[发明专利]乙醇脱水生产乙烯的工艺方法

说明书

本发明涉及一种乙醇脱水生产乙烯的工艺方法，主要解决现有以氧化铝为催化剂的乙醇催化脱水生产乙烯技术中的反应温度高、乙烯选择性低和反应器放大困难的技术问题。本发明采用多级绝热反应区串联，原料乙醇按比例并联进入各级反应器，热载体一次性进入一级反应器，在每级绝热床反应器内与催化剂接触脱水生成乙烯物流，经分离得到乙烯产品的生产技术方案，较好地解决了上述问题，可用于乙烯的工业生产中。

技术领域

本发明涉及一种乙醇脱水生产乙烯的工艺方法。

背景技术

目前开发新的生物基乙烯的工艺路线，已经成为可再生资源的主要聚焦点，消费市场的需求推动生物基聚合物成为主流。可口可乐公司一直在开发生物基乙烯衍生物单乙二醇的瓶用聚酯，使用生物基原料高达30％，未来可口可乐公司计划瓶用聚酯将100％采用生物基原料。雀巢和保洁公司也将使用生物原料应用于产品包装材料。而且随着世界卫生组织对婴幼儿的奶瓶和玩具的标准的提高，越来越多的婴幼儿产品也将使用生物基原料。

针对生物质乙醇脱水制乙烯的目前的研究工作主要集中在催化剂的开发和工艺研究两大方面，其中催化剂较为活跃。但有工业应用报道的乙醇脱水催化剂主要分为三大类，即磷酸体系催化剂、活性氧化铝催化剂和分子筛催化剂。磷酸体系催化剂最大的优点是乙烯纯度高(约99.5％)，但是对设备腐蚀较严重，此外产物体系分离困难，催化剂表面生碳严重，寿命短，必须频繁再生。分子筛催化剂活性和选择性高，反应温度低，但是寿命短，放大倍数小，限制了工业化生产。而活性氧化铝催化剂价格便宜，活性和选择性比较好，就是反应温度比较高，能耗较高，导致设备利用率较低，但仍为目前主要现有工业应用催化剂。自乙醇脱水制乙烯开始工业化生产以来，主要是发展了等温列管式反应的脱水工艺、绝热反应工艺和流化床反应工艺，而得到广泛工业应用的是固定床反应器工艺。乙醇脱水制乙烯工艺最初采用的是等温列管式反应器，我国现有的乙醇脱水制乙烯生产装置大多采用该反应器。但是列管式固定床反应器控温能力较差，催化剂的再生和更换也较复杂。此外，该反应器对反应过程的微小变化都非常敏感。绝热床反应器被认为是最基本最简单的固定床反应器形式，用于进行吸热反应时，原料中加入热载体一起进入反应器，并将反应分步进行，采用多个绝热床反应器，在每两个反应器之间对反应物加热，可有效保证反应器达到反应温度，使反应顺利进行。

文献Ethylene from Ethanol，1981,77(6):66-70，Halcon科学设计公司采用自行研发的Sydol的氧化铝催化剂小试在一定的反应温度和空速下，乙醇转化率97％～99％，乙烯选择性94.5～98.9％。为此1981年Halcon在巴西建成了万吨级的乙醇脱水制乙烯的装置，产品纯度达到98％；同年该公司又在巴基斯坦建成了万吨级装置，乙烯纯度可达99.9％。但是在工业应用中实际空速低，都不超过0.13h^-1。

CN101244970，采用氧化铝催化剂，三级绝热床反应串联，乙醇分级进料，水蒸气直接进入一级反应器工艺，在一级入口温度470℃，二级入口温度470℃，三级入口温度475℃，的条件下反应，乙醇转化率99.4％，乙烯选择性90％。

CN102381922，在负压的条件下，选用固体酸催化剂，乙醇原料以下行的方式顺序进入串联连接的各级反应器，在负压的条件下反应乙醇转化率可达到100％，乙烯选择性高于99％。

CN100554228采用双催化剂床层进行乙醇脱水生产乙烯，经过氧化铝催化剂床层1的反应流出物不需级间补热，直接进入分子筛催化剂床层2，在低温状态下继续反应，降低了能耗。

CN105646128～30，CN105712822～27，使用组合杂多酸催化剂用于乙醇脱水制乙烯，乙醇原料先与催化剂A接触，然后再与催化剂B接触。采用的催化剂B，在低浓度乙醇原料脱水制乙烯反应中具有低温活性高的优点，将其装填在催化剂A的下游，能够明显改善床层温度降低对催化剂体系带来的负面影响，使催化剂A和催化剂B相互配合充分发挥各自的优势。