本實用新型總地涉及乙烯的制備領域，具體涉及一種不同高度輸入氣體的制備乙烯的反應系統。

背景技術：

乙烯是現代工業中一種重要的基礎原料，也是世界產量最大的化學品之一，其產品廣泛應用于國民經濟、人民生活、國防等領域，是“有機合成之母”。面對石油資源的短缺和國際油價的攀升，原料來源成為發展乙烯工業的瓶頸，也是擺在人們面前必須解決的問題。因此，研究開發一種新的工藝技術來制備乙烯，以使之替代石油作為工業原材料，能夠緩解現代工業對石油的依賴性。

在煤化工技術中，以煤為原料通過電石工藝，或以天然氣為原料通過非催化部分氧化工藝制取乙炔，已成為成熟工藝。再以乙炔為原料，在選擇性加氫催化劑的作用下，通過加氫過程得到乙烯產品，可進一步拓展煤化工路線。因此，開發乙炔加氫制乙烯的新工藝技術，具有廣闊的應用前景。

低濃度乙炔氣固相催化加氫技術在石油工業中已非常成熟，主要用于乙烯中去除乙炔雜質,使用的反應器為固定床反應器，在反應器中裝填固相催化劑進行氣固相反應。但由于乙炔活性高，加氫反應放熱量大，即使是裂解氣中存在少量乙炔，傳統的氣固相固定床加氫反應器仍存在著綠油生成量大、催化劑循環周期短、反應器易“飛溫”等嚴重問題。

現有技術一為一種乙炔加氫制乙烯的流化床工藝及裝置。該工藝包括以下步驟：在流化床反應器內加入催化劑和稀釋劑；對催化劑進行升溫還原；將乙炔和氫氣混合物通入流化床反應器；乙炔選擇性加氫生成乙烯；將冷卻介質通入反應器換熱構件以移除反應熱；分離得到乙烯產品。該工藝技術存在以下缺點：

乙炔選擇性加氫制乙烯是強放熱反應，雖然在該工藝中冷卻介質用以移除反應時放出的大量的熱，但是還是難以完全消除發生反應時局部氣體溫度過高的隱患；

因該工藝使用的流化床，就難以避免催化劑顆粒間相互劇烈碰撞，這會帶來催化劑的損失、增加除塵的難度、增加換熱構件和反應器的磨損等問題。

現有技術二為一種乙烯連續分離生產線，包括氧加氫反應器、裂解氣第二干燥器、脫硫醇/羰基硫反應器、脫砷反應器、乙炔加氫反應器。其使用的乙炔加氫反應器所采用的反應器是固定床反應器。只能夠處理低濃度的乙炔，且處理量比較?。蝗绻胰埠吭龃螅瑫纱罅烤G油、造成催化劑循環周期變短、甚至會出現反應器“飛溫”的問題。

因此，為了使得反應器能適應較大量的反應乙炔氣體，不會造成催化劑利用率低、反應器“飛溫”的問題，從根本上改善氣液流場分布，改進反應器內流化的質量，有必要提出一種新的制備乙烯的反應系統。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種不同高度輸入氣體的制備乙烯的反應系統，以解決現有技術制備乙烯使得內部熱量不易傳出、催化劑利用率低的問題。

本實用新型提供一種不同高度輸入氣體的制備乙烯的反應系統，其包括：漿態床反應器、冷凝器、冷凝分離器、冷凝液儲罐、溶劑泵、塔底溶劑儲罐、過濾設備、綠油脫除系統、高溫加熱裝置和催化劑還原裝置；其中所述漿態床反應器包括殼體、加熱器和篩板；所述殼體側面的下部和殼體側面的中部設有反應氣體入口；所述殼體的下部設有液體溶劑入口和液體出口；所述殼體的上部設有氣體出口和液體入口；所述加熱器設置在所述殼體內的下部；所述篩板位于所述殼體內，固定在所述殼體內壁上，位于所述液體入口之下，所述反應氣體入口、所述液體溶劑入口之上；所述綠油脫除系統通過所述液體溶劑入口與所述漿態床反應器連通，所述塔底溶劑儲罐通過所述液體出口與所述漿態床反應器連通，所述冷凝器通過所述氣體出口與所述漿態床反應器連通，所述溶劑泵通過所述液體入口與所述漿態床反應器連通；所述冷凝器、所述冷凝分離器、所述冷凝液儲罐及所述溶劑泵依次連通；所述塔底溶劑儲罐、所述過濾設備、所述高溫加熱裝置、所述催化劑還原裝置及所述冷凝液儲罐依次連通；所述過濾設備與所述綠油脫除系統連通。

