[发明专利]一种利用二氧化碳生产正丙醛的装置和方法

权利要求书

1.一种利用二氧化碳生产正丙醛的装置，其特征在于按反应步骤依次包括原料混合单元(1)、缓冲单元(2)、反应单元(3)、余热回收单元(4)、急冷单元(5)、压缩单元(6)、分离单元(7)、PSA单元(8)、正丙醛生产单元(9)；

其中所述反应单元(3)为带有进料预热器的反应炉(31)；所述反应炉(31)内有反应炉管(32)；

所述余热回收单元(4)包括一级废热锅炉(41)和二级废热锅炉(42)；

所述急冷单元(5)为包括塔顶分液罐(51)、塔底急冷水泵(52)以及塔底过滤器的急冷塔；

所述压缩单元(6)包括一级压缩系统(61)、吸收塔脱碳系统(62)、再生塔系统(63)、脱苯干燥系统(64)以及二级压缩系统(65)；

所述分离单元(7)包括冷箱(71)、脱甲烷塔系统(72)、乙烯塔系统(73)以及脱乙烷塔系统(74)；所述脱甲烷塔系统(72)塔底连接有重沸器(721)；所述乙烯塔系统(73)为上塔(731)和下塔(732)热冷分离结构，其中上塔(731)通过乙烯泵(733)连接有乙烯罐(734)；

所述正丙醛生产单元(9)按反应流程依次包括乙烯合成气净化系统(91)、加热器(92)、氢甲酰化反应釜(93)、冷却器(94)、液液静置分层罐(95)、精馏塔(97)、油水分相器(98)以及回收塔(99)；所述冷却器(94)还连接有气液分离罐(96)。

2.根据权利要求1所述的利用二氧化碳生产正丙醛的装置，其特征在于：所述反应炉(31)为立式箱式炉。

3.如权利要求1所述的利用二氧化碳生产正丙醛的方法，其特征在于包括如下反应过程：

(1)原料混合单元、缓冲单元和反应单元：原料混合单元中三股进料进行混合，第一股进料为乙烷和循环乙烷，第二股进料为二氧化碳和循环二氧化碳，第三股进料为水蒸气；三股进料在混合后进入缓冲单元，随后进入反应单元中的进料预热器，预热至50-500℃后进入反应炉进行升温反应；反应炉管中装有乙烷脱氢催化剂，升温至500-1500℃，乙烷、二氧化碳、水蒸气在催化剂的作用下反应，生成主产品乙烯，以及一氧化碳、氢气、甲烷、C³⁺烃类、水等副产品；反应炉保持反应温度，使反应得以朝有利方向进行；反应炉出口气体为高温过程气，随后进入下一个单元余热回收单元进行发汽，副产品少量甲烷以及C³⁺烃类作为本装置的燃料进行循环利用；

其中三股进料中的循环乙烷来自后续分离单元脱乙烷塔系统反应分离进行循环再利用；循环二氧化碳来自压缩单元再生塔系统出气的循环再利用；水蒸气来自压缩单元脱苯干燥系统进行循环再利用；

(2)余热回收单元和急冷单元：来自反应单元的高温过程气，温度为550-1200℃，进入余热回收单元的一级废热锅炉后发1-10MPa等级的饱和蒸汽，进入反应炉烟道过热，作为后续压缩单元压缩系统热源使用；通过一级废热锅炉后的高温过程气，温度为200-800℃，进入二级废热锅炉后发0.1-1.0MPa等级的饱和蒸汽，作为后续压缩单元再生塔系统热源使用；

经过两级废热锅炉后的高温过程气降温至50-400℃进入急冷单元，在急冷塔中，高温过程气和急冷水逆流接触，降温至25-50℃的过程气进入塔顶分液罐，随后进入下一级压缩单元；急冷塔底端急冷水经急冷水泵增压后，部分经过过滤器过滤去除反应生成的焦炭杂质，随后作为后续分离单元热源使用；

