本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，特別是一種由煤熱解氣制丙烯酸的系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)制備丙烯酸的方法。

背景技術(shù)：

低階煤快速熱解工藝的熱解氣成分主要以co和h2為主，大約占到80％左右。熱解氣中含塵量大，爐塵具有粘、輕、細(xì)不易捕集的特點(diǎn)。而且熱解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。傳統(tǒng)煤氣的處理工藝是將煤氣直接冷卻，得到含塵煤焦油，煤焦油再加熱進(jìn)行加工，不僅能耗巨大，同時(shí)冷卻過程中有廢水廢渣污染；或用氨水噴淋荒煤氣降溫、除塵，導(dǎo)致焦油中含塵量很高，同時(shí)帶來廢水和廢渣污染，并且浪費(fèi)了煤氣的物理顯熱。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(fèi)，而且對于環(huán)境污染是相當(dāng)大的危害。

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

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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

為達(dá)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，提供一種由煤熱解氣制丙烯酸的系統(tǒng)，包括：

油氣分離裝置，該油氣分離裝置具有進(jìn)口和出口；氣體進(jìn)口用于通入煤熱解氣；

油氣分離裝置，所述油氣分離裝置的氣體進(jìn)口連接煤熱解氣管道，用于通入煤熱解氣；

旋風(fēng)分離裝置，所述旋風(fēng)分離裝置的進(jìn)口與所述油氣分離裝置的出口相連；

凈化裝置，所述凈化裝置的進(jìn)口與所述旋風(fēng)分離裝置的出口相連；

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；以及

反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包含氣體進(jìn)口、液體進(jìn)口以及排出口，所述反應(yīng)器的氣體進(jìn)口與所述提純裝置的出口相連。

進(jìn)一步地，所述反應(yīng)器的排出口連接有冷凝裝置；冷凝裝置具有氣體出口及液體出口。

所述油氣分離裝置用于分離煤熱解氣中的焦油，通過從油氣分離裝置頂部噴入換熱媒介或在內(nèi)部設(shè)置裝有換熱媒介的管道使高溫的煤熱解氣冷卻，使煤熱解氣中的焦油液化將其從氣體中分離。優(yōu)選地，油氣分離裝置設(shè)置有換熱裝置，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(jìn)一步地，所述換熱管道可通過以下方式對所述反應(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，所述反應(yīng)器的液體進(jìn)口和氣體進(jìn)口均通入至反應(yīng)器內(nèi)腔。

進(jìn)一步地，換熱管道上設(shè)置有流量閥，該流量閥用于控制換熱管道內(nèi)換熱介質(zhì)的流量，從而控制換熱管道對反應(yīng)器的加熱程度。

反應(yīng)器可以是現(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)，通過換熱介質(zhì)對反應(yīng)器內(nèi)層加熱，反應(yīng)物通過液體進(jìn)口和氣體進(jìn)口被輸送至反應(yīng)器內(nèi)層在內(nèi)層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)制備丙烯酸。通過調(diào)節(jié)換熱介質(zhì)的流量可以調(diào)節(jié)對反應(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，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(shí)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。

進(jìn)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。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種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：通過油氣分離裝置冷卻煤熱解氣并除去煤熱解氣中的焦油；

步驟二：將經(jīng)過步驟一處理的煤熱解氣送入旋風(fēng)分離裝置除去煤熱解氣中的粉塵固體；

步驟三：將經(jīng)過步驟二處理的煤熱解氣送入凈化裝置脫去煤熱解氣中的硫、氧、碳雜質(zhì)；

步驟四：將經(jīng)過步驟三處理的煤熱解氣送入提純裝置除去氫氣、甲烷、二氧化碳?xì)怏w，得到純化一氧化碳?xì)怏w；

步驟五：將步驟四得到的一氧化碳?xì)怏w、乙炔和水送入反應(yīng)器中反應(yīng)生成丙烯酸。

進(jìn)一步地，步驟一中通過油氣分離裝置冷卻煤熱解氣所產(chǎn)生的熱量輸送至所述反應(yīng)器用于對其加熱。

進(jìn)一步地，步驟五中先將乙炔溶解于有機(jī)溶劑和水中，再與一氧化碳反應(yīng)。

進(jìn)一步地，有機(jī)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(jìn)一步地，反應(yīng)器內(nèi)含有催化劑，催化劑含有至少一種鈀鹽。

