：活性炭)吸附，然后将压力降至0.5MPa，由于压力降低，绝大部分的分子量小的容易解吸的氢气首先从吸附剂内解吸回收并循环利用，而大部分乙烯仍被吸附剂吸附，从而将获得高纯的乙烯，再次将压力降至0.1MPa，则大部分乙烯被解吸并收集，从而获得乙烯产品，从而实现反应气分离得到高纯乙烯。

根据本发明的实施例，燃烧器300具有空气入口301、燃料入口302和高温烟气出口303，且适于将空气和燃料进行混合燃烧，以便得到高温烟气。

根据本发明的一个实施例，燃料可以为现有技术中的可以燃烧的任何燃料，例如可以采用煤气或天然气等。

根据本发明的再一个实施例，燃烧器300可以为现有技术中任何能够进行燃烧的设备。

根据本发明的实施例，热解器400具有高温烟气入口401、高温甲醇入口402、富氢热解气出口403和中温烟气出口404，高温烟气入口401与高温烟气出口303相连，且适于将燃烧器中燃烧燃料产生的高温烟气供给至热解器中间接供热对甲醇进行热解处理，以便得到富氢热解气和中温烟气。

根据本发明的一个实施例，热解器400可以采用现有技术中能够进行热解的任何设备。

根据本发明的实施例，再热器500具有中温烟气入口501、甲醇入口502、低温烟气出口503和高温甲醇出口504，中温烟气入口501与中温烟气出口404相连，高温甲醇出口504与高温甲醇入口402相连，甲醇入口502与高温混合液出口104相连，且适于将上述反应器上的换热器中换热得到的含有甲醇和水的高温混合液供给至再热器中与热解气中换热得到的中温烟气进行换热，得到高温甲醇和低温烟气，并将所得高温甲醇供给至热解器中使用，而所得低温烟气经除尘净化后达标排放。由此，通过将换热后的含有甲醇和水的高温混合液供给至再热器中进行加热，得到的高温甲醇在热解器中被来自燃烧器的高温烟气间接加热发生热解反应，得到富氢热解气，而该富氢热解气可经后续提纯得到高纯氢气作为乙烯生产原料使用，从而将乙炔加氢制乙烯的过程中产生的反应热用于甲醇热解制氢，使反应热得到了充分利用，并且减少了甲醇制氢热解制氢时需另补充的热量，提高了能源利用率，减少了能源消耗，具有重要的节能减排意义。

根据本发明的一个实施例，再热器可以为一级换热器，也可以包括依次相连的一级换热器和二级换热器。

根据本发明的实施例，氢气提纯装置600具有富氢热解气入口601、高纯氢气出口602和含杂气体出口603，富氢热解气入口601与富氢热解气出口403相连，高纯氢气出口602与原料气入口101相连，含杂气体出口603与燃料入口302相连，且适于将热解器中得到的富氢热解气进行处理，以便得到高纯氢气和含杂气体，并将得到的高纯氢气供给至反应器作为原料气使用，而将含杂气体供给至燃烧器中作为燃料使用。具体的，可以采用吸附提纯的方式对热解气进行处理而获得高纯氢气，热解气进入到氢气提纯装置中，并将装置内压力提高至1MPa，在高压下，热解气中的一氧化碳和氢气被吸附剂(例如：活性炭)吸附，然后将压力降至0.5MPa，由于压力降低，绝大部分的分子量小的容易解吸的氢气首先从吸附剂内解吸出去并收集而获得氢气产品，而大部分一氧化碳仍被吸附剂吸附，再次将压力降至0.1MPa，则大部分一氧化碳被解吸出并输送到燃烧器内作为燃料使用，从而实现热解气分离得到高纯氢气。

