专利名称：乙醇制备乙烯的生产装置及工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于化工技术领域，尤其是涉及一种制备乙烯的生产装置及工艺。
技术背景乙烯作为一种基础的有机化工原料，在日常生活的各个方面得到了广泛的 应用，而且随着经济和技术的发展，其使用领域不断拓宽，使用量也在不断增 长。传统上多是以石油为原料来合成乙烯，但随着全球石油价格的不断攀升， 所生产乙烯的成本也水涨船高，而且石油为不可再生的化石资源，油制乙烯的 工艺发展受到很大的限制，所制乙烯产品的市场竞争力也逐步受到冲击。另一种常见的化工原料乙醇可在催化剂作用下于470tT36(TC温度下按照下面的化 学反应转化为乙烯C2H5OH —C2H2+H20，脱去生成物内的水分并加以提纯即可获 得成品乙烯。而众所周知，乙醇是一种可再生能源，可以通过谷物、薯类以及 糖质原料，经过发酵、蒸馏来制取，可以说是一种取之不尽、不会枯竭、能够 再生的能源。因此工业上急需提供一种可以用乙醇制备乙烯的生产装置和生产 工艺，以满足目前日益增长的对乙烯的需求。发明内容本发明的目的是提供一种可以工业化生产、投资成本不高的乙醇制备乙烯 的生产装置。本发明的又一目的是提供一种工艺简单的乙醇制备乙烯的生产工艺。 本发明的技术解决方案是 一种乙醇制备乙烯的生产装置，它包括蒸发器、 碱洗塔、-干燥器、脱甲烷塔、提纯塔、加热炉和第一反应器、第二反应器、第 三反应器和乙烯冷却器、乙烯深冷器；其中蒸发器壳侧的进口段通过管道连接 界区外乙醇入口，其出口段分别管道连接加热炉的第一加热段入口、第二加热 段入口和第三加热段入口，第一加热段入口与界区外中压蒸汽系统管道连接， 其出口管道连接第一反应器入口 ，第一反应器出口管道连接第二加热段入口 ， 第二加热段出口管道连接第二反应器入口，第二反应器出口管道连接第三加热段入口，第三加热段出口管道连接第三反应器入口，第三反应器出口经蒸发器 管侧连接碱洗塔进料层，碱洗塔顶部通过管道连接干燥器入口，乙烯冷却器壳 侧入口管道连接干燥器出口 ，其壳侧出口经乙烯深冷器连接脱甲烷塔进料层， 脱甲烷塔底通过管道连接提纯塔进料层，提纯塔顶经乙烯冷却器管侧连接成品 乙烯出口。界区外的原料乙醇经蒸发器加热蒸发成乙醇蒸汽后分成三股，第一股乙醇 蒸汽与中压蒸汽混合后进入第一加热段进一步加热后进入第一反应器反应，反 应生成物与第二股乙醇蒸汽混合后经第二加热段加热后进入第二反应器反应， 反应生成物与第三股乙醇蒸汽混合后经第三加热段加热后进入第三反应器反 应，反应生成物经蒸发器回收热量后进入碱洗塔脱二氧化碳和醋酸，塔顶的粗 乙烯气体经过干燥器除去水分后进入乙烯冷却器壳侧深冷降温，液化后的粗乙 烯进入脱甲烷塔除甲垸，脱甲烷塔底的液态乙烯送提纯塔脱重组分，提纯塔顶 排出的乙烯经乙烯冷却器管侧吸热升温后送成品乙烯出口。由乙醇制取乙烯的生产工艺基于化学反应C2H50H —C2H2+H20，反应发生在 470。C 36(TC的催化剂床层，催化剂主要成份为氧化铝，为吸热反应，每生成 lkg乙烯而要消耗1700KJ的热量，热量可以由加热炉烧嘴燃油或燃气提供，为 保证反应正向进行，设置三段反应器，相应分别设置三个加热段，使物料逐级 转化，提高了整体的转化率，完全可以实现工业化生产。反应后的气体经过常 规的碱洗脱除二氧化碳和醋酸、除去水分后经深冷液化后逐次脱除甲烷等轻组 分和乙烷等重组分后即可得成品乙烯，充分利用现有成熟后续处理工艺，设备 投资不大，工艺简单。作为一种优化方案，第一股乙醇蒸汽、第二股乙醇蒸汽、第三股乙醇蒸汽 占全部乙醇蒸汽总量的重量百分比分别为32 38%、 38 50%、 18 24%，优 选重量百分比为37%、 41%、 22%。