一种微通道反应器内分离乙烷乙烯混合气的方法技术

本发明专利技术提供了一种在微通道反应器内吸收分离乙烷乙烯混合气的方法。以AgNO3或AgBF4水溶液和乙烷乙烯的混合气为起始反应物料，混合气由钢瓶经气体质量流量计输入到微反应器中，并在通道接口处与由注射泵输入的AgNO3或AgBF4水溶液混合，在反应通道内完成混合及吸收过程。反应混合气中乙烯的含量为：20‑95vol％，且气体空速为1～20s

【技术实现步骤摘要】
一种微通道反应器内分离乙烷乙烯混合气的方法
本专利技术属于气体分离领域，具体涉及一种利用微通道混合吸收技术分离乙烷乙烯混合气的方法。
技术介绍
乙烯是非常重要的石油化工基础原料，目前生产乙烯的主要方法是烃类的热裂解。裂解气是多种气体的混合物，主要包括甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯与碳四、碳五等烃类，以及氢气和少量杂质。为了得到能够进一步加工精细化工品的乙烯，就需要将其与其他烃类和杂质分离开，并达到一定的纯度。目前工业生产上对于裂解气或其他含烃类混合气的分离主要使用的是深冷分离法。深冷分离法又称为低温精馏法，所谓深冷，是指分离操作时的系统温度等于或低于-100℃，其分离原理是混合气中各组分的相对挥发度不同。深冷分离法是目前工业生产中应用最为广泛的分离方法，其经济技术指标先进，产品纯度高，分离效果好。但是由于乙烷乙烯的相对挥发度差异很小，造成该方法分离能耗高，装置投资大，动力设备多，操作复杂。因此开发更加节能环保的生产工艺成为摆在世界各国面前的难题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种微通道反应器内分离乙烷乙烯混合气的方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：在带有两个进口和一个出口的微通道反应器内进行吸收分离操作：以AgNO3或AgBF4的水溶液为吸收剂，吸收剂中Ag+的浓度为0.1～2mol/L；混合气中乙烯的含量为：20-95vol％；混合气和吸收剂分别由气体质量流量计和注射泵同步输送至微通道反应器的两个进口中，控制混合气和吸收剂中Ag+的摩尔比为0.3～3；混合气和吸收剂在微通道反应器中接触，混合并吸收后，从反应器的出口处流出，进入气液分离器；气液分离器的气体出口为吸收尾气，主要成分是乙烷；液体出口为溶解有大量乙烯的吸收液，经加热后回收溶解的乙烯，从而实现乙烷和乙烯的分离。上述吸收过程中，混合气和吸收剂在微通道反应器中接触反应的总空速为1.0～30s-1；反应温度为2～40℃。根据混合气组成的不同，吸收尾气中乙烷的含量在30～95vol％，从液体中解吸的乙烯的含量在97～99.3vol％，吸收剂解吸完成后重复使用。上述的微通道反应器包括两块基板和一片微通道板；位于微通道板上的至少三条微通道，即两条进口通道，和分别与进口通道相连的一条或多条反应通道；分别与进口通道连接的两个进口，以及与反应通道连接的一个出口；两进口通道与反应通道呈0～90°夹角。反应通道的水力直径与进口通道水力直径相同或不同为0.3～1mm；长度为5～20cm。本专利技术的有益效果：本专利技术基于络合作用提出以AgNO3或AgBF4的水溶液为吸收剂，通过Ag+与烯烃双键之间的络合作用，使得乙烯在吸收剂中的溶解度高于乙烷，从而优先大量溶解于吸收剂中，以此提高分离过程的选择性；再结合络合作用的键合作用较弱、易于解吸的特点，将吸收液加热即可获得浓度较高的乙烯气体，从而实现乙烷乙烯的分离；同时，经过解吸的吸收剂还可以重复利用，提高了过程的经济性。气-液吸收过程温度为2～40℃，减少冷量消耗，对设备的耐低温性能要求低，减少特种钢材的消耗量，节约过程的设备投资及过程能耗；在微通道内，乙烷乙烯混合气与吸收剂在毫秒至几秒(1～30s-1)范围的物料停留时间内实现微观混合，气液接触面积大，设备效率高。含Ag+离子的吸收剂解吸后重复使用。附图说明图1为单通道反应器通道板的结构示意图；图2为多通道反应器通道板的结构示意图；其中，1-进口通道一，2-进口通道二，3-反应通道(吸收)，4-出口，5-微通道板。具体实施方式用于实现微通道反应器内吸收分离乙烷乙烯混合气的装置包括：混合气气源(气瓶)，气体质量流量计，注射泵，微通道反应器，气液分离器，冷水浴，气相色谱和计算机。以及若干盛装吸收剂的玻璃瓶或烧杯等实验室器具，PTFE连接管用于将原料导入反应器及产物物流导出。