根据本发明实施例的乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的系统通过在乙炔加氢制乙烯的反应器上布置换热器，该换热器可以转移走反应器中的一部分反应热，以确保反应体系热量平衡，然后将反应所得含有乙烯的反应气供给至反应气处理装置进行处理即可得到高纯乙烯，而采用含有甲醇和水的混合物作为换热器中的混合液使用，将换热后的高温混合液供给至再热器中进行加热，得到的高温甲醇在热解器中被来自燃烧器的高温烟气间接加热发生热解反应，得到富氢热解气，然后将该富氢热解气供给至氢气提纯装置中得到高纯氢气和含杂气体，该分离得到的高纯氢气可以供给至反应器中作为反应气使用，而分离得到的含杂气体可以供给至燃烧器中作为燃料使用。由此，本申请的系统通过将甲醇热解制氢的所需的低温甲醇和水的混合原料液作为冷却介质，节省了导热油、水等冷却介质，节省了资源；并且将乙炔加氢制乙烯的过程中产生的反应热用于甲醇热解制氢，使反应热得到了充分利用，并且减少了甲醇制氢热解制氢时需另补充的热量，提高了能源利用率，减少了能源消耗，具有重要的节能减排意义。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种采用上述乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的系统实施乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的方法。根据本发明的实施例，参考图2，该方法包括：

S100：将含有乙炔和氢气的原料气供给至反应器中进行反应，并且向反应器上的换热器中供给含有甲醇和水的低温混合液

该步骤中，具体的，将含有氢气和乙炔的原料气供给至反应器中进行反应，并且向反应器上的换热器中供给含有甲醇和水的低温混合液，以便得到含有甲醇和水的高温混合液以及含有乙烯的反应气。由此，通过在乙炔加氢制乙烯的反应器上布置换热器，该换热器可以转移走反应器中的一部分反应热，以确保反应体系热量平衡，从而提高乙烯的产率，并且采用含有甲醇和水的混合物作为换热器中的混合液使用，然后将换热后的高温混合液供给至后续过程中进行处理，可以使得该部分余热得以充分利用，从而避免资源浪费。

根据本发明的一个实施例，反应器可以为现有技术中能将乙炔和氢气转化为乙烯的任何设备，例如可以为浆态床反应器。具体的，反应器内部具有浆料层，浆料层中布置有Pd催化剂，并且反应器布置有换热器，反应气入口布置在浆态反应器的底部，并且在反应器内部靠近反应气入口的位置布置有气体分布器，含有乙炔和氢气的反应气经气体分布器均匀分布后进入浆料层内，并与浆料层的催化剂充分接触，在催化剂的作用下发生反应而生成乙烯，同时放出大量的反应热，这些反应热使浆态床反应器内整个反应体系温度上升，为了确保整个反应体系温度将维持稳定，通过设置在反应器上的换热器将一部分热量移走。

根据本发明的再一个实施例，换热器可以为管式换热器，且该管式换热器布置在反应器内。

根据本发明的又一个实施例，换热器也可以为夹套式换热器，且该夹套式换热器布置在反应器外的侧壁上。

根据本发明的又一个实施例，含有氢气和乙炔的原料气中氢气和乙炔的混合比例并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，原料气中氢气和乙炔的体积比可以为4：(0.5～1.5)，优选4：1。发明人发现，若二者混合比例过高，则浪费较多氢气，而若混合比例过低，乙炔容易发生聚合反应且易出现爆炸事故。

根据本发明的又一个实施例，含有甲醇和水的低温混合液中甲醇和水的混合比例并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要就进行选择，根据本发明的一个具体实施例，甲醇和水的质量比可以为1:(1～1.1)。发明人发现，更多的水利于甲醇的转化，即甲醇与水比例较低时，利于甲醇的转化率提高，若比例过低则多余的不参加反应的水的气化会消耗过多热量，而若甲醇与水比例较高时，则甲醇转化率降低，不利于甲醇的转化。

S200：将含有乙烯的反应气供给至所述反应气处理装置中进行处理

该步骤中，具体的，将上述反应器中得到的含有乙烯的反应气进行处理，以便分离得到高纯乙烯。具体的，可以采用吸附提纯反应气的方式对反应气进行处理获得高纯乙烯，反应气进入到反应气处理装置中，并将装置内压力提高至1MPa，在高压下，反应气中的乙烯和氢气被吸附剂(例如：活性炭)吸附，然后将压力降至0.5MPa，由于压力降低，绝大部分的分子量小的容易解吸的氢气首先从吸附剂内解吸回收并循环利用，而大部分乙烯仍被吸附剂吸附，从而将获得高纯的乙烯，再次将压力降至0.1MPa，则大部分乙烯被解吸并收集，从而获得乙烯产品，从而实现反应气分离得到高纯乙烯。

