[发明专利]乙醇脱水制乙烯热耦合方法及装置

说明书

本发明涉及乙醇脱水制乙烯热耦合方法及装置。包括乙醇脱水反应系统、急冷压缩系统、碱洗系统、分子筛干燥系统、乙烯提纯与丙烯制冷循环系统；乙醇脱水反应系统中乙醇脱水反应产物作为原料乙醇预热、汽化及过热的热源；急冷压缩系统中蒸发塔塔釜液作为蒸发塔进料流股预热及急冷塔塔顶气体加热的热源；碱洗系统中产品乙烯作为粗乙烯冷却的冷源；分子筛干燥系统中蒸发塔塔釜液凝液作为循环乙烯预热的热源；乙烯提纯与丙烯制冷循环系统中产品乙烯作为干燥的乙烯预冷的冷源；循环乙烯作为脱甲烷塔塔顶气体冷却及丙烯冷却的冷源；低温丙烯作为提纯塔塔顶气体冷却及乙烯进一步冷却的冷源；热丙烯作为脱甲烷塔塔釜液、提纯塔塔釜液及产品乙烯加热的热源。

技术领域

本发明属于乙烯合成及精制领域，涉及一种乙醇脱水制乙烯的降低能耗的热耦合方法及装置。

背景技术

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。

采用可再生的生物质原料生产乙醇，再脱水制乙烯的技术是调整能源结构、减少环境污染、促进国民经济和社会可持续发展的重要途径之一。对于乙醇脱水制乙烯，目前主要的研究目标是改进工艺流程，降低装置物耗能耗，增加效益。

现有的文献或专利中，很少有专门涉及能量综合利用方面的报道。专利CN103121898A提出了在乙烯第一、第二冷却器和乙烯脱轻塔再沸器之间设置一套冷冻液系统，利用乙烯压缩机出口物料热量作为乙烯脱轻塔再沸器热源的方式来降低能耗。然而在整个乙醇脱水制乙烯工艺中，乙烯脱轻塔的能耗在总能耗中所占比重很小，通过设置冷冻液系统取得的节能效果非常有限。专利CN106608787A提出了优化换热网络，利用高温反应产物加热原料乙醇和进料工艺水。但该方法仅限于乙醇反应制乙烯部分的热量利用，并未考虑到全局热量的补充和利用。因此，应全面考虑整个工艺流程的热量利用，才能真正达到降低能耗、节约运行成本的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种热耦合能量集成的生产装置和及其相应的工艺方法。应用该方法于乙醇脱水制乙烯工艺流程中，该方法合理安排系统中的热量交换，在得到高纯度的乙烯的前提下，大幅降低能耗。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种乙醇脱水制乙烯工艺的热耦合方法，包括乙醇脱水反应系统、急冷压缩系统、碱洗系统、分子筛干燥系统、乙烯提纯与丙烯制冷循环系统；其特征是，乙醇脱水反应系统中乙醇脱水反应产物作为原料乙醇预热、汽化及过热的热源；急冷压缩系统中蒸发塔塔釜液作为蒸发塔进料流股预热及急冷塔塔顶气体加热的热源；碱洗系统中产品乙烯作为粗乙烯冷却的冷源；分子筛干燥系统中蒸发塔塔釜液凝液作为循环乙烯预热的热源；乙烯提纯与丙烯制冷循环系统中产品乙烯作为干燥的乙烯预冷的冷源；循环乙烯作为脱甲烷塔塔顶气体冷却及丙烯冷却的冷源；低温丙烯作为提纯塔塔顶气体冷却及乙烯进一步冷却的冷源；热丙烯作为脱甲烷塔塔釜液、提纯塔塔釜液及产品乙烯加热的热源。