乙醇蒸汽分成三部分分别进入反应器内反 应，前两个反应器进入的物料量较大，可以保证反应总量，第三反应器进入的 物料量较少，可以保证转化完全，各反应器内乙醇反应转化成乙烯的转化率是 不相同的，而且是逐级升高的，这样分阶段反应可以充分提高反应转化率。 .，所述的脱吧垸塔顶通过管道经燃气加热器连接所述加热炉的烧嘴，脱出的 氢和甲烷等轻组分可以送加热炉做燃料使用，节约成本。所述的提纯塔顶经管道连接提纯塔顶冷凝器入口，提纯塔顶冷凝器出口连接回流罐顶部，回流罐底通过管道分别连接所述提纯塔顶部、所述甲垸塔顶部 和所述乙烯冷却器管侧入口。所述提纯塔顶排出的乙烯经过提纯塔顶冷凝器降 温液化后进入乙烯回流罐内，罐底的乙烯分成三部分，分别送至提纯塔顶回流、 脱甲烷塔顶回流和乙烯冷却器管侧吸热升温后送成品乙烯出口，用于提纯塔顶 回流可以保持乙烯的纯度，用于脱甲垸塔顶回流可以回收排出轻组分中的乙烯， 节约能量。所述第一反应器、第二反应器、第三反应器的入口温度分别控制为47(TC、 470°C、 475°C，可以充分保证各反应器内的乙醇制乙烯的转化率。本发明的优点是使用三段式反应，乙醇制备乙烯的转化率高，可以实现 工业化规模生产，充分利用现有成熟净化工艺，节约投资成本，工艺简单，原 料供应可靠，生产成本较低。
图1为本发明工艺的整体概况示意图； 图2为本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
实施例如图l，本发明的生产工艺流程可以简单概况为四个部份乙醇蒸发、乙醇反应、碱洗干燥和提纯。送至乙烯装置界区内的工业乙醇温度为2(TC， 压力0. 1Mpa，经泵加压首先加压后进入酒精蒸发器内加热到300°C，送入反应 工段，且被分成三股流体。第一股流体与195。C的中压蒸汽温合后，进入乙醇加 热炉第一加热段lll，进一步加热到47(TC，而后进入第一反应器112，在催化 床层进行反应，大部分乙醇转化成乙稀，由于吸热，出口温度降至36(TC。第二 股流体则与第一反应器112的反应生成物混合后，进入加热炉第二加热段121， 亦加热到47(TC，迸入第二反应器122，在催化床层进行反应，进一步转化，出 口温度降至36(TC。第三股流体则与第二反应器122的反应生成物混合，进入加 热炉的第三加热段131，加热到475t:，在O. 58Mpa压力下进入第三反应器132， 在催化床层几乎所有的乙醇都可以转化为乙烯。经三段逐级转化反应。乙醇总 转化率达到99. 4%。经三段转化出口温度降至370°C,压力0. 53Mpa的物流，经酒精蒸发器回收 热量后，水冷至45° ,送去碱洗干燥。来自反应工段的物流进入汽液分离罐312。被分离的液体为待处理的废液， 由废液泵送去界区外废水处理站。分离出的汽体主要成份为乙烯，并含有轻碳 氢组分及重组分，二氧化碳、醋酸等成分，称为粗乙烯。粗乙稀和来自提纯工 段的循环乙稀混合后，进入乙稀压縮机311，由0.39MPa升至1.98MPa，经水冷 器313冷却到45。C而进入碱洗塔31。碱洗的目的就是去除二氧化碳和醋酸，为此设置了碱洗塔31。碱洗塔31为 一多床层的填料塔，大部分填料床用作碱液洗涤粗乙烯中二氧化碳，使二氧化 碳含量降至10ppm以下。顶层填料床用作冷却水洗涤碱液滴，以防止粗乙烯气 相夹带碱液滴到后续工段。吸附干燥，从碱洗塔31顶出来的粗乙烯含有平衡水，必须去除，为此设置 了3A分子筛为吸附剂的干燥器321、 322，分子筛吸附水分饱和后，可以脱吸再 生循环使用。经干燥后的粗乙稀送入提纯工段。吸附干燥器出来的粗乙烯被送至乙烯冷却器425，由35t:降至-i4。C，再经 乙烯深冷器427进一步冷到-36。C，而进入脱甲烷塔41，在此温度下大部分乙烯 已被液化，所含轻组分经脱甲烷塔底再沸器412的加热，被赶至脱甲烷塔顶冷 凝器4U，此处-67。C的低温足以将微量乙烯液化，降低了乙烯被带走的损失。 