一種用電石爐尾氣制備聚丙烯酸的方法和系統(tǒng)與流程

本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，并且更具體地涉及一種用電石爐尾氣制備聚丙烯酸的方法以及實(shí)施該方法的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

密閉式電石爐爐氣溫度達(dá)到1000℃以上，成分主要以co為主，大約占到80％左右。生產(chǎn)1噸電石一般要產(chǎn)生400多立方米爐氣，面對(duì)如此巨大的尾氣量，目前企業(yè)中80％以上的尾氣都是直接排入大氣中。由于電石生產(chǎn)間歇出爐、時(shí)常小修、停電、限電等因素，所以爐氣量與溫度波動(dòng)不平穩(wěn)；爐氣內(nèi)含有微量焦油，容易使布袋粘結(jié)堵塞；爐氣中含塵量大，爐塵具有粘、輕、細(xì)不易撲集的特點(diǎn)，而且爐氣具有本身的潛熱和顯熱，同時(shí)又具有難以除塵凈化的大量粉塵。不完善的爐氣凈化和處理技術(shù)不但對(duì)能源是極大的浪費(fèi)，而且對(duì)環(huán)境造成污染也是相當(dāng)大的危害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決目前電石企業(yè)的尾氣利用率較低，污染環(huán)境的問(wèn)題，提供一種處理電石爐尾氣的方法和系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用電石爐尾氣制備聚丙烯酸的方法，包括以下步驟：

1)尾氣換熱：將來(lái)自電石爐的高溫尾氣經(jīng)過(guò)換熱器進(jìn)行降溫冷卻，熱量輸送至羰基化反應(yīng)器和聚合反應(yīng)器，用于對(duì)羰基化反應(yīng)器和聚合反應(yīng)器加熱；

2)尾氣除塵：將步驟1)中換熱冷卻后的尾氣中的粉塵固體除去；

3)尾氣凈化：將步驟2)中除塵后的尾氣中的硫、氧雜質(zhì)脫除；

4)提純：將步驟3)中得到的尾氣進(jìn)一步提純，除去尾氣中的氫氣和甲烷氣體，得到純化co氣體；

5)羰基化：將步驟4)中得到的純化co氣體作為羰基化原料，在羰基化反應(yīng)器中與乙炔和水在催化劑的催化作用下反應(yīng)，生成丙烯酸；

6)聚合：將步驟5)得到的丙烯酸在聚合反應(yīng)器中聚合生成聚丙烯酸。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟2)中尾氣除塵的方法為干法除塵和/或濕法除塵。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟4)中除去尾氣中的氫氣和甲烷氣體的方法為膜分離方法、變溫吸附分離方法、深冷分離方法和變壓吸附方法中的一種。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟5)中乙炔先溶解在溶劑和水中，然后與純化co氣體反應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，溶劑選自以下中的一種或多種：四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、丙酮、乙酰丙酮。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟5)中反應(yīng)溫度為80℃-120℃。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟5)中催化劑為鈀化合物和有機(jī)膦。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟6)中聚合反應(yīng)的溫度為50℃-100℃。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種采用上述方法制備聚丙烯酸的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

換熱器，所述換熱器的氣體進(jìn)口連接到電石爐尾氣管道；

除塵裝置，所述除塵裝置的進(jìn)口與所述換熱器的出口相連；

凈化裝置，所述凈化裝置的進(jìn)口與所述除塵裝置的出口相連；

提純裝置，所述提純裝置的進(jìn)口與所述凈化裝置的出口相連；

羰基化反應(yīng)器，所述羰基化反應(yīng)器的氣體進(jìn)口與所述提純裝置的出口相連，所述羰基化反應(yīng)器還具有液體進(jìn)口和排出口；

聚合反應(yīng)器，所述聚合反應(yīng)器的進(jìn)口與所述羰基化反應(yīng)器的排出口相連。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，換熱器的換熱介質(zhì)出口連接換熱管道，通過(guò)換熱管道對(duì)羰基化反應(yīng)器和聚合反應(yīng)器加熱。

