乙炔制备乙烯的反应系统的制作方法

本实用新型涉及化工领域，尤其是利用高浓度乙炔制备乙烯领域，具体涉及一种应用列管式浆态床反应器的反应系统。

背景技术：

乙烯是现代工业中一种重要的基础原料，也是世界产量最大的化学品之一，其产品广泛应用于国民经济、人民生活、国防等领域，是“有机合成之母”。面对石油资源的短缺和国际油价的攀升，原料来源成为发展乙烯工业的瓶颈，也是摆在人们面前必须解决的问题。因此，研究开发一种新的来源和工艺方法制备乙烯替代石油为原料的新工艺新技术，能够缓解对石油的依赖性。

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，已成为成熟工艺。以乙炔为原料，在选择性加氢催化剂的作用下，通过加氢过程得到乙烯产品，可进一步拓展煤化工路线。因此，开发乙炔加氢制乙烯的新工艺及技术，具有广阔的应用前景。

低浓度乙炔气固相催化加氢技术在石油工业中已非常成熟，主要用于乙烯中去除乙炔杂质,使用的反应器为固定床反应器，在反应器中装填固相催化剂进行气固相反应。但由于乙炔活性高，加氢反应放热量大，即使是裂解气中存在少量乙炔，传统的气固相固定床加氢反应器仍存在着绿油生成量大、催化剂循环周期短、反应器易“飞温”等严重问题。

传统的浆态床反应器的出现在一定程度上解决了上述问题，因其结构简单，易于移热，生成的乙烯产品用途广泛，因此，利用浆态床反应器进行高浓度乙炔选择性加氢成为一条重要的制烯烃生产路线。但是传统的浆态床反应器在乙炔制备乙烯时，气液固三相混合不均匀，反应原料接触时间短，并且反应器内床层温度均匀，温度不易控制。

同时，现有技术中，应用传统的浆态床反应器的系统因反应器的缺陷也存在上述弊端，导致乙炔制备乙烯的原料利用率降低，温度不易控制，反应时间短，工艺效率低。

技术实现要素：

为克服上述问题，本实用新型提供一种能够在不停车情况下实现催化剂的更换和再生，降低绿油对催化剂活性的影响，可长期平稳运行的乙炔制备乙烯的反应系统。

本实用新型所述的乙炔制备乙烯的反应系统，所述反应系统包括列管式浆态床反应器、冷凝器、气液分离器、催化剂配制罐、过滤装置、高温加热装置以及催化剂还原装置；其中，

所述列管式浆态床反应器内部设置有多个列管以及具有过滤器的上段列管联通区和下段列管联通区，所述列管式浆态床反应器具有气体入口、气体出口、溶剂入口、换热介质入口、以及换热介质出口，所述上段列管联通区的两端设置有过滤器，所述下段列管联通区的一端为卸料口；

所述冷凝器具有冷凝器入口与冷凝器出口，所述冷凝器入口与所述列管式浆态床反应器的气体出口相连；

所述气液分离器具有气液分离器入口、乙烯出口与气液分离器出口，所述气液分离器入口与所述冷凝器出口相连；

所述催化剂配制罐与具有催化剂入口与催化剂出口，所述催化剂出口与所述列管式浆态床反应器的溶剂入口相连；

所述过滤装置具有过滤装置入口、过滤装置出口与过滤卸料口，所述过滤装置入口与所述列管式浆态床反应器的卸料口相连；

所述高温加热装置具有高温加热装置入口与高温加热装置出口，所述高温加热装置入口与所述过滤装置出口相连；

所述催化剂还原装置具有催化剂还原装置入口与催化剂还原装置出口，所述催化剂还原装置入口与所述高温加热装置出口相连，所述催化剂还原装置出口与所述催化剂配制罐的催化剂入口相连。