而含有氢气，甲烷的轻组分从脱甲烷塔顶冷凝器411排走，经升温后去燃气罐 61，最终送去乙醇加热炉1作燃料。脱甲烷塔41的操作压力1.8Mpa，上段-50 °C，下段-33°C。脱甲垸塔底再沸器412排出的液态乙烯，在-3rC送入提纯塔42,以脱除乙 烷等重组分。提纯塔42设置有五段填料床层，操作温度-34。C，压力1.64Mpa。 提纯塔42底部排出的乙烷等重组分经塔底再沸器422加热，排至燃气罐61，最 终送去乙醇加热炉1作燃料。而提纯塔42塔顶排出的液态乙烯经提纯塔顶冷凝 器421而送入乙烯回流罐422。回流罐422中乙烯除大部分用作提纯塔42的回 流量以保持乙烯的纯度99.8%之外，少量用作脱甲烷塔顶冷凝器411的冷量，其 余的液态乙烯经冷量回收后，经增压机426增压至2Mpa，即为合格的乙烯成品。下面以每年生产1.5万吨乙烯的生产装置为例，进一步详细说明本发明，其中原料为工业乙醇产品乙烯纯度99.8%，其生产工艺流程见图2。送至乙烯装置界区内的工业乙醇温度为2CTC，压力0. lMpa，以3732kg/h 的流量进入，经泵加压首先进入乙醇加热器21加热到其沸点159°C，再经过乙 醇蒸发器22，进一步加热到30(TC后分成三部分进入加热炉1。第一股乙醇蒸汽流量1381kg/h,经加入2395kg/h中压蒸汽(195°C)混合 后，温度升至233。C，在1.01Mda压力下进入乙醇加热炉l的第一加热段lll, 将温度升至47(TC进入第一反应器112进行催化反应。第二股乙醇蒸汽流量1530kg/h，则与第一反应器112的反应流出物混合， 在温度339°C，压力0. 86Mpa时进入乙醇加热炉1的第二加热段121，亦将温度 升至47(TC，在0. 73Mpa压力进入第二反应器122进行催化反应。第三股乙醇蒸汽流量821kg/h，则与第二反应器122反应流出物混合，在349 。C， 0.66Mpa压力下进入乙醇加热炉l的第三加热段131，将温度升至475° ， 在0. 58mpa压力下进入第三反应器132。值得特别指出的是第一股乙醇蒸汽、第二股乙醇蒸汽、第三股乙醇蒸汽 占全部乙醇蒸汽总量的重量百分比分别为32 38%、 38 50%、 18 24%，优 选重量百分比为37%、 41%、 22%。乙醇加热炉的操作，对各段物料温度的控 制极为关键，有关本工艺的成败之举。为此必须设置联锁系统来保证操作指标 的实现，至于采用三段式加热炉，当然也是关键所在。三部分物料进入反应器反应转化成乙烯的转化率是不相同的，而且是逐级升高的。按反应器先后顺序，转化率依次为75%、 82%和99.4°/。，乙醇转化成乙烯的纯度第三段出口达到40%，相当于脱水后的纯度96. 5%。由第三反应器132产生的物料约6127kg/h，在375。C和0. 53Mpa下，逐次 经过乙醇蒸发器22、乙醇蒸发器23、乙醇加热器21换热，温度逐次降到288 °C、 174。C和138°C，再经反应生成冷凝器14最后降至45°C，并在0. 39Mpa下 进入气液分离罐312。汽液分离罐312分离出的液体约3982kg/h，J5废液泵送至界区外的废液处 理站。汽液分离罐312分出的气相主要成份为乙烯，还有二氧化碳、氢气、甲 烷等轻组分和乙烷等重组分，同时含有催化反应的副产物一醋酸，如不除去将对后续设备管道带来腐蚀，为此需加入氢氧化钠液中和掉醋酸。碱洗塔31是一具有五段床层的填料塔，浓度8%的碱液从碱洗塔31中部(第二、三段床层处)进入，洗涤由下而上的粗乙烯气体。流量约2300kg/h粗乙烯， 与提纯工段脱甲烷塔顶冷凝器411送来的循环乙烯190kg/h混合，经乙烯压縮 机311升压到1. 93Mpa，经水冷器313冷却至95"进入碱洗塔31底部，经过一、 二、三、四段填料后，气体中二氧化碳含量已降至10ppm以下。