上述的系統，所述冷凝液儲罐中設有攪拌裝置。

上述的系統，所述冷凝分離器連通乙烯收集裝置。

上述的系統，所述漿態床反應器內部分布著多層相互平行的篩板，相鄰層的篩板間留有間隔，各層篩板的間隔相等。

上述的系統，每層所述篩板包括受液盤、鼓泡區、溢流堰和降液管；其中，所述篩板的部分邊沿與所述殼體內壁固定；所述固定的部分邊沿與所述溢流堰圍起來的部分為受液盤；用于盛放從上層所述降液管流下的液體；所述受液盤的中心部位分布有篩孔，形成鼓泡區，所述鼓泡區是氣液反應的主要區域；所述溢流堰設在所述篩板的非固定的邊沿，所述溢流堰高于所在層的受液盤，用于保持每層所述篩板上液體的高度；所述降液管用于使液體從上層所述篩板的溢流堰流至下層所述篩板的受液盤，位于所述溢流堰的旁邊。

上述的系統，所述篩孔為均勻分布的圓形小孔，所述小孔的中心距為孔徑的1-5倍，所述小孔的直徑為5-20mm。

上述的系統，所述篩板的篩孔設有浮閥或泡罩。

上述的系統，上層所述篩板的降液管的底端不高于下層所述篩板溢流堰的高度。

本實用新型的有益效果在于，本實用新型提出了一種新的不同高度輸入氣體的制備乙烯的反應系統，該反應系統簡單易操作，反應過程易于實現移熱，催化劑可循環利用，能夠及時脫除綠油，使得利用漿態床反應器進行高濃度乙炔選擇性加氫成為一種重要的制烯烴的生產途徑。

附圖說明

圖1為本實用新型技術方案制備乙烯的漿態床反應器的結構示意圖；

圖2為本實用新型技術方案中篩板的俯視結構示意圖；以及

圖3為本實用新型技術方案實施例制備乙烯的系統結構流程示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本實用新型的方案以及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。

如圖1是本實用新型中的漿態床反應器的結構圖。其中：1、反應氣體入口；2、液體出口；3、氣體出口；4、液體入口；5、篩板；6、降液管；7、加熱器；8、溶劑液體入口。

漿態床反應器的原理是氣體以鼓泡形式通過懸浮有固體細粒的液體(漿液)層，以實現氣液固相反應過程的反應器。該種用于乙炔選擇性加氫制乙烯的漿態床反應器，所述漿態床反應器包括反應器殼體、加熱器7和篩板5。

反應器殼體側面的下部和殼體側面的中部設置有反應氣體入口1；反應器殼體下部設有溶劑液體入口8和液體出口2，反應器殼體上部有氣體出口3。

在反應器的底部有加熱器7，其穿入反應器殼體內。其中，加熱器7能夠使溶劑蒸發，提供連續上升的蒸氣氣流，同時為整個反應器提供熱源。

所述篩板5位于所述殼體內，固定在所述殼體內壁上，位于所述液體入口4之下，所述反應氣體入口1、所述液體溶劑入口8之上。

在反應器殼體內的中部，均勻地分布著篩板5。在每層篩板5上有受液盤、溢流堰、降液管6和鼓泡區。篩板的部分邊沿與殼體內壁固定，非固定的邊沿設有溢流堰。固定的部分邊沿與所述溢流堰圍起來的部分為受液盤，用于盛放從上層降液管流下的液體。

篩板5的俯視圖如圖2所示。在篩板5的一端的溢流堰的作用是保持每層篩板上有一定高度的液體。在溢流堰的旁邊是降液管6。具體地，降液管可由所述篩板的溢流堰與所述反應器內壁的間隙形成。當然降液管6也可是別的結構比如是管道結構。降液管6的作用是讓液體從上層篩板的溢流堰處流至下層篩板的受液盤。上層篩板5的降液管6的底端不高于下層篩板5溢流堰的高度。這樣設計是為了實現液封，即防止氣體從降液管6處上升致使各層氣體相接而短路。在篩板5上的中部區域為鼓泡區，其上均勻分布著圓形小孔。小孔是氣體上升的主要通道，能夠使得氣體與液體均勻接觸。

反應器相鄰層的所述降液管6在垂直于所述受液盤的方向上的投影于圓周角度上錯開布置。這樣方便實現上層篩板5流下來的液體存于相鄰下層篩板5上一定時間，直至液體高出該下層的溢流堰而流出至再下層的篩板5。

小孔與液體的流向可保持叉排狀態，小孔的排列方式可為正三角式。小孔中心距為孔徑的1-5倍，優選的孔間的中心距為1.5倍；孔的直徑為5-20mm，優選的孔的直徑為10mm。

