[发明专利]乙醇脱水成为乙烯的低能耗方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于将乙醇转化成乙烯的方法，并且特别涉及用于乙醇脱水的方法。

现有技术

自从19世纪末，乙醇至乙烯的脱水反应就已公知并且被详细说明。“The Dehydration of Alcohols over Alumina. I: The reaction scheme”, H. Kn?zinger, R. K?hne, Journal of Catalysis (1966), 5, 264-270被认为是用于醇(包括乙醇)脱水操作的基础出版物。已知的是该反应非常吸热，在高温下朝向乙烯平衡和移动。对应于纯乙醇在绝热反应器中完全转化的温降是380℃。在较低温度下，乙醇转化成乙醚(DEE)。该反应“中间物”可以存在于乙烯脱水的过程中(在其中转化是部分的)或在多反应器工艺的两个反应器之间。然后，DEE可以在较高温度下被转化成乙烯。经常使用的参考催化剂是单官能酸催化剂，γ-氧化铝是提及最多的催化剂。沸石也用于该应用，自1980s以来特别是ZSM5，例如在“Reactions of ethanol over ZSM-5”，S.N. Chaudhuri et al., Journal of Molecular Catalysis 62: 289-295 (1990)。

美国专利4,232,179描述了用于乙醇脱水成为乙烯的方法，其中通过向反应器中引入与原料混合的传热流体来提供反应需要的热量。传热流体为源自外部来源的蒸汽，或源自所述方法或源自再循环部分来自脱水反应器的流出液(即生产的乙烯)的外部流。原料与所述传热流体的混合物的引入使得可能提供在与期望的转化相容的水平保持催化剂床的温度需要的热量。在传热流体为来自脱水反应器的流出液的情况下，用于再循环所述流出液的压缩机是必需的。然而，再循环通过反应产生的乙烯是缺陷，因为乙烯的引入改变脱水反应的平衡。此外，乙烯参与低聚、氢转移和烯烃歧化的副反应，该副反应是关于其反应物反应级数大于0的反应。从反应开始时乙烯浓度的提高增加副产物的形成。因此乙烯的损失更大，其反映在选择性的降低。

专利申请WO 2007/134415描述了用于乙醇脱水成为乙烯的方法，其相比于美国专利4 232 179的方法有改进，由于减少的设备项数和降低的操作成本(因为它不使用方法之外的蒸汽)，使得可能降低资本支出。在该方法中，至少部分来自脱水反应器的流出液(生产的乙烯与蒸汽的混合物)和自通过乙醇脱水生成并在反应器中冷凝的水得到的过热蒸汽被用作传热流体并与乙醇混合进入脱水反应器。所述专利申请没有提及关于以最大化热交换为目标，应该重视的乙醇原料与流出液之间的压力条件。

美国专利4,396,789也描述了用于乙醇脱水成为乙烯的方法，其中在400至520℃的温度和20至40 atm的高压下，作为传热流体的乙醇和蒸汽被引入至第一反应器中，以便通过脱水反应生成的流出液在至少高于18 atm的压力下从最后反应器收回，所述反应产物(即乙烯)冷却后可以经历最终的低温蒸馏步骤，而没有中间压缩步骤。所述方法也以脱水反应的所述产物与引入至第一反应器的原料之间的热交换为特征，所述反应产物用于汽化进入第一反应器的原料。再循环未转化的乙醇、至少部分在所述方法的反应期间形成的水和添加用于气体最终洗涤的水以确保乙醇的完全转化。

专利申请WO 2011/002699公开了用于乙醇原料脱水成为乙烯的方法，包括乙醇和水的混合物的汽化及该混合物在绝热反应器中的反应。该申请未解决最大化热量回收以降低所述方法的能量损耗的问题。

本发明的目标是提供用于乙醇脱水成为乙烯的方法，其中使用酸性固体预处理乙醇原料以限制有机氮的量(该有机氮缩短催化剂的寿命)并将乙醇部分地转化成DEE。

本发明的目标是提供用于乙醇脱水成为高纯度乙烯的方法，所述方法使得可能提高对乙烯的选择性，具有与现有技术的方法相比显著降低的生产每吨乙烯的比消耗，因为该方法不需要所述方法外部的传热流体。

发明概述及益处

本发明描述了用于乙醇原料脱水成为乙烯的方法，该方法特别包括预处理步骤，该预处理步骤降低包含于所述原料中的有机或碱性氮的水平并将部分乙醇转化成DEE，和在交换器中通过与来自最后脱水反应器的流出液的热交换，汽化预处理的乙醇原料的步骤，该乙醇原料与至少部分再循环的处理的水的物流混合。