一种由煤热解气制丙烯酸的系统及方法与流程

本发明涉及化工领域，特别是一种由煤热解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：

低阶煤快速热解工艺的热解气成分主要以co和h2为主，大约占到80％左右。热解气中含尘量大，炉尘具有粘、轻、细不易捕集的特点。而且热解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。传统煤气的处理工艺是将煤气直接冷却，得到含尘煤焦油，煤焦油再加热进行加工，不仅能耗巨大，同时冷却过程中有废水废渣污染；或用氨水喷淋荒煤气降温、除尘，导致焦油中含尘量很高，同时带来废水和废渣污染，并且浪费了煤气的物理显热。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，将煤热解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煤热解气制丙烯酸的系统，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，提供一种由煤热解气制丙烯酸的系统，包括：

油气分离装置，该油气分离装置具有进口和出口；气体进口用于通入煤热解气；

油气分离装置，所述油气分离装置的气体进口连接煤热解气管道，用于通入煤热解气；

旋风分离装置，所述旋风分离装置的进口与所述油气分离装置的出口相连；

净化装置，所述净化装置的进口与所述旋风分离装置的出口相连；

提纯装置，所述提纯装置的进口与所述净化装置的出口相连；以及

反应器，所述反应器包含气体进口、液体进口以及排出口，所述反应器的气体进口与所述提纯装置的出口相连。

进一步地，所述反应器的排出口连接有冷凝装置；冷凝装置具有气体出口及液体出口。

所述油气分离装置用于分离煤热解气中的焦油，通过从油气分离装置顶部喷入换热媒介或在内部设置装有换热媒介的管道使高温的煤热解气冷却，使煤热解气中的焦油液化将其从气体中分离。优选地，油气分离装置设置有换热装置，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，所述换热管道可通过以下方式对所述反应器加热：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，所述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，换热管道上设置有流量阀，该流量阀用于控制换热管道内换热介质的流量，从而控制换热管道对反应器的加热程度。

反应器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，通过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可以调节对反应器的加热状态，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。

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。

根据本发明，提供一种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：通过油气分离装置冷却煤热解气并除去煤热解气中的焦油；

步骤二：将经过步骤一处理的煤热解气送入旋风分离装置除去煤热解气中的粉尘固体；

步骤三：将经过步骤二处理的煤热解气送入净化装置脱去煤热解气中的硫、氧、碳杂质；

步骤四：将经过步骤三处理的煤热解气送入提纯装置除去氢气、甲烷、二氧化碳气体，得到纯化一氧化碳气体；

步骤五：将步骤四得到的一氧化碳气体、乙炔和水送入反应器中反应生成丙烯酸。

进一步地，步骤一中通过油气分离装置冷却煤热解气所产生的热量输送至所述反应器用于对其加热。

进一步地，步骤五中先将乙炔溶解于有机溶剂和水中，再与一氧化碳反应。

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，催化剂含有至少一种钯盐。

更进一步地，钯盐包括卤化钯、乙酸钯、硝酸钯、硫酸钯。

进一步地，反应器的反应温度为100-150℃。

本发明的有益效果是：

本发明为了解决目前煤热解企业的尾气利用率较低、污染环境的问题，提供一种处理煤热解气的系统及方法。煤热解气净化提纯后得到的co气体与乙炔在反应器中催化加热反应得到丙烯酸。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。通过高温煤热解气首先与反应器进行换热，将高温的煤热解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是本发明由煤热解气制丙烯酸的系统示意图；

图2是本发明由煤热解气制丙烯酸的方法的示意图。

附图标记

1油气分离装置、2旋风分离装置、3净化装置、4提纯装置、5反应器、6煤热解装置。

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，虚线仅用于示意热量传递路线。

如图1所示，本发明使用的系统包括油气分离装置1、旋风分离装置2、净化装置3、提纯装置4、和反应器5。油气分离装置1具有进口和出口，将来自煤热解装置6的煤热解气送入至油气分离装置1的进口；旋风分离装置2、净化装置3、提纯装置4均具有进口和出口；反应器5包含气体进口、液体进口以及排出口。油气分离装置1的出口与旋风分离装置2的进口相连，旋风分离装置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的出口与反应器5的气体进口相连。