反應器殼體側面的中部的反應氣體入口1的位置在兩層篩板5之間，且高于下層篩板溢流堰的高度。反應氣體在通過幾層篩板以后，由于加氫反應的發生，氣體的流量有一定程度的減少，為了充分利用每層小的漿態床反應器，從反應器不同高度通入反應氣體能夠充分利用反應器，增加反應器的利用效率。

在篩板的篩孔上也可設有浮閥或泡罩。浮閥可以在篩板上浮動，隨著氣體流量的變化而改變其開啟度。泡罩內有升氣管，在泡罩與升氣管之間形成回轉空間。升氣管固定在篩板上，氣相通過升氣管進入回轉空間，以一定的噴出速度由齒縫噴出，與篩板上的液體形成鼓泡接觸。

如圖3所示為不同高度輸入氣體的制備乙烯的反應系統，其包括上述說明中提到的漿態床反應器10、冷凝器30、冷凝分離器40、冷凝液儲罐50、溶劑泵60、塔底溶劑儲罐70、過濾設備80、綠油脫除系統90、高溫加熱裝置100和催化劑還原裝置110。綠油脫除系統90通過所述液體溶劑入口與所述漿態床反應器10連通，所述塔底溶劑儲罐70通過所述液體出口與所述漿態床反應器10連通，所述冷凝器30通過所述氣體出口與所述漿態床反應器10連通，所述溶劑泵60通過所述液體入口與所述漿態床反應器10連通；所述冷凝器30、所述冷凝分離器40、所述冷凝液儲罐50及所述溶劑泵60依次連通；所述塔底溶劑儲罐70、所述過濾設備80、所述高溫加熱裝置100、所述催化劑還原裝置110及所述冷凝液儲罐50依次連通，催化劑依次通過上述設備；所述漿態床反應器10、所述塔底溶劑儲罐70、所述過濾設備80與所述綠油脫除系統90連通，溶劑依次通過上述設備。

上述的系統，所述冷凝液儲罐50中設有攪拌裝置，用于冷凝液儲罐50中溶劑與催化劑的攪拌。

制備乙烯時，乙炔和氫氣的混合氣通過漿態床反應器10殼體側面的下部和殼體側面的中部的反應氣體入口1進入到反應器中；反應氣體隨著溶劑蒸汽一起通過反應器內部的篩板上的小孔進入到液相之中。其中溶劑蒸汽由反應器下部的加熱器7把液體溶劑加熱蒸發而生成。催化劑及載體溶劑自反應器上部的液體入口4中流入。因小孔在篩板5上是均勻分布的，所以反應氣體也隨之均勻分散到液體當中。在液體中，反應氣體在懸浮于液體中的催化劑的催化作用下發生反應。反應后的氣體脫離該層篩板5，再通過上層篩板5的小孔進入到上層液體當中。如此反復直至通過反應器最上端的篩板5，從反應器頂端的氣體出口3出去。

在反應器中，氣體是至下而上的流向，液體是至上而下的流向，氣相和液相整體呈現出逆流的方向，增大了傳質和傳熱的效果。由于反應器中有多層篩板，也就是意味著反應器中存在著多個小的漿態床反應器，增大了氣液固三相充分接觸的面積，改善了氣液流場分布，避免短路，而且還可以強化湍動與氣液傳質，改進了反應器內流化的質量。

從反應器頂端出來的反應氣，再通過冷凝器30的冷卻將氣體溫度冷卻下來。隨后，再通過冷凝分離器40將氣體中的溶劑冷凝下來。冷凝下來的溶劑進入到冷凝液儲罐50。冷凝分離器40可進一步連接乙烯收集裝置，比如深冷分離裝置，氣體再經過深度冷卻分離即可得到產品乙烯。

在反應器底部的溶劑通過液體出口進入到塔底溶劑儲罐70，再通過過濾設備80，過濾后的催化劑再經過高溫加熱裝置100的煅燒后，能夠有效脫除催化劑表面附著的綠油和溶劑等雜質，實現催化劑的再生；但灼燒后的催化劑是氧化態，因此要經過催化劑還原裝置110以實現催化劑的還原。還原再生后的催化劑再添加至冷凝液儲罐50中。過濾出來的溶劑則進入到綠油脫除系統90中。通過綠油脫除系統90將綠油與溶劑分離，溶劑通過反應器底部的液體入口重新返回至反應器，綠油則進入綠油儲罐進行保存。

在冷凝液儲罐50中，通過攪拌裝置將催化劑和溶劑混合均勻后，再通過溶劑泵60將混合后的液體送入到反應器中。該過程可實現催化劑的循環利用。

在本實施方式中，使用的溶劑為蒸餾水(電導率＜5μm/cm)。從反應器底部上升的蒸汽是整個反應器的熱源，保持系統溫度的相對穩定。當開始乙炔選擇性加氫反應時，放出的大量的熱可以通過溶劑的蒸發來轉移，避免了反應器內出現局部溫度過高的現象。

