[发明专利]一种乙醇脱水制乙烯和催化裂化的组合工艺方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及是一种乙醇脱水制乙烯和催化裂化的组合工艺方法及装置

背景技术

乙烯是多种重要化工产品(如环氧乙烷、聚乙烯、聚氯乙烯等)的基础原 料。随着世界经济的发展，乙烯需求量与日俱增，预计到2010年全球乙烯需 求量将达到140Mt/a。由于我国经济的高速增长，我国乙烯需求量的年增长率 超过世界平均水平。乙烯的主要来源于石油烃类原料的蒸汽裂解，近年来原 油价格飞涨，使裂解法乙烯的生产成本急剧上升。另外，石油资源作为一种 不可再生资源，渐趋枯竭，因此开发利用可再生原料制取乙烯成为发展的趋 势。

生物乙醇主要以玉米、糖、薯干、秸秆或木质纤维素等可再生资源为原料 经发酵获得，原料来源广泛、充足，可满足大规模生物质化工产业发展的需 要。我国是一个农业大国，生物质资源丰富，每年总产量不低于10亿吨干 物质，若转换成燃料乙醇相当于3亿多吨石油当量。因此从乙醇制取乙烯既 是对有限石油资源的补充，同时也符合可持续发展的战略。

乙醇在加热和催化条件下可发生脱水反应生成乙烯，该技术在20世纪 20年代后实现工业应用。目前有工业应用报道的乙醇脱水催化剂主要分为两 大类，即活性氧化铝催化剂和分子筛催化剂。最近研究发现，在分子筛催化 剂上乙醇脱水反应比氧化铝催化剂具有更低的反应温度，更高的操作空速和 更高的单程反应转化率和乙烯收率。

从乙醇脱水制乙烯工艺来看，普遍采用气相脱水法，由于乙醇脱水反应吸 热量较大，目前反应器主要采用列管反应器、催化剂床层间换热的层式反应 器及绝热固定床反应器，但这类反应器制造复杂、成本较高，且催化剂装卸 不便。

美国专利US4134926报道了一种采用流化床来使乙醇脱水生产乙烯的方 法，流化床反应温度控制在399℃左右，乙醇单程转化率大于99.5％，乙烯 收率大于99％(未精馏前)，催化剂使用的是活性硅铝氧化物。

由于乙醇脱水反应是一个强吸热反应，而且其反应温度范围较窄，反应温 度波动将直接影响反应产物乙烯的纯度，因此对反应体系提供热量变得尤为 重要。从目前所采用的工艺路线来看，单独的乙醇脱水反应工艺，无论是固 定床、流化床反应器都很难做到大型化，这样将直接影响到该工艺的经济性 和竞争优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是提供一种乙醇脱水制乙烯和催化裂化的 组合工艺方法，该方法将催化裂化催化剂用于催化乙醇脱水反应，并且通过 催化裂化高温催化剂为乙醇脱水反应提供热量。本发明还提供了一种实现上 述方法的装置。

本发明的工艺方法包括：乙醇原料和催化剂进入乙醇转化反应器中，相互 接触反应，反应温度为220～450℃，反应压力为0.15～0.5MPa，催化剂与乙 醇的重量比为0.5～15，反应产物在沉降器内与催化剂分离后，去后续分离系 统，催化剂在汽提器中经水蒸汽汽提后，进入催化剂混合罐中与来自催化裂 化再生器的催化剂混合，二者的重量比为2～30∶1，混合后的催化剂分为两部 分，一部分进入乙醇转化反应器中，另一部分进入催化裂化再生器。

乙醇脱水反应温度优选为260～420℃；反应压力优选为0.15～0.4MPa； 进入乙醇转化反应器中的催化剂与乙醇原料的重量比优选1～10。

催化剂混合罐中，来自汽提器的催化剂和来自催化裂化再生器的催化剂的 重量比为3～25∶1。

所述的乙醇原料选自无水乙醇、含水乙醇和未经精制的粗乙醇中的一种或 几种。

所述的催化剂为本领域技术人员所知晓的任何催化裂化催化剂，其组成通 常包括30～50wt％的Y型分子筛、10～40wt％的Al₂O₃和20～40wt％的高岭土。 所述的催化剂还可以含有少量的ZSM-5型和/或β型分子筛。

所述的乙醇转化反应器为提升管反应器，反应时间为0.5～30秒，优选1～ 25秒。

所述的乙醇转化反应器为提升管+流化床反应器，提升管中的反应时间为 0.5～30秒，优选1～25秒；流化床反应器的重时空速为0.1～40h^-1，优选为 0.5～35h^-1。