进一步地，所述列管式浆态床反应器内多个列管与列管之间的区域构成壳程，所述壳程内设置有换热介质。

进一步地，所述反应系统还包括绿油脱除单元，所述绿油脱除单元与所述列管式浆态床反应器的过滤器连通，用于接收所述过滤器过滤的溶剂。

具体地，所述绿油脱除单元由溶剂储罐与溶剂再生装置组成；其中，

所述溶剂储罐具有绿油入口与绿油出口，所述绿油入口分别与所述列管式浆态床反应器的上段列管联通区的过滤器和所述过滤装置的过滤卸料口相连；

所述溶剂再生装置具有脱油入口与脱油出口，所述脱油入口与所述溶剂储罐的绿油出口相连，所述脱油出口与所述列管式浆态床反应器的溶剂入口相连。

优选地，所述系统还包括热介质储罐和泵，其中，

所述热介质储罐的一端与所述列管式浆态床反应器的换热介质出口连通；

所述泵的一端与所述热介质储罐的另一端相连，所述泵的另一端与所述列管式浆态床反应器的换热介质入口连通。

更优选地，所述系统还包括温控单元，其设置在所述列管式浆态床反应器与所述泵之间，所述温控单元包括并列设置的加热器、冷却器和换热介质旁路。

本实用新型的有益效果：

本实用新型所述的系统设置了催化剂还原装置，能够在不停车情况下实现催化剂的更换和再生，实现了装置的长期平稳运行；本实用新型所述的系统还具有绿油脱除单元，极大的降低了绿油对催化剂活性的影响。本实用新型所述的系统能够实现对系统溶剂温度的准确控制，保持溶剂的温度相对稳定，从而保证了整个系统的平稳运行；再者，利用液相溶剂的显热，散热能力显著提高，可以快速移出乙炔选择性加氢生成乙烯产生的热，降低反应床层的温度，提高乙炔的转化率和乙烯的选择性。

本实用新型所述的系统很好地解决了在乙炔选择性加氢制乙烯反应中固定床反应器中的绿油生成量大、催化剂循环周期短、反应器易“飞温”的问题，流化床中由于催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的损失、除尘的困难和由于固体颗粒的磨蚀作用，换热构件和反应器的磨损严重的问题。

附图说明

图1是本实用新型所述的乙炔制备乙烯的反应系统的结构示意图。

图2是本实用新型所述的乙炔制备乙烯的方法的流程图。

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1所示，本实用新型所述的乙炔制备乙烯的反应系统，所述反应系统包括列管式浆态床反应器1、冷凝器2、气液分离器3、催化剂配制罐8、过滤装置11、高温加热装置12与催化剂还原装置13。

如图1所示，本实用新型所述的列管式浆态床反应器1，用作乙炔选择性加氢制乙烯的反应器，所述浆态床反应器1包括进气段、列管分布段和扩大段三部分。在反应器1的底部是进气段，在底部有气体入口，供反应气体进入反应器1使用。

如图1所示，在进气段的上方是列管分布段，列管分布段内设置有多个列管，各列管内部即为管程，管程是乙炔制备乙烯反应的主要场所，所述列管式浆态床反应器内的多个列管与列管之间的区域构成壳程，所述壳程内设置有换热介质，为列管提供热量。在各个列管的底部有气体分布器，该气体分布器可以是半球形的；气孔均匀分布在气体分布器上，且垂直于球面；这样的设计保证了反应气体能够从各个方向进入列管内，使得气体分布均匀。其中，可选地，列管的直径为30～100mm，中心距为管径的1～5倍，优选地，孔间的中心距为1.5倍。可选地，气孔的直径为3～8mm，中心距为管径的1～5倍，优选地，孔间的中心距为1.5～3倍。

如图1所示，在列管浆态床反应器1的上部是扩大段，其顶部设置有气体出口。在扩大段的下方有溶剂入口，用于将反应所需的溶剂和催化剂通入所述列管分布段中的多个列管内。在扩大段的上部设置有金属除沫器，用于过滤反应的溶剂和催化剂。扩大段的主要作用是降低产品气的气速，使气体中夹带的溶剂等析出，重新返回反应器1中，然后产品气从所述气体出口导出。

所述列管式浆态床反应器1内部设置有多个列管以及上下两个列管联通区，即上段列管联通区和下段列管联通区。列管联通区的横截面呈现出“王”字形，在保证所有列管联通的同时，也要保障壳程的换热面积。所述列管式浆态床反应器1的多个列管中部设置有上段列管联通区，所述上段列管联通区的两端设置有过滤器；多个列管下部设置有下段列管联通区，所述下段列管联通区的一端是卸料口。通常在上段列管联通区的两端各有一个精密过滤器，主要目的是用来过滤出溶剂，在不停车的情况下，更换和再生反应溶剂。

所述列管式浆态床反应器1内的多个列管与列管之间的区域构成壳程，所述壳程内设置有换热介质，为列管提供热量。

如图1所示，所述冷凝器2具有冷凝器入口与冷凝器出口，所述冷凝器入口与所述列管式浆态床反应器1的气体出口相连。

如图1所示，所述气液分离器3具有气液分离器入口、乙烯出口与气液分离器出口，所述气液分离器入口与所述冷凝器出口相连。将所述列管式浆态床反应器得到的产品气从所述气体出口导出，依次通过所述冷凝器进行冷却，然后再通入所述气液分离器内，进行分离，得到乙烯。