更進(jìn)一步地，鈀鹽包括鹵化鈀、乙酸鈀、硝酸鈀、硫酸鈀。

進(jìn)一步地，反應(yīng)器的反應(yīng)溫度為100-150℃。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明為了解決目前煤熱解企業(yè)的尾氣利用率較低、污染環(huán)境的問題，提供一種處理煤熱解氣的系統(tǒng)及方法。煤熱解氣凈化提純后得到的co氣體與乙炔在反應(yīng)器中催化加熱反應(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(xiǎn)，并且保證床層溫度穩(wěn)定，不會發(fā)生催化劑床層飛溫。通過高溫煤熱解氣首先與反應(yīng)器進(jìn)行換熱，將高溫的煤熱解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)明由煤熱解氣制丙烯酸的系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明由煤熱解氣制丙烯酸的方法的示意圖。

附圖標(biāo)記

1油氣分離裝置、2旋風(fēng)分離裝置、3凈化裝置、4提純裝置、5反應(yīng)器、6煤熱解裝置。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)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(shí)線僅用于示意實(shí)物連接關(guān)系，虛線僅用于示意熱量傳遞路線。

如圖1所示，本發(fā)明使用的系統(tǒng)包括油氣分離裝置1、旋風(fēng)分離裝置2、凈化裝置3、提純裝置4、和反應(yīng)器5。油氣分離裝置1具有進(jìn)口和出口，將來自煤熱解裝置6的煤熱解氣送入至油氣分離裝置1的進(jìn)口；旋風(fēng)分離裝置2、凈化裝置3、提純裝置4均具有進(jìn)口和出口；反應(yīng)器5包含氣體進(jìn)口、液體進(jìn)口以及排出口。油氣分離裝置1的出口與旋風(fēng)分離裝置2的進(jìn)口相連，旋風(fēng)分離裝置2的出口與凈化裝置3的進(jìn)口相連，凈化裝置3的出口與提純裝置4的進(jìn)口相連，提純裝置4的出口與反應(yīng)器5的氣體進(jìn)口相連。

反應(yīng)器5為現(xiàn)有的雙層反應(yīng)器，包括外層和內(nèi)腔。反應(yīng)器5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。反應(yīng)器5的液體進(jìn)口和氣體進(jìn)口均通入至反應(yīng)器內(nèi)腔，所以原料可以通過反應(yīng)器5的液體進(jìn)口和氣體進(jìn)口到達(dá)反應(yīng)器內(nèi)腔進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)器5的液體進(jìn)口用于送入溶解的乙炔和水。反應(yīng)器5的外層通過換熱管道連接至油氣分離裝置1中的換熱裝置，該換熱裝置將從煤熱解氣中吸收的熱量通過換熱管道傳輸給反應(yīng)器的外層。反應(yīng)器5的反應(yīng)熱量由反應(yīng)器外層供給。換熱管道上設(shè)置有溫度自動控制流量閥，該溫度自動控制流量閥用于控制換熱管道內(nèi)熱量的流量，進(jìn)而控制換熱管道對反應(yīng)器的加熱溫度。換熱管道對反應(yīng)器加熱的溫度可達(dá)100℃以上。冷凝裝置的氣體出口用于排出反應(yīng)器5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5中的產(chǎn)物丙烯酸。

由于煤熱解氣溫度可達(dá)到1000℃以上，經(jīng)過換熱裝置1換熱后的換熱介質(zhì)的溫度能夠達(dá)到100℃以上；優(yōu)選地，將上述溫度控制在120-200℃。高溫煤熱解氣通過換熱器1后換熱介質(zhì)的熱量足以使反應(yīng)器溫度達(dá)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(shí)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(jìn)口和氣體進(jìn)口均通入至反應(yīng)器內(nèi)。

