一種由電石爐尾氣制丙烯酸的系統(tǒng)及方法與流程

本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，特別是一種由電石爐尾氣制丙烯酸的系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)制備丙烯酸的方法。

背景技術(shù)：

密閉式電石爐的尾氣溫度達到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多立方米尾氣。目前80％以上企業(yè)產(chǎn)生的尾氣都是直接排入大氣中，如此巨大的尾氣量排放到空氣中對空氣的污染十分嚴重。由于電石生產(chǎn)間歇出爐、時常小修、停電、限電等因素，所以尾氣量與溫度波動不平穩(wěn)。尾氣內(nèi)含有微量焦油，容易使布袋粘結(jié)堵塞。并且尾氣中含塵量大，爐塵具有粘、輕、細不易捕集的特點。而且尾氣具有本身的潛熱和顯熱，同時又具有難以除塵凈化的大量粉塵。不完善的尾氣凈化和利用技術(shù)不但對能源是極大的浪費，而且對于環(huán)境污染是相當大的危害。

因此，需要一種完善的尾氣凈化和利用技術(shù)，將電石爐的尾氣中的有效資源進行利用而且又不會對環(huán)境造成危害。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種由電石爐尾氣制丙烯酸的系統(tǒng)，以及使用該系統(tǒng)制備丙烯酸的方法。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

根據(jù)本發(fā)明，提供一種由電石爐尾氣制丙烯酸的系統(tǒng)，包括：

換熱裝置，該換熱裝置的氣體進口連接到電石爐尾氣管道；

除塵裝置，該除塵裝置的進口與換熱裝置的出口相連；

凈化裝置，該凈化裝置的進口與除塵裝置的出口相連；

提純裝置，該提純裝置的進口與凈化裝置的出口相連；

壓縮機，該壓縮機的進口與提純裝置的出口相連；以及

反應(yīng)器，該反應(yīng)器的氣體進口與壓縮機的出口相連，反應(yīng)器還具有液體進口和排出口。液體進口用于送入液體物料，排出口用于排出產(chǎn)物丙烯酸及未反應(yīng)的氣體物料。

進一步地，反應(yīng)器的排出口連接冷凝裝置，該冷凝裝置具有氣體出口和液體出口，該氣體出口用于排出未反應(yīng)的氣體物料，該液體出口用于排出產(chǎn)物丙烯酸。

進一步地，換熱裝置的換熱介質(zhì)出口連接換熱管道，通過換熱管道對反應(yīng)器加熱。

進一步地，換熱管道可通過以下方式對反應(yīng)器加熱：換熱管道通過接觸和/或熱輻射對反應(yīng)器加熱；或者換熱管道與反應(yīng)器外層連通，通過向反應(yīng)器外層輸送換熱介質(zhì)以對反應(yīng)器內(nèi)腔加熱，反應(yīng)器的液體進口和氣體進口均通入至反應(yīng)器內(nèi)腔。

進一步地，當換熱管道通過熱輻射對反應(yīng)器加熱時，反應(yīng)器是單層反應(yīng)器，反應(yīng)器的液體進口和氣體進口均通入至反應(yīng)器內(nèi)。

這里，反應(yīng)器可以是現(xiàn)有技術(shù)中的單層反應(yīng)器，將換熱管道設(shè)置在反應(yīng)器外圍而不與反應(yīng)器連通，以對反應(yīng)器加熱；反應(yīng)器也可以是現(xiàn)有技術(shù)中的雙層反應(yīng)器，將換熱管道與雙層反應(yīng)器的外層連通向外層輸送換熱介質(zhì)，使換熱介質(zhì)對反應(yīng)器內(nèi)層加熱，反應(yīng)物通過液體進口和氣體進口被輸送至反應(yīng)器內(nèi)層在內(nèi)層發(fā)生化學反應(yīng)制備丙烯酸。通過調(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)對反應(yīng)器的加熱程度，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，反應(yīng)器裝有冷卻裝置以在反應(yīng)器溫度超過反應(yīng)溫度范圍時對反應(yīng)器冷卻。更優(yōu)選的，反應(yīng)器帶有攪拌裝置，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。

