[发明专利]乙醇催化脱水生产乙烯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种乙醇催化脱水生产乙烯的方法，特别是关于采用复合床分子筛催化剂进行乙醇脱水生产乙烯的方法。

背景技术

乙烯是一种极为重要的基本有机化工原料，乙烯工业是石化工业的基础，在国民经济中占有极为重要的地位。近几年来，随着聚乙烯等衍生物需求的迅速增长，对乙烯的需求逐年俱增。目前，乙烯主要通过天然气或轻质石油馏分为原料，采用蒸汽裂解工艺制得，但随着天然气及轻质石油馏分价格持续走高，一些其它途径增产乙烯的方法成为关注的焦点。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。乙醇脱水制乙烯技术具有流程短、设备少、投资小、见效快以及较强的配套适应性和市场灵活性等特点。本发明所涉及的乙醇脱水制乙烯技术是一种有竞争力的工艺技术。

乙醇脱水制乙烯的主反应为：

CH₃CH₂OH→CH₂＝CH₂+H₂O

即一分子乙醇催化反应得到一分子乙烯及一分子水。当然乙醇催化脱水过程中也不可避免会发生一些副反应如生成乙醚、乙醛、一氧化碳、二氧化碳、高碳烯烃等。

文献《精细石油化工》1993年第1期，35～37页介绍了一种采用分子筛催化剂对低浓度乙醇制乙烯的研究，结果显示，当反应温度为250～280℃、液体空速为0.5～0.8小时^-1，原料乙醇质量浓度为10％左右时，乙醇转化率为99％，乙烯选择性为97左右。但液体空速较低。

文献《化学工业与工程技术》1995年第16卷第2期，介绍了NC1301型乙醇脱水制乙烯催化剂的研制，该催化剂主要活性组分为γ-Al₂O₃，在反应温度350～440℃，反应压力≤0.3MPa(绝压)，重量空速为0.3～0.6小时^-1，乙烯选择性仅为97.5％左右，空速较低。

USP423475报道了乙醇脱水制乙烯技术，其采用氧化物催化剂，在反应温度320～450℃，空速为0.4～0.6小时^-1条件下实现乙醇的转化。

上述文献所涉及的技术存在的主要问题是乙烯选择性低，空速低的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以往技术中乙烯选择性低，空速低的技术问题，提供一种新的乙醇催化脱水生产乙烯的方法。该方法具有乙烯选择性高，空速高的优点。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种乙醇催化脱水生产乙烯的方法，以乙醇为原料，在反应温度为200～380℃，以表压计反应压力为0～2MPa，反应空速为0.1～8小时^-1条件下，原料依次与复合床反应器中催化剂I和催化剂II接触，生成含乙烯的物流；

其中，催化剂I为硅铝摩尔比SiO₂/Al₂O₃为40～400的ZSM-5分子筛，催化剂II为硅铝摩尔比SiO₂/Al₂O₃为20～300的ZSM-5分子筛，且催化剂I的硅铝摩尔比大于催化剂II硅铝摩尔比，催化剂I和催化剂II的装填比例为0.1～8∶1。

上述技术方案中催化剂I的硅铝摩尔比SiO₂/Al₂O₃优选范围为40～300；催化剂II的硅铝摩尔比SiO₂/Al₂O₃优选范围为20～200；催化剂I的硅铝摩尔比优选大于催化剂II硅铝摩尔比10以上。反应温度优选范围为230～320℃，反应重量空速优选范围为0.5～5小时^-1，以表压计反应压力优选范围为0.1～1MPa。原料中水与乙醇重量比的优选范围为0～10∶1，更优选范围为0.5～5∶1。

乙醇催化脱水反应增产乙烯过程中，最理想的主要反应路线之一是在低温下实现1分子乙醇反应得到1分子乙烯及1分子水。这一方面可以降低能耗，提高技术的竞争力，同时，较低的反应温度对于避免乙醇催化脱水过程中可能发生的一些副反应如生成乙醚、乙醛、一氧化碳、二氧化碳、高碳烯烃等，从而提高选择性。