通過(guò)換熱管道先對(duì)羰基化反應(yīng)器加熱，再對(duì)聚合反應(yīng)器加熱。換熱管道可通過(guò)以下方式對(duì)反應(yīng)器加熱：換熱管道通過(guò)接觸和/或熱輻射對(duì)反應(yīng)器加熱；或者換熱管道與反應(yīng)器外層連通，通過(guò)向反應(yīng)器外層輸送換熱介質(zhì)以對(duì)反應(yīng)器內(nèi)腔加熱，反應(yīng)器的進(jìn)口均通入至反應(yīng)器內(nèi)腔。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，羰基化反應(yīng)器的氣體進(jìn)口設(shè)置在羰基化反應(yīng)器下側(cè)，羰基化反應(yīng)器的液體進(jìn)口設(shè)置在羰基化反應(yīng)器上側(cè)。

采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明將電石爐尾氣凈化提純后得到的高純co氣體和乙炔在羰基化反應(yīng)器中與水反應(yīng)得到丙烯酸，并聚合得到聚丙烯酸。通過(guò)上述處理，本發(fā)明使尾氣中大量的一氧化碳?xì)怏w得到利用；本發(fā)明將乙炔溶解在溶劑中反應(yīng)，避免了乙炔在高溫高壓條件下爆炸的危險(xiǎn)，并且保證床層溫度穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生催化劑床層飛溫；通過(guò)換熱，高溫的電石爐尾氣的熱量用于加熱羰基化反應(yīng)器和聚合反應(yīng)器，有效利用熱量，節(jié)約成本。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)在與附圖結(jié)合對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的描述中將更加明顯并容易理解，其中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用電石爐尾氣制備聚丙烯酸的方法的流程示意圖；

圖2示出了采用本發(fā)明的方法制備聚丙烯酸的系統(tǒng)的示意圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1換熱器、11氣體進(jìn)口、12出口、2除塵裝置、21進(jìn)口、22出口、3凈化裝置、31進(jìn)口、32出口、4提純裝置、41進(jìn)口、42出口、5羰基化反應(yīng)器、51氣體進(jìn)口、52液體進(jìn)口、53排出口、6聚合反應(yīng)器、61進(jìn)口。

具體實(shí)施方式

應(yīng)當(dāng)理解，在示例性實(shí)施例中所示的本發(fā)明的實(shí)施例僅是說(shuō)明性的。雖然在本發(fā)明中僅對(duì)少數(shù)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易領(lǐng)會(huì)在未實(shí)質(zhì)脫離本發(fā)明主題的教導(dǎo)情況下，多種修改是可行的。相應(yīng)地，所有這樣的修改都應(yīng)當(dāng)被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在不脫離本發(fā)明的主旨的情況下，可以對(duì)以下示例性實(shí)施例的設(shè)計(jì)、操作條件和參數(shù)等做出其他的替換、修改、變化和刪減。

圖1和圖2中實(shí)線箭頭僅用于示意實(shí)物路線關(guān)系，虛線箭頭僅用于示意熱量傳遞路線。

參照?qǐng)D1，本發(fā)明提供一種用電石爐尾氣制備聚丙烯酸的方法，包括以下步驟：

1)尾氣換熱：將來(lái)自電石爐的高溫尾氣經(jīng)過(guò)換熱器進(jìn)行降溫冷卻，熱量輸送至羰基化反應(yīng)器和聚合反應(yīng)器，用于對(duì)羰基化反應(yīng)器和聚合反應(yīng)器加熱；

