本發明涉及化工領域，并且更具體地涉及一種用電石爐尾氣制備聚丙烯酸的方法以及實施該方法的系統。

背景技術：

密閉式電石爐爐氣溫度達到1000℃以上，成分主要以co為主，大約占到80％左右。生產1噸電石一般要產生400多立方米爐氣，面對如此巨大的尾氣量，目前企業中80％以上的尾氣都是直接排入大氣中。由于電石生產間歇出爐、時常小修、停電、限電等因素，所以爐氣量與溫度波動不平穩；爐氣內含有微量焦油，容易使布袋粘結堵塞；爐氣中含塵量大，爐塵具有粘、輕、細不易撲集的特點，而且爐氣具有本身的潛熱和顯熱，同時又具有難以除塵凈化的大量粉塵。不完善的爐氣凈化和處理技術不但對能源是極大的浪費，而且對環境造成污染也是相當大的危害。

技術實現要素：

本發明為了解決目前電石企業的尾氣利用率較低，污染環境的問題，提供一種處理電石爐尾氣的方法和系統。

根據本發明的一方面，提供一種用電石爐尾氣制備聚丙烯酸的方法，包括以下步驟：

1)尾氣換熱：將來自電石爐的高溫尾氣經過換熱器進行降溫冷卻，熱量輸送至羰基化反應器和聚合反應器，用于對羰基化反應器和聚合反應器加熱；

2)尾氣除塵：將步驟1)中換熱冷卻后的尾氣中的粉塵固體除去；

3)尾氣凈化：將步驟2)中除塵后的尾氣中的硫、氧雜質脫除；

4)提純：將步驟3)中得到的尾氣進一步提純，除去尾氣中的氫氣和甲烷氣體，得到純化co氣體；

5)羰基化：將步驟4)中得到的純化co氣體作為羰基化原料，在羰基化反應器中與乙炔和水在催化劑的催化作用下反應，生成丙烯酸；

6)聚合：將步驟5)得到的丙烯酸在聚合反應器中聚合生成聚丙烯酸。

根據本發明的一個實施例，步驟2)中尾氣除塵的方法為干法除塵和/或濕法除塵。

根據本發明的一個實施例，步驟4)中除去尾氣中的氫氣和甲烷氣體的方法為膜分離方法、變溫吸附分離方法、深冷分離方法和變壓吸附方法中的一種。

根據本發明的一個實施例，步驟5)中乙炔先溶解在溶劑和水中，然后與純化co氣體反應。

根據本發明的一個實施例，溶劑選自以下中的一種或多種：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、乙酰丙酮。

根據本發明的一個實施例，步驟5)中反應溫度為80℃-120℃。

根據本發明的一個實施例，步驟5)中催化劑為鈀化合物和有機膦。

根據本發明的一個實施例，步驟6)中聚合反應的溫度為50℃-100℃。

根據本發明的另一方面，還提供一種采用上述方法制備聚丙烯酸的系統，該系統包括：

換熱器，所述換熱器的氣體進口連接到電石爐尾氣管道；

除塵裝置，所述除塵裝置的進口與所述換熱器的出口相連；

凈化裝置，所述凈化裝置的進口與所述除塵裝置的出口相連；

提純裝置，所述提純裝置的進口與所述凈化裝置的出口相連；

羰基化反應器，所述羰基化反應器的氣體進口與所述提純裝置的出口相連，所述羰基化反應器還具有液體進口和排出口；

聚合反應器，所述聚合反應器的進口與所述羰基化反應器的排出口相連。

根據本發明的一個實施例，換熱器的換熱介質出口連接換熱管道，通過換熱管道對羰基化反應器和聚合反應器加熱。

通過換熱管道先對羰基化反應器加熱，再對聚合反應器加熱。換熱管道可通過以下方式對反應器加熱：換熱管道通過接觸和/或熱輻射對反應器加熱；或者換熱管道與反應器外層連通，通過向反應器外層輸送換熱介質以對反應器內腔加熱，反應器的進口均通入至反應器內腔。

