[发明专利]乙醇脱水制乙烯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种乙醇脱水制乙烯的方法。

背景技术

乙烯是十分重要的石油化工原料，其大宗下游产品主要有聚乙烯、环氧乙烷、乙二醇、聚氯乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯等。

乙醇脱水制乙烯的工艺方法中，在国内外已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 Lummus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(USP4134926)，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。

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。但是在国内现有技术中，以乙醇为原料进行生物乙烯生产的列管式固定床反应器装置，采用加热管内置于反应器壳体内，预反应器组成一体，构成内部循环的结构形式。反应所需的热量由熔盐间接提供，传热用的熔盐一次性加注进反应器，反应需要热量时，由加热管内的电加热棒加热熔盐，为反应供热，由于加热方式的限制，该反应器存在以下问题：1、装置的单台生产能力有限，现有装置的单台生产能力都小于1万吨/年，无法满足市场发展的需求；2、装置使用时单位产出能耗大，有效利用率低，设备运行成本高。

发明内容

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的固定床反应器单台生产能力较小的问题，提供一种新的乙醇脱水制乙烯的方法。该方法具有反应器结构合理，供热均匀，单台生产能力大的优点。

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方法，以乙醇为原料，在反应温度为100～500℃，反应压力为0.01～3.0MPa，液体重量空速为0.1～8.0小时^-1的条件下，原料在反应器中与催化剂接触反应生成乙烯，所述反应器包括反应器壳体、上封头、下封头、上管板和下管板，反应器的上、下封头的顶端处分别设有物料进口和物料出口，反应器的上、下管板间垂直设置有列管，列管分别与上封头和下封头相连通，列管内装载有催化剂；反应器壳体外侧的上下两端分别设有圆环形上熔盐通道和下熔盐通道，在所述的上、下熔盐通道与壳体壁接触的相应部位上分别开设有至少4个小孔，在所述的上、下熔盐通道上分别设有熔盐进口和熔盐出口，进入熔盐进口的熔盐通过熔盐下通道相应部位的小孔进入壳体内，与列管换热后通过熔盐上通道相应部位的小孔进入熔盐上通道，由熔盐出口排出。其中反应器壳体内部距上管板1/10～9/10的列管总长处设置有至少一块直径与壳体内径相等的圆环形折流板，折流板上开设有位置与列管排布相对应的管孔，管孔直径大于列管外径，列管通过折流板上的管孔垂直穿过折流板。

在上述技术方案中，优选在反应器壳体内均匀、对称设置折流板，折流板数量优选范围为2～7块，更优选范围为3～5块。折流板上中心孔的大小与列管排布相匹配，管孔的直径与列管的外径之比优选范围为1.1∶1～1.6∶1。所述的上熔盐通道与壳体壁接触的相应部位上开设有至少4个小孔，开孔规律为由熔盐出口向两侧孔高依次减小，所述的下熔盐通道与壳体壁接触的相应部位上的开孔规律为由熔盐进口向两侧孔高依次增大。上、下熔盐通道内的壳体壁上的开孔面积与熔盐通道与壳体壁接触的相应部位的面积之比为1∶8～1∶2。熔盐进口和出口处设有两块弧形挡板，呈人字形排列。催化剂为氧化铝。列管根数至少为100根。

本发明在反应器壳体上设置熔盐通道，并在熔盐通道内的壳体壁上的开孔，确保熔盐等量进入到反应器壳体内，从而解决反应器壳体内温度分配不均的问题。在反应器壳体内设置折流板，其作用主要是增强流体在管间流动的湍流程度，增大传热系数，提高传热效率。从理论上来说，折流板数量越多，熔盐传热效果越好，但是随着折流板数量的增加，反应器的制造成本以及制造难度会大幅增加，所以，综合成本和制造因素，本发明中反应器内的折流板数量控制在10块以内比较好。由于折流板中心位置熔盐循环速度慢，传热不均匀，温度分布也不均匀，因此通过折流板中心设有圆形或者多边形的孔来实现此区域不布管，折流板上设有与列管匹配的管孔，使熔盐在反应器壳体内的运动为平流加错流方式，以错流为主，平流为辅。通过以上的设置使熔盐能够均匀、快速的在反应器内循环，及时的补充反应所需的热量，保证熔盐轴向、径向温差能够保持在允许的范围内。本发明的反应器采用熔盐外循环的方式，熔盐在反应器壳体外部被加热后，进入到反应器壳体内为反应提供热量，该方法不受电加热棒加热功率的限制，反应器直径能够达到3～4米，从而使单台反应器的生产能力大大提高，取得了较好的技术效果。