如图1所示，所述催化剂配制罐8与具有催化剂入口与催化剂出口，所述催化剂出口与所述列管式浆态床反应器1的溶剂入口相连。

如图1所示，所述过滤装置11具有过滤装置入口、过滤装置出口与过滤卸料口，所述过滤装置入口与所述列管式浆态床反应器1的卸料口相连。

如图1所示，所述高温加热装置12具有高温加热装置入口与高温加热装置出口，所述高温加热装置入口与所述过滤装置出口相连。

所述催化剂还原装置13具有催化剂还原装置入口与催化剂还原装置出口，所述催化剂还原装置入口与所述高温加热装置出口相连，所述催化剂还原装置出口与所述催化剂配制罐8的催化剂入口相连。

如图1所示，所述反应系统还包括绿油脱除单元，所述绿油脱除单元与所述列管式浆态床反应器的过滤器连通，用于接收所述过滤器过滤的溶剂。所述绿油脱除单元包括溶剂储罐9与溶剂再生装置10。

如图1所示，所述溶剂储罐9具有绿油入口与绿油出口，所述绿油入口分别与所述列管式浆态床反应器1的上段列管联通区的过滤器和所述过滤装置10的过滤卸料口相连。

如图1所示，所述溶剂再生装置10具有脱油入口与脱油出口，所述脱油入口与所述溶剂储罐9的绿油出口相连，所述脱油出口与所述列管式浆态床反应器1的溶剂入口相连。

将反应器1中的一部分反应浆液从反应器1中的卸料口卸出来，卸出来浆液再通过过滤装置11过滤；过滤出来的溶剂进入到溶剂储罐9中，过滤出来的催化剂则进入到高温加热装置12；催化剂在经过在高温加热装置12中煅烧后，能够有效脱除催化剂表面附着的绿油和溶剂等杂质，实现催化剂的再生；但灼烧后的催化剂是氧化态，因此要再经过催化剂还原装置13实现催化剂的还原；再生还原后的催化剂再添加至催化剂配制罐8中，在催化剂配制罐8中再添加溶剂混合均匀后添加到反应器1中。

当发现反应效率有所降低或者溶剂中出现黄绿色颜色时，应该是由于副反应生成了绿油造成的。此时，可以将反应器1中的一部分溶剂从反应器1中的精密过滤器过滤出来。过滤后的溶剂进入到溶剂储罐9中，随后在通入到溶剂再生装置10内，通过溶剂再生装置10将绿油与溶剂分离，溶剂再通过反应器1顶部的溶剂入口重新进入到反应器1内，绿油则可进入绿油储罐进行保存。

如图1所示，所述系统还包括热介质储罐4和泵5，其中，

所述热介质储罐4的一端与所述列管式浆态床反应器1的换热介质出口连通；

所述泵5的一端与所述热介质储罐4的另一端相连，所述泵5的另一端与所述列管式浆态床反应器1的换热介质入口连通。

如图1所示，所述系统还包括温控单元，其设置在所述列管式浆态床反应器1与所述泵5之间，所述温控单元包括加热器6、冷却器7和换热介质旁路。

列管式浆态床反应器1利用换热介质为反应提供热量，即间接换热，使用泵5将换热介质从热介质储罐4转移到温控单元中；温控单元由并列设置的加热器6、换热介质旁路和冷却器7三条线路组成，其可以根据反应器1所需的不同工况进行调控；当反应系统需要升温的时候，就开启加热器6和换热介质旁路，通过调节换热功率和换热介质旁路中的换热介质的流量来控制升温速率；当反应器1需要移热时，就可以同时控制加热功率、换热介质旁路的流量和冷却功率来控制热介质温度保持稳定；当反应系统需要降温时，就开启冷却器7和换热介质旁路，通过调节换热功率和换热介质旁路中的换热介质的流量来控制降温速率；温控单元能够满足列管式浆态床反应器1各工况对于反应系统温度的要求。