S300：将空气和燃料供给至燃烧器中进行燃烧

该步骤中，具体的，将空气和燃料进行混合燃烧，以便得到高温烟气。

根据本发明的一个实施例，燃料可以为现有技术中的可以燃烧的任何燃料，例如可以采用煤气或天然气等。

根据本发明的再一个实施例，燃烧器可以为现有技术中任何能够进行燃烧的设备。

S400：将高温甲醇和高温烟气供给至热解器中

该步骤中，具体的，将燃烧器中燃烧燃料产生的高温烟气供给至热解器中间接供热对甲醇进行热解处理，以便得到富氢热解气和中温烟气。

根据本发明的一个实施例，热解器可以采用现有技术中能够进行热解的任何设备。

S500：将中温烟气与甲醇供给至再热器中进行换热，并将高温甲醇返回步骤S400中，将步骤S100得到的含有甲醇和水的高温混合液作为甲醇使用

该步骤中，具体的，将上述步骤S100中反应器上的换热器中换热得到的含有甲醇和水的高温混合液供给至再热器中与步骤S400中热解器中换热得到的中温烟气进行换热，得到高温甲醇和低温烟气，并将所得高温甲醇供给至步骤S400中的热解器中使用，而所得低温烟气经除尘净化后达标排放。由此，通过将换热后的含有甲醇和水的高温混合液供给至再热器中进行加热，得到的高温甲醇在热解器中被来自燃烧器的高温烟气间接加热发生热解反应，得到富氢热解气，而该富氢热解气可经后续提纯得到高纯氢气作为乙烯生产原料使用，从而将乙炔加氢制乙烯的过程中产生的反应热用于甲醇热解制氢，使反应热得到了充分利用，并且减少了甲醇制氢热解制氢时需另补充的热量，提高了能源利用率，减少了能源消耗，具有重要的节能减排意义。

根据本发明的一个实施例，再热器可以为一级换热器，也可以包括依次相连的一级换热器和二级换热器。

S600：将步骤S400中得到的富氢热解气供给至氢气提纯装置进行提纯处理，并将高纯氢气供给至步骤S100中，将含杂气体供给至步骤S300

该步骤中，具体的，将步骤S400中得到的富氢热解气供给至氢气提纯装置进行提纯处理，以便得到高纯氢气和含杂气体，并将得到的高纯氢气供给至步骤S100反应器作为原料气使用，而将含杂气体供给至步骤S300的燃烧器中作为燃料使用。具体的，可以采用吸附提纯的方式对热解气进行处理而获得高纯氢气，热解气进入到氢气提纯装置中，并将装置内压力提高至1MPa，在高压下，热解气中的一氧化碳和氢气被吸附剂(例如：活性炭)吸附，然后将压力降至0.5MPa，由于压力降低，绝大部分的分子量小的容易解吸的氢气首先从吸附剂内解吸出去并收集而获得氢气产品，而大部分一氧化碳仍被吸附剂吸附，再次将压力降至0.1MPa，则大部分一氧化碳被解吸出并输送到燃烧器内作为燃料使用，从而实现热解气分离得到高纯氢气。

根据本发明实施例的乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的方法通过在乙炔加氢制乙烯的反应器上布置换热器，该换热器可以转移走反应器中的一部分反应热，以确保反应体系热量平衡，然后将反应所得含有乙烯的反应气供给至反应气处理装置进行处理即可得到高纯乙烯，而采用含有甲醇和水的混合物作为换热器中的混合液使用，将换热后的高温混合液供给至再热器中进行加热，得到的高温甲醇在热解器中被来自燃烧器的高温烟气间接加热发生热解反应，得到富氢热解气，然后将该富氢热解气供给至氢气提纯装置中得到高纯氢气和含杂气体，该分离得到的高纯氢气可以供给至反应器中作为反应气使用，而分离得到的含杂气体可以供给至燃烧器中作为燃料使用。由此，本申请的方法通过将甲醇热解制氢的所需的低温甲醇和水的混合原料液作为冷却介质，节省了导热油、水等冷却介质，节省了资源；并且将乙炔加氢制乙烯的过程中产生的反应热用于甲醇热解制氢，使反应热得到了充分利用，并且减少了甲醇制氢热解制氢时需另补充的热量，提高了能源利用率，减少了能源消耗，具有重要的节能减排意义。需要说明的是，上述针对乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的系统所描述的特征和优点同样适用于该乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的方法，此处不再赘述。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

