[发明专利]采用分子筛催化剂的乙醇脱水工艺

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及采用改性的分子筛催化剂在列管式固定床反应器上进行乙醇脱水制备乙烯的方法。

背景技术

乙烯是一种重要的基本有机化工原料，乙烯工业的规模与水平是一个国家化学工业发展水平的重要标志。乙烯作为一种重要的化工原料，在许多方面具有重要的应用，在工业上它主要用于合成以下物质：聚乙烯、乙苯、环氧乙烷、二氯乙烷、齐聚物等。此外，乙烯在医药以及农业方面也具有重要的应用。随着我国经济的不断发展，我国已经成为能源与资源的需求大国，特别是我国乙烯的需求量每年都以20％的速度增长，乙烯当量需求预测值2010年为2600万吨，2020年4000万吨；乙烯以及其下游衍生物的国内市场满足率平均不到50％，需要大量进口。目前乙烯的生产方法主要还是采用石油催化裂解法，但随着全球性的能源和资源供求关系的日益紧张，以生物质为原料生产生物乙烯的工艺受到了越来越多的重视。

生物乙烯是指生物质(如纤维素，木质素等)经催化(酸性介质，脂催化作用)水解得到糖类(主要是葡萄糖)再将糖类发酵生产乙醇(低浓度10％～20％的乙醇)，然后乙醇脱水制得。

乙醇脱水制备乙烯主要是乙醇在一定的温度条件、催化剂的作用下发生分子内脱水生成乙烯。当前在乙醇脱水制备乙烯中主要存在两个关键问题：1)乙醇脱水高效催化剂的研究；当前应用最广泛的催化剂为改性的氧化铝催化剂，该催化剂使用寿命长，活性稳定，但是该催化剂要求反应温度高(高于350℃)，乙醇转化率一般在95％和乙烯收率仅为理论产率的90％左右(国内某厂产率为89％)。而且该过程必须使用高浓度的乙醇(≥95％V/V)为原料，能耗较大。2)乙醇脱水反应器的研究；乙醇脱水主要应用的反应器有：固定床反应器和流化床反应器。他们又分为等温床和绝热床两种。我国目前均采用等温固定床反应器。等温流化床反应器的乙烯产率最高，但是技术复杂，目前仅在国外有中试的报道，工业化装置还没有报道。而采用等温固定床反应器产率低(一般在95％左右)。60-70年代多采用等温列管式反应器(我国目前全部用此种反应器)，每根反应管的直径65-80mm，高3000mm，每个反应器一般由12-24根反应管组成，一般以圆形排布。管外用硝酸钠和硝酸钾混合盐作为加热介质，混合盐用电热棒加热。这种加热方式的优点是操作简单。温度分布相对较均匀，但热惰性大，升降温迟缓，这是其主要缺点。

由文献报道知乙醇在催化剂作用下脱水主要有如下几种反应发生：

串联反应

平行反应

脱氢反应

C₂H₅OH→CH₃CHO+H₂    (3)

乙烯聚合反应

C₂H₄→C₄^＝→聚合物    (4)

通过机理研究发现乙醇在较低温度条件下脱水主要生成乙醚，在高温条件下会产生乙醛，如果温度控制不好，还可能发生聚合生成乙烯聚合物，这些副反应都对乙烯的生成产生影响。乙醚量增加将会导致转化率低，乙烯收率降低。而高温生成的乙醛会在后续处理中造成堵塔(乙醛聚合生成三聚乙醛等难溶物质)。因此通过工艺改进来达到较好的结果是乙醇脱水必须要解决的问题。

当前乙醇脱水工艺中都采用低温精馏技术，该系统是为提高乙烯纯度必不可少的过程，这是因为采用传统催化剂产生的乙烯纯度较低，不能满足后续加工工艺的要求。但是低温精馏要消耗大量的能量，而通过工艺改进后的乙烯纯度可达到99％以上，如果下游产品为二氯乙烷、环氧乙烷等，该纯度已经可以达到生产需求；如果下游产品为乙苯、乙酸和乙酸乙烯的原料，纯度达到99.3％左右即可。

发明内容

本发明的目的是针对现有乙醇脱水反应器转化率低、乙烯收率低等缺点，提供一种采用改性的分子筛催化剂在列管式固定床反应器上进行乙醇脱水制备乙烯的方法。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种采用分子筛催化剂的乙醇脱水工艺，其以乙醇为原料、改性分子筛为催化剂，通过脱水反应制备乙烯，具体步骤为：