[发明专利]一种乙醇制乙烯和甲醇合成二甲醚的组合工艺方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于石油化工领域工艺，尤其涉及一种石油化工工艺方法及装置。

背景技术

乙烯是多种重要化工产品(如环氧乙烷、聚乙烯、聚氯乙烯等)的基础原料。随着世界经济的发展，乙烯需求量与日俱增，预计到2012年全球乙烯需求量将达到150Mt/a。由于我国经济的高速增长，我国乙烯需求量的年增长率超过世界平均水平。乙烯的主要来源于石油烃类原料的蒸汽裂解，近年来原油价格飞涨，使裂解法乙烯的生产成本急剧上升。另外，石油资源作为一种不可再生资源，渐趋枯竭，因此开发利用可再生原料制取乙烯成为发展的趋势。生物乙醇主要以玉米、糖、薯干、秸秆或木质纤维素等可再生资源为原料经发酵获得，原料来源广泛、充足，可满足大规模生物质化工产业发展的需要。我国是一个农业大国，生物质资源丰富，每年总产量不低于10亿吨干物质，若转换成燃料乙醇相当于3亿多吨石油当量。因此从乙醇制取乙烯既是对有限石油资源的补充，同时也符合可持续发展的战略。

乙醇在加热和催化条件下可发生脱水反应生成乙烯，该技术在20世纪20年代后实现工业应用。目前有工业应用报道的乙醇脱水催化剂主要分为两大类.即活性氧化铝催化剂和分子筛催化剂。最近研究发现，在分子筛催化剂上乙醇脱水反应比氧化铝催化剂具有更低的反应温度，更高的操作空速和更高的单程反应转化率和乙烯收率。

从乙醇脱水制乙烯工艺来看，普遍采用气相脱水法，由于乙醇脱水反应吸热量较大，目前反应器主要采用列管反应器、催化剂床层间换热的层式反应器及绝热固定床反应器，但这类反应器制造复杂、成本较高，且催化剂装卸不便。

美国专利US4134926报道了一种采用流化床来使乙醇脱水生产乙烯的方法，流化床反应温度控制在399℃左右，乙醇单程转化率大于99.5％，乙烯收率大于99％(未精馏前)，催化剂使用的是活性硅铝氧化物。

由于乙醇脱水反应是一个强吸热反应，而且其反应温度范围较窄，反应温度波动将直接影响反应产物乙烯的纯度，因此对反应体系提供热量变得尤为重要。从目前所采用的工艺路线来看，单独的乙醇脱水反应工艺，无论是固定床、流化床反应器都很难做到大型化，这样将直接影响到该工艺的经济性和竞争优势。

中国专利申请号为200710026919.8提出了一种乙醇制备乙烯的生产装置及工艺，界区外的原料乙醇经蒸发器加热蒸发成乙醇蒸汽后分成三股，第一股乙醇蒸汽与中压蒸汽混合后进入第一加热段进一步加热后进入第一反应器反应，反应生成物与第二股乙醇蒸汽混合后经第二加热段加热后进入第二反应器反应，反应生成物与第三股乙醇蒸汽混合后经第三加热段加热后进入第三反应器反应，反应生成物经蒸发器回收热量后进入碱洗塔脱二氧化碳和醋酸，并经过干燥器除去水分后深冷降温，液化后的粗乙烯顺次进入脱甲烷塔除甲烷、进入提纯塔脱除重组分，可得成品乙烯。

二甲醚不仅是甲醇合成汽油的中间体，同时也是合成气制取烃类的重要中间产物，日前二甲醚制烯烃己取得较大进展，特别是在催化剂方面取得了较大突破，对二甲醚制低碳烯烃工艺进行重点研究，将为非石油路线生产石油化工产品开辟一条新路。因此加快二甲醚及其高附加值下游产品的开发和利用，将会取得显著的经济效益和社会效益。

甲醇气相脱水法将甲醇蒸汽通过固体催化剂发生非均相催化反应，常用的固体催化剂为活性氧化铝、结晶硅酸铝等，甲醇脱水生成二甲醚DME。该方法是操作简单、污染小、连续生产的新工艺，其工艺成熟，已工业化。由于甲醇脱水反应器是强放热反应，冷原料不足以降低催化剂床层温度，因此，在反应温度条件下，通过该方法很难来控制床层温度。

中国专利CN101659588A提供一种乙醇脱水制乙烯和催化裂化的组合工艺方法，该方法将催化裂化催化剂用于催化乙醇脱水反应，并且通过催化裂化高温催化剂为乙醇脱水反应提供热量。但它是将乙醇反应生成的乙烯混合到催化裂化装置中，而无法得到纯的乙烯。

中国专利CN200810000621提供一种甲醇催化蒸馏脱水反应生产二甲醚的方法，采用阳离子交换树脂做催化剂，在催化蒸馏塔中进行甲醇的脱水反应；催化蒸馏塔的操作条件为：反应段中部温度保持在80～200℃，塔顶温度为10～110℃，塔釜温度为130～260℃，操作压力为0.3～4.0MPa，塔顶回流比为0.5～20，进料体积空速为0.1～100小时。但它是通过回流取热控制反应温度，反应热没有得到很好的利用。