一种乙炔精脱及加氢制乙烯的反应系统的制作方法

本实用新型属于乙烯制备领域，尤其涉及一种乙炔精脱及加氢制乙烯的反应系统。

背景技术：

乙烯是石油化学工业的一种主要原料，目前制备工艺方法主要是通过石脑油的裂解制烯烃和煤制烯烃。2015年国内乙烯总产能达到2200万t/a左右，2020年国内乙烯产能进一步将增加到3250万t/a，而预计到2020年国内乙烯消费量为4800万吨/年，则将出现需求大于产能的现象。这对石油储备并不丰富的我国来说构成了严重的战略威胁。因此，寻求另一种新的来源和工艺方法以制备乙烯，从而可在工业生产领域替代石油，能够很大程度上缓解我国对于石油原料的依赖性。

在煤化工技术中，以煤为原料通过电石工艺或以天然气为原料通过非催化部分氧化工艺制取乙炔，已广泛应用。以乙炔为原料，在选择性加氢催化剂作用下，通过加氢制备乙烯产品，可进一步拓展煤化工发展途径。且近些年来乙炔主要的下游产品聚氯乙烯(PVC)已经供大于求，PVC产业利润不高，急需拓展乙炔下游产品产业链；而聚乙烯价格随石油价格波动很大，且其他下游产品如乙二醇，丁二醇、丙烯酸、聚乙烯醇等也有很好的经济价值。因此，开发乙炔加氢制乙烯的新工艺技术可以为乙烯工业提供一种新原料来源，并降低乙烯对石油资源的依赖程度及乙烯的生产成本，具有广阔的应用前景。

虽然乙炔选择加氢是当前的关注热点，国内外的报道也比较多，但其研究内容主要集中于除去石油烃裂解制备乙烯工艺过程中微量的乙炔(0.01—5体积％)。乙炔加氢是强放热反应，高浓度乙炔加氢放出大量反应热，床层移热困难，易造成催化剂失活、副反应增多、乙烯收率下降。

现有技术公开了一种高纯乙炔加氢制乙烯的系统及方法。研究者发现高纯乙炔加氢所用贵金属催化剂活性及寿命极易受乙炔净化工艺的影响，需将硫磷砷含量脱除至10ppb以下，且未反应的氢气再循环至压缩机入口，极大的增加了压缩机占地、投资及运行能耗。

电石生成的乙炔常混有硫化氢、磷化氢及砷化氢等杂质，因此在工业应用上需要对粗乙炔气进行净化，以得到纯净的乙炔气以应用于工业生产。现有技术中，对粗乙炔气进行净化的工艺主要有两种：次氯酸钠净化工艺及浓硫酸净化工艺，然而工业上次氯酸钠及浓硫酸净化工艺只能将粗乙炔中有害杂质(硫、磷、砷)脱除至＞50ppb。继续采用传统净化工艺，极大增加净化设备投资及运行能耗。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种乙炔精脱及加氢制乙烯的反应系统，以解决固定床高纯乙炔加氢制乙烯的飞温现象、反应热移热困难及床层压降大的问题。同时避免了现有乙炔净化精度不高，高分散的贵金属催化剂易受微量杂质影响而失活，及高氢炔比原料气压缩的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种乙炔精脱及加氢制乙烯的反应系统，所述系统包括加氢反应单元、真空过滤单元、旋转床再生单元、真空低压蒸馏单元、分离单元、混合提压单元和流化床精脱单元；其中，

所述加氢反应单元设有回收浆液入口、净化气入口、浆液出口和气体出口；

所述真空过滤单元设有浆液入口、液相物料出口及固相物料出口，所述浆液入口与所述浆液出口连接；

所述旋转床再生单元设有进料口、出料口、气氛气体入口、气氛气体出口，所述进料口经皮带传送装置与所述固相物料出口连接，所述出料口与所述回收浆液入口连接，所述气氛气体入口用于输入气氛气体氢气和氮气使催化剂再生，所述气氛气体出口用于将输出的气氛气体再循环输出至所述气氛气体入口；

所述真空低压蒸馏单元设有液相物料入口、溶剂出口及重组分出口，所述液相物料入口连接所述液相物料出口，所述溶剂出口与所述回收浆液入口连接；

所述分离单元包括气体入口和循环氢气出口，所述气体入口连接所述气体出口，所述循环氢气出口与所述净化气入口相连；

所述混合提压单元包括乙炔入口、氢气入口和混合提压单元气体出口；

所述流化床精脱单元包括换热器气体入口和净化气出口，所述换热器气体入口和所述混合提压单元气体出口相连；所述流化床精脱单元包括精脱床及再生床，所述精脱床装填有用于脱除粗乙炔气中杂质的保护剂。