本实施例以240kg/h的等质量配比的甲醇和水的混合液为冷却介质在浆态床反应器的换热器内换热后成为饱和蒸汽为具体实例来详细阐述本专利。

本实施例所用的浆态床乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合装置如图3所示，其中乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的系统主要包括：浆态床反应器1和反应气处理设备2、燃烧器3、热解器4、再热器5和氢气提纯设备6。

所述的浆态床反应器1主要包括床体1-1、换热器1-2和气体分布器1-3，所述的床体1-1底部开有进气口，其进气口与氢气提纯设备6的出氢气口相连；床体1-1顶部开有出气口，其出气口与反应气处理设备2的进气口相连。

所述的换热器1-2为管式换热器，内置于床体1-1内下部，进料口与供冷却料管网系统相连，出料口与再热器5的进料口相连。

所述的气体分布器1-3位于浆态床反应器1的床体1-1内下部，位于换热器1-2的下方，其进气口与氢气提纯设备6的出氢气口相连。

所述的反应气处理设备2进气口与浆态床反应器1的床体1-1的出气口相连，出口与乙烯产品气管网系统相连。

所述的燃烧器3的进气口与供空气管网系统相连，进燃料口与氢气提纯设备6的出杂气口相连，出气口与热解器进烟气口相连。

所述的热解器4的进汽口与再热器5的出汽口相连，出气口与氢气提纯设备6的进气口相连，进烟气口与燃烧的出气口相连，出烟气口与再热器5的进烟气口相连。

所述的再热器5采用一级换热器，其进料口与换热器1-2的出料口相连，出汽口与热解器4的进汽口相连，进烟气口与热解器4的出烟气口相连，出烟气口与排烟气系统相连。

所述的氢气提纯设备6的进气口与热解器4的出气口相连，出氢气口与浆态床反应器1的进气口相连，出杂气口与燃烧器3的进燃料口相连。

由甲醇热解制氢单元的氢气提纯设备6来的200Nm³/h高纯氢气a和75Nm³/h乙炔b组成的275Nm³/h反应原料气c并进入到温度为120℃的浆态床反应器1内，经气体分布器1-3均匀分布后进入到床体1-1的浆料层内，并与浆料层内的催化剂充分接触，在催化剂的作用下发生反应而生成温度为120℃、流量为70Nm³/h的纯乙烯，同时放出大量的反应热，这些反应热使浆态床反应器1内整个反应体系温度上升，为了确保整个反应体系温度将维持稳定，通过换热器1-2的进料口向换热器1-2内加入由甲醇和水按1:1的混合成的温度为20℃、流量为240kg/h的低温混合液d，低温混合液d与浆态床反应器1内的浆料层物料换热并将反应体系内多余的反应热移出，确保了浆态床反应器1内反应体系温度维持稳定在120℃左右，换热后的低温混合液变成温度为90℃成饱和蒸汽状态的高温混合物料g并从换热器1-2内排出。

产生的乙烯气体及其混杂的气体或液体组分组成的流量为195Nm³/h、温度为120℃的反应气e以较高的温度状态从浆态床反应器1内排出。

从浆态床反应器1排出的反应气e进入到反应气处理设备2内进行冷却和分离提纯等过程处理，从而获得温度为40℃、流量为68Nm³/h的高纯的乙烯产品气体f并排入到乙烯管网系统。

从换热器1-2排出的高温混合物料g进入到甲醇热解制氢单元的再热器5内并与温度为210℃的中温烟气h换热，换热后高温混合物料g被加热成温度为150℃的高温蒸汽j并从再热器5内排出，而中温烟气h被冷却成温度为160℃的低温烟气i并从再热器5内排出后排放掉。

