乙醇脱水制乙烯的节能型生产方法
【专利摘要】本发明涉及一种乙醇脱水制乙烯的节能型生产方法，主要解决现有技术中热能回收不充分，产生的有机废水没有得到充分利用，或虽经处理，存在工艺复杂、流程长、投资大的问题。本发明中通过采用包括以下步骤：a）乙醇与催化剂接触，生成含乙烯的物流2；b）物流2经过热量回收装置回收热量得到物流3；热量回收装置回收热量产生蒸汽物流8；c）物流3进入急冷塔，与从顶部进入的洗涤水逆流接触，顶部得到粗乙烯物流5，底部得到有机废水物流6；d）物流6进入汽提精馏塔中上部，塔顶得到物流9，塔釜得到含水物流7；e）物流8部分或全部用于汽提精馏塔塔釜加热的技术方案较好地解决了该问题，可用于乙醇脱水制乙烯的工业生产中。
【专利说明】乙醇脱水制乙烯的节能型生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种乙醇脱水制乙烯的节能型生产方法。
【背景技术】
[0002]乙烯是一种重要的大宗有机化工基本原料，主要用来生产聚乙烯、聚氯乙烯、环氧乙烷/乙二醇、乙苯/苯乙烯、醋酸乙烯等多种有机化工产品。目前，国内外乙烯生产方法主要采用石油原料催化裂解法生产。近几年对非石油原料生产乙烯的研究有新的突破，特别是乙醇脱水生产乙烯技术。该技术是以来源于生物质的乙醇为原料，这样可避免对石油资源的依赖。对贫油且以农业为主的国家及地区，生产乙醇的原料易得且有保证，为生产乙烯奠定了足够的原料基础，可解决化石资源短缺和环境污染严重的难题。尤其是随着生物技术的快速发展，生物法制乙醇的技术不断完善，原料的来源日趋广泛，原料的成本也更趋合理，使得乙醇脱水制乙烯技术备受重视。
[0003]乙醇制乙烯，其关键因素在于研究一种新的经济性强和具有市场竞争力的工艺，主要的研究目标是改进工艺流程，降低乙醇单耗，增加装置效益。
[0004]乙醇脱水制乙烯的工艺方法中，在国内外己经公开的文献或者专利中有许多方法，其基本工艺主要分为固定床工艺和流化床工艺。ABB Lummu公司曾在七十年代末提出用流化床技术进行乙醇脱水反应制取乙烯(US4134926)，但该项技术尚未得到工业化应用。目前工业应用的主要为固定床工艺，包括等温固定床工艺和绝热固定床工艺。
[0005]最初的乙醇脱水反应在列管式固定床中进行，反应压力为常压，采用直接加热或者利用加热介质(如熔盐)间接加热的方式为反应提供反应热。在反应过程中，反应温度与物料流速是关键因素，如果温度太高或者物料流速太低，就会导致其他副产物的生成，但是如果增加流速，乙醇的转化率又会下降。为了解决这一矛盾，美国专利(US4232179)提出了乙醇脱水反应的绝热上艺，即乙醇脱水反应在绝热固定床中进行，反应物料在进入反应器前加热到反应所需温度，以保证反应的正常进行。之后，他们又提出了三段式绝热固定床反应工艺(US4396789)，并在二十世纪八十年代初利用该工艺建立6万吨/年乙烯装置。该工艺采用三个串联的绝热固定床反应器，用一个炉子来预热每一个反应器进口的乙醇和蒸汽混合进料，未反应乙醇和乙醚等副产物实行循环。蒸汽的加入减少了反应结焦，延长了催化剂的寿命，提高了产率。装置运行数据表明，在反应器进口温度为450°C时，乙醇转化率达到98%，催化剂再生周期至少一年。另外Halcon/SD公司在二十世纪七十年代开发了绝热或等温固定床的双模式技术，其中等温固定床技术得到了工业化应用。装置运行数据表明:在反应温度318°C、液体空速(LHSV)0.23小时―1的条件下，乙烯选择性96.8% (摩尔)，乙醇转化率99.1 %，催化剂再生周期8个月。以后，Halcon/SD公司又开发了多段绝热固定床反应工艺:乙醇在水蒸汽稀释后进入多段绝热固定床反应中脱水生成乙烯，反应气体经洗涤、压缩、碱洗和干燥后再进行低温精馏，最后得到聚合级乙烯产品。试数据表明:在反应温度4650C，液体空速(LHSV) 0.8小时―1和蒸汽:乙醇比为3:1的条件下，乙烯选择性99.4%(摩尔)，乙醇转化率99.9%，催化剂再生周期8个月。Lummus公司早在二十世纪六十年代实现了固定床工艺的工业化。该工艺采用列管式等温反应器，采用热油系统来提供反应所需的热量。硅一铝催化剂再生周期为3周，每再生一次需3天。在反应温度315°C、反应压力0.16MPa条件下，乙烯选择性约94% (摩尔)，乙醇转化率99%。