具体地，所述加氢反应单元包括浆态床、温控装置、冷凝器和气液冷凝分离装置。其中，

所述浆态床设有所述净化气入口、凝液入口、所述回收浆液入口、换热介质入口、气体产品出口、所述浆液出口、换热介质出口。

所述温控装置通过所述换热介质入口、所述换热介质出口与所述浆态床连通。

所述冷凝器包括气体产品入口和冷凝气液混合物出口，所述气体产品入口与所述气体产品出口相连。

所述气液冷凝分离装置包括冷凝气液混合物入口、凝液出口以及气体出口，所述冷凝气液混合物入口与所述冷凝气液混合物出口相连，所述凝液出口与所述凝液入口相连。

进一步地，所述流化床精脱单元包括原料气换热器和双流化床保护器，所述双流化床保护器包括精脱床及再生床。其中，

所述原料气换热器包括所述换热器气体入口和换热器气体出口，

所述精脱床设有原料气入口、再生后保护剂入口、净化气出口和保护剂出口，所述原料气入口和所述换热器气体出口相连，所述精脱床内部装填有所述保护剂及其载体，所述保护剂用于脱除粗乙炔气中的杂质。

所述再生床设有再生剂入口、保护剂入口和再生后保护剂出口，所述保护剂入口连接所述保护剂出口，所述再生后保护剂出口连接所述再生后保护剂入口。

进一步地，所述混合提压单元包括前缓冲罐、往复式压缩机及后缓冲罐顺序连接，所述前缓冲罐包括所述乙炔入口和所述氢气入口，所述后缓冲罐包括设有所述混合提压单元气体出口；或者，

所述混合提压单元包括前缓冲罐、水环式压缩机、后缓冲罐以及除水干燥装置顺序连接，所述前缓冲罐包括所述乙炔入口和所述氢气入口，此时，所述混合提压单元气体出口设置在所述除水干燥装置上。

本实用新型提供的乙炔加氢制乙烯的系统，解决了固定床高纯乙炔加氢制乙烯的飞温现象、反应热移热困难及床层压降大、浆态床反应压力低、生产能力小的问题及绿油积聚、影响催化剂活性的问题。同时避免了现有乙炔净化工艺精度不高，加氢贵金属催化剂易失活，及高氢炔比原料气压缩的缺陷。

本实用新型采用乙炔与氢气1:1混合压缩，极大减少了混合气体积流量，减少了压缩机占地及投资，降低了压缩机运行能耗。本实用新型采用连续真空过滤及低压蒸馏技术，避免了绿油积聚、影响催化剂活性的缺陷，并实现了溶剂再生。

本实用新型采用旋转床再生催化剂技术，实现了催化剂在线再生，降低了工艺对催化剂寿命的要求，使得浆态床中催化剂活性高、状态稳定。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型的乙炔加氢制乙烯的工作流程图。

图2为本实用新型的乙炔加氢制乙烯的系统简图；其中，

1-加氢反应单元、2-真空过滤单元、3-旋转床再生单元、4-真空低压蒸馏单元、5-分离单元、6-混合提压单元、7-流化床精脱单元；其中，

11-浆态床、12-温控装置、13-冷凝器、14-气液冷凝分离装置；

111-净化气入口、112-凝液入口、113-回收浆液入口、114-换热介质入口、115-气体产品出口、116-所述浆液出口、117-换热介质出口；

131-气体产品入口、132-冷凝气液混合物出口；

141-冷凝气液混合物入口、142-气体出口、143-凝液出口142；

21-浆液入口、22-液相物料出口、23-固相物料出口；

31-进料口、32-出料口、33-气氛气体入口、34-气氛气体出口；

41-液相物料入口、42-溶剂出口、43-重组分出口；

51-气体入口、52-循环氢气出口、53-乙烯出口、54-副产品出口；

61-前缓冲罐、62-往复式压缩机、63-后缓冲罐；

611-乙炔入口、612-氢气入口；

631-混合提压单元气体出口；

71-原料气换热器、72-精脱床、73-再生床；

711-换热器气体入口、712-换热器气体出口；

721-原料气入口、722-再生后保护剂入口、723-净化气出口、724-保护剂出口；

731-再生剂入口、732-保护剂入口、733-再生后保护剂出口、734-再生剂出口。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型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实用新型的方案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，而不是对本实用新型的限制。

