[发明专利]一种乙醇脱水流化床工艺及反应器

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种采用分子筛催化剂进行乙醇脱水的流化床工艺以及在这种工艺中使用的流化床反应器。

背景技术

乙烯是石油化工产业最重要的基础原料，也是世界上产量最大的化学品，乙烯工业的发展水平代表了一个国家石油化学工业的总体发展水平。目前国内外乙烯的工业生产均采用石油原料路线，但石油资源正面临着严重的短缺危机。因此，在石油资源日益短缺的情况下，必须寻求一条可持续性发展的道路，解决由于石油减少所带来的负面影响，这就给生物法制造乙烯提供了一个前所未有的机遇和挑战。生物乙烯是指生物质通过发酵得到乙醇，乙醇在催化剂的作用下脱水生成乙烯，当前在乙醇脱水生产乙烯中主要存在两个关键技术：1)催化剂，工业上乙醇脱水采用的催化剂主要是氧化铝及其改性的催化剂。氧化铝催化剂最大的优点是稳定性好，再生性能良好，制得的乙烯纯度高。但是氧化铝催化剂也存在着明显不足：反应温度高，进料空速低，反应所需能耗高。针对该问题，当前研究比较多的是分子筛催化剂，该催化剂反应温度低(200-300℃)，进料空速大(液时空速大于1.0h^-1)，反应所需能耗明显降低。但是该催化剂存在的主要问题是稳定性较差，需要经常再生。2)反应工艺流程，当前乙醇脱水生成乙烯工艺以美国哈康-科学设计公司设计的生产工艺为基础，在此基础上开发的工艺还有Lummus固定床工艺，Holcon/SD工艺，Nikki/JGC工艺，Petrobras工艺等。

在乙醇脱水工艺中，为了更好的对乙烯气体进行精馏，需要进行预处理，在预处理中，碱洗塔是必须的设备，目的是除去气体中的一些酸性气体，当前采用的碱洗塔一般是一段式单一浓度的循环碱液。由于副产物乙醛的存在，在碱液条件下发生聚合作用生成聚合物，该物质是难溶物质，对有填料的碱洗塔将产生堵塔，为连续性生产带来困难，国内某厂由于此原因需要经常停产进行清洗，不仅影响了乙烯的产量，同时也产生了大量废水，严重时填料需要进行更换，成本加大。

乙醇脱水反应是强吸热反应，为了维持反应所需要的温度，必须采用外部热源来进行供热。工业上采用的主要是熔盐(硝酸钾53％，亚硝酸钠40％，硝酸钠7％)来进行加热。这种加热方式的优点是操作简单，温度分布相对较均匀。但是熔盐对设备腐蚀严重，热惰性大，升温缓慢。

发明内容

本发明的目的是针对现有乙醇脱水工艺耗能大、乙醇转化率低、乙烯收率低、催化剂稳定性差失活快速、采用熔盐加热设备腐蚀严重且换热效果差、后续处理中碱洗堵塔等缺点，提供一种采用高效的流化床反应器来进行乙醇脱水生产乙烯的工艺。

本发明的另一目的是提供高效的流化床反应器。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种乙醇脱水流化床工艺，其以乙醇水溶液为原料、分子筛为催化剂，通过在流化床反应器中进行脱水反应制备乙烯。具体步骤为：

将分子筛催化剂通过催化剂入口加入到流化床反应器中，并通过导热油对反应器进行预热，当达到180-300℃的反应温度后，将乙醇水溶液汽化并预热后通入流化床反应器，催化剂在乙醇水气流的作用下流动，并与气流发生脱水反应，反应后的气体换热后通过水洗和碱洗，得到乙烯气体。

其中乙醇水溶液的浓度为10～95％，优选20～65％。

在上述工艺中可用到的分子筛催化剂为ZSM-5、SAPO-31型、TS-1型分子筛或者其改性的分子筛，如镍、镧、磷、铁、钾或铈等金属离子改性的分子筛。催化剂在气流的作用下流动，并与气流发生脱水反应，较大的催化剂颗粒随气流上升，当达到扩大段后速度降低，重新回到反应器底部，较小的催化剂颗粒通过旋风分离器分离后沉降到气体分布板上。

反应后的气体首先通过水洗塔进行水洗，目的是除去一些没有反应的乙醇原料和一些醛类物质；再通过多段式碱洗塔进行碱洗，目的是除去一些酸性气体(CO₂等)，经过处理的气体然后进入下游工艺；多段式碱洗塔通常为2-4段，其中碱液浓度由上自下依次降低。