一种兰炭经电石合成丙烯酸的系统及方法与流程

本发明涉及化工技术领域，更具体地，涉及一种兰炭经电石合成丙烯酸的系统及方法。

背景技术：

兰炭又称半焦，是以优质侏罗纪不粘煤和弱粘煤为原料，通过中低温干馏(600-800℃)工艺生产制得的优质焦炭，兰炭产品广泛应用于电石、铁合金、化肥造气、生铁冶炼、高炉喷吹等生产领域和城市居民洁净用煤。在我国兰炭主要消费领域中电石领域消费量占兰炭总消费量的80％以上，其他领域消费量总和占兰炭总消费量不超过20％。兰炭生产电石过程中会产生富含co的电石炉尾气，目前大量的电石生产企业仅是将尾气放空或火炬直接烧掉，浪费了大量的co资源。

目前兰炭生产电石主要用于生产pvc，采用的催化剂主要为含汞催化剂，随着pvc产能的饱和以及对环保的要求越来越高，急需寻找高附加值的电石下游产品。

乙炔羰基化制丙烯酸是以乙炔、co和水为原料，在催化剂的作用下合成丙烯酸的过程。我国煤、天然气资源丰富，而且富产电石，并且电石法制乙炔尾气中含有大量的一氧化碳可作为乙炔羰基合成丙烯酸的羰基源，因此，此工艺在我国发展具有资源优势。

丙烯酸分子内含有一个碳-碳双键和一个羧基，是一种重要的化工基础原料。丙烯酸被广泛用作合成高分子材料的单体和合成丙烯酸酯，用于涂料、纺织、粘合剂、皮革、纤维等领域。开发由兰炭生产丙烯酸的技术有很大发展前景。

目前，丙烯酸的工业生产主要采用丙烯部分氧化法和乙炔羰基合成法。丙烯部分氧化法以廉价的丙烯为原料，生产成本较低，但是此法过分依赖十分紧张的石油资源。而乙炔羰化法不依赖石油，特别适合于贫油、富气、富煤国家或地区发展精细化工。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种兰炭经电石合成丙烯酸的系统及方法。能有效克服当前石油法制丙烯酸工艺流程长、投资高、水量需求大的缺点，具有广阔的应用前景。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明，提供一种兰炭经电石合成丙烯酸的系统，包括：

电石系统，电石系统包含电石炉，电石炉包括兰炭入口、生石灰入口、电石出口和尾气出口；

乙炔发生器，乙炔发生器包括电石入口、水入口和乙炔出口，乙炔发生器与电石系统相连；

分离提纯装置，分离提纯装置包括尾气入口、一氧化碳出口以及废气出口，尾气入口与电石炉的尾气出口相连；

羰基化反应器，羰基化反应器包括乙炔入口、一氧化碳入口、水入口和丙烯酸产物出口，乙炔入口与乙炔发生器的乙炔出口相连，一氧化碳入口与分离提纯装置的一氧化碳出口相连。

进一步地，羰基化反应器还包括燃料气入口，燃料气入口用于为羰基化反应器的加热装置提供燃料气；燃料气入口与分离提纯装置的废气出口相连。

进一步地，电石系统还包含电石破碎装置，电石破碎装置用于对电石炉中产生的电石进行破碎处理；电石破碎装置具有物料入口和碎料出口；物料进口与电石炉的电石出口相连，碎料出口与乙炔发生器的电石入口相连。