如图2，本实用新型提出了一种乙炔精脱及加氢制乙烯的反应系统，所述系统包括加氢反应单元1、真空过滤单元2、旋转床再生单元3、真空低压蒸馏单元4、分离单元5、混合提压单元6和流化床精脱单元7。

所述加氢反应单元1设有回收浆液入口113、净化气入口111、浆液出口116和气体出口142；所述加氢反应单元1中反应物料包括催化剂及催化剂稀释剂。所述的催化剂稀释剂包括珍珠岩颗粒、氧化铝颗粒、氧化硅颗粒、分子筛和陶瓷颗粒中的一种或几种；所述催化剂稀释剂粒径为所述催化剂平均粒径的80％-120％；所述催化剂稀释剂与所述催化剂的质量比为0.1-10:1。

所述真空过滤单元2设有浆液入口21、液相物料出口22及固相物料出口23，所述浆液入口21与所述浆液出口116连接；

所述旋转床再生单元3设有进料口31、出料口32、气氛气体入口33、气氛气体出口34，所述进料口31经皮带传送装置与所述固相物料出口23连接，所述出料口32与所述回收浆液入口113连接，所述气氛气体入口33用于输入气氛气体氢气和氮气使催化剂再生，所述气氛气体出口34用于将输出的气氛气体再循环输出至所述气氛气体入口33。

所述真空低压蒸馏单元4设有液相物料入口41、溶剂出口42及重组分出口43，所述液相物料入口41连接所述液相物料出口22，所述溶剂出口42与所述回收浆液入口113连接，可实现溶剂的循环利用，重组分出口43用于输出副产品绿油。

所述分离单元5包括气体入口51、循环氢气出口52、乙烯出口53、副产品出口54，所述气体入口51连接所述气体出口142，所述循环氢气出口52与所述净化气入口111相连。

所述混合提压单元6包括乙炔入口611、氢气入口612和混合提压单元气体出口631。

所述流化床精脱单元7包括换热器气体入口711和净化气出口723，所述换热器气体入口711和所述混合提压单元气体出口631相连；所述流化床精脱单元7包括精脱床72及再生床73，所述精脱床装填有用于脱除粗乙炔气中杂质的保护剂。

具体地，所述加氢反应单元1包括浆态床11、温控装置12、冷凝器13和气液冷凝分离装置14。

所述浆态床11设有所述净化气入口111、凝液入口112、所述回收浆液入口113、换热介质入口114、气体产品出口115、所述浆液出口116、换热介质出口117。

所述温控装置12通过所述换热介质入口114、所述换热介质出口117与所述浆态床11连通。

所述冷凝器13包括气体产品入口131和冷凝气液混合物出口132，所述气体产品入口131与所述气体产品出口115相连。

所述气液冷凝分离装置14包括冷凝气液混合物入口141、凝液出口143以及气体出口142，所述冷凝气液混合物入口141与所述冷凝气液混合物出口132相连，所述凝液出口143与所述凝液入口112相连。

进一步地，所述流化床精脱单元7包括原料气换热器71和双流化床保护器，所述双流化床保护器包括精脱床72及再生床73。

所述原料气换热器71包括所述换热器气体入口711和换热器气体出口712。

所述精脱床72设有原料气入口721、再生后保护剂入口722、净化气出口723和保护剂出口724，所述原料气入口721和所述换热器气体出口712相连，所述精脱床内部装填有所述保护剂及其载体，所述保护剂用于脱除粗乙炔气中的杂质。

所述再生床73设有再生剂入口731、保护剂入口732、再生后保护剂出口733、再生剂出口734，所述保护剂入口732连接所述保护剂出口724，所述再生后保护剂出口733连接所述再生后保护剂入口722。

所述保护剂活性组分包括氧化态和/或金属态的Ag、Cu、Zn、Co、Ni、Fe、Mn等。所述载体包括氧化硅、氧化铝、陶瓷、硅藻土及分子筛等。

当所述保护剂失效时，将所述精脱床的保护剂输至所述再生床，从所述再生剂入口通入氮气吹扫，当氮气中可燃气体积分数＜0.1％时采用温度120-150℃的水蒸气吹扫0.5-4h，最后采用氮气或氮气及氢气的混合气吹扫至露点≤-42℃，然后将再生后的保护剂输至所述精脱床继续使用。

进一步地，所述混合提压单元6包括前缓冲罐61、往复式压缩机62及后缓冲罐63顺序连接，所述前缓冲罐61包括所述乙炔入口611和所述氢气入口612，所述后缓冲罐631包括设有所述混合提压单元气体出口631；或者，