碱液以1840Kg/h 的流量通过循环泵332循环使用，不断洗涤气体，为补充碱液的损失，从外界 补充8%碱液42kg/h至碱液储罐331内，并通过碱液计量泵33补入碱洗塔31内。 为防止粗乙烯将夹带的碱液滴带入后续工段，在碱洗塔的第五床层填料处，通 过工艺水泵34加入流量1200Kg/h的工艺水，洗涤经碱洗的粗乙烯，并冷却到 30°C。显而易见经水洗后的粗乙烯夹带有水分，为防止低温下冻结就必须除去这些 水份，为此又设置两台并联使用的3A分子筛作吸附剂的干燥器321、 322。可以分别设置再生系统，因其为现有技术中常见工艺，再次不予赘述。从碱洗塔塔 顶流出的粗乙烯2300Kg/h，进入干燥器脱水。脱水粗乙烯2300kg/h再经乙烯冷却器425和乙烯深冷器427的二次冷却， 温度由35"C依次降至-14。C和-36-C，而送入脱甲烷塔41，以脱除甲烷等轻组分。 气体降到-36度时绝大部分乙烯已被液化可依靠重力流入脱甲烷塔41，所含轻 组分在脱甲烷塔底再沸器412被蒸发升至塔顶，而脱甲烷塔顶冷凝器411温度 低达-87度，此温度足以将绝大部分乙烯冷凝而不被气体带走。氢气、甲烷等轻 组分则从脱甲烷塔顶冷凝器411排出，经燃气加热器62回收冷量后送至燃气罐 61，作为乙醇加热炉l的燃料使用。存留在塔底的液体则从再沸器412升至-31 'C而进入提纯塔42。提纯塔的功效是将乙烯作最后的提纯加工。粗乙烯经过碱洗、干燥和脱甲 烷等工序后，剩下的杂质是重组分。除掉重组分，乙烯的纯度即可达到合格成 品的要求。提纯塔42也设置有五段床层的填料，在-34。C到-17。C,1.6掘pa压力 下操作，—最终精馏出纯度达99.8。/。的Zi烯。而乙烷等重组分沉在塔底部，最终在 -17'C排出，经升温送去燃气罐61作加热炉1的燃料，流量可达39. 3Kg/h。提纯塔顶部馏出的产物约6320Kg/h经提纯塔顶冷凝器421而流入乙烯回流罐423。 回流罐423中液态乙烯其一部4107Kg/h用于提纯塔42的回流以提高乙烯的纯 度，少量(190Kg/h)供脱甲垸塔冷凝器411的冷量，所余流量2023Kg/h液乙 烯经乙烯冷却器425回收冷量和增压机426增压至2. 0Mpa即为最终成品乙烯。 在提纯工段中使用丙烯为冷却介质的制冷系统。丙烯储罐55内的42°C、 1. 62Mp的丙烯经一级减压器59减压降温至-6。C， 0. 39Mpa流量为10800Kg/h， 进入丙烯二级压縮吸气罐60后， 一部分7398Kg/h送入二级减压器63，另一部 分3402Kg/h直接进入丙烯压缩机_ 51入口 。进入二级减压器63的液态丙烯一部 分作为提纯塔顶冷凝器421冷量使用，汽化后的丙烯返回丙烯收集罐53内，另 一部分作为乙烯深冷器427的冷量使用，汽化后的丙烯直接经丙烯一级补气罐 52后进入丙烯压缩机51入口。丙烯压缩机51出口的丙烯分三部分使用，第一 部分作为脱甲烷塔底再沸器412热源，液化后进入丙烯收集器54，返回丙烯储 罐55，第二部分作为提纯塔底再沸器422的热源，液化后进入丙烯收集罐57中， 返回丙烯储罐55;第三部分经丙稀冷凝器56冷凝后直接进入丙稀储罐55中。上列详细说明是针对本实用新型之一可行实施例的具体说明，该实施例并非 用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更， 均应包含于本案的专利范围中。
权利要求
