專利名稱：乙醇脫水制乙烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種乙醇脫水制乙烯的方法。
背景技術(shù)：
乙烯是十分重要的石油化工原料，其大宗下游產(chǎn)品主要有聚乙烯、環(huán)氧乙烷、乙二醇、聚氯乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯等。 乙醇脫水制乙烯的工藝方法中，在國內(nèi)外已經(jīng)公開的文獻(xiàn)或者專利中有許多方法，其基本工藝主要分為固定床工藝和流化床工藝。ABB Lummus公司曾在七十年代末提出用流化床技術(shù)進(jìn)行乙醇脫水反應(yīng)制取乙烯(USP4134926)，但該項(xiàng)技術(shù)尚未得到工業(yè)化應(yīng)用。目前工業(yè)應(yīng)用的主要為固定床工藝，包括等溫固定床工藝和絕熱固定床工藝。
最初的乙醇脫水反應(yīng)在列管式固定床中進(jìn)行，反應(yīng)壓力為常壓，采用直接加熱或者利用加熱介質(zhì)(如熔鹽)間接加熱的方式為反應(yīng)提供反應(yīng)熱。但是在國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)中，以乙醇為原料進(jìn)行生物乙烯生產(chǎn)的列管式固定床反應(yīng)器裝置，采用加熱管內(nèi)置于反應(yīng)器殼體內(nèi)，預(yù)反應(yīng)器組成一體，構(gòu)成內(nèi)部循環(huán)的結(jié)構(gòu)形式。反應(yīng)所需的熱量由熔鹽間接提供，傳熱用的熔鹽一次性加注進(jìn)反應(yīng)器，反應(yīng)需要熱量時(shí)，由加熱管內(nèi)的電加熱棒加熱熔鹽，為反應(yīng)供熱，由于加熱方式的限制，該反應(yīng)器存在以下問題1、裝置的單臺(tái)生產(chǎn)能力有限，現(xiàn)有裝置的單臺(tái)生產(chǎn)能力都小于l萬噸/年，無法滿足市場(chǎng)發(fā)展的需求；2、裝置使用時(shí)單位產(chǎn)出能耗大，有效利用率低，設(shè)備運(yùn)行成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中乙醇脫水制乙烯的固定床反應(yīng)器單臺(tái)生產(chǎn)能力較小的問題，提供一種新的乙醇脫水制乙烯的方法。該方法具有反應(yīng)器結(jié)構(gòu)合理，供熱均勻，單臺(tái)生產(chǎn)能力大的的優(yōu)點(diǎn)。 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種乙醇脫水制乙烯的方法，以乙醇為原料，在反應(yīng)溫度為100 50(TC，反應(yīng)壓力為0. 01 3. OMPa，液體重量空速為O. 1 8. 0小時(shí)—1的條件下，原料在反應(yīng)器中與催化劑接觸反應(yīng)生成乙烯，其特征在于所述反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體、上封頭、下封頭、上管板和下管板，反應(yīng)器的上、下封頭的頂端處分別設(shè)有物料進(jìn)口和物料出口 ，反應(yīng)器的上、下管板間垂直設(shè)置有至少100根列管，列管分別與上封頭和下封頭相連通，列管內(nèi)裝載有催化劑，反應(yīng)器殼體外側(cè)的上下兩端分別設(shè)有圓環(huán)形上熔鹽通道和下熔鹽通道，在所述的上、下熔鹽通道與殼體壁接觸的相應(yīng)部位上分別開設(shè)有至少4個(gè)小孔，在所述的上、下熔鹽通道上分別設(shè)有熔鹽進(jìn)口和熔鹽出口 ；進(jìn)入熔鹽進(jìn)口的熔鹽通過熔鹽下通道相應(yīng)部位的小孔進(jìn)入殼體內(nèi)，與列管換熱后通過熔鹽上通道相應(yīng)部位的小孔進(jìn)入熔鹽上通道，由熔鹽出口排出。 在上述技術(shù)方案中，反應(yīng)器殼體內(nèi)沿軸線方向設(shè)置有折流板，其中距上管板1/6 1/3殼體總長(zhǎng)處和5/6 2/3殼體總長(zhǎng)處分別設(shè)有上折流板和下折流板，上、下折流板之間設(shè)有中間折流板。