[发明专利]乙醇脱水制备乙烯生产工艺及装置

说明书

本发明的提供了一种乙醇脱水制备乙烯生产工艺及装置，通过设置乙醇脱水反应系统、急冷压缩系统、碱洗塔系统、分子筛再生系统、乙烯提纯系统、丙烯制冷循环系统及装置，包括将乙醇送至乙醇脱水系统，通过脱水反应得到反应气；将反应气在急冷压缩系统中冷却分离，将回收乙醇返回乙醇脱水反应系统；将粗乙烯、二氧化碳、水等送至碱洗及分子筛系统，脱除二氧化碳及水，得到粗乙烯；将粗乙烯送至乙烯提纯系统，得到乙烯产品；将丙烯制冷循环系统为乙烯提纯系统提供冷量的步骤；该工艺设计了高温反应产物气体热量的梯级利用，采用丙烯循环压缩制冷系统提供低温冷媒，有效地降低了过程能量消耗；减少体系污水排放的同时取消外部补水，减少水资源消耗。

技术领域

本发明涉及生产乙烯的工艺，特别地涉及乙醇脱水制备乙烯生产工艺及装置。

背景技术

乙烯化学式为C₂H₄，是最简单的一种烯烃。常温下乙烯是一种带有香甜味的无色气体，-104℃时密度为0.5678g/cm³，难溶于水，微溶于丙酮和苯，可溶于乙醇和乙醚。乙烯易燃易爆，能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限为2.7％～36％(V)。乙烯的性质活泼，容易发生聚合、氧化、烷基化、卤化和羰基化等反应。

乙烯可制备多种有机原料，目前约有75％的石油化工产品由乙烯生产，包括乙醛、醋酸、环氧乙烷、乙二醇、乙苯、氯乙醇、氯乙烯、苯乙烯、二氯乙烷和醋酸乙烯等；也可作为聚合反应原料，用来生产聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等多种重要的有机化工产品。此外，乙烯还是一种成熟激素，可以用于果实催熟。

乙烯是最重要的有机化工原料，其工业规模、产量及技术水平成为一个国家化学工业发展的重要标志。从世界范围来看，工业化国家的乙烯原料普遍以轻质原料为主。采用石脑油作裂解原料的乙烯约占世界乙烯总产量的50％；乙烷是第二大类裂解原料，由乙烷裂解生产的乙烯约占世界乙烯总产量的28％；采用以上两种原料裂解生产的乙烯超过总产量的75％，其余乙烯主要以液化石油气(LPG)、凝析油和中间馏分油等为原料。

乙醇制乙烯是在适当的温度和催化剂作用下由乙醇脱水实现的，乙醇催化脱水制乙烯是工业上最早生产乙烯所采用的工艺方法。与化石原料生产乙烯不同，乙醇制乙烯的原料是乙醇，乙醇可以由生物质发酵得到。生物质具有可再生性、低污染性和广泛分布性的特点，较重要的能提供能量的生物质包括木材、木材废料、农作物、食品加工过程产生的废弃物和水生植物等。生物质乙醇制乙烯工艺路线还具有建设周期短、投资相对较少及生产过程条件较温和等优势；且由该工艺生产制乙烯减少了CO₂排放，产品纯度高，组成较简单，分离提纯相对容易。

乙醇脱水制乙烯的工艺流程一般包含乙醇脱水反应段和乙烯产品提纯段两部分。乙醇原料经蒸发预热后进入脱水反应器，生成粗乙烯，然后依次进入水洗塔、碱洗塔、干燥器、脱轻塔和脱重塔等脱去极性物质、CO₂、H₂O、轻组分副产物和重组分副产物等，最终在脱重塔塔顶得到乙烯产品。

专利ZL 200710133610.9发明了以乙醇为原料催化脱水生成产乙烯的工艺，该工艺耦合了乙醇蒸馏提纯和催化脱水制乙烯的工艺，粗乙烯经过冷凝分离、洗涤、干燥及吸附和低温精馏工序得到乙烯产品。该工艺虽然利用乙醇和水混合蒸汽进行进料，但是没有对反应新生成的水进行后续处理和回收，不断地外界补水没有从根本解决生产水耗，同时废水处理量巨大，另外该工艺存在没有对乙烯提纯工艺的冷热功能系统进行设计，分离序列缺乏优化，提纯过程能耗大，生产操作难度高，产品纯度低等问题。

专利ZL 201510689517.0发明了发明涉及一种乙醇脱水制乙烯工艺中热量综合利用的方法，使乙醇脱水反应产物与原料乙醇进行三次换热，与进料工艺水进行二次换热，与乙烯精馏塔再沸液进行一次换热。该方法仅对局部工段进行了热耦合优化，主要的放热介质是反应产物，缺乏对全局热量和冷量的综合化设计，热能利用对象较为单一。