[发明专利]一种由兰炭获取乙炔并合成丙烯酸的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及化工技术领域，更具体地，涉及一种由兰炭获取乙炔并合成丙烯酸的方法及系统。

背景技术

兰炭又称半焦，兰炭产品广泛应用于电石、铁合金、化肥造气、生铁冶炼、高炉喷吹等生产领域和城市居民洁净用煤。在我国兰炭主要消费领域中电石领域消费量占兰炭总消费量的80％以上。

丙烯酸分子内含有一个碳-碳双键和一个羧基，是一种重要的化工基础原料。丙烯酸被广泛用作合成高分子材料的单体和合成丙烯酸酯，用于涂料、纺织、粘合剂、皮革、纤维等领域。

丙烯酸的合成方法主要有三种，即丙烯睛水解法、丙烯部分氧化法和乙炔羰基合成法，丙烯睛水解法由于剧毒早已被淘汰。目前，丙烯酸的工业生产主要采用丙烯部分氧化法和乙炔羰基合成法。现有技术采用丙烯两步氧化法制备丙烯酸，严重依赖于石油供应。

目前兰炭生产电石主要用于生产PVC，采用的催化剂主要为含汞催化剂，随着PVC产能的饱和以及对环保的要求越来越高，急需寻找高附加值的电石下游产品，以提高相关产业利润。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种由兰炭获取乙炔并合成丙烯酸的方法及系统。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明，提供一种由兰炭获取乙炔并合成丙烯酸的方法，包括以下步骤：

步骤一：采用密闭电石炉生产工艺生产电石：将兰炭经过干燥和筛分，与生石灰混合，进入密闭电石炉内进行反应，得到电石和电石炉尾气；电石炉尾气通过变压吸附得到一氧化碳和剩余气体；

步骤二：乙炔气制备：步骤一得到的电石经过冷却、净化后与水在电石发生器内混合进行水合反应生成乙炔气；

步骤三：乙炔气羰化：步骤二得到的乙炔气溶解在含催化剂及水的四氢呋喃中后由泵加压，同时将步骤一得到的一氧化碳加压至相同压力；加压后的溶解有乙炔的溶剂和加压后的一氧化碳同时送入羰化反应器，在催化剂的催化下发生乙炔羰化反应，反应后的产物冷却后通过精馏得到丙烯酸产品。

进一步地，步骤一中的剩余气体作为燃料返回密闭电石炉的加热装置中。

进一步地，步骤一中干燥后的兰炭的水分量降至1wt％，筛分后的兰炭的颗粒粒径控制在5-25mm。

进一步地，步骤三中，采用的催化剂为镍基催化剂和卤化铜；镍基催化剂为镍的卤化物、镍的硫酸盐、镍的醋酸盐、镍的硝酸盐、镍的氢氧化物或镍的氧化物。镍化合物为催化剂的主要活性组分，含镍化合物能够与乙炔及CO生成中间产物进而生成丙烯酸。卤化铜主要起电子助剂的作用，促进乙炔的解离，提高反应的乙炔转化率。该催化剂组分简单，易于制备，耐受性强。

更进一步地，催化剂的加入量为溶剂和水总质量的0.1％～5.0％，催化剂和乙炔气先溶解在溶剂和水中，然后由泵打入羰化反应器中进行反应。乙炔气直接加压容易爆炸，采用溶剂溶解乙炔后进行反应，安全性高。所采用的催化剂不需复杂的制备过程，按一定比例复配后即可使用，催化剂生产成本低。

进一步地，步骤三中加压至6-8MPa。

进一步地，乙炔羰化反应的温度为180-220℃。

进一步地，兰炭与生石灰的质量比为(0.63-0.7)∶1。兰炭配比高于上述质量比时，电石炉出料中残炭量较高，兰炭配比低于上述质量比时生石灰过剩，影响电石质量。兰炭中固定碳的含量偏低时，兰炭配比应适当增大，兰炭中固定碳的含量较高时，可适当减少兰炭用量。

进一步地，步骤一中变压吸附过程为电石炉尾气通过在含有氧化铝、分子筛和活性炭的吸附塔中经过吸附、均压降压、顺放、逆放、置换、抽空、均压冲压、终冲压的步骤得到一氧化碳。

进一步地，步骤二生成乙炔气的反应中电石与水的质量比为(4.2-4.8)∶1。电石与水比例低于上述质量比时，产生大量的废液需要处理，并且电石渣和乙炔气含水量都偏高，对后续处理工艺中的干燥要求较高；电石比例高于上述质量比时反应不完全，部分电石未经反应直接进入电石渣中，并且反应放出大量的热不能及时移除，发生器有超温的危险。当电石品质较高时，电石与水的配比比例可适当降低，以提供充足的水与电石中的碳化钙发生反应；电石品质较差时，电石与水的配比比例可适当提高。

进一步地，步骤二得到的乙炔气采用次氯酸钠清净或者浓硫酸清净工艺进行净化，使得乙炔气中的总硫量降至0.1ppm、总磷量降至0.1ppm、总砷量降至0.1ppm，满足后续反应要求。

更进一步地，步骤二得到的乙炔气采用浓硫酸清净工艺进行净化。

根据本发明，提供一种实施如上的方法的系统，包括：