上、下折流板為圓環(huán)形，上折流板和下折流板的面積與反應(yīng)器殼體內(nèi)部截面積的比分別為1/5 4/5 ;中間折流板為圓形，其面積與反應(yīng)器殼體內(nèi)部截面積的比為1/6 5/6。所述的上熔鹽通道與殼體壁接觸的相應(yīng)部位上的開孔規(guī)律為由熔鹽出口向兩側(cè)孔高依次減小，所述的下熔鹽通道與殼體壁接觸的相應(yīng)部位上的開孔規(guī)律為由熔鹽進(jìn)口向兩側(cè)孔高依次增大。上下熔鹽通道內(nèi)的殼體壁上的開孔面積與熔鹽通道與殼體壁接觸的相應(yīng)部位的面積之比為l : 8 1 : 2。熔鹽進(jìn)口和出口處設(shè)有兩塊弧形擋板，呈人字形排列。催化劑為氧化鋁。 本發(fā)明在反應(yīng)器殼體上設(shè)置熔鹽通道，并在熔鹽通道內(nèi)的殼體壁上的開孔，確保熔鹽等量進(jìn)入到反應(yīng)器殼體內(nèi)，從而解決反應(yīng)器殼體內(nèi)溫度分配不均的問題。在反應(yīng)器殼體內(nèi)設(shè)置不同形狀的折流板，使熔鹽在反應(yīng)器殼體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)為平流加錯(cuò)流方式，以錯(cuò)流為主，平流為輔。通過以上的設(shè)置使熔鹽能夠均勻、快速的在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)，及時(shí)的補(bǔ)充反應(yīng)所需的熱量，保證熔鹽軸向、徑向溫差能夠保持在允許的范圍內(nèi)。本發(fā)明的反應(yīng)器采用熔鹽外循環(huán)的方式，熔鹽在反應(yīng)器殼體外部被加熱后，進(jìn)入到反應(yīng)器殼體內(nèi)為反應(yīng)提供熱量，該方法不受電加熱棒加熱功率的限制，反應(yīng)器直徑能夠達(dá)到3 4米，從而使單臺(tái)反應(yīng)器的生產(chǎn)能力大大提高，取得了較好的技術(shù)效果。


圖1為本發(fā)明的乙醇脫水制乙烯反應(yīng)器示意圖。 圖2為本發(fā)明反應(yīng)器中熔鹽的錯(cuò)流流動(dòng)示意圖。 圖3為本發(fā)明反應(yīng)器的上部通道橫截面中熔鹽流動(dòng)示意圖。 圖4為本發(fā)明反應(yīng)器的下部通道橫截面中熔鹽流動(dòng)示意圖。 圖5為本發(fā)明反應(yīng)器的下部通道內(nèi)殼體上開孔規(guī)律以熔鹽進(jìn)口處為中心的展開圖。 圖6為本發(fā)明反應(yīng)器的上部通道內(nèi)殼體上開孔規(guī)律以熔鹽出口處為中心的展開圖。 如圖中所示1為物料進(jìn)口 ， 2為反應(yīng)器封頭，3為反應(yīng)器上管板，4為熔鹽上通道，5為熔鹽出口，6為反應(yīng)器殼體，7為折流板，8為熔鹽進(jìn)口，9為反應(yīng)器列管，10為熔鹽下通道，11為物料出口，12為擋板。 本發(fā)明的方法所采用的反應(yīng)器工作時(shí)，反應(yīng)氣體從物料進(jìn)口 1進(jìn)入反應(yīng)器殼體6內(nèi)的列管9中進(jìn)行脫水反應(yīng)，并通過物料出口 11排出進(jìn)入下一道工序。在反應(yīng)的同時(shí)，開啟熔鹽泵，使熔鹽通過熔鹽進(jìn)口 8進(jìn)入熔鹽下通道9，然后通過反應(yīng)器殼體上尺寸不等的孔進(jìn)入反應(yīng)器殼體6內(nèi)，熔鹽在反應(yīng)器殼體6內(nèi)通過以錯(cuò)流為主、平流為輔的方式進(jìn)行循環(huán)，提供反應(yīng)所需的熱量。熔鹽流入反應(yīng)器殼體6后，先均勻的流向中間，通過下折流板7后，又開始向反應(yīng)器壁方向流動(dòng)，流過中間折流板7的外沿后，改變方向流向中心，通過上折流板7后，從其中心均勻的流向反應(yīng)器壁，然后通過反應(yīng)器殼體上的尺寸不等的孔進(jìn)入熔鹽上通道4，經(jīng)熔鹽出口 5進(jìn)入熔鹽加熱爐，補(bǔ)充能量后再次進(jìn)入反應(yīng)器。
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