2)尾氣除塵：將步驟1)中換熱冷卻后的尾氣中的粉塵固體除去；

3)尾氣凈化：將步驟2)中除塵后的尾氣中的硫、氧雜質(zhì)脫除；

4)提純：將步驟3)中得到的尾氣進(jìn)一步提純，除去尾氣中的氫氣和甲烷氣體，得到純化co氣體；這里純化co氣體是指co氣體純度達(dá)到99％以上。

5)羰基化：將步驟4)中得到的純化co氣體作為羰基化原料，在羰基化反應(yīng)器中與乙炔和水在催化劑的催化作用下反應(yīng)，生成丙烯酸；

6)聚合：將步驟5)得到的丙烯酸在聚合反應(yīng)器中聚合生成聚丙烯酸。

在上述方法中，步驟2)中尾氣除塵的方法為干法除塵和/或濕法除塵。

在上述方法中，步驟4)中除去尾氣中的氫氣和甲烷氣體的方法為膜分離方法、變溫吸附分離方法、深冷分離方法和變壓吸附方法中的一種。

在上述方法中，步驟5)中乙炔先溶解在溶劑和水中，然后與純化co氣體反應(yīng)。

在上述方法中，溶劑選自以下中的一種或多種：四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、丙酮、乙酰丙酮。

在上述方法中，步驟5)中反應(yīng)溫度為80℃-120℃。

在上述方法中，步驟5)中催化劑為鈀化合物和有機(jī)膦。

在上述方法中，步驟6)中聚合反應(yīng)的溫度為50℃-100℃。

本發(fā)明采用上述方法處理電石爐尾氣，尾氣中大量的一氧化碳?xì)怏w得到利用，得到聚丙烯酸產(chǎn)品。本發(fā)明將乙炔溶解在溶劑中反應(yīng)，避免了乙炔在高溫高壓條件下爆炸的危險(xiǎn)，并且反應(yīng)過(guò)程中不會(huì)發(fā)生飛溫現(xiàn)象。此外，本發(fā)明中高溫電石爐尾氣直接與反應(yīng)器換熱，在降低尾氣溫度的同時(shí)給反應(yīng)器加熱，有效利用熱量，節(jié)約成本。

另外，參照?qǐng)D2，本發(fā)明還提供一種采用上述方法制備聚丙烯酸的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

換熱器1，換熱器1具有氣體進(jìn)口11和出口12，氣體進(jìn)口11連接到電石爐尾氣管道；

除塵裝置2，除塵裝置2具有進(jìn)口21和出口22，除塵裝置2的進(jìn)口21與換熱器1的出口12相連；

凈化裝置3，凈化裝置3具有進(jìn)口31和出口32，凈化裝置3的進(jìn)口31與除塵裝置2的出口22相連；

提純裝置4，提純裝置4具有進(jìn)口41和出口42，提純裝置4的進(jìn)口41與凈化裝置3的出口32相連；

羰基化反應(yīng)器5，羰基化反應(yīng)器5具有氣體進(jìn)口51、液體進(jìn)口52以及排出口53，氣體進(jìn)口51與提純裝置4的出口42相連，液體進(jìn)口52用于通入乙炔和水；

聚合反應(yīng)器6，聚合反應(yīng)器6設(shè)置有進(jìn)口61，進(jìn)口61與羰基化反應(yīng)器5的排出口53相連。

在上述系統(tǒng)中，換熱器1的換熱介質(zhì)出口連接換熱管道，通過(guò)換熱管道對(duì)羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6依次加熱。當(dāng)然，換熱管道分兩路分別對(duì)羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6加熱也是可以的。

在上述系統(tǒng)中，氣體進(jìn)口51設(shè)置在羰基化反應(yīng)器5下側(cè)，液體進(jìn)口52設(shè)置在羰基化反應(yīng)器5上側(cè)。

在本發(fā)明的實(shí)施方式中，換熱器1可以是現(xiàn)有技術(shù)中使用的任意換熱器。如列管式換熱器或盤管式換熱器，換熱介質(zhì)可以是水或傳熱油；除塵裝置2為現(xiàn)有技術(shù)中的任意干法或濕法除塵器，凈化裝置3是現(xiàn)有技術(shù)中用于脫去氣體中硫、氧、碳雜質(zhì)的任意脫硫脫碳凈化器，只要它們能夠?qū)崿F(xiàn)凈化效果同時(shí)又不增加額外成分即可。

