一种生产乙烯和二甲醚的列管式反应器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，列管式反应器的下部设置有下部进料口，下部进料口与分布支撑板连接，分布支撑板与列管式反应器的列管相连通；所述列管式反应器的上部设置有反应物出口，在列管式反应器的顶部设置有上部进料口，上部进料口下方连接分布器；在列管式反应器的底部设置有一个底部反应物出口。本实用新型的最大优点是将乙醇脱水和甲醇脱水的反应器实现合二为一，充分利用了甲醇脱水的发热和乙醇脱水的吸热特点，解决了甲醇与乙醇混合进料反应，产物二甲醚与乙烯分离和进一步利用问题。
【专利说明】一种生产乙烯和二甲醚的列管式反应器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于石油化工领域工艺，尤其涉及一种石油化工工艺生产装置。
【背景技术】
[0002]乙烯是多种重要化工产品的基础原料。随着世界经济的发展，乙烯需求量与日俱增。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、秸杆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。
[0003]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。最近研宄发现，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。
[0004]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。
[0005]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°C左右，乙醇单程转化率大于99.5%，乙烯收率大于99%，催化剂使用的是活性硅铝氧化物。
[0006]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。
[0007]二甲醚不仅是甲醇合成汽油的中间体，同时也是合成气制取烃类的重要中间产物，日前二甲醚制烯烃己取得较大进展，特别是在催化剂方面取得了较大突破，对二甲醚制低碳烯烃工艺进行重点研宄，将为非石油路线生产石油化工产品开辟一条新路。因此加快二甲醚及其高附加值下游产品的开发和利用，将会取得显著的经济效益和社会效益。
[0008]甲醇脱水生成二甲醚DME的反应中，通过甲醇气相脱水法将甲醇蒸汽通过固体催化剂发生非均相催化反应，常用的固体催化剂为活性氧化铝、结晶硅酸铝等。该方法是操作简单、污染小、连续生产的新工艺，其工艺成熟，已工业化。由于甲醇脱水反应器是强放热反应，冷原料不足以降低催化剂床层温度，因此，在反应温度条件下，通过该方法很难来控制床层温度。
[0009]中国专利CN200810000621公开了一种甲醇催化蒸馏脱水反应生产二甲醚的方法，采用阳离子交换树脂做催化剂，在催化蒸馏塔中进行甲醇的脱水反应；催化蒸馏塔的操作条件为:反应段中部温度保持在80?200°C，塔顶温度为10?110°C，塔釜温度为130?260°C，操作压力为0.3?4.0MPa，塔顶回流比为0.5?20，进料体积空速为0.1?100小时。但它是通过回流取热控制反应温度，反应热没有得到很好的利用。
[0010]乙醇脱水反应是一个强吸热反应，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。同时，甲醇脱水反应器是强放热反应，冷原料不足以降低催化剂床层温度，因此，在反应温度条件下，通过现有方法很难来控制床层温度。反应产生的能量未得到很好的利用。本实用新型就是结合二者反应特点而提出一种新的组合反应合成装置。
实用新型内容
[0011]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种乙醇脱水制乙烯和甲醇脱水合成二甲醚的组合工艺装置，从而能够实现控制床层温度，使反应产生的能量得到很好的利用。
[0012]为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为:
[0013]一种生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，包括列管式反应器罐体，上部封头，下部封头，其特征在于:所述列管式反应器的下部设置有下部进料口，下部进料口与分布支撑板连接，所述列管式反应器的上部设置有反应物出口，在列管式反应器的顶部设置有上部进料口，上部进料口下方连接分布器；在列管式反应器的底部设置有一个底部反应物出口。
[0014]本实用新型一种生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，其进一步特征在于:所述分布支撑板与列管式反应器的列管管内相连通；此时上部进料口的进料通过分布器进入列管式反应器的管间。
[0015]本实用新型一种生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，其进一步特征在于:所述分布支撑板与列管式反应器的列管管间相连通；此时上部口的进料通过分布器进入列管式反应器的管内。
[0016]本实用新型一种生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，其进一步特征在于:所述分布支撑板上有均匀开孔，为多孔分布支撑板。反应原料从下部进料口进入后经分布支撑板分布均匀后进入列管反应器的管间或管内进行反应。
[0017]本实用新型一种生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，其进一步特征在于:在所述分布支撑板和下封头间设置有管间支撑板，以用于支撑在列管式反应器管间装填的催化剂。
[0018]本实用新型一种生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，其进一步特征在于:在所述分布支撑板之间设置有进口导管，更好地分配进料。
[0019]本实用新型一种生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，其进一步特征在于:所述下部进料口均匀设置有四个。