進一步地，提純裝置為變壓吸附分離裝置、變溫吸附分離裝置、深冷分離裝置和膜分離裝置的至少一種。

進一步地，除塵裝置采用干法除塵和/或濕法除塵。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種采用如上的系統(tǒng)制備丙烯酸的方法，包括以下步驟：

步驟一：將高溫的電石爐尾氣經(jīng)過換熱裝置冷卻，熱量輸送至反應(yīng)器，用于向反應(yīng)器加熱；

步驟二：將經(jīng)過步驟一處理的電石爐尾氣送入除塵裝置除去電石爐尾氣中的粉塵固體；

步驟三：將經(jīng)過步驟二處理的電石爐尾氣送入凈化裝置脫去電石爐尾氣中的硫、氧、碳雜質(zhì)；

步驟四：將經(jīng)過步驟三處理的電石爐尾氣送入提純裝置除去氫氣、甲烷氣體，得到純化一氧化碳氣體；

步驟五：將步驟四得到的純化一氧化碳氣體送入壓縮機加壓至反應(yīng)壓力；

步驟六：將經(jīng)過步驟五加壓的純化一氧化碳氣體、乙炔和水送入反應(yīng)器中催化加熱反應(yīng)生成丙烯酸，其中反應(yīng)器使用的熱量為步驟一中輸送至反應(yīng)器的熱量。

進一步地，步驟六中先將乙炔溶解于有機溶劑和水中，再與加壓后的一氧化碳反應(yīng)。

進一步地，有機溶劑選自四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、丙酮或乙酰丙酮中的一種或多種組合。

進一步地，反應(yīng)器內(nèi)含有催化劑，催化劑包含至少一種鎳鹽。

更進一步地，鎳鹽包括鹵化鎳、乙酸鎳、硝酸鎳、硫酸鎳。

進一步地，反應(yīng)器的反應(yīng)溫度為200-210℃。

本發(fā)明的有益效果是：

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)境的問題，提供一種處理電石爐尾氣的系統(tǒng)及方法。電石爐尾氣凈化提純后得到的co氣體與乙炔在反應(yīng)器中反應(yīng)得到丙烯酸。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，并且保證床層溫度穩(wěn)定，不會發(fā)生催化劑床層飛溫。通過高溫電石爐尾氣首先與反應(yīng)器進行換熱，將高溫的電石爐尾氣的熱量用于加熱反應(yīng)器，有效利用了熱量，節(jié)約成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明由電石爐尾氣制丙烯酸的系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明由電石爐尾氣制丙烯酸的方法的示意圖。

附圖標記

1換熱裝置、2除塵裝置、3凈化裝置、4提純裝置、5壓縮機、6反應(yīng)器。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1中實線僅用于示意實物連接關(guān)系，虛線僅用于示意換熱管道的走向。

如圖1所示，本發(fā)明使用的系統(tǒng)包括換熱裝置1、除塵裝置2、凈化裝置3、提純裝置4、壓縮機5和反應(yīng)器6。換熱裝置1具有氣體進口和出口，將電石爐尾氣通過電石爐尾氣管道送入至換熱裝置1的氣體進口；除塵裝置2、凈化裝置3、提純裝置4、壓縮機5均具有進口和出口；反應(yīng)器6包含氣體進口、液體進口以及排出口，且此處反應(yīng)器6為雙層反應(yīng)器，反應(yīng)器6具有外層和內(nèi)腔。換熱裝置1的出口與除塵裝置2的進口相連，除塵裝置2的出口與凈化裝置3的進口相連，凈化裝置3的出口與提純裝置4的進口相連，提純裝置4的出口與壓縮機5的進口相連。壓縮機5的出口與反應(yīng)器6的氣體進口相連。反應(yīng)器6的排出口連接有冷凝裝置(圖中未示出)，冷凝裝置具有氣體出口及液體出口，該氣體出口用于排出未反應(yīng)的氣體物料，該液體出口用于排出產(chǎn)物丙烯酸。反應(yīng)器6的液體進口和氣體進口均通入至反應(yīng)器內(nèi)腔，所以原料可以通過反應(yīng)器6的液體進口和氣體進口到達反應(yīng)器內(nèi)腔進行反應(yīng)。反應(yīng)器6的液體進口用于送入溶解乙炔和水。反應(yīng)器6的外層通過換熱管道連接至換熱裝置1，換熱裝置1將從電石爐尾氣中吸收的熱量通過換熱管道傳輸給反應(yīng)器的外層對反應(yīng)器加熱，并且通過溫度自動控制流量閥控制換熱管道內(nèi)換熱介質(zhì)的流量，從而將加熱溫度控制在200℃以上。反應(yīng)器6的反應(yīng)熱量由反應(yīng)器外層供給。冷凝裝置的氣體出口用于排出反應(yīng)器6內(nèi)未反應(yīng)的co氣體，冷凝裝置的液體出口用于排出反應(yīng)器6中的產(chǎn)物丙烯酸。