根據本發明的一個實施例，羰基化反應器的氣體進口設置在羰基化反應器下側，羰基化反應器的液體進口設置在羰基化反應器上側。

采用以上技術方案，本發明與現有技術相比具有如下優點：

本發明將電石爐尾氣凈化提純后得到的高純co氣體和乙炔在羰基化反應器中與水反應得到丙烯酸，并聚合得到聚丙烯酸。通過上述處理，本發明使尾氣中大量的一氧化碳氣體得到利用；本發明將乙炔溶解在溶劑中反應，避免了乙炔在高溫高壓條件下爆炸的危險，并且保證床層溫度穩定，不會發生催化劑床層飛溫；通過換熱，高溫的電石爐尾氣的熱量用于加熱羰基化反應器和聚合反應器，有效利用熱量，節約成本。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點在與附圖結合對實施例進行的描述中將更加明顯并容易理解，其中：

圖1示出了根據本發明的用電石爐尾氣制備聚丙烯酸的方法的流程示意圖；

圖2示出了采用本發明的方法制備聚丙烯酸的系統的示意圖。

附圖標記說明

1換熱器、11氣體進口、12出口、2除塵裝置、21進口、22出口、3凈化裝置、31進口、32出口、4提純裝置、41進口、42出口、5羰基化反應器、51氣體進口、52液體進口、53排出口、6聚合反應器、61進口。

具體實施方式

應當理解，在示例性實施例中所示的本發明的實施例僅是說明性的。雖然在本發明中僅對少數實施例進行了詳細描述，但本領域技術人員很容易領會在未實質脫離本發明主題的教導情況下，多種修改是可行的。相應地，所有這樣的修改都應當被包括在本發明的范圍內。在不脫離本發明的主旨的情況下，可以對以下示例性實施例的設計、操作條件和參數等做出其他的替換、修改、變化和刪減。

圖1和圖2中實線箭頭僅用于示意實物路線關系，虛線箭頭僅用于示意熱量傳遞路線。

參照圖1，本發明提供一種用電石爐尾氣制備聚丙烯酸的方法，包括以下步驟：

1)尾氣換熱：將來自電石爐的高溫尾氣經過換熱器進行降溫冷卻，熱量輸送至羰基化反應器和聚合反應器，用于對羰基化反應器和聚合反應器加熱；

2)尾氣除塵：將步驟1)中換熱冷卻后的尾氣中的粉塵固體除去；

3)尾氣凈化：將步驟2)中除塵后的尾氣中的硫、氧雜質脫除；

4)提純：將步驟3)中得到的尾氣進一步提純，除去尾氣中的氫氣和甲烷氣體，得到純化co氣體；這里純化co氣體是指co氣體純度達到99％以上。

5)羰基化：將步驟4)中得到的純化co氣體作為羰基化原料，在羰基化反應器中與乙炔和水在催化劑的催化作用下反應，生成丙烯酸；

6)聚合：將步驟5)得到的丙烯酸在聚合反應器中聚合生成聚丙烯酸。

在上述方法中，步驟2)中尾氣除塵的方法為干法除塵和/或濕法除塵。

在上述方法中，步驟4)中除去尾氣中的氫氣和甲烷氣體的方法為膜分離方法、變溫吸附分離方法、深冷分離方法和變壓吸附方法中的一種。

在上述方法中，步驟5)中乙炔先溶解在溶劑和水中，然后與純化co氣體反應。

在上述方法中，溶劑選自以下中的一種或多種：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、乙酰丙酮。

在上述方法中，步驟5)中反應溫度為80℃-120℃。

在上述方法中，步驟5)中催化劑為鈀化合物和有機膦。

在上述方法中，步驟6)中聚合反應的溫度為50℃-100℃。

本發明采用上述方法處理電石爐尾氣，尾氣中大量的一氧化碳氣體得到利用，得到聚丙烯酸產品。本發明將乙炔溶解在溶劑中反應，避免了乙炔在高溫高壓條件下爆炸的危險，并且反應過程中不會發生飛溫現象。此外，本發明中高溫電石爐尾氣直接與反應器換熱，在降低尾氣溫度的同時給反應器加熱，有效利用熱量，節約成本。