在本發(fā)明的實(shí)施方式中，由于尾氣溫度達(dá)到1000℃以上，經(jīng)過(guò)換熱器1換熱后換熱介質(zhì)的溫度能夠達(dá)到100℃以上，優(yōu)選為100-200℃，換熱器1的換熱介質(zhì)通過(guò)帶有流量控制閥的換熱管道輸送至羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6，其中對(duì)羰基化反應(yīng)器5加熱的溫度保持在100℃-150℃，對(duì)聚合反應(yīng)器6加熱的溫度保持在70℃-120℃。高溫尾氣通過(guò)換熱器1后換熱介質(zhì)的熱量足以使羰基化反應(yīng)器和聚合反應(yīng)器溫度達(dá)到反應(yīng)溫度范圍，無(wú)需額外的熱源，有效回收利用了尾氣的熱量用于丙烯酸和聚丙烯酸的生產(chǎn)。

在本發(fā)明的實(shí)施方式中，羰基化反應(yīng)器5的液體進(jìn)口52在上側(cè)，氣體進(jìn)口51在下側(cè)，羰基化反應(yīng)器5內(nèi)反應(yīng)溫度控制在80℃-120℃范圍內(nèi)。聚合反應(yīng)器6的進(jìn)口61在上側(cè)，聚合反應(yīng)器6內(nèi)反應(yīng)溫度控制在50℃-100℃。

這里，羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6可以是現(xiàn)有技術(shù)中的單層反應(yīng)器或雙層反應(yīng)器，對(duì)于單層反應(yīng)器將換熱管道設(shè)置在其外圍以對(duì)其熱輻射或接觸加熱；對(duì)于雙層反應(yīng)器，將換熱管道與其外層連接向外層輸送換熱介質(zhì)通過(guò)換熱介質(zhì)對(duì)其內(nèi)層加熱，反應(yīng)物被輸送至反應(yīng)器內(nèi)層在內(nèi)層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。通過(guò)調(diào)節(jié)換熱介質(zhì)的流量或換熱管道與反應(yīng)器間熱輻射距離的大小可以調(diào)節(jié)對(duì)反應(yīng)器的加熱狀態(tài)，從而使反應(yīng)器的溫度控制在反應(yīng)溫度范圍內(nèi)。優(yōu)選的，羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6各自裝有冷卻裝置以在反應(yīng)器溫度超過(guò)反應(yīng)溫度范圍時(shí)對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行冷卻。更優(yōu)選的，羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6各自帶有攪拌裝置，用于攪拌反應(yīng)物使得反應(yīng)液受熱均勻。

這里的反應(yīng)器可以是例如專利cn104826558b中公開的漿態(tài)床反應(yīng)器。

下面參照具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。

實(shí)施例1

如圖1-2所示，將來(lái)自電石爐的高溫尾氣經(jīng)過(guò)換熱器1降溫冷卻，熱量通過(guò)流量控制閥輸送至羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6，用于對(duì)羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6依次加熱，然后將換熱冷卻后的尾氣經(jīng)過(guò)干法和濕法除塵、脫硫脫氧凈化后采用變壓吸附分離方法進(jìn)一步除去尾氣中含量較低的氫氣和甲烷氣體以使尾氣進(jìn)一步提純，進(jìn)而得到純化co氣體。純化co氣體進(jìn)入羰基化反應(yīng)器5中與溶解在丙酮中的乙炔和水在90℃反應(yīng)溫度下，在催化劑醋酸鈀和三苯基膦的催化作用下反應(yīng)生成丙烯酸。丙烯酸在聚合反應(yīng)器6中在60℃反應(yīng)溫度下聚合反應(yīng)生成聚丙烯酸。