95體積％的乙醇在反應(yīng)溫度為350°C，反應(yīng)壓力為0. 04MPaG，乙醇液態(tài)體積空速 為0.8小時(shí)—1的條件下，在氧化鋁催化劑的作用下脫水生成乙烯，反應(yīng)采用如圖1的反應(yīng) 器。反應(yīng)器規(guī)模為20000噸/年乙烯，反應(yīng)器列管數(shù)1142根，反應(yīng)器主體直徑2.2米。圓 筒形的反應(yīng)器殼體6的上下兩端設(shè)有物料進(jìn)口 1和物料出口 10，反應(yīng)器殼體6的上下兩端 設(shè)有熔鹽上通道4和熔鹽下通道10，并設(shè)有熔鹽出口 5和熔鹽進(jìn)口 8，反應(yīng)器殼體6內(nèi)中軸 線上距上管板1/4殼體總長(zhǎng)處和3/4殼體總長(zhǎng)處分別設(shè)有圓環(huán)形的上折流板和下折流板， 折流板面積與反應(yīng)器殼體內(nèi)部截面積的比為3 : 5;距上管板l/2殼體總長(zhǎng)處設(shè)有圓形的 中間折流板，折流板面積與反應(yīng)器殼體內(nèi)部截面積的比為1 : 2;熔鹽進(jìn)口8和熔鹽出口5 處的殼體上設(shè)有圓弧形的擋板12。熔鹽上通道4和熔鹽下通道10處的反應(yīng)器殼體壁上的 開孔面積與熔鹽通道的橫截面積的比為5 : 1，反應(yīng)器殼體內(nèi)軸向溫差為5 1(TC，徑向溫 差為3 5°C。
實(shí)施例2
反應(yīng)條件同實(shí)施例1 ，反應(yīng)器規(guī)模同實(shí)施例1 ，反應(yīng)器其他幾何尺寸同實(shí)施例1 ，只 是反應(yīng)器殼體6內(nèi)距上管板1/6殼體總長(zhǎng)處和5/6殼體總長(zhǎng)處分別設(shè)有圓環(huán)形的上折流板 和下折流板，折流板面積與反應(yīng)器殼體內(nèi)部截面積的比為4 : 5;熔鹽上通道4和熔鹽下通 道10處的反應(yīng)器殼體壁上的開孔面積與熔鹽通道的橫截面積的比為2 : l，反應(yīng)器殼體內(nèi) 軸向溫差為5 l(TC，徑向溫差為2 8°C。
實(shí)施例3
反應(yīng)條件同實(shí)施例1 ，反應(yīng)器規(guī)模同實(shí)施例1 ，反應(yīng)器其他幾何尺寸同實(shí)施例1 ，只 是反應(yīng)器殼體6內(nèi)距上管板1/3殼體總長(zhǎng)處和2/3殼體總長(zhǎng)處分別設(shè)有圓環(huán)形的上折流板 和下折流板，折流板面積與反應(yīng)器殼體內(nèi)部截面積的比為4 : 5;熔鹽上通道4和熔鹽下通 道10處的反應(yīng)器殼體壁上的開孔面積與熔鹽通道的橫截面積的比為8 : l，反應(yīng)器殼體內(nèi) 軸向溫差為5 l(TC，徑向溫差為3 8°C。
實(shí)施例4
反應(yīng)條件同實(shí)施例l，反應(yīng)器規(guī)模為10000噸/年乙烯，反應(yīng)器列管數(shù)572根，反應(yīng) 器主體直徑1. 6米。反應(yīng)器其他幾何尺寸同實(shí)施例1，只是反應(yīng)器殼體6內(nèi)上折流板和下折 流板的面積與反應(yīng)器殼體內(nèi)部截面積的比為4 : 5;熔鹽上通道4和熔鹽下通道10處的反 應(yīng)器殼體壁上的開孔面積與熔鹽通道的橫截面積的比為4 : l，反應(yīng)器殼體內(nèi)軸向溫差為 5 l(TC，徑向溫差為2 5°C。
實(shí)施例5
反應(yīng)器規(guī)格同實(shí)施例1，反應(yīng)器規(guī)模同實(shí)施例1，反應(yīng)溫度為390°C ，其他反應(yīng)條件 同實(shí)施例l，反應(yīng)器殼體內(nèi)軸向溫差為5 l(TC，徑向溫差為3 7°C。
實(shí)施例6
反應(yīng)器規(guī)格同實(shí)施例1，反應(yīng)器規(guī)模同實(shí)施例l，其他反應(yīng)條件同實(shí)施例1，乙醇液 態(tài)體積空速為2. 0小時(shí)—1的條件下，反應(yīng)器殼體內(nèi)軸向溫差為5 l(TC，徑向溫差為3
8°C。比較例1
反應(yīng)條件同實(shí)施例l，反應(yīng)器規(guī)模同實(shí)施例4，反應(yīng)器采用熔鹽內(nèi)部循環(huán)的列管反 應(yīng)器，反應(yīng)器殼體內(nèi)軸向溫差為10 15t:，徑向溫度差為5 l(TC。
權(quán)利要求