[0006]现有文献或报道中，较少涉及乙醇脱水制乙烯中热能的回收及有机废水处理工艺的问题，特别是如何降低原料乙醇消耗以及装置节能的技术问题。目前工业装置的有机废水不经过处理直接进入装置外的污水处理装置，一方面是有机废水中的有机物、特别是乙醇没有得到资源化利用，使乙醇消耗增加，另一方面是因为废水中有机物浓度较高，使界区外的污水处理装置处理污水的难度增加，处理成本也增加。专利CN101376551B提出采用四个单元工艺的处理方法处理乙醇脱水制乙烯中的有机废水，存在工艺复杂、流程长、投资大的问题。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是现有技术中乙醇脱水制乙烯热能回收不充分及产生的有机废水没有得到充分处理，以达到资源化利用的目的，或虽经处理，存在工艺复杂、流程长、投资大的问题，提供一种新的乙醇脱水制乙烯的节能型生产方法。该方法具有工艺简单、投资少及节能的特点。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:一种乙醇脱水制乙烯的节能型生产方法，包括以下步骤:
a)将汽相乙醇与￥41203、2511分子筛4分子筛或丝光沸石中的至少一种催化剂接触，发生脱水反应生成含乙烯的物流2 ；
b)物流2经过热量回收装置回收热量，得到温度降至110?350°C的物流(3))，热量回收装置回收热量产生蒸汽物流8;；
c)物流3进入急冷塔的下部，与从急冷塔顶部进入的洗涤水逆流接触进行冷却洗涤，急冷塔的顶部得到汽相粗乙烯物流5，急冷塔的底部得到含乙醇、乙醚、乙烯的液相有机废水物流6 ；
d)物流6进入汽提精馏塔的中上部进行汽提精馏，塔顶得到含乙醇、乙醚、乙烯的物流9，塔釜得到含水物流7，物流7中有机物含量< 20ppm ；
e)物流8作为热源，部分或全部用于汽提精馏塔塔釜的加热。
[0009]上述技术方案中，优选地，乙醇脱水反应生产乙烯的反应器为列管式固定床、多段绝热固定床或单段绝热固定床。
[0010]上述技术方案中，优选地，乙醇脱水的反应温度为300?510°C，反应压力以表压计为0.01?5.0MPaG,反应重量空速为0.1?10小时'
[0011 ] 上述技术方案中，优选地，所述急冷塔为填料塔、板式塔或空塔。
[0012]上述技术方案中，优选地，急冷塔的操作温度为30?120°C，操作压力以表压计为
0.01?4.5MPaG，液气重量比为1.2?30，理论塔板数为2?18。
[0013]上述技术方案中，优选地，汽提精馏塔的操作温度为30?210.(TC，操作压力为O?1.0MPaG，理论塔板数为2?98，有机废水的进料位置在I?85理论塔板处。
[0014]上述技术方案中，优选地，所述热量回收装置为废热锅炉。
[0015]上述技术方案中，优选地，汽提精馏塔塔顶的物流9是汽相或液相采出。
[0016]上述技术方案中，优选地，当物流9为汽相采出时，有机废水物流6进料位置在汽提精馏塔的顶部第一块塔板处。
[0017]上述技术方案中，优选地，当物流9为液相采出时，汽提精馏塔的回流比为0.1?6。
[0018]本发明方法中，热量回收装置回收的热量用于汽提精馏塔塔釜加热。这部分热量如果不够，还可在汽提精馏塔塔底通入蒸汽作热源直接进入塔的底部，也可以用蒸汽、热油、电等以再沸器或加热器的形式为汽提精馏塔提供热源。