實(shí)施例2

如圖1-2所示，將來(lái)自電石爐的高溫尾氣經(jīng)過(guò)換熱器1降溫冷卻，熱量通過(guò)流量控制閥輸送至羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6，用于對(duì)羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6依次加熱，然后將換熱冷卻后的尾氣經(jīng)過(guò)干法和濕法除塵、脫硫脫氧凈化后采用膜分離方法進(jìn)一步除去尾氣中含量較低的氫氣和甲烷氣體以使尾氣進(jìn)一步提純，進(jìn)而得到純化co氣體。純化co氣體進(jìn)入羰基化反應(yīng)器5中與溶解在四氫呋喃中的乙炔和水在100℃反應(yīng)溫度下，在催化劑醋酸鈀和2-吡啶基二苯基膦的催化作用下反應(yīng)生成聚丙烯酸。丙烯酸在聚合反應(yīng)器6中在70℃反應(yīng)溫度下聚合反應(yīng)生成聚丙烯酸。

實(shí)施例3

如圖1-2所示，將來(lái)自電石爐的高溫尾氣經(jīng)過(guò)換熱器1降溫冷卻，熱量通過(guò)流量控制閥輸送至羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6，用于對(duì)羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6依次加熱，然后將換熱冷卻后的尾氣經(jīng)過(guò)干法除塵、脫硫脫氧凈化后采用深冷分離方法進(jìn)一步除去尾氣中含量較低的氫氣和甲烷氣體以使尾氣進(jìn)一步提純，進(jìn)而得到純化co氣體。純化co氣體進(jìn)入羰基化反應(yīng)器5中與溶解在n-甲基吡咯烷酮中的乙炔和水在110℃反應(yīng)溫度下，在催化劑氯化鈀和三苯基膦的催化作用下反應(yīng)生成聚丙烯酸。丙烯酸在聚合反應(yīng)器6中在50℃反應(yīng)溫度下聚合反應(yīng)生成聚丙烯酸。

實(shí)施例4

如圖1-2所示，將來(lái)自電石爐的高溫尾氣經(jīng)過(guò)換熱器1降溫冷卻，熱量通過(guò)流量控制閥輸送至羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6，用于對(duì)羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6依次加熱，然后將換熱冷卻后的尾氣經(jīng)過(guò)干法和濕法除塵、脫硫脫氧凈化后采用變壓吸附方法進(jìn)一步除去尾氣中含量較低的氫氣和甲烷氣體以使尾氣進(jìn)一步提純，進(jìn)而得到純化co氣體。純化co氣體進(jìn)入羰基化反應(yīng)器5中與溶解在乙酰丙酮中的乙炔和水在80℃反應(yīng)溫度下，在催化劑醋酸鈀和2-吡啶基二苯基膦的催化作用下反應(yīng)生成聚丙烯酸。丙烯酸在聚合反應(yīng)器6中在100℃反應(yīng)溫度下聚合反應(yīng)生成聚丙烯酸。

實(shí)施例5

如圖1-2所示，將來(lái)自電石爐的高溫尾氣經(jīng)過(guò)換熱器1降溫冷卻，熱量通過(guò)流量控制閥輸送至羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6，用于對(duì)羰基化反應(yīng)器5和聚合反應(yīng)器6依次加熱，然后將換熱冷卻后的尾氣經(jīng)過(guò)濕法除塵、脫硫脫氧凈化后采用變壓吸附分離方法進(jìn)一步除去尾氣中含量較低的氫氣和甲烷氣體以使尾氣進(jìn)一步提純，進(jìn)而得到純化co氣體。純化co氣體進(jìn)入羰基化反應(yīng)器5中與溶解在二甲基甲酰胺中的乙炔和水在120℃反應(yīng)溫度下，在催化劑醋酸鈀和二苯基膦的催化作用下反應(yīng)生成聚丙烯酸。丙烯酸在聚合反應(yīng)器6中在90℃反應(yīng)溫度下聚合反應(yīng)生成聚丙烯酸。

由此可見，本發(fā)明采用上述方法處理電石爐尾氣，尾氣中大量的一氧化碳?xì)怏w得到利用，得到聚丙烯酸產(chǎn)品。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限定本發(fā)明的實(shí)施范圍；如果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍當(dāng)中。