本實用新型中的加熱器可以使用電加熱、蒸汽加熱、煙氣加熱或導熱油加熱的方式來實現。

本實用新型中的高溫加熱裝置可以使用電加熱、旋轉床、流化床等加熱裝置來實現。

與目前乙烯中少量乙炔加氫的技術相比，本技術可以實現由高濃度乙炔選擇性加氫制乙烯，進一步拓展了煤化工的技術路線。

進一步地，在本實用新型的技術方案中，氣體是至下而上的流向，液體是至上而下的流向，氣相和液相整體呈現出逆流的方向，增大了傳質和傳熱的效果。

進一步地，本實用新型可在在反應器的不同高度通入不同比例的反應氣體，充分利用了反應器上不同層篩板的反應容量，增加了反應器的利用效率，并且將加氫反應均勻分布起來，反應器內液相溫度分布更加均勻。進一步地，本實用新型的技術方案的反應器中有多層篩板，也就是意味著反應器中存在著多個小的漿態床反應器，增大了氣液固三相充分接觸的接觸面積，改善了氣液流場分布，可避免短路，而且還可以強化湍動與氣液傳質，改進了反應器內流化的質量。

進一步地，系統中設置有綠油脫除系統和催化劑再生系統，極大地降低了綠油和催化劑活性降低對反應的影響，實現了裝置的長期平穩運行；同時本實用新型的系統及方法使得催化劑能夠循環利用，提高了催化劑的利用效率。

本實用新型的技術方案利用液相溶劑的顯熱(顯熱是指當此熱量加入或移去后，會導致物質溫度的變化，而不發生相變)，散熱能力顯著提高，可以快速移出因乙炔選擇性加氫生成乙烯而產生的熱，降低反應床層的溫度，提高乙炔的轉化率和乙烯的選擇性。

另外，本技術方案的供熱系統簡單，僅依靠反應器底部的加熱器就能夠實現供熱。

總之，本實用新型提供的反應系統，進行乙炔選擇性加氫反應時，能有效地避免發生“飛溫”現象，能更好地抑制乙炔選擇加氫制乙烯過程中因放熱反應而引起的催化劑床層中熱點的出現，能夠及時脫除綠油，避免催化劑失活，提高催化劑的穩定性。本實用新型提出的設備采用催化劑循環利用的方式很好地解決了催化劑利用效率低的問題。

實施例1

采用實施方式中的用于乙炔選擇性加氫制乙烯的系統如圖3所示。系統結構如上述實施方式中所介紹的形式。該系統的操作壓力為0.25MPa，溫度為130℃。

可先用氮氣作為氣源，與漿態床反應器10中的含有催化劑的溶劑建立氣液流向；隨后，再逐漸開啟底部的加熱器，建立蒸汽上升氣流。當蒸汽上升至反應器頂部冷卻回流，并且溫度穩定之后，可以將氮氣逐漸轉換為氫氣和乙炔氣的混合氣通入到反應器當中。

在反應器中，乙炔和氫氣在催化劑的催化作用下生成乙烯；反應后的氣體再通過冷凝器30和冷凝分離器40，將氣體中的溶劑冷凝下來后，再送出反應系統界區。冷凝分離器40可進一步連接乙烯收集裝置，比如深冷分離裝置，來獲得乙烯產品。

從反應器頂部隨溶劑流至反應器底部的催化劑，再通過過濾設備80過濾出來。當發現催化劑活性降低的時候，將催化劑依次通過高溫加熱裝置100和催化劑還原裝置110組成的催化劑再生系統，實現催化劑的再生，然后再將再生后的催化劑轉移至冷凝液儲罐50當中。催化劑在冷凝液儲罐50中混合均勻后，使用溶劑泵60將其輸送到反應器頂部。當發現溶劑內的綠油量增多，使反應活性降低時，可以將從過濾設備80過濾出的溶劑通入到綠油脫除系統90中，脫除其中的綠油。綠油脫除系統90和催化劑再生系統極大地降低了綠油和催化劑活性降低對反應的影響，實現了裝置的長期平穩運行。

在本實施例中，使用的溶劑為蒸餾水(電導率＜5μm/cm),從反應器底部上升的蒸汽是整個反應器的熱源，保持系統溫度的相對穩定。當開始乙炔選擇性加氫反應時，放出的大量的熱，可以通過溶劑的蒸發來轉移，避免了局部溫度過高。使用的催化劑的粒徑為40-150μm，使用的過濾設備的過濾精度為1μm。

最后應說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之中。