[0019]本发明中由于将热量回收装置回收的反应气体热量用作汽提精馏塔的热源，以及采用汽提精馏塔工艺处理乙醇脱水制乙烯中产生的有机废水，脱除有机废水中的乙醇、乙醚、乙烯、碳三及其以上烃的有机物，装置能耗有所降低，有机废水中的有机物、特别是乙醇得到资源化利用，降低了原料乙醇的消耗。采用本发明方法，具有工艺简单、流程短、能耗低及投资少的特点，对于万吨级的装置，可回收有机废水中粗乙醇222吨/年(浓度约为80重量％)，有机废水中有机物浓度从0.265重量％降至微量，回收热能44.776kw，折合减少蒸汽605吨/年，减少急冷塔循环冷却水234679吨/年，取得了较好的技术效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明流程示意图。
[0021]图1中，I为原料汽相乙醇，2为脱水反应生成的反应气体，3为回收热量后的反应气体，4为急冷塔的洗涤水，5为急冷洗涤后的粗乙烯气体，6为急冷洗涤后的有机废水，7为经过处理的贫有机废水，8为废热锅炉发生的蒸汽，9为汽提精馏塔的塔顶物料，10为锅炉给水，Ia为反应器,2a为废热锅炉,3a为急冷塔,4a为汽提精懼塔。
[0022]图1中，原料汽相乙醇进入气固相固定床反应器la，与含Y-A1203、ZSM分子筛、B分子筛或丝光沸石的一种或几种催化剂接触，脱水反应生产乙烯及其它副产物物流2。反应气体2经废热锅炉2a回收热量后，进入气体急冷塔3a，用洗涤水4急冷洗涤反应气体，急冷洗涤后得粗乙烯5去后续装置进行处理，急冷洗涤后的有机废水6进入汽提精馏塔4a，在塔顶分离出含乙醇、乙醚及乙烯、碳三及其以上烃的物流9，在塔釜排出含水物流7。物流9可以是汽相采出，也可以是或液相采出。当物流9为汽相采出时，有机废水物流6进料位置在汽提精馏塔顶部第一块塔板处。当物流9为液相采出时，回流比为0.1?6。
[0023]下面通过实施例对本发明作进一步阐述。
[0024]
【具体实施方式】
[0025]【实施例1】
按图1所示的技术方案，原料汽相乙醇在反应温度345°C，反应压力0.06MPaG，液相乙醇空速0.9hr^的条件下，与Y -Al2O3催化剂接触脱水反应生产乙烯，反应气体经废热锅炉回收热量后，温度降至160°C进入急冷塔，在顶压0.04MPaG、顶温40°C的条件下用洗涤水洗涤，洗涤后的液相有机废水进入汽提精馏塔进行分离，在塔顶分出含有有机物的副有机物废水，在塔釜分离出含微量有机物的贫有机物废水。有机废水各组分流量为:二氧化碳
0.016千克/小时，乙烯0.799千克/小时，乙烷0.002千克/小时，丙烷0.001千克/小时，乙醛0.977千克/小时，乙醇22.229千克/小时，乙醚0.398千克/小时，重组分0.07千克/小时，水9204.193千克/小时。汽提精馏塔塔釜贫有机物废水为9200千克/小时，其中有机物为4ppm。汽提精馏塔塔顶汽相进入冷凝器，流量为103.596千克/小时，汽提精馏塔回流74.910千克/小时，汽提精馏塔采出富有机废水27.744千克/小时，乙醇浓度79.6% wt，汽提精馏塔顶气相0.942千克/小时。汽提精馏塔的塔顶温度为90.8°C，压力为0.1lMPaG,塔釜温度为125°C，全塔理论塔板数为12，进料位置在中部，废热锅炉回收的热量全部用于汽提精馏塔塔釜加热，另外再以再沸器的形式为汽提精馏塔提供热源。
[0026]废热锅炉回收热能44.776kw，汽提蒸馏塔再沸器的热负荷为578.635kw，全年节省低压蒸汽605吨；减少急冷塔冷却负荷35.7kw,折合全年节省循环冷却水234679吨/年。
[0027]
【实施例2】
同实施例【实施例1】，只改变汽提精馏塔的理论级数:全塔理论塔板数为22，进料位置在中上部。汽提精馏塔塔釜贫有机物废水为9200千克/小时，其中有机物为3ppm。汽提精馏塔塔顶汽相进入冷凝器，流量为40.577千克/小时，汽提精馏塔回流11.890千克/小时，汽提精馏塔采出富有机废水27.744千克/小时，乙醇浓度79.6% wt，汽提精馏塔顶气相0.942千克/小时。汽提精馏塔的塔顶温度为90.8°C，压力为0.1lMPaG,塔釜温度为125。。。
[0028]反应气体温度经废热锅炉降至160°C，回收热量全部用于汽提精馏塔塔釜加热，另外再以再沸器的形式为汽提精馏塔提供热源。