另外，參照圖2，本發明還提供一種采用上述方法制備聚丙烯酸的系統，該系統包括：

換熱器1，換熱器1具有氣體進口11和出口12，氣體進口11連接到電石爐尾氣管道；

除塵裝置2，除塵裝置2具有進口21和出口22，除塵裝置2的進口21與換熱器1的出口12相連；

凈化裝置3，凈化裝置3具有進口31和出口32，凈化裝置3的進口31與除塵裝置2的出口22相連；

提純裝置4，提純裝置4具有進口41和出口42，提純裝置4的進口41與凈化裝置3的出口32相連；

羰基化反應器5，羰基化反應器5具有氣體進口51、液體進口52以及排出口53，氣體進口51與提純裝置4的出口42相連，液體進口52用于通入乙炔和水；

聚合反應器6，聚合反應器6設置有進口61，進口61與羰基化反應器5的排出口53相連。

在上述系統中，換熱器1的換熱介質出口連接換熱管道，通過換熱管道對羰基化反應器5和聚合反應器6依次加熱。當然，換熱管道分兩路分別對羰基化反應器5和聚合反應器6加熱也是可以的。

在上述系統中，氣體進口51設置在羰基化反應器5下側，液體進口52設置在羰基化反應器5上側。

在本發明的實施方式中，換熱器1可以是現有技術中使用的任意換熱器。如列管式換熱器或盤管式換熱器，換熱介質可以是水或傳熱油；除塵裝置2為現有技術中的任意干法或濕法除塵器，凈化裝置3是現有技術中用于脫去氣體中硫、氧、碳雜質的任意脫硫脫碳凈化器，只要它們能夠實現凈化效果同時又不增加額外成分即可。

在本發明的實施方式中，由于尾氣溫度達到1000℃以上，經過換熱器1換熱后換熱介質的溫度能夠達到100℃以上，優選為100-200℃，換熱器1的換熱介質通過帶有流量控制閥的換熱管道輸送至羰基化反應器5和聚合反應器6，其中對羰基化反應器5加熱的溫度保持在100℃-150℃，對聚合反應器6加熱的溫度保持在70℃-120℃。高溫尾氣通過換熱器1后換熱介質的熱量足以使羰基化反應器和聚合反應器溫度達到反應溫度范圍，無需額外的熱源，有效回收利用了尾氣的熱量用于丙烯酸和聚丙烯酸的生產。

在本發明的實施方式中，羰基化反應器5的液體進口52在上側，氣體進口51在下側，羰基化反應器5內反應溫度控制在80℃-120℃范圍內。聚合反應器6的進口61在上側，聚合反應器6內反應溫度控制在50℃-100℃。

這里，羰基化反應器5和聚合反應器6可以是現有技術中的單層反應器或雙層反應器，對于單層反應器將換熱管道設置在其外圍以對其熱輻射或接觸加熱；對于雙層反應器，將換熱管道與其外層連接向外層輸送換熱介質通過換熱介質對其內層加熱，反應物被輸送至反應器內層在內層發生化學反應。通過調節換熱介質的流量或換熱管道與反應器間熱輻射距離的大小可以調節對反應器的加熱狀態，從而使反應器的溫度控制在反應溫度范圍內。優選的，羰基化反應器5和聚合反應器6各自裝有冷卻裝置以在反應器溫度超過反應溫度范圍時對反應器進行冷卻。更優選的，羰基化反應器5和聚合反應器6各自帶有攪拌裝置，用于攪拌反應物使得反應液受熱均勻。

這里的反應器可以是例如專利cn104826558b中公開的漿態床反應器。

下面參照具體實施例，對本發明進行說明。

實施例1

如圖1-2所示，將來自電石爐的高溫尾氣經過換熱器1降溫冷卻，熱量通過流量控制閥輸送至羰基化反應器5和聚合反應器6，用于對羰基化反應器5和聚合反應器6依次加熱，然后將換熱冷卻后的尾氣經過干法和濕法除塵、脫硫脫氧凈化后采用變壓吸附分離方法進一步除去尾氣中含量較低的氫氣和甲烷氣體以使尾氣進一步提純，進而得到純化co氣體。純化co氣體進入羰基化反應器5中與溶解在丙酮中的乙炔和水在90℃反應溫度下，在催化劑醋酸鈀和三苯基膦的催化作用下反應生成丙烯酸。丙烯酸在聚合反應器6中在60℃反應溫度下聚合反應生成聚丙烯酸。