在本發(fā)明的實施方式中，換熱裝置可以是現(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；除塵裝置為現(xiàn)有技術(shù)中的任意干法或濕法除塵器，凈化裝置是現(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)凈化效果同時又不增加額外成分即可。

在本發(fā)明的實施方式中，反應(yīng)器的液體進口在上側(cè)，氣體進口在下側(cè)，如圖1所示。反應(yīng)器的反應(yīng)溫度控制在200-210℃范圍內(nèi)。

本發(fā)明的實施方式中，由于電石爐尾氣溫度可達到1000℃以上，經(jīng)過換熱裝置1換熱后的換熱管道的溫度達到200℃以上，優(yōu)選地，將該溫度控制在220-260℃，足以使反應(yīng)器溫度達到反應(yīng)溫度范圍，無需額外的熱源，有效回收利用了尾氣的熱量用于丙烯酸的生產(chǎn)。

在本發(fā)明的另一實施例中，反應(yīng)器6還可以使用現(xiàn)有技術(shù)中的單層反應(yīng)器，將換熱管道設(shè)置在反應(yīng)器外圍而不與反應(yīng)器連通，通過接觸或熱輻射以對反應(yīng)器加熱。反應(yīng)器6的液體進口和氣體進口均通入至反應(yīng)器內(nèi)。

實施例1

本實施例采用上述系統(tǒng)制備丙烯酸，其中提純裝置4采用變壓吸附分離裝置(psa裝置)。

將高溫的電石爐尾氣經(jīng)過換熱裝置1冷卻，電石爐尾氣的熱量經(jīng)由換熱裝置1輸送至反應(yīng)器6，為反應(yīng)器6提供反應(yīng)熱量；接著將電石爐尾氣送入除塵裝置2，先進行干法除塵再進行濕法除塵，除去電石爐尾氣中的粉塵固體。將從除塵裝置2中處理后的電石爐尾氣送入凈化裝置3脫去電石爐尾氣中的硫、氧、碳雜質(zhì)。隨后將從凈化裝置3中處理后的電石爐尾氣送入psa裝置除去含量稍低的氫氣、甲烷氣體，得到高純度一氧化碳氣體，純度達到99％以上。將得到的高純度一氧化碳氣體送入壓縮機5加壓至反應(yīng)壓力，反應(yīng)壓力為5-10mpa；與此同時，先將乙炔溶解于丙酮中，然后將溶于丙酮的乙炔和水通過反應(yīng)器6的液體進口進入至反應(yīng)器6，再將加壓后的一氧化碳氣體通過反應(yīng)器6的氣體進口進入至反應(yīng)器6。反應(yīng)器6被加熱至反應(yīng)溫度200℃時，壓縮后的一氧化碳作為羰基化原料，在含有氯化鎳的催化劑作用下，在反應(yīng)器6中與乙炔和水反應(yīng)生成丙烯酸。