如图2所示，本实用新型提供了一种利用上述反应系统进行乙炔制备乙烯的方法。所述方法包括以下步骤：

将反应气体、反应溶剂和催化剂通入所述列管式浆态床反应器1进行反应，得到反应气，所述壳程充入换热介质，所述上段列管联通区的过滤器对反应溶剂进行过滤；

将反应后的浆液从所述卸料口导入所述过滤装置11，得到溶剂和催化剂，然后将催化剂通入所述高温加热装置12进行煅烧，得到氧化态催化剂；

将所述氧化态催化剂通入所述催化剂还原装置13进行还原，得到催化剂，然后将催化剂导入所述催化剂配置罐8中；

将所述列管式浆态床反应器1得到的反应气从所述气体出口导出到所述气液分离器3内，进行冷却分离，得到乙烯。

如图2所示，所述方法还包括：

将所述过滤装置11得到的溶剂通入所述绿油脱除单元的溶剂储罐9内，再通入所述溶剂再生装置10，得到溶剂，再通入所述列管式浆态床反应器1的溶剂入口。

如图2所示，所述方法还包括：

将所述列管式浆态床反应器1得到的反应气从所述气体出口导出到所述冷凝器2内，进行冷却，然后再通入所述所述气液分离器3内。

如图2所示，所述方法还包括：

通过泵5将所述热介质储罐4内的换热介质导入所述温控单元，通过所述加热器6、冷却器7和换热介质旁路的协调得到符合要求的换热介质，然后将该换热介质通入所述列管式浆态床反应器1的换热介质入口。

通过上述系统实现乙炔制备乙烯，通常先用氮气作为气源，将整个系统进行置换；随后，将催化剂配制罐8中配置好的催化剂和溶剂压送到列管式浆态床反应器1中，再逐渐开启温控单元的加热器6逐渐对换热介质进行升温；当反应器1中的溶剂温度达到目标温度并且系统平稳运行后，将作为反应气体的乙炔和氢气的混合气通过列管式浆态床反应器1底部的气体入口101进入到反应器1中，反应器1的操作压力为0.15～0.45MPa，温度为90～180℃。

反应气体进入到列管反应器1中，反应气体均匀分散到列管内的溶剂当中。在列管分布段，每一个列管都是一个小的浆态床反应器1，由于每个列管的直径都比较小，高度相对较高，气液固三相可以混合的更加均匀，增加了接触时间，改善了气液流场分布，降低了放大效应，使得反应能够进行的更加充分。反应气体从列管中出来后，再通过反应器1顶端的气体出口离开反应器1。所述多个列管中部靠下位置设置有上段列管联通区，所述上段列管联通区的两端设置有过滤器；多个列管下部设置有下段列管联通区，所述下段列管联通区的一端就是反应器的卸料口。通常在上段列管联通区的两端各有一个精密过滤器，主要目的是用来过滤出溶剂，在不停车的情况下，更换反应溶剂。

将反应器1中的一部分反应浆液从反应器1中的卸料口卸出来，卸出来的浆液再通过过滤装置11过滤；过滤出来的溶剂进入到溶剂储罐9中，过滤出来的催化剂则进入到高温加热装置12；催化剂在经过在高温加热装置12中煅烧后，能够有效脱除催化剂表面附着的绿油和溶剂等杂质，实现催化剂的再生；但灼烧后的催化剂是氧化态，因此要再经过催化剂还原装置13实现催化剂的还原；再生还原后的催化剂再添加至催化剂配制罐8中，在催化剂配制罐8中再添加溶剂混合均匀后添加到反应器1中。

当发现反应效率有所降低或者溶剂中出现黄绿色颜色时，应该是由于副反应生成了绿油造成的。此时，可以将反应器1中的一部分溶剂从反应器1中的精密过滤器过滤出来。该溶剂与上述过滤装置11过滤出来的溶剂一同通入溶剂储罐9中，随后在通入到溶剂再生装置10内，通过溶剂再生装置10将绿油与溶剂分离，溶剂再通过反应器1顶部的溶剂入口重新进入到反应器1内，绿油则可进入绿油储罐进行保存。

从反应器1顶端出来的产品气，先通过冷凝器2将气体进行冷却；随后，再通过气液分离器3将气体和溶剂等液体进行分离，分离出来的溶剂和催化剂通过反应器1顶部的溶剂入口104重新送到反应器1内，分离得到的气体即为产品乙烯。

列管式浆态床反应器1利用换热介质为反应提供热量，即间接换热，使用泵5将换热介质从热介质储罐4转移到温控单元中；温控单元由并列设置的加热器6、换热介质旁路和冷却器7三条线路组成，其可以根据反应器1所需的不同工况进行调控；当反应系统需要升温的时候，就开启加热器6和换热介质旁路，通过调节换热功率和换热介质旁路中的换热介质的流量来控制升温速率；当反应器1需要移热时，就可以同时控制加热功率、换热介质旁路的流量和冷却功率来控制热介质温度保持稳定；当反应系统需要降温时，就开启冷却器7和换热介质旁路，通过调节换热功率和换热介质旁路中的换热介质的流量来控制降温速率；温控单元能够满足列管式浆态床反应器1各工况对于反应系统温度的要求。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。