进一步地，分离提纯装置是变压吸附装置、深冷分离装置、膜分离装置的一种或多种组合。

进一步地，羰基化反应器是釜式反应器、列管式反应器或浆态床反应器。

根据本发明，还提供一种如上的系统由兰炭合成丙烯酸的方法，包括：

1)将兰炭和生石灰粉末输送至电石炉进行电石反应，得到电石和富含一氧化碳的尾气；

2)将电石在电石破碎装置内破碎，得到电石颗粒；将富含一氧化碳的尾气经过分离提纯装置处理，得到一氧化碳和剩余尾气；

3)电石颗粒输送至乙炔发生器中与水发生反应，得到乙炔气；

4)将水、步骤3)得到的乙炔气和步骤2)得到的一氧化碳通入羰基化反应器中并发生反应，获得产品丙烯酸。

进一步地，步骤2)中产生的剩余尾气输送至羰基化反应器的燃料气入口，用于作为羰基化反应器的加热装置的燃料气。

进一步地，步骤2)中，电石颗粒的粒径不大于80mm。

更进一步地，步骤2)中，电石颗粒的粒径为50-80mm，可以在保证破碎成本较低的同时使乙炔气的品质和产率最佳。

进一步地，步骤1)中，兰炭与石灰粉的质量比为(0.63-0.7)∶1。

进一步地，步骤3)中，电石颗粒与水的质量比为(4.2-4.8)∶1。

进一步地，步骤2)中分离提纯后的一氧化碳的纯度可达99％以上。

本发明的有益效果是：

1)通过本发明提供的兰炭经电石生产丙烯酸的系统，可以缓解兰炭和电石供需矛盾，扩大兰炭、电石的工业应用范围，同时有效利用了电石炉尾气中的大量一氧化碳，节能减排，可减排电石炉尾气90％以上。丰富了丙烯酸生产方法，延伸了产品产业链，提高了产品附加值。

2)电石尾气提纯一氧化碳后的剩余尾气作为燃料气燃烧给羰基化反应器供热，进一步有效利用电石炉尾气中的其它组分，并且降低了燃料气的成本。

附图说明

图1是按照本发明的实施例的兰炭经电石合成丙烯酸的系统的示意图；

图2是按照本发明的实施例的兰炭经电石合成丙烯酸的方法流程图。

附图标记

电石炉100、兰炭入口110、生石灰入口120、电石出口130、尾气出口140、电石破碎装置200、物料入口210、碎料出口220、乙炔发生器300、电石入口310、水入口320、乙炔出口330、分离提纯装置400、尾气入口410、一氧化碳出口420、废气出口430、羰基化反应器500、乙炔入口510、一氧化碳入口520、水入口530、丙烯酸产物出口540、燃料气入口550。

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。

如图1-2所示，提供一种兰炭经电石合成丙烯酸的系统，包括：电石系统，乙炔发生器300，分离提纯装置400以及羰基化反应器500。

电石系统包含电石炉100，电石炉100包括兰炭入口110、生石灰入口120、电石出口130和尾气出口140；

乙炔发生器300包括电石入口310、水入口320和乙炔出口330，乙炔发生器300与电石系统相连；

分离提纯装置400包括尾气入口410、一氧化碳出口420以及废气出口430，尾气入口410与电石炉100的尾气出口140相连；

羰基化反应器500包括乙炔入口510、一氧化碳入口520、水入口530和丙烯酸产物出口540，乙炔入口与乙炔发生器300的乙炔出口相连，一氧化碳入口与分离提纯装置400的一氧化碳出口相连。

羰基化反应器500还包括燃料气入口550，燃料气入口550用于为羰基化反应器500的加热装置提供燃料气；燃料气入口550与分离提纯装置400的废气出口430相连。

电石系统还包含电石破碎装置200，电石破碎装置200用于对电石炉100中产生的电石进行破碎处理；电石破碎装置200具有物料入口210和碎料出口220；物料进口与电石炉100的电石出口130相连，碎料出口220与乙炔发生器300的电石入口310相连。

分离提纯装置400是变压吸附装置、深冷分离装置、膜分离装置的一种或多种组合。

羰基化反应器500是釜式反应器、列管式反应器或浆态床反应器。

如图1-2所示，由兰炭合成丙烯酸的方法，包括：

1)将质量比为(0.63-0.7)∶1的兰炭和生石灰粉末输送至电石炉100进行电石反应，得到电石和富含一氧化碳的尾气；

2)将电石在电石破碎装置200内破碎，得到电石颗粒，电石颗粒的粒径不大于80mm；将富含一氧化碳的尾气经过分离提纯装置400处理，得到一氧化碳和剩余尾气；分离提纯后的一氧化碳的纯度可达99％以上；剩余尾气输送至羰基化反应器500的燃料气入口，用于作为羰基化反应器500的加热装置的燃料气。

3)电石颗粒输送至乙炔发生器300中与水发生反应，电石颗粒与水的质量比为(4.2-4.8)∶1，得到乙炔气；乙炔气在净化装置中净化除去水和其它杂质后使用。

4)将水、步骤3)得到的乙炔气和步骤2)得到的一氧化碳通入羰基化反应器500中并发生反应，获得产品丙烯酸。

优选地，步骤2)中，电石颗粒的粒径为50-80mm，可以在保证破碎成本较低的同时使乙炔气的品质和产率最佳。

优选地，兰炭颗粒粒径控制在5-25mm范围内为宜。

兰炭和生石灰的颗粒粒径越小，反应能耗越低，反应效率提高。如果电石粒径过大，则与水反应不充分，影响乙炔气品质，且会使能耗升高；而如果将电石破碎至更小粒径，则会显著提高破碎成本。将电石粒径破碎至50～80mm，可以在保证破碎成本较低的同时使乙炔气的品质和产率最佳。