反应器5为现有的双层反应器，包括外层和内腔。反应器5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。反应器5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5的液体进口和气体进口到达反应器内腔进行反应。反应器5的液体进口用于送入溶解的乙炔和水。反应器5的外层通过换热管道连接至油气分离装置1中的换热装置，该换热装置将从煤热解气中吸收的热量通过换热管道传输给反应器的外层。反应器5的反应热量由反应器外层供给。换热管道上设置有温度自动控制流量阀，该温度自动控制流量阀用于控制换热管道内热量的流量，进而控制换热管道对反应器的加热温度。换热管道对反应器加热的温度可达100℃以上。冷凝装置的气体出口用于排出反应器5内未反应的co气体，冷凝装置的液体出口用于排出反应器5中的产物丙烯酸。

由于煤热解气温度可达到1000℃以上，经过换热装置1换热后的换热介质的温度能够达到100℃以上；优选地，将上述温度控制在120-200℃。高温煤热解气通过换热器1后换热介质的热量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)。

将高温的煤热解气经过换热装置1冷却，煤热解气的热量经由油气分离装置1输送至反应器5，同时由其中的换热器为反应器5提供反应热量；接着将煤热解气送入旋风分离装置2，除去煤热解气中的粉尘固体及焦油微粒。将从旋风分离装置2中处理后的煤热解气送入净化装置3脱去煤热解气中的硫、氧、碳杂质。随后将从净化装置3中处理后的煤热解气送入psa装置除去含量稍低的氢气、甲烷气体，得到纯化一氧化碳气体。一氧化碳气体通过反应器5的气体进口进入至反应器5。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5的液体进口进入至反应器5。再将反应器5加热至反应温度110℃，以一氧化碳作为羰基化原料，在含有卤化钯的催化剂作用下，在反应器5中与乙炔和水反应生成丙烯酸。

其中，卤化钯可以是氯化钯或溴化钯。

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。

将高温的煤热解气经过油气分离装置1除去焦油，煤热解气的热量经由油气分离装置1中的换热装置输送至反应器5，为反应器5提供反应热量；接着将煤热解气送入旋风分离装置2，除去煤热解气中的粉尘固体。将从旋风分离装置2中处理后的煤热解气送入净化装置3脱去煤热解气中的硫、氧、碳杂质。随后将从净化装置3中处理后的煤热解气送入膜分离装置除去含量稍低的氢气、甲烷气体，得到纯化一氧化碳气体。一氧化碳气体通过反应器5的气体进口进入至反应器5，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5的液体进口进入至反应器5。将反应器5加热至反应温度150℃，以纯化一氧化碳作为羰基化原料，在含有乙酸钯的催化剂作用下，在反应器5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，将乙炔溶解于溶剂四氢呋喃中；将反应器5加热至反应温度120℃，乙炔、水和一氧化碳气体在含有硝酸钯的催化剂作用下，在反应器5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，将乙炔溶解于溶剂2-甲基四氢呋喃中；将反应器5加热至反应温度130℃，乙炔、水和一氧化碳气体在含有乙酸钯的催化剂作用下，在反应器5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：将乙炔溶解于溶剂n-甲基吡咯烷酮中；将反应器5加热至反应温度140℃，乙炔、水和一氧化碳气体在反应器5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：将乙炔溶解于溶剂二甲基甲酰胺中；将反应器5加热至反应温度100℃，乙炔、水和一氧化碳气体在含有硫酸钯催化剂作用下，在反应器5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：将乙炔溶解于溶剂乙酰丙酮中；将反应器5加热至反应温度135℃，乙炔、水和一氧化碳气体在反应器5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煤热解气，煤热解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。此外，本发明中高温煤热解气在进行油气分离的同时与反应器换热，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。