實施例2

如圖1-2所示，將來自電石爐的高溫尾氣經過換熱器1降溫冷卻，熱量通過流量控制閥輸送至羰基化反應器5和聚合反應器6，用于對羰基化反應器5和聚合反應器6依次加熱，然后將換熱冷卻后的尾氣經過干法和濕法除塵、脫硫脫氧凈化后采用膜分離方法進一步除去尾氣中含量較低的氫氣和甲烷氣體以使尾氣進一步提純，進而得到純化co氣體。純化co氣體進入羰基化反應器5中與溶解在四氫呋喃中的乙炔和水在100℃反應溫度下，在催化劑醋酸鈀和2-吡啶基二苯基膦的催化作用下反應生成聚丙烯酸。丙烯酸在聚合反應器6中在70℃反應溫度下聚合反應生成聚丙烯酸。

實施例3

如圖1-2所示，將來自電石爐的高溫尾氣經過換熱器1降溫冷卻，熱量通過流量控制閥輸送至羰基化反應器5和聚合反應器6，用于對羰基化反應器5和聚合反應器6依次加熱，然后將換熱冷卻后的尾氣經過干法除塵、脫硫脫氧凈化后采用深冷分離方法進一步除去尾氣中含量較低的氫氣和甲烷氣體以使尾氣進一步提純，進而得到純化co氣體。純化co氣體進入羰基化反應器5中與溶解在n-甲基吡咯烷酮中的乙炔和水在110℃反應溫度下，在催化劑氯化鈀和三苯基膦的催化作用下反應生成聚丙烯酸。丙烯酸在聚合反應器6中在50℃反應溫度下聚合反應生成聚丙烯酸。

實施例4

如圖1-2所示，將來自電石爐的高溫尾氣經過換熱器1降溫冷卻，熱量通過流量控制閥輸送至羰基化反應器5和聚合反應器6，用于對羰基化反應器5和聚合反應器6依次加熱，然后將換熱冷卻后的尾氣經過干法和濕法除塵、脫硫脫氧凈化后采用變壓吸附方法進一步除去尾氣中含量較低的氫氣和甲烷氣體以使尾氣進一步提純，進而得到純化co氣體。純化co氣體進入羰基化反應器5中與溶解在乙酰丙酮中的乙炔和水在80℃反應溫度下，在催化劑醋酸鈀和2-吡啶基二苯基膦的催化作用下反應生成聚丙烯酸。丙烯酸在聚合反應器6中在100℃反應溫度下聚合反應生成聚丙烯酸。

實施例5

如圖1-2所示，將來自電石爐的高溫尾氣經過換熱器1降溫冷卻，熱量通過流量控制閥輸送至羰基化反應器5和聚合反應器6，用于對羰基化反應器5和聚合反應器6依次加熱，然后將換熱冷卻后的尾氣經過濕法除塵、脫硫脫氧凈化后采用變壓吸附分離方法進一步除去尾氣中含量較低的氫氣和甲烷氣體以使尾氣進一步提純，進而得到純化co氣體。純化co氣體進入羰基化反應器5中與溶解在二甲基甲酰胺中的乙炔和水在120℃反應溫度下，在催化劑醋酸鈀和二苯基膦的催化作用下反應生成聚丙烯酸。丙烯酸在聚合反應器6中在90℃反應溫度下聚合反應生成聚丙烯酸。

由此可見，本發明采用上述方法處理電石爐尾氣，尾氣中大量的一氧化碳氣體得到利用，得到聚丙烯酸產品。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并非用來限定本發明的實施范圍；如果不脫離本發明的精神和范圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明權利要求的保護范圍當中。