所述混合提压单元6包括前缓冲罐61、水环式压缩机62、后缓冲罐63以及除水干燥装置(图未示出)顺序连接，所述前缓冲罐包括所述乙炔入口和所述氢气入口，此时，所述混合提压单元气体出口设置在所述除水干燥装置上(图未示出)。

本实用新型还提供了一种制备乙烯的方法，其特征在于，包括步骤：

A.将乙炔和氢气通过所述混合提压单元提压混合；

B.将混合加压后的乙炔和氢气通入所述流化床精脱单元脱除有害杂质后，输送至所述加氢反应单元进行反应；

C.将乙炔加氢气反应后的气相产物通过所述分离单元进行分离，得到产物乙烯与富余氢气，所述富余氢气送入所述加氢反应单元；

D.将所述加氢反应单元中的浆液引出，通过所述真空过滤单元分离得到固相物料及液相物料；

E.将所述固相物料经过所述旋转床再生单元处理，得到再生催化剂输至所述加氢反应单元；

F.将所述液相物料通过所述真空低压蒸馏单元处理，进行溶剂回收。

优选地，将原料气乙炔与氢气摩尔比控制为1:1，混合升压后原料气露点≤-42℃，压力≤0.22MPa，温度≤90℃。将所述双流化床保护器操作温度控制在＜30℃。所述反应单元中氢气与乙炔摩尔比为：2.5-9.5:1。所述旋转床再生单元的气氛为氢气和氮气，其摩尔比为1:3-6，所述旋转床再生单元内的温度范围为20-750℃。

本实施方式中，温控装置12为导热油系统，设有电加热器、冷凝装置及温度自控系统。导热油系统以导热油作为换热介质，对浆态床进行控温。

现以以下最佳实施例来说明本实用新型。以下实施例中的工艺数值为示例性的说明，具体范围以说明书实用新型内容中的值为准。

实施例1

利用本实用新型的系统，将粒径为100目-150目的催化剂稀释剂氧化铝与乙炔加氢催化剂按照2:1的质量比例混合均匀形成固相物料，后加入浆态床内部与溶剂N-甲级吡咯烷酮混合形成浆液。将乙炔与氢气按1:1的摩尔比通过压缩机混合提压，形成混合气，提压至0.18MPa,温度为60℃，露点为-44℃。压缩后的原料气进入原料气换热器降温至28℃，后通入精脱床，精脱床温度控制在28℃。精脱床中保护剂活性组分为氧化铜及氧化锌，载体为颗粒状氧化硅。精脱床中保护剂输送至再生床中，由再生剂进口通入再生剂，再生剂由再生剂出口排出，再生后的保护剂输送至精脱床使用。

净化气通过浆态床内部气体分布器进入浆液，浆态床中氢气与乙炔摩尔比为6:1，在170℃条件下反应。反应后的气相物料经过深冷分离得到目标产物乙烯，回收的氢气与原料氢气混合返回加氢反应单元。液相物料经转鼓真空过滤机得到固相物料及液相物料。固相物料经皮带送至旋转床，旋转床气氛为氢气和氮气，其摩尔比为1:4，经预热、烘干、焙烧及还原得到再生的催化剂，催化剂返回浆态床继续使用，温度范围为300℃。液相物料泵入真空低压蒸馏塔，压力5KPa(A),收集馏程为130℃-150℃的馏分(N-甲级吡咯烷酮)，回收的N-甲级吡咯烷酮返回浆态床，重组分即为绿油。

实施例2

采用实施例1的系统，高纯乙炔加氢制乙烯的工艺为：

将粒径为100目-150目的催化剂稀释剂氧化铝与乙炔加氢催化剂按照5:1的质量比例混合均匀形成固相物料，后加入浆态床内部与溶剂N-甲级吡咯烷酮混合形成浆液。将乙炔与氢气按1:1的摩尔比通过压缩机混合提压，形成混合气，提压至0.18MPa,温度为90℃，露点为-42℃。压缩后的原料气进入原料气换热器降温至28℃，后通入精脱床，精脱床温度控制在28℃。精脱床中保护剂活性组分为氧化铜及氧化锌，载体为颗粒状氧化硅。精脱床中保护剂输送至再生床中，由再生剂进口通入再生剂，再生剂由再生剂出口排出，再生后的保护剂输送至精脱床使用。