从再热器5排出的高温蒸汽j进入到热解器4内，并与温度为230℃的高温烟气k换热，换热后高温蒸汽j受热而发生热解反应而产生温度为200℃、氢气含量为74vol.％的的富氢热解气m并从热解器4排出；换热后的高温烟气k被冷却成温度为210℃的中温烟气i并被排入再热器5内对高温混合物料g加热。

从热解器4排出的富氢热解气m进入到氢气提纯设备6内进行冷却、分离和提纯等处理，而得到温度为40℃、流量为200Nm³/h、氢气含量为99.9vol.％的高纯氢气a和温度为40℃、流量为400Nm³/h、氢气含量为40vol.％级少量CO、CO₂等成分的含杂气体n。

分离出的高纯氢气a从氢气提纯设备6排出后作为反应原料气之一与乙炔气b混合成反应原料气c供乙炔加氢制乙烯反应使用；而含杂气体n从氢气提纯设备6排出后进入到燃烧器3内与空气p混合后燃烧产生高温烟气k，高温热烟气k通入热解器4后作为热源为甲醇热解制氢反应提供热量。

通过本实施例所述的装置和方法，可将浆态床反应器内释放的反应热除了维护反应体系温度稳定所需的热量之外的剩余部分全部转移至甲醇热解制氢反应单元，为甲醇热解提供热量，充分回收利用了反应热；不利用反应热而完全依靠甲醇制氢后剩余的杂气燃烧提供热量时，生产68Nm³/h同量的乙烯产品时，需要消耗280kg/h的混合原料液，而采用本实施例的装置和方法时，只消耗了240kg/h的混合原料液，减少了20kg/h的甲醇和20kg/h水的消耗，也即反应热转移并用于甲醇热解制氢，相当于减少了20kg/h甲醇的燃烧提供的热量，并且采用甲醇和水的混合液作为冷却介质，不再采用导热油和水等其他冷却介质，节省了资源。

实施例2

本实施例以210kg/h的按1:1.1比例配制的甲醇和水的混合液为冷却介质在浆态床反应器的换热器内换热后成为汽-液混态为具体实例来详细阐述本专利。

本实施例所用的浆态床乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合装置如图4所示，其中乙炔加氢制乙烯与甲醇热解制氢耦合反应的系统主要包括：浆态床反应器1和反应气处理设备2、燃烧器3、热解器4、再热器5和氢气提纯设备6。

所述的浆态床反应器1主要包括床体1-1、换热器1-2和气体分布器1-3。

所述的床体1-1底部开有进气口，其进气口与氢气提纯设备6的出氢气口相连；床体1-1顶部开有出气口，其出气口与反应气处理设备2的进气口相连。

所述的换热器1-2为夹套式换热器，外置于床体1-1下部，进料口与供冷却料管网系统相连，出料口与再热器5的二级换热器5-2的进料口相连。

所述的气体分布器1-3位于浆态床反应器1的床体1-1内下部，其进气口与氢气提纯设备6的出氢气口相连。

所述的反应气处理设备2进气口与浆态床反应器1的床体1-1的出气口相连，出口与乙烯产品气管网系统相连。

所述的燃烧器3的进气口与供空气管网系统相连，进燃料口与氢气提纯设备6的出杂气口相连，出气口与热解器进烟气口相连。

所述的热解器4的进汽口与再热器5的一级换热器5-1的出汽口相连，出气口与氢气提纯设备6的进气口相连，进烟气口与燃烧的出气口相连，出烟气口与再热器5的一级换热器5-1的进烟气口相连。

所述的再热器5采用二级换热器，即再热器5由一级换热器5-1和二级换热器5-2组成。一级换热器5-1的进料口与二级换热器5-2的出汽口相连，进烟气口与热解器4出烟气口相连，出汽口与热解器4的进汽口相连，出烟气口与二级换热器5-2的进烟气口相连。二级换热器5-2的进料口与浆态床反应器1的换热器1-2的出料口相连，进烟气口与一级换热器5-1的出烟气口相连，出汽口与一级换热器5-1的进汽口相连，出烟气口与排烟气系统相连。