1. 一种乙醇制备乙烯的生产装置，包括蒸发器、碱洗塔、干燥器、脱甲烷塔和提纯塔，其特征在于它还设有加热炉和第一反应器、第二反应器、第三反应器和乙烯冷却器、乙烯深冷器；其中蒸发器壳侧的进口段通过管道连接界区外乙醇入口，其出口段分别管道连接加热炉的第一加热段入口、第二加热段入口和第三加热段入口，第一加热段入口与界区外中压蒸汽系统管道连接，其出口管道连接第一反应器入口，第一反应器出口管道连接第二加热段入口，第二加热段出口管道连接第二反应器入口，第二反应器出口管道连接第三加热段入口，第三加热段出口管道连接第三反应器入口，第三反应器出口经蒸发器管侧连接碱洗塔进料层，碱洗塔顶部通过管道连接干燥器入口，乙烯冷却器壳侧入口管道连接干燥器出口，其壳侧出口经乙烯深冷器连接脱甲烷塔进料层，脱甲烷塔底通过管道连接提纯塔进料层，提纯塔顶经乙烯冷却器管侧连接成品乙烯出口。
2. 根据权利要求l所述的乙醇制备乙烯的生产装置，其特征在于所述的脱 甲垸塔顶通过管道经燃气加热器连接所述加热炉的烧嘴。
3. 根据权利要求l所述的乙醇制备乙烯的生产装置，其特征在于所述的提 纯塔顶管道连接提纯塔顶冷凝器入口 ，提纯塔顶冷凝器出口连接回流罐顶 部，回流罐底通过管道分别连接所述提纯塔顶部、所述甲烷塔顶部和所述 乙烯冷却器管侧入口。
4. 根据权利要求l所述的乙醇制备乙烯的生产装置，其特征在于所述的干 燥器为并联使用的分子筛干燥器。
5. —种乙醇制备乙烯的生产工艺，其特征在于界区外的原料乙醇经蒸发器 加热蒸发成乙醇蒸汽后分成三股，第一股乙醇蒸汽与中压蒸汽混合后进入 第一加热段进一步加热后进入第一反应器反应，反应生成物与第二股乙醇 蒸汽混合后经第二加热段加热后进入第二反应器反应，反应生成物与第三 股乙醇蒸汽混合后经第三加热段加热后进入第三反应器反应，反应生成物 经蒸发器回收热量后进入碱洗塔脱二氧化碳和醋酸，塔顶的粗乙烯气体经 过干燥器除去水分后进入乙烯冷却器壳侧深冷降温，液化后的粗乙烯进入 脱甲垸塔除甲哮，鹏甲烷寧底的艰态乙烯送提纯塔脱重組分丄鬼纯塔顶排— 出的乙烯经乙烯冷却器管侧吸热升温后送成品乙烯出口 。
6. 根据权利要求5所述的乙醇制备乙烯的生产工艺，其特征在于第一股乙醇蒸汽、第二股乙醇蒸汽、第三股乙醇蒸汽占全部乙醇蒸汽总量的重量百分比分别为32 38%、 38 50%、 18 24%。
7. 根据权利要求6所述的乙醇制备乙烯的生产工艺，其特征在于第一股乙 醇蒸汽、第二股乙醇蒸汽、第三股乙醇蒸汽占全部乙醇蒸汽总量的重量百 分比分别为37%、 41%、 22%。
8. 根据权利要求5、 6或7所述的乙醇制备乙烯的生产工艺，其特征在于 所述的脱甲垸塔顶脱出的轻组分送加热炉做燃料使用。
9. 根据权利要求5、 6或7所述的乙醇制备乙烯的生产工艺，其特征在于 所述提纯塔顶排出的乙烯经过提纯塔顶冷凝器降温液化后进入乙烯回流 罐内，罐底的乙烯分成三部分，分别送至提纯塔顶回流、脱甲烷塔顶回流 和乙烯冷却器管侧吸热升温后送成品乙烯出口 。
10. 根据权利要求5、 6或7所述的乙醇制备乙烯的生产工艺，其特征在于 所述第一反应器、第二反应器、第三反应器的入口温度分别控制为47(TC、 470°C、 475°C。
全文摘要
本发明公开了一种乙醇制备乙烯的生产装置及工艺，界区外的原料乙醇经蒸发器加热蒸发成乙醇蒸汽后分成三股，第一股乙醇蒸汽与中压蒸汽混合后进入第一加热段进一步加热后进入第一反应器反应，反应生成物与第二股乙醇蒸汽混合后经第二加热段加热后进入第二反应器反应，反应生成物与第三股乙醇蒸汽混合后经第三加热段加热后进入第三反应器反应，反应生成物经蒸发器回收热量后进入碱洗塔脱二氧化碳和醋酸，并经过干燥器除去水分后深冷降温，液化后的粗乙烯顺次进入脱甲烷塔除甲烷、进入提纯塔脱除重组分，可得成品乙烯。本发明的优点是使用三段式反应，转化率高，可以实现工业化规模生产，工艺简单，原料供应可靠，生产成本较低。
文档编号C07C11/00GK101244970SQ200710026919
公开日2008年8月20日 申请日期2007年2月13日 优先权日2007年2月13日
发明者唐兆兴, 曹海林 申请人:广东中科天元新能源科技有限公司