[0029]废热锅炉回收热能44.776kw，汽提蒸馏塔再沸器的热负荷为557.833kw，全年节省低压蒸汽605吨；减少急冷塔冷却负荷35.7kw,折合全年节省循环冷却水234679吨/年。
[0030]
【实施例3】
同【实施例1】，只改变汽提蒸馏塔的塔釜加热方式，以蒸汽直接进入塔的底部代替再沸器，塔顶无冷凝器，汽相采出返回乙醇脱水制乙烯装置。有机废水物流6进料位置在汽提精馏塔的顶部第一块塔板处。汽提精馏塔塔釜贫有机物废水为10538.662千克/小时，其中有机物为12.7ppm。汽提精馏塔塔顶汽相(富有机废水)流量为240.024千克/小时，乙醇浓度9.23% Wt0汽提精馏塔的塔顶温度为120.5°C，压力为0.1lMPaG,塔釜温度为123.3°C。
[0031]反应气体温度经废热锅炉降至160°C，回收热量全部用于汽提精馏塔塔釜加热，另外再以蒸汽直接进入的形式为汽提精馏塔提供热源。
[0032]废热锅炉回收热能44.776kw，汽提蒸馏塔汽提蒸汽的流量为11795吨/年。全年节省低压蒸汽605吨；减少急冷塔冷却负荷35.7kw，折合全年节省循环冷却水234679吨/年。
【权利要求】
1.一种乙醇脱水制乙烯的节能型生产方法，包括以下步骤: a)将汽相乙醇与￥41203、2511分子筛4分子筛或丝光沸石中的至少一种催化剂接触，发生脱水反应生成含乙烯的物流(2); b)物流(2)经过热量回收装置回收热量，得到温度降至110?350°C的物流(3)，热量回收装置回收热量产生蒸汽物流(8)； c)物流(3)进入急冷塔的下部，与从急冷塔顶部进入的洗涤水逆流接触进行冷却洗涤，急冷塔的顶部得到汽相粗乙烯物流(5)，急冷塔的底部得到含乙醇、乙醚、乙烯的液相有机废水物流(6)； d)物流(6)进入汽提精馏塔的中上部进行汽提精馏，塔顶得到含乙醇、乙醚、乙烯的物流(9)，塔釜得到含水物流(7)，物流(7)中有机物含量< 20ppm ； e)物流(8)作为热源，部分或全部用于汽提精馏塔塔釜的加热。
2.根据权利要求1所述乙醇脱水制乙烯的节能型生产方法，其特征在于乙醇脱水反应生产乙烯的反应器为列管式固定床、多段绝热固定床或单段绝热固定床。
3.根据权利要求1所述乙醇脱水制乙烯的节能型生产方法，其特征在于乙醇脱水的反应温度为300?510°C，反应压力以表压计为0.01?5.0MPaG，反应重量空速为0.1?10小时'
4.根据权利要求1所述乙醇脱水制乙烯的节能型生产方法，其特征在于所述急冷塔为填料塔、板式塔或空塔。
5.根据权利要求1所述乙醇脱水制乙烯的节能型生产方法，其特征在于急冷塔的操作温度为30?120°C，操作压力以表压计为0.01?4.5MPaG，液气重量比为1.2?30，理论塔板数为2?18。
6.根据权利要求1所述乙醇脱水制乙烯的节能型生产方法，其特征在于汽提精馏塔的操作温度为30?210.(TC，操作压力为O?1.0MPaG,理论塔板数为2?98，有机废水的进料位置在I?85理论塔板处。
7.根据权利要求1所述乙醇脱水制乙烯的节能型生产方法，其特征在于所述热量回收装置为废热锅炉。
8.根据权利要求1所述乙醇脱水制乙烯的节能型生产方法，其特征在于汽提精馏塔塔顶的物流(9)是汽相或液相采出。
9.根据权利要求8所述乙醇脱水制乙烯的节能型生产方法，其特征在于当物流(9)为汽相采出时，有机废水物流(6)进料位置在汽提精馏塔的顶部第一块塔板处。
10.根据权利要求8所述乙醇脱水制乙烯的节能型生产方法，其特征在于当物流(9)为液相采出时，汽提精馏塔的回流比为0.1?6。
【文档编号】C07C1/24GK104230623SQ201310236945
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月17日 优先权日:2013年6月17日
【发明者】邵百祥 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院