所述的氢气提纯设备6的进气口与热解器4的出气口相连，出氢气口与浆态床反应器1的进气口相连，出杂气口与燃烧器3的进燃料口相连。

由甲醇热解制氢单元的氢气提纯设备6来的200Nm³/h高纯氢气a和75Nm³/h乙炔b组成的275Nm³/h反应原料气c并进入到温度为120℃的浆态床反应器1内，经气体分布器1-3均匀分布后进入到床体1-1的浆料层内，并与浆料层内的催化剂充分接触，在催化剂的作用下发生反应而生成温度为120℃、流量为70Nm³/h的纯乙烯，同时放出大量的反应热，这些反应热使浆态床反应器1内整个反应体系温度上升，为了确保整个反应体系温度将维持稳定，通过换热器1-2的进料口向换热器1-2内加入由甲醇和水按1:1.1的混合成的温度为20℃、流量为210kg/h的低温混合液d，低温混合液d与浆态床反应器1内的浆料层物料换热并将反应体系内多余的反应热移出，确保了浆态床反应器1内反应体系温度维持稳定在120℃左右，换热后的低温混合液变成温度为90℃成汽-液混态的高温混合物料g并从换热器1-2内排出。

产生的乙烯气体及其混杂的气体或液体组分组成的流量为195Nm³/h、温度为120℃的反应气e以较高的温度状态从浆态床反应器1内排出。

从浆态床反应器1排出的反应气e进入到反应气处理设备2内进行冷却和分离提纯等过程处理，从而获得温度为40℃、流量为68Nm³/h的高纯的乙烯产品气f并排入到乙烯管网系统。

从换热器1-2排出的高温混合物料g进入到甲醇热解制氢单元的再热器5的二级换热器5-1内并与温度为130℃的中低温烟气r换热，换热后高温混合物料g被加热成温度为110℃的饱和蒸汽q并从二级换热器5-2内排出，而中低温烟气r被冷却成温度为120℃的低温烟气i并从二级换热器5-2内排出后排放掉。

从二级换热器5-2排出的饱和蒸汽q进入到一级换热器5-1内并与温度为210℃的中温烟气h换热，换热后饱和蒸汽q被加热成温度为180℃的过热蒸汽j并从一级换热器5-1内排出，而中温烟气h被冷却成温度为130℃的中低温烟气r并从一级换热器5-1内排出后排放掉。

从二级换热器5-2排出的过热j进入到热解器4内，并与温度为230℃的高温烟气k换热，换热后高温蒸汽j受热而发生热解反应而产生温度为200℃、氢气含量为74vol.％的的富氢热解气m并从热解器4排出；换热后的高温烟气k被冷却成温度为210℃的中温烟气i并被排入再热器5内对高温混合物料g加热。

从热解器4排出的富氢热解气m进入到氢气提纯设备6内进行冷却、分离和提纯等处理，而得到温度为40℃、流量为200Nm³/h、氢气含量为99.9vol.％的高纯氢气a和温度为40℃、流量为300Nm³/h、氢气含量为35vol.％及少量CO、CO₂等成分的含杂气体n。

分离出的高纯氢气a从氢气提纯设备6排出后作为反应原料气之一与乙炔气b混合成反应原料气c供乙炔加氢制乙烯反应使用；而含杂气体n从氢气提纯设备6排出后进入到燃烧器3内与空气p混合后燃烧产生高温烟气k，高温热烟气k通入热解器4后作为热源为甲醇热解制氢反应提供热量。

通过本实施例所述的装置和方法，可将浆态床反应器内释放的反应热除了维护反应体系温度稳定所需的热量之外的剩余部分全部转移至甲醇热解制氢反应单元，为甲醇热解提供热量，充分回收利用了反应热；不利用反应热而完全依靠甲醇制氢后剩余的杂气燃烧提供热量时，生产68Nm³/h同量的乙烯产品时，需要消耗280kg/h的混合原料液，而采用本实施例的装置和方法时，只消耗了210kg/h的混合原料液，减少了33.3kg/h的甲醇和36.7kg/h水的消耗，也即反应热转移并用于甲醇热解制氢，相当于减少了33.3kg/h甲醇的燃烧提供的热量，并且采用甲醇和水的混合液作为冷却介质，不再采用导热油和水等其他冷却介质，节省了资源。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。