(3)压缩单元：一级压缩系统中，降温后的过程气由0.01Mpa-1.0Mpa增压至1Mpa-10MPa；进入吸收塔脱碳系统进行脱碳；其中使用MDEA溶液作为吸收剂，吸收过程气中的二氧化碳，吸收二氧化碳后的MDEA富溶剂进入再生塔系统再生，再生塔系统采用常规汽提工艺；富溶剂经贫富溶剂换热器换热至20-200℃左右后进入再生塔系统再生，出口气作为循环二氧化碳经加压送至反应炉作为原料使用；脱苯干燥系统采用洗涤工艺，采用后续分离单元自产的C³⁺进行洗涤，洗涤后的过程气中C₆H₆含量≤100ppm；经脱碳、脱苯、干燥后的过程气进入二级压缩系统，继续加压至1Mpa-10MPa后进入下一级分离单元；

(4)分离单元：自压缩单元来的过程气首先和脱甲烷塔系统塔底物料换热，经分液后的过程气进入冷箱，在冷箱中，过程气与冷剂和合成气换热逐步冷却至-50--5℃，冷箱底部液体直接作为脱甲烷塔系统的进料，冷箱顶部气相作为粗合成气进入后续PSA单元；

脱甲烷塔系统塔底采用急冷水作为重沸器热源，塔底C²⁺物料与进料过程气换热后经碳二加氢系统处理去除乙炔杂质后再进入乙烯塔系统，冷箱顶部气相和脱甲烷塔系统顶气合并，升温至1℃-80℃后进入PSA单元；

经加氢后的C²⁺物料直接进入乙烯塔下塔，乙烯塔系统下塔塔底采用急冷水作为热源，上塔塔顶采用制冷剂作为冷源；冷凝后的液体作为塔的回流，不凝气经压力控制后进入压缩单元循环压缩以最大程度回收乙烯；用乙烯送出泵抽出乙烯，送至乙烯罐储存；回收乙烯后的C²⁺物料在乙烯塔底，经压力控制后与脱乙烷塔系统塔底物料换热后进入脱乙烷塔系统；脱乙烷塔系统塔底采用急冷水做为热源，塔顶有冷源；冷凝后的液体作为塔的回流，不凝气即循环乙烷，经压力控制后首先进入冷箱回收冷量，升温至10-70℃后作为反应原料使用；塔底物料为C³⁺，水冷至15-65℃后分为两路，一路经加压继续降温至5-50℃后作为脱苯干燥系统的洗涤液使用，另外一路直接作为装置或余热回收系统燃料使用；

(5)PSA单元：粗合成气在1Mpa-10Mpa，1℃-80℃下进入PSA单元，经过气液分离器后通过变压吸附系统PSA得到氢纯度≥99.00％的产品氢气，产品氢气输出界外；PSA解析气在0.01MP-0.1MPa下送出界外；该解析气经处理后作为合成气原料供下游使用，与装置的其他产品共同作为正丙醛生产单元的反应原料；

(6)正丙醛合成单元：来自前段反应的合成气以及乙烯经乙烯合成气净化系统处理升压后经加热器加热升温至50-80℃，进入氢甲酰化反应釜进行羰基合成反应，产生的反应热经外循环冷却器冷却取走，随着物料的连续进入，反应连续进行，控制温度为80-150℃、压力为0.5-5Mpa；反应完成后，反应产物先经冷却器降温后进入液液静置分层罐及气液分离罐，其中液液静置分层罐中水相经静置分层后回系统循环利用，有机相去精馏塔，塔顶得到合格正丙醛，一部分作为后续下游产品的生产原料，一部分作为产品进行外售；同时气液分离罐分离的气相作为装置燃料循环利用，冷却后的液相回到液液静置分层罐；塔底含大量水的废液先经油水分相器进行分相，其中水相直接回氢甲酰化反应釜回收利用，油相去回收塔进行回收。

4.根据权利要求3所述的利用二氧化碳生产正丙醛的方法，其特征在于：步骤(4)中乙烯塔系统塔顶气用-50℃--5℃制冷剂冷凝冷却。