[0020]本实用新型一种生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，其进一步特征在于:所述反应物出口均匀设置有四个。
[0021]本实用新型一种生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，其进一步特征在于:当所述上部进料口进乙醇原料时，下部进料口进甲醇原料。反过来，当上部进料口进甲醇原料时，下部进料口进乙醇原料。
[0022]本实用新型一种生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，其具体反应应用为:在所述列管式反应器管间装填有乙醇脱水催化剂，乙醇原料从上部进料口进分布器后进入装有乙醇脱水催化剂的列管式反应器的管间上部与乙醇脱水催化剂相互接触反应，反应温度为220?350°C，反应压力为0.15?0.5MPa，催化剂质量空速为0.5?61Γ1，反应产物乙烯和水及少量未反应的乙醇从管间的底部反应物出口出反应器。在所述列管式反应器管内装填有甲醇脱水催化剂，原料甲醇从管式反应器的下部进料口经多孔分布支撑板分布均匀后，进入装有甲醇脱水催化剂的管内与甲醇脱水催化剂相互接触进行反应，反应温度为220?350°C，反应压力为0.15?0.5MPa，催化剂质量空速为0.5?81Γ1，生成二甲醚和水从从反应器上部的四个反应物出口出反应器；管间物流与管内物流逆向流动。
[0023]反过来，也可以上部进料口进甲醇原料，下部进料口进乙醇原料。采用这种进料方式，将甲醇脱水催化剂设置在管间，乙醇脱水催化剂设置在管内。反应产物乙烯和水及少量未反应的乙醇从上部反应物出口出反应器；反应产物二甲醚和水从从反应器底部反应物出口出反应器；管间物流与管内物流逆向流动。
[0024]通过采用一个列管式反应器，在列管式反应器的管间装有乙醇脱水催化剂，催化乙醇脱水反应生产乙烯，反应为吸热反应，在列管式反应器管内装有甲醇脱水合成二甲醚催化剂，使甲醇脱水生产二甲醚，反应为放热反应，所放出的热量为乙醇脱水反应提供热量。通过两反应的吸放热，实现放热与吸热反应的热量平衡，使反应维持在恒定的温度范围进行。
[0025]本实用新型的最大优点是将乙醇脱水和甲醇脱水的反应器实现合二为一，充分利用了甲醇脱水的放热和乙醇脱水的吸热特点，同时是这两个反应的反应温度正好的同一范围内；二两反应物流逆向流动，提高了换热效率；三分别出料可以非常容易实现乙烯、二甲醚等物料的分离，解决了甲醇与乙醇混合进料反应，产物二甲醚与乙烯分离和进一步利用冋题。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本实用新型一种乙烯和二甲醚的组合生产装置结构示意图。
[0027]图中所示附图标记:1_下封头；2_下部进料口 ；3_分布支撑板；4_管内催化剂；5-进口导管；6_管间催化剂；7_反应器罐体；8_上部反应物出口 ；9_上封头；10-分布器；11-上部进料口 ；12_管间支撑板；13_底部反应物出口。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本实用新型作进一步说明，具体实施例并不限制本实用新型。
[0029]如附图1所示，本实用新型一种生产乙烯和二甲醚的列管式反应器包括:列管式反应器罐体7，下封头1，上封头9 ;在所述列管式反应器管间装填有乙醇脱水催化剂，乙醇原料从上部进料口 11进分布器10后进入装有乙醇脱水催化剂的列管式反应器的管间上部与管间催化剂6相互接触反应，反应温度为220?350°C，反应压力为0.15?0.5MPa，催化剂质量空速为0.5?61Γ1，反应产物乙烯和水及少量未反应的乙醇从管间的底部反应物出口 13出反应器。
[0030]在所述列管式反应器管内装填有甲醇脱水催化剂，原料甲醇从管式反应器的下部进料口 2经多孔分布支撑板3分布均匀后，进入装有甲醇脱水催化剂的管内与管内催化剂4相互接触进行反应，反应温度为220?350°C，反应压力为0.15?0.5MPa，催化剂质量空速为0.5?81Γ1，生成二甲醚和水从从反应器上部的四个反应物出口 8出反应器。
[0031]管间物流与管内物流逆向流动，这主要是考虑到反应初期吸放热量较小，可以更好地平衡反应后期的吸放热。反应产物分别进入各自的冷却塔实现乙烯、二甲醚与生产的水和少量未反应的原料分离，之后去分别进入各自的后续精馏分离系统分离得到合格的优级产品；反应生成的二甲醚和水也直接进入下一级反应，如二甲醚生产低碳烯烃的反应器中进一步转化为乙稀、丙稀。
【权利要求】
1.一种生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，包括列管式反应器罐体，上部封头，下部封头，其特征在于:所述列管式反应器的下部设置有下部进料口，下部进料口与分布支撑板连接，所述分布支撑板与列管式反应器的列管管内相连通，所述列管式反应器的上部设置有反应物出口，在列管式反应器的顶部设置有上部进料口，上部进料口下方连接分布器，上部进料口的进料通过分布器进入列管式反应器的管间；在列管式反应器的底部设置有一个底部反应物出口。
2.根据权利要求1所述的生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，其特征在于:所述分布支撑板上有均匀开孔，为多孔分布支撑板。
3.根据权利要求1所述的生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，其特征在于:在所述分布支撑板和下封头间设置有管间支撑板。
4.根据权利要求1所述的生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，其特征在于:在所述分布支撑板之间设置有进口导管。
5.根据权利要求1所述的生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，其特征在于:所述下部进料口均匀设置有四个。
6.根据权利要求1所述的生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，其特征在于:所述反应物出口均匀设置有四个。
【文档编号】C07C43/04GK204247174SQ201420595963
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】要洁, 魏小波, 董利萍 申请人:中石化洛阳工程有限公司, 中石化炼化工程（集团）股份有限公司