实施例1

本实施例采用如上所述的系统和方法由兰炭合成丙烯酸。

兰炭经过干燥和筛分，使兰炭水分量降至1wt％、兰炭颗粒粒径控制在5-25mm；兰炭与生石灰粉末以质量比为0.65∶1的比例混合，进入密闭电石炉100内进行反应，反应后生成电石。电石经过冷却、净化后粉碎为粒径50～80mm的颗粒，进入乙炔发生器300，电石与水按照4.5∶1的质量比反应得到乙炔气；电石炉100尾气通过变压吸附装置得到剩余尾气和纯度99.5％的一氧化碳，剩余尾气作为燃料气为列管式反应器提供热源。经过本实施例的系统和方法，1000kg兰炭可得到398kg左右的乙炔。水、所得的乙炔气和一氧化碳均通入列管式反应器进行反应，反应温度200℃，生产得到981kg丙烯酸。电石炉100尾气提纯co作为原料生产丙烯酸，提纯过程产生的剩余尾气作为燃料气给列管式反应器供热，整个过程尾气得到了全面的利用，减少90％的电石炉100尾气排放量。

实施例2

本实施例采用如上所述的系统和方法由兰炭合成丙烯酸。

兰炭经过干燥和筛分，使兰炭水分量降至1wt％、兰炭颗粒粒径控制在5-25mm；兰炭与生石灰粉末以质量比为0.7∶1的比例混合，进入密闭电石炉100内进行反应，反应后生成电石。电石经过冷却、净化后粉碎为粒径50～80mm的颗粒，进入乙炔发生器300，电石与水按照4.8∶1的质量比反应得到乙炔气；电石炉100尾气通过深冷分离装置得到剩余尾气和纯度99.2％的一氧化碳，剩余尾气作为燃料气为列管式反应器提供热源。经过本系统，1000kg兰炭可得到387kg左右的乙炔。水、所得的乙炔气和一氧化碳均通入列管式反应器进行反应，反应温度200℃，生产得到956kg丙烯酸。电石炉100尾气提纯co作为原料生产丙烯酸，提纯过程产生的剩余尾气作为燃料气给列管式反应器供热，整个过程尾气得到了全面的利用，减少91％的电石炉100尾气排放量。

实施例3

本实施例采用如上所述的系统和方法由兰炭合成丙烯酸。

兰炭经过干燥和筛分，使兰炭水分量降至1wt％、兰炭颗粒粒径控制在5-25mm；兰炭与生石灰粉末以质量比为0.68∶1的比例混合，进入密闭电石炉100内进行反应，反应后生成电石。电石经过冷却、净化后粉碎为粒径50～80mm的颗粒，进入乙炔发生器300，电石与水按照4.4∶1的质量比反应得到乙炔气；电石炉100尾气通过变压吸附装置得到剩余尾气和纯度99.0％的一氧化碳，剩余尾气作为燃料气为浆态床反应器提供热源。经过本系统，1000kg兰炭可得到391kg左右的乙炔。水、所得的乙炔气和一氧化碳均通入浆态床反应器进行反应，反应温度200℃，生产得到975kg丙烯酸。电石炉100尾气提纯co作为原料生产丙烯酸，提纯过程产生的剩余尾气作为燃料气给浆态床反应器供热，整个过程尾气得到了全面的利用，减少90％的电石炉100尾气排放量。

实施例4

本实施例采用如上所述的系统和方法由兰炭合成丙烯酸。

兰炭经过干燥和筛分，使兰炭水分量降至1wt％、兰炭颗粒粒径控制在5-25mm；兰炭与生石灰粉末以质量比为0.63∶1的比例混合，进入密闭电石炉100内进行反应，反应后生成电石。电石经过冷却、净化后粉碎为粒径50～80mm的颗粒，进入乙炔发生器300，电石与水按照4.2∶1的质量比反应得到乙炔气；电石炉100尾气通过膜分离装置得到剩余尾气和纯度99.3％的一氧化碳，剩余尾气作为燃料气为釜式反应器提供热源。经过本系统，1000kg兰炭可得到376kg左右的乙炔。水、所得的乙炔气和一氧化碳均通入釜式反应器进行反应，反应温度200℃，生产得到944kg丙烯酸。电石炉100尾气提纯co作为原料生产丙烯酸，提纯过程产生的剩余尾气作为燃料气给釜式反应器供热，整个过程尾气得到了全面的利用，减少90％的电石炉100尾气排放量。

以上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。