一種乙醇脫水制乙烯的方法，以乙醇為原料，在反應(yīng)溫度為100～500℃，反應(yīng)壓力為0.01～3.0MPa，液體重量空速為0.1～8.0小時(shí)-1的條件下，原料在反應(yīng)器中與催化劑接觸反應(yīng)生成乙烯，其特征在于所述反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體、上封頭、下封頭、上管板和下管板，反應(yīng)器的上、下封頭的頂端處分別設(shè)有物料進(jìn)口和物料出口，反應(yīng)器的上、下管板間垂直設(shè)置有至少100根列管，列管分別與上封頭和下封頭相連通，列管內(nèi)裝載有催化劑，反應(yīng)器殼體外側(cè)的上下兩端分別設(shè)有圓環(huán)形上熔鹽通道和下熔鹽通道，在所述的上、下熔鹽通道與殼體壁接觸的相應(yīng)部位上分別開設(shè)有至少4個(gè)小孔，在所述的上、下熔鹽通道上分別設(shè)有熔鹽進(jìn)口和熔鹽出口；進(jìn)入熔鹽進(jìn)口的熔鹽通過熔鹽下通道相應(yīng)部位的小孔進(jìn)入殼體內(nèi)，與列管換熱后通過熔鹽上通道相應(yīng)部位的小孔進(jìn)入熔鹽上通道，由熔鹽出口排出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙醇脫水制乙烯的方法，其特征在于反應(yīng)器殼體內(nèi)沿軸線方向設(shè)置有折流板，其中距上管板1/6 1/3殼體總長(zhǎng)處和5/6 2/3殼體總長(zhǎng)處分別設(shè)有上折流板和下折流板，上、下折流板之間設(shè)有中間折流板。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的乙醇脫水制乙烯的方法，其特征在于上折流板和下折流板的面積與反應(yīng)器殼體內(nèi)部截面積的比分別為1/5 4/5，中間折流板的面積與反應(yīng)器殼體內(nèi)部截面積的比為1/6 5/6。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的乙醇脫水制乙烯的方法，其特征在于中間折流板為圓形，上、下折流板為圓環(huán)形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙醇脫水制乙烯的方法，其特征在于所述的上熔鹽通道與殼體壁接觸的相應(yīng)部位上的開孔規(guī)律為由熔鹽出口向兩側(cè)孔高依次減小，所述的下熔鹽通道與殼體壁接觸的相應(yīng)部位上的開孔規(guī)律為由熔鹽進(jìn)口向兩側(cè)孔高依次增大。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的乙醇脫水制乙烯的方法，其特征在于所述的上下熔鹽通道內(nèi)的殼體壁上的開孔面積與熔鹽通道與殼體壁接觸的相應(yīng)部位的面積之比為1:8 2。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙醇脫水制乙烯的方法，其特征在于熔鹽進(jìn)口和出口處設(shè)有兩塊弧形擋板，呈人字形排列。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙醇脫水制乙烯的方法，其特征在于所述的催化劑為氧化鋁。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種乙醇脫水制乙烯的方法，主要解決以往乙醇脫水制乙烯生產(chǎn)方法中存在反應(yīng)器單臺(tái)生產(chǎn)能力小的問題。本發(fā)明通過采用熔鹽外循環(huán)方式，在反應(yīng)器殼體的兩端設(shè)置圓環(huán)形熔鹽通道，上、下熔鹽通道與殼體壁接觸的相應(yīng)部位上開孔，上、下熔鹽通道上分別設(shè)有熔鹽進(jìn)口和熔鹽出口，反應(yīng)器殼體內(nèi)部設(shè)置折流板的技術(shù)方案，較好地解決了該問題，可用于乙醇脫水制乙烯的工業(yè)生產(chǎn)中。
文檔編號(hào)C07C1/24GK101768041SQ20091005682
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月7日
發(fā)明者劉軍, 楊為民, 楊衛(wèi)勝, 沈偉, 胡力智 申請(qǐng)人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院