[发明专利]一种处理含稀反应物的混合气体的新方法及设备

说明书

本发明涉及一种处理含稀反应物的混合气体的新方法及其所用的设备。更确切地说，本发明涉及一种用带外循环的催化吸收法处理含有稀反应物的混合气体的气-液-固三相催化吸收新方法及其设备。

在许多工业部门和环保领域，经常存在对含有稀反应物的混合气体进行综合利用性和/或净化性处理的需要。例如对石化炼厂排出的干气中所含的稀乙烯(含量一般约5-20％)有综合利用的价值，可通过使其与苯进行烷基化而制得重要的化工原料乙苯。又如现代城市中主要的污染物包括火力发电厂燃煤锅炉烟囱尾气中含有的有害氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)，其含量一般小于1％，对它们的除去成为大气环保中的一项重要任务，这也可通过使其与其它物质发生反应、生成无害甚至有用的物质后而收集。

在所说混合气体中含有的稀反应物与其它物质的化学反应可用催化吸收法和/或催化蒸馏法来实现，例如在由北京服装学院提交的、尚未公开的中国专利申请99124797.3中叙及了一种由苯和炼厂干气催化蒸馏法烷基化制备乙苯的方法和设备，其中使炼厂干气和苯进料分别从催化蒸馏塔的下部和上部入塔，使之在催化蒸馏区相向流动而发生反应，产物同时蒸馏分离，获得较好的乙烯转化率和乙苯选择性。

在由北京燕化石油化工股份有限公司化工二厂和北京服装学院共同申请的中国专利申请97117321.4中，公开了一种使用鼓泡床催化吸收法烷基化制乙苯的工艺，其中气态乙烯或含乙烯的气体如炼厂干气与液态苯由反应器底部鼓泡进入催化剂床，进行气-液-固三相反应，控制反应器的操作条件，使它在接近苯的气化临界点下操作。该工艺本质上是一个催化吸收工艺。

在用催化蒸馏法或催化吸收法处理含稀反应物的混合气体的过程中，发明人发现它们仍各自存在一些需要进一步克服的缺陷，这是由于待处理的混合气体只含有稀的反应物、因而通过塔的气体通量很大这一特点导致的：

对催化蒸馏法而言，一方面通过催化蒸馏段的混合气体的通量很大，而液体通量受两个因素的限制而难以相应增大：其一是受进料液/气反应物量之比的限制，液体反应物的进料量的调节余地不大；其二是若通过增大塔顶冷凝液的回流量来增加在催化蒸馏段中液体的通量，则会相应要求增大塔釜的蒸发量和塔顶的冷凝量，导致能耗的显著增加，同时也导致催化蒸馏段中装有的催化剂所承受的温度升高，这不利于控制有利的反应条件。因此塔中液体通量难以增加到与混合气体的大通量相适应的程度，这就使催化蒸馏段中装有的填料和催化剂难以被液体充分润湿，因而有一部分就暴露在混合气体中。这一现象使得填料和催化剂的气-液传质功能以及催化剂的反应功能不能得以有效充分发挥，同时还易于引发可聚物质(若存在的话)在催化剂的活性表面上的齐聚，引起催化剂活性表面的中毒或结焦失活。这直接导致气体反应物的转化率和产物选择性难以达到令人满意的程度，且催化剂寿命缩短。

对催化吸收法而言，同样，通过催化吸收段的混合气体通量很大，而液体通量受进料液/气反应物量之比的限制，液体反应物的进料量的调节余地不大而使液体喷淋量难以相应增加。这就使催化吸收段中装有的填料和催化剂难以被液体充分润湿，因而有一部分就暴露在混合气体中。同样，这一现象使得填料和催化剂上的气-液传质功能以及催化剂的反应功能不能得到有效充分发挥，同时还易于引发可聚物质(若存在的话)在催化剂的活性表面上的齐聚，引起催化剂活性表面的中毒或结焦失活。这直接导致气体反应物的转化率和产物的选择性降低，催化剂寿命缩短。

除此之外，由于混合气体中只含有较少的气体反应物，而占大多数的惰性气体成分也要通过催化蒸馏塔或催化吸收塔，即塔中气体通过量要比处理一般不含或少含惰性气体的气-液反应体系的塔中气体通过量要大几倍甚至几十倍，且相应液体通量在一定程度上也相应增加，若要保障塔中压降不过大，则必须保证塔中的催化蒸馏段或催化吸收段达到一定的空隙率，也即床层中的催化剂装填量受到限制。若催化剂活性不是特别高或催化剂没有处于最佳工作温度，则往往难以保证所有吸收溶解到液相中的气态反应物能反应完全，这也在某种程度上制约了气态反应物的转化率的提高，甚至导致气态反应物的部分损失。

为了解决上述问题，本发明人从由苯与炼厂干气中的稀乙烯烷基化制乙苯这一反应体系入手，详细研究了含稀反应物的混合气体与一种液体反应物进行气-液-固三相反应的规律，在此基础上提出了一种处理含稀反应物的混合气体的、带外循环的催化吸收工艺及其设备，比较好地解决了上述的、目前用催化蒸馏法或催化吸收法处理含稀反应物的混合气体的过程中存在的问题。