本专利技术的微通道反应器，包括至少两块基板和一片微通道板5；位于微通道板5上的至少三条微通道，即两条进口通道2，和分别与进口通道2相连的至少一条反应通道3；进口通道2分别与两个进口1相连，反应通道3与出口4相连；两条进口通道2可以分别处于微通道板的两侧；微反应通道采取如图1中所示的单通道，或如图2中的多通道，图1中所示的‘Y’形通道位于下基板上，气液两相原料在位于上基板中的两个入口处同时进入进口通道，然后进入与两进口通道呈一定夹角的反应通道，并在反应通道内完成混合传质过程，在反应通道的出口处流出，进入气液分离器。图2中反应通道板为一块有机玻璃薄板，夹在两块上下基板中间，在上基板中有三个与反应板圆形出入口位置对应的原料进出口，混合气和吸收剂分别由两个入口通道进入，其中混合气由通道板一侧入口通道进入，而吸收剂则由通道板另一侧进入，原则上两种物料由哪一侧进入进口通道都是可行的，从两个入口的阻力考虑，气体原料由压降小的刻有反应通道的一侧进口通道进入，而另一侧因流体在进口通道中多次分流后要通过反应通道前端的一个圆形微小通孔(当量直径为0.1～0.5mm)进入反应通道，因而该侧的进口阻力要略大于通道侧，所以两股物料中的气相从该侧进入反应通道，这样反应器的处理能力可以提高。图2所示的通道板中的每一侧进口通道设置16条分支，也可设置成其他条数如2n(n为进口通道分支数，可为0即不分支)，上级微通道与下级微通道之间以半圆弧形微通道相连，且微通道的当量直径尺寸逐级递减，递减幅度为50％，也可在0～80％范围内定。因而原料被均布在16个反应通道内完成混合传质过程，相当于16个管式反应器同步进行吸收过程，其中每条反应通道的当量直径为0.3mm，也可以在0.3～1.0mm间任选，每条通道长60mm，或在50～200mm间任定。本专利技术所用的吸收剂为AgNO3/AgBF4的水溶液，其中Ag+的浓度为0.1～2mol/L，且重复使用一段时间后，需要对溶液中Ag+的浓度进行滴定测量，以确保吸收剂的吸收能力及实验过程的可重复性。微通道反应器用于吸收分离乙烷乙烯混合气时，吸收过程的温度对吸收效果有很大的影响。当温度较高时，由于吸收过程是放热反应，高温会降低溶液中乙烯的溶解度；而当温度较低时，由于吸收剂粘度的增加，使得溶液的流动性变差，气液两相之间的传质系数降低，同样不利于分离过程。因此，需要根据实际操作的需要选择合适的分离温度，同时可通过改变吸收剂的浓度对吸收剂的粘度进行调节。AgBF4水溶液与不锈钢反应剧烈，因此为了保护吸收剂，提高过程的经济性，采用AgBF4的水溶液作为吸收剂时，实验装置要保证吸收剂不与任何不锈钢配件直接接触，这无疑增加了实验设备的操作难度；而使用AgNO3的水溶液作为吸收剂时，由于其与不锈钢反应过程缓慢，长时间接触也不会发生明显的置换反应，对实验设备的要求较低。本专利技术微通道反应器中的总空速为1.0～30s-1，混合气和吸收剂中Ag+的摩尔比为0.3～3，并分别由气体质量流量计和注射泵同步输送至微通道反应器的两个入口中，这里强调混合气和吸收剂需要尽量同步进入微通道反应器，以提高吸收剂的利用率，提高分离效率。本专利技术在图1所示的反应通道中使用较高的反应空速，一般情况下小于30s-1，主要受限于反应器的阻力降；在图2所示的多通道反应器中使用较低的反应空速，介于1.3～11.5s-1之间，主要受限于实验室所用的注射泵量程，当突破这种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微通道反应器内分离乙烷乙烯混合气的方法，在带有两个进口和一个出口的微通道反应器内进行吸收分离，其特征在于：1)以AgNO3或AgBF4的水溶液为吸收剂，吸收剂中Ag

【技术特征摘要】
1.一种微通道反应器内分离乙烷乙烯混合气的方法，在带有两个进口和一个出口的微通道反应器内进行吸收分离，其特征在于：1)以AgNO3或AgBF4的水溶液为吸收剂，吸收剂中Ag+的浓度为0.1～2mol/L；2)混合气中乙烯的含量为：20-95vol％；混合气和吸收剂分别由气体质量流量计和注射泵同步输送至微通道反应器的两个进口中，控制混合气和吸收剂中Ag+的摩尔比为0.3～3；3)混合气和吸收剂在微通道反应器中接触，混合并吸收后，从反应器的出口处流出，进入气液分离器；微通道反应器的总空速为1.0～30s-1；4)气液分离器气体出口的气体为吸收尾气，主要成分是乙烷；液体出口的液体为溶解有乙烯的吸收剂，经加热后回收溶解的乙烯，从而实现乙烷和乙烯的分离。2.按照权利要求1所述的微通道反应器内分离...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光文，米媛，尧超群，杨梅，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21