[发明专利]一种煤制乙二醇氮氧化物补充系统及其方法

说明书

本发明涉及一种煤制乙二醇氮氧化物补充系统及其方法，该系统包括沿反应物进料方向依次连接的压缩机、酯化预反应器、氧化酯化塔和硝酸还原塔，所述酯化预反应器与氧化酯化塔之间设有气体混合器，所述气体混合器连接氮氧化物预处理器，其中，气体混合器包括主管和设于主管内部的氮氧化物管，所述主管设于连接管路中，所述氮氧化物管在位于所述主管内的管壁上设有若干氮氧化物出口孔，氮氧化物预处理器包括依次连接的预热器和缓冲罐，缓冲罐的出口连接所述氮氧化物管的入口。本发明使氮氧化物NO_x的补入稳定和均匀，提高氮氧化物转化率和目标产物的选择性，节省氮氧化物消耗量，降低开车和运行成本。

技术领域

本发明涉及化工生产供氮系统，具体涉及一种煤制乙二醇氮氧化物补充系统及其方法。

背景技术

乙二醇是重要的化工原料和战略物资，用于制造聚酯(可进一步生产涤纶、饮料瓶、薄膜)、炸药、乙二醛，并可作防冻剂、增塑剂、水力流体和溶剂等。“煤制乙二醇”即以煤代替石油乙烯生产乙二醇。专家指出，此类技术路线符合我国缺油、少气、煤炭资源相对丰富的资源特点。目前国内煤制乙二醇路线主要为草酸酯法，其流程简图如图1所示。

由于酯化系统发生副反应会造成氮流失，所以需要在系统运行过程中持续补入氮氧化物，以维持氮平衡；另外，在开车阶段，需要对系统建立氮平衡，也需要补入新鲜的氮氧化物。氮氧化物的补充方式，以及补入点，对整个系统开车和稳定运行十分重要。

由于酯化反应很容易发生，所需停留时间仅1秒左右，导致氮氧化物补入系统时，容易快速与循环气中的甲醇和NO发生酯化反应，放出大量热量，进而促进MN分解，引起安全问题；并且当氮氧化物局部过量时，会导致硝酸、硝酸甲酯等选择性偏高，造成氮流失，其中硝酸甲酯的的存在又增加安全隐患。因此，研究稳定和高效的氮氧化物补入方法，对煤制乙二醇项目具有重要的意义。

目前煤制乙二醇项目工业系统上系统补氮方法主要为N₂O₄补入法和硝酸补入法，此外还有氨氧化法和亚硝酸钠和酸反应法。

硝酸法的缺点是在开车阶段硝酸浓度高，容易生成许多副产物，不但影响氮元素利用率，还将带入大量副产物，其中部分副产物还将带来安全问题，比如硝酸甲酯。

氮氧化物以N₂O₄直接补入或分解后补入，具体经过如下反应过程：

在开车阶段，补入N₂O₄时发生的反应为：

N₂O₄＝＝2NO₂(可逆) (1)

CH₃OH+N₂O₄＝＝CH₃ONO+HNO₃ (2-1)

CH₃OH+2NO₂＝＝CH3ONO+HNO₃ (2-2)

N₂O₄+H₂O＝＝HNO₂+HNO₃ (3-1)

2NO₂+H₂O＝＝HNO₂+HNO₃ (3-2)

其中亚硝酸甲酯CH₃ONO为目标产物；HNO₂可与甲醇反应生成MN：

HNO₂+CH₄O＝CH₃ONO+H₂O (4)

当系统稳定运行时，MN在羰化反应器发生以下反应：