[发明专利]乙醇脱水制乙烯的流化装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于从一种非烃化合物制备烃的装置和方法，更具体地说，属 于从一种含氧化合物脱水制备乙烯的装置和方法。

背景技术

乙烯是石油化工工业最重要的一种基础原料，目前约75％的石油化工 产品来源于乙烯。目前全世界乙烯生产能力已经达到11290.55万吨/年，预 计2012年世界乙烯生产能力将达到14445.5万吨/年。2010年我国乙烯当 量需求预计2570万吨/年，生产能力为1389万吨/年，自给率只有54％， 因此，无论是国内还是国外，乙烯的市场发展空间还很大。

生产乙烯的方法有很多种，主要有烃类裂解法、合成气合成法、乙醇 脱水法、丙烯歧化法等。目前工业上乙烯生产主要采用烃类蒸汽裂解法制 备。由于全世界烃类蒸汽裂解法主要采用石脑油、乙烷为原料，其原料的 选择是一个重大的技术经济问题，原料成本在乙烯成本中占60％～80％。 而影响乙烯原料变化的主要因素是石油和天然气的供应状况和价格。从全 球范围来看石油资源日趋减少，再加上石油资源地区分布十分不均，这就 更需要开发石油资源的替代品，以减轻对石油的依赖程度。

乙醇脱水制乙烯(以下简称ETE)反应化学早在18世纪已有报道， 是在石油化工发展之前制乙烯的主要方法。后来随着石油工业的发展，ETE 在经济上缺乏竞争力，使得ETE装置基本关闭。但是ETE技术也有自身 的优势：与其他方法相比，其产品纯度高、设备简单、投资较少、见效较 快。随着石油资源日益枯竭，开采成本提高，油价不断上涨，人类对环境 的日益关注，限制温室气体排放，社会关注农民利益以及实现可持续发展 的需要，特别是随着生物质发酵制乙醇技术的进步使得乙醇原料成本下降， 利用可再生生物质制乙醇、乙醇脱水制乙烯技术路线受到越来越多的重视， 利用ETE制备乙烯具有很大的经济价值和战略意义。

乙醇脱水制乙烯发生如下化学反应：

CH₃CH₂OH(乙醇)→CH₂＝CH₂(乙烯)+H₂O(水)

该反应是强吸热反应，△H°₂₉₈＝44.912kJ/mol，反应温度越高，越有利 于生成乙烯，但温度过高则会促进副产物如乙醛等的生成。乙醇脱水反应 属于酸催化的脱水反应，采用液体酸催化剂和固体酸催化剂能降低反应的 活化能，加快反应进行。采用浓硫酸作催化剂，在170℃有利于乙醇脱水 生成乙烯，而在140℃则有利于生成乙醚；采用γ-Al₂O₃作催化剂，由于其 酸性较弱，因此乙醇脱水生成乙烯的反应温度需要在350～400℃，若温度 较低(在260℃)则生成乙醚。当反应温度高于404℃时，乙醇会直接脱氢 生成乙醛。因此，ETE反应需要控制好反应温度范围，减少副反应的发生。

ETE工业技术路线按采用的反应器类型划分成两种，固定床工艺技术 路线和流化床工艺技术路线，这两种工艺路线采用的都是乙醇气相脱水工 艺路线。在相同处理能力下，流化床工艺技术路线的投资费用和操作费用 都要低于固定床工艺技术路线。

US4134926公开了采用流化床反应器进行ETE反应，催化剂可以采用 氧化铝、活性粘土、分子筛等。反应器温度维持在700℉(约371℃)以上， 反应后，一部分催化剂去再生器烧焦再生，再生后的催化剂循环回反应器 反应。

采用流化床反应器进行ETE存在的主要问题是，再生后的催化剂夹带 烟气，烟气中含有大量杂质气体如氮气、氧气、二氧化碳、一氧化碳等， 夹带烟气的再生催化剂返回流化床反应器，会使副反应增加，产品中乙烯 的纯度大大降低，需要昂贵的深冷分离才能提高其纯度。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上设计一种乙醇脱水制乙烯的流化 装置，以提高产品中乙烯的纯度。

本发明的另一目的是在现有技术的基础上提供一种乙醇脱水制乙烯的 流化方法，以提高产品中乙烯的纯度。