實施例2

本實施例采用上述系統(tǒng)制備丙烯酸，其中提純裝置4采用膜分離裝置。

將高溫的電石爐尾氣經(jīng)過換熱裝置1冷卻，電石爐尾氣的熱量經(jīng)由換熱裝置1輸送至反應(yīng)器6，為反應(yīng)器6提供反應(yīng)熱量；接著將電石爐尾氣送入除塵裝置2，先進行干法除塵再進行濕法除塵，除去電石爐尾氣中的粉塵固體。將從除塵裝置2中處理后的電石爐尾氣送入凈化裝置3脫去電石爐尾氣中的硫、氧、碳雜質(zhì)。隨后將從凈化裝置3中處理后的電石爐尾氣送入膜分離裝置除去含量稍低的氫氣、甲烷氣體，得到高純度一氧化碳氣體。將得到的高純度一氧化碳氣體送入壓縮機5加壓至反應(yīng)壓力，反應(yīng)壓力為5-10mpa；與此同時，先將乙炔溶解于丙酮中，然后將溶于丙酮的乙炔和水通過反應(yīng)器6的液體進口進入至反應(yīng)器6，再將加壓后的一氧化碳氣體通過反應(yīng)器6的氣體進口進入至反應(yīng)器6。反應(yīng)器6被加熱至反應(yīng)溫度200℃時，壓縮后的一氧化碳作為羰基化原料，在含有乙酸鎳的催化劑作用下，在反應(yīng)器6中與乙炔和水反應(yīng)生成丙烯酸。

實施例3

如圖1所示，采用實施例1的系統(tǒng)和方法制備丙烯酸，區(qū)別在于：提純裝置4采用變溫吸附分離裝置。將乙炔溶解于有機溶劑四氫呋喃中；反應(yīng)器6被加熱至反應(yīng)溫度210℃時，乙炔、水和一氧化碳氣體在含有硝酸鎳的催化劑作用下，在反應(yīng)器6中反應(yīng)生成丙烯酸。

實施例4

如圖1所示，采用實施例2的系統(tǒng)和方法制備丙烯酸，區(qū)別在于：提純裝置4采用深冷分離裝置。將乙炔溶解于有機溶劑2-甲基四氫呋喃中；反應(yīng)器6被加熱至反應(yīng)溫度210℃時，乙炔、水和一氧化碳氣體在含有溴化鎳的催化劑作用下，在反應(yīng)器6中反應(yīng)生成丙烯酸。

實施例5

如圖1所示，采用實施例1的系統(tǒng)和方法制備丙烯酸，區(qū)別在于：將乙炔溶解于有機溶劑n-甲基吡咯烷酮中；反應(yīng)器6被加熱至反應(yīng)溫度210℃時，乙炔、水和一氧化碳氣體在含有硝酸鎳的催化劑作用下，在反應(yīng)器6中反應(yīng)生成丙烯酸。

實施例6

如圖1所示，采用實施例2的系統(tǒng)和方法制備丙烯酸，區(qū)別在于：將乙炔溶解于有機溶劑二甲基甲酰胺中；反應(yīng)器6被加熱至反應(yīng)溫度200℃時，乙炔、水和一氧化碳氣體在含有硫酸鎳的催化劑作用下，在反應(yīng)器6中反應(yīng)生成丙烯酸。

實施例7

如圖1所示，采用實施例2的系統(tǒng)和方法制備丙烯酸，區(qū)別在于：將乙炔溶解于有機溶劑乙酰丙酮中；反應(yīng)器6被加熱至反應(yīng)溫度210℃時，乙炔、水和一氧化碳氣體在含有氯化鎳和溴化鎳的催化劑作用下，在反應(yīng)器6中反應(yīng)生成丙烯酸。

實施例1-7使用的脫硫脫碳脫氧方法為本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員熟知的方法。

實施例1-7使用的溶解乙炔的有機溶劑還可以為選自四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、丙酮或乙酰丙酮中的多種組合。

采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法處理電石爐尾氣，尾氣中大量的一氧化碳氣體得到利用，得到丙烯酸產(chǎn)品。且由于將乙炔采用先溶解再加壓的方法可避免壓縮乙炔導致的安全隱患，反應(yīng)過程中不會發(fā)生飛溫現(xiàn)象。反應(yīng)器中催化劑的引入進一步的使得反應(yīng)更容易進行。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給反應(yīng)器加熱，有效利用了熱量，節(jié)約了成本。

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