實(shí)施例1

本實(shí)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)。

將高溫的煤熱解氣經(jīng)過換熱裝置1冷卻，煤熱解氣的熱量經(jīng)由油氣分離裝置1輸送至反應(yīng)器5，同時(shí)由其中的換熱器為反應(yīng)器5提供反應(yīng)熱量；接著將煤熱解氣送入旋風(fēng)分離裝置2，除去煤熱解氣中的粉塵固體及焦油微粒。將從旋風(fēng)分離裝置2中處理后的煤熱解氣送入凈化裝置3脫去煤熱解氣中的硫、氧、碳雜質(zhì)。隨后將從凈化裝置3中處理后的煤熱解氣送入psa裝置除去含量稍低的氫氣、甲烷氣體，得到純化一氧化碳?xì)怏w。一氧化碳?xì)怏w通過反應(yīng)器5的氣體進(jìn)口進(jìn)入至反應(yīng)器5。與此同時(shí)，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5的液體進(jìn)口進(jìn)入至反應(yīng)器5。再將反應(yīng)器5加熱至反應(yīng)溫度110℃，以一氧化碳作為羰基化原料，在含有鹵化鈀的催化劑作用下，在反應(yīng)器5中與乙炔和水反應(yīng)生成丙烯酸。

其中，鹵化鈀可以是氯化鈀或溴化鈀。

實(shí)施例2

本實(shí)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。

將高溫的煤熱解氣經(jīng)過油氣分離裝置1除去焦油，煤熱解氣的熱量經(jīng)由油氣分離裝置1中的換熱裝置輸送至反應(yīng)器5，為反應(yīng)器5提供反應(yīng)熱量；接著將煤熱解氣送入旋風(fēng)分離裝置2，除去煤熱解氣中的粉塵固體。將從旋風(fēng)分離裝置2中處理后的煤熱解氣送入凈化裝置3脫去煤熱解氣中的硫、氧、碳雜質(zhì)。隨后將從凈化裝置3中處理后的煤熱解氣送入膜分離裝置除去含量稍低的氫氣、甲烷氣體，得到純化一氧化碳?xì)怏w。一氧化碳?xì)怏w通過反應(yīng)器5的氣體進(jìn)口進(jìn)入至反應(yīng)器5，與此同時(shí)，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5的液體進(jìn)口進(jìn)入至反應(yīng)器5。將反應(yīng)器5加熱至反應(yīng)溫度150℃，以純化一氧化碳作為羰基化原料，在含有乙酸鈀的催化劑作用下，在反應(yīng)器5中與乙炔和水反應(yīng)生成丙烯酸。

實(shí)施例3

如圖1所示，采用實(shí)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，將乙炔溶解于溶劑四氫呋喃中；將反應(yīng)器5加熱至反應(yīng)溫度120℃，乙炔、水和一氧化碳?xì)怏w在含有硝酸鈀的催化劑作用下，在反應(yīng)器5中反應(yīng)生成丙烯酸。

實(shí)施例4

如圖1所示，采用實(shí)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，將乙炔溶解于溶劑2-甲基四氫呋喃中；將反應(yīng)器5加熱至反應(yīng)溫度130℃，乙炔、水和一氧化碳?xì)怏w在含有乙酸鈀的催化劑作用下，在反應(yīng)器5中反應(yīng)生成丙烯酸。

實(shí)施例5

如圖1所示，采用實(shí)施例1的系統(tǒng)和方法制備丙烯酸，區(qū)別在于：將乙炔溶解于溶劑n-甲基吡咯烷酮中；將反應(yīng)器5加熱至反應(yīng)溫度140℃，乙炔、水和一氧化碳?xì)怏w在反應(yīng)器5中反應(yīng)生成丙烯酸。

實(shí)施例6

如圖1所示，采用實(shí)施例2的系統(tǒng)和方法制備丙烯酸，區(qū)別在于：將乙炔溶解于溶劑二甲基甲酰胺中；將反應(yīng)器5加熱至反應(yīng)溫度100℃，乙炔、水和一氧化碳?xì)怏w在含有硫酸鈀催化劑作用下，在反應(yīng)器5中反應(yīng)生成丙烯酸。

實(shí)施例7

如圖1所示，采用實(shí)施例2的系統(tǒng)和方法制備丙烯酸，區(qū)別在于：將乙炔溶解于溶劑乙酰丙酮中；將反應(yīng)器5加熱至反應(yīng)溫度135℃，乙炔、水和一氧化碳?xì)怏w在反應(yīng)器5中反應(yīng)生成丙烯酸。

實(shí)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(shí)施例1-7使用的溶解乙炔的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)和方法處理煤熱解氣，煤熱解氣中大量的一氧化碳?xì)怏w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(dǎo)致的安全隱患，反應(yīng)過程中不會發(fā)生飛溫現(xiàn)象。此外，本發(fā)明中高溫煤熱解氣在進(jìn)行油氣分離的同時(shí)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，有效利用了熱量，節(jié)約了成本。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來限定本發(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。