净化气通过浆态床内部气体分布器进入浆液，浆态床中氢气与乙炔摩尔比为6:1，在170℃条件下反应。反应后的气相物料经过深冷分离得到目标产物乙烯，回收的氢气与原料氢气混合返回加氢反应单元。液相物料经转鼓真空过滤机得到固相物料及液相物料。固相物料经皮带送至旋转床，旋转床气氛为氢气和氮气，其摩尔比为1:4，经预热、烘干、焙烧及还原得到再生的催化剂，温度范围为300℃。催化剂返回浆态床继续使用。液相物料泵入真空低压蒸馏塔，压力5KPa(A),收集馏程为130℃-150℃的馏分(N-甲级吡咯烷酮)，回收的N-甲级吡咯烷酮返回浆态床，重组分即为绿油。

实施例3

采用实施例1的系统，高纯乙炔加氢制乙烯的工艺为：

将粒径为100目-150目的催化剂稀释剂珍珠岩颗粒与乙炔加氢催化剂按照10:1的质量比例混合均匀形成固相物料，后加入浆态床内部与溶剂N-甲级吡咯烷酮混合形成浆液。将乙炔与氢气按1:1的摩尔比通过压缩机混合提压，形成混合气，压缩后原料气压力为0.22MPa,温度为70℃，露点为-42℃，压缩后的原料气进入原料气换热器降温至30℃，后通入精脱床得到净化气，床层温度为30℃，精脱床中保护剂活性组分为氧化银及氧化锌，载体为球形氧化铝。精脱床中保护剂输送至再生床中，由再生剂进口通入再生剂，再生剂由再生剂出口排出，再生后的保护剂输送至精脱床使用。

净化气通过浆态床内部气体分布器进入浆液，浆态床中氢气与乙炔摩尔比为2.5:1，在170℃条件下反应。反应后的气相物料经过深冷分离得到目标产物乙烯，回收的氢气与原料氢气混合返回加氢反应单元。液相物料经带式真空过滤机得到固相物料及液相物料。固相物料经皮带送至旋转床，旋转床气氛为氢气和氮气，其摩尔比为1:6，经预热、烘干、焙烧及还原得到再生的催化剂，温度范围为300℃，催化剂返回浆态床继续使用。液相物料泵入真空低压蒸馏塔，压力5KPa(A),收集馏程为130℃-150℃的馏分(N-甲级吡咯烷酮)，回收的N-甲级吡咯烷酮返回浆态床，重组分即为绿油。

实施例4

采用实施例1的系统，高纯乙炔加氢制乙烯的工艺为：

将粒径为100目-150目的催化剂稀释剂氧化硅颗粒、分子筛与陶瓷的混合物与乙炔加氢催化剂按照0.1:1的质量比例混合均匀形成固相物料，后加入浆态床内部与溶剂N-甲级吡咯烷酮混合形成浆液。将乙炔与氢气按1:1的摩尔比通过压缩机混合提压形成混合气，混合提压单元后的原料气压力为0.15MPa,温度为50℃，露点为-43℃。压缩后的原料气进入原料气换热器降温至25℃，后通入精脱床得到净化气，床层温度为25℃，精脱床中保护剂活性组分为氧化银及氧化锌，载体为球形氧化铝。精脱床中保护剂输送至再生床中，由再生剂进口通入再生剂，再生剂由再生剂出口排出，再生后的保护剂输送至精脱床使用。

净化气通过浆态床内部气体分布器进入浆液，浆态床中氢气与乙炔摩尔比为9.5:1，在170℃条件下反应。反应后的气相物料经过深冷分离得到目标产物乙烯，回收的氢气与原料氢气混合返回加氢反应单元。液相物料经带式真空过滤机得到固相物料及液相物料。固相物料经皮带送至旋转床，旋转床气氛为氢气和氮气，其摩尔比为1:3，经预热、烘干、焙烧及还原得到再生的催化剂，温度范围为300℃，催化剂返回浆态床继续使用。液相物料泵入真空低压蒸馏塔，压力5KPa(A),收集馏程为130℃-150℃的馏分(N-甲级吡咯烷酮)，回收的N-甲级吡咯烷酮返回浆态床，重组分即为绿油。

实施例5

采用实施例1的系统进行乙炔加氢制乙烯反应，除双流化床保护器不投入使用外，其余条件与实施例2一致。

实施例6

采用实施例1的系统进行乙炔加氢制乙烯反应，除双流化床保护器不投入使用外，其余条件与实施例3一致。

对各实施例的净化气中废气含量及催化剂寿命进行分析，结果如下：

表1

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，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实用新型的保护范围之中。