CN102372564B - 用于乙醇脱水制乙烯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于乙醇脱水制乙烯的方法，主要解决现有技术中乙醇脱水制乙烯的生产工艺流程中乙醇损失大，废水COD值高，装置能耗高的问题。本发明通过采用新鲜乙醇和回收乙醇进入气提塔，在气提塔中实现汽化分离，气提塔塔釜的釜液连续排出系统，气提塔塔顶得到乙醇蒸汽进入反应系统，脱水反应产物进入水洗、碱洗系统，去除乙醇、乙醛和二氧化碳等杂质，经水碱洗后得到的粗乙烯进入乙烯精馏塔，塔顶得到乙烯产品的技术方案较好地解决了该问题，可用于乙醇脱水制乙烯工业生产中。

Description

用于乙醇脱水制乙烯的方法

技术领域

本发明涉及一种用于乙醇脱水制乙烯的工艺的方法。

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。

现有的乙醇催化脱水制乙烯的生产工艺(顾志华，乙醇制乙烯技术现状及展望[J].化学进展，2006，25(8)：847-851)的生产过程是：原料乙醇经预热器、汽化器加热后全部汽化送乙醇脱水反应系统进行反应，从脱水反应系统出来的反应产物(含反应生成物乙烯、水，未反应的乙醇等)送水洗、水碱洗等洗涤去除杂质后，经压缩、干燥后进入乙烯精馏塔进行精馏分离，从乙烯精馏塔上部或塔顶得到乙烯产品；而从塔釜排出的乙醇与水等组分的混合液连同水洗塔塔釜液一起送往废水处理。

现有方法的特点之一是需要设置专门的废水处理塔，采用精馏的方法回收水洗塔以及乙烯精馏塔塔釜液中的乙醇，而水分(这些水分来源于水洗过程中加入的水、原料乙醇带来的水分以及脱水反应产生的水)则从废水处理塔塔釜排出系统。因为在水洗过程中要加入大量的水，所以一般废水处理塔的处理量较大，而且，乙醇是从废水处理塔塔顶(蒸发后冷凝)得到的，而且需要一定的回流比，因此需要消耗大量的热能。

现有方法的特点之二是作为原料的乙醇，不管含水量多少，均在汽化器中全部汽化，其中的水分也就全部汽化进入气相脱水反应系统，这样不但增加了水汽化所需热能，而且由于水是脱水反应的产物，水分进入反应系统既使反应速度降低，同时也降低了反应的平衡转化率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是乙醇脱水制乙烯的生产工艺流程中乙醇损失大，废水COD值高，装置能耗高的问题，提供一种新的乙醇脱水制乙烯的方法。该方法具有乙醇损失小，装置能耗低的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种用于乙醇脱水制乙烯的方法，包括以下步骤：

①温度为25～100℃，重量含量为5～99.99％的乙醇原料进入气提塔上部，重量含量为1～10％的回收乙醇进入气提塔中部，在气提塔中实现汽化分离，从气提塔塔顶得到物流Ⅰ，气提塔塔釜的釜液连续排出系统；

②物流Ⅰ进入反应器上部，在催化剂作用下发生催化脱水反应，得到物流Ⅱ；

③物流Ⅱ进入水洗塔下部，水进入水洗塔上部，经过水洗后，水洗塔塔底排出含未反应的乙醇的物流Ⅲ，在水洗塔顶部得到物流Ⅳ；

④物流Ⅳ从下部进入碱洗塔，碱液进入水洗塔上部，经过碱洗后，在碱洗塔顶部得到物流Ⅴ；

⑤物流Ⅴ进入乙烯精馏塔中下部，乙烯精馏塔塔顶得到纯度为90～99wt％的乙烯产品，在乙烯精馏塔塔釜得到物流Ⅵ；

⑥物流Ⅲ和物流Ⅵ一起构成回收的乙醇，送入气提塔进行汽化分离。

上述技术方案中，优选的技术方案是气提塔为填料塔或板式塔，中部进料口的上部和下部都设有具有分离能力的塔节，其工作表压压力为0.1～1.5Mpa。反应器为列管式固定床或绝热多段固定床。脱水催化剂为氧化铝、硅铝氧化物或分子筛催化剂。水洗塔去除乙醇、乙醛等杂质，水洗塔采用填料塔或板式塔，其理论塔板数为2～40块；碱洗塔去除二氧化碳等酸性气体杂质，碱洗塔采用采用填料塔或板式塔，其中碱洗段的理论塔板数为2～40块。经碱洗后得到的粗乙烯送入乙烯精馏塔的中下部，从乙烯精馏塔塔顶采出的气体经乙烯冷凝器冷凝后一部分从塔顶回流口回流入塔内，未回流部分作为乙烯产品采出，采出纯度为90～99wt％的乙烯产品。回流比为1.2～3.5，回流液温度为-15～-60℃。乙烯精馏塔采用填料塔或板式塔，其理论塔板数为50～120块，其中精馏段为20～85块理论塔板，塔顶压力为0.6～4.0MPaG，塔顶温度为-15～-50℃。乙烯精馏塔塔釜引出的釜液与水洗塔塔釜液一起作为回收的乙醇送入气提塔进行汽化分离回收乙醇，气提塔塔釜排出液中乙醇含量为0.01～0.2Wt％。

如上所述，本发明采用兼有汽化原料乙醇、以及分离回收水洗塔塔釜液和乙烯精馏塔塔釜混合液中的乙醇双重功能的气提塔，不但省去废水处理塔及其配套设备的投资，还使得去除混合液中的乙醇的能耗大幅度降低，同时回收了未发应的乙醇，进一步降低了装置的物耗。

由于气提塔不需要将塔顶乙醇蒸汽冷凝回流，而且一般情况下塔顶汽化的乙醇的纯度比原料乙醇的纯度高，所以在气提塔分离回收水洗塔塔釜以及乙烯精馏塔塔釜混合液中的乙醇所需热能只是汽化乙醇所需热能。显然，本发明用气提塔来分离回收水洗塔塔釜以及乙烯精馏塔塔釜混合液中的乙醇的能耗，与设有废水处理塔的现有方法相比大幅度降低。

本发明的气提塔用水蒸气与塔釜液体直接混合加热，既可省去再沸器的投资，又可以降低水蒸气的消耗。因为水蒸气与塔釜液体直接混合，加热水蒸气的冷凝温度等于塔釜温度，水蒸气的热利用率高(水蒸气的冷凝温度越低，水蒸气的冷凝潜热越大，且水蒸气的显热也全部被利用了)，所以降低了水蒸气的消耗。加热水蒸气冷凝后随气提塔塔釜釜液排出系统。

气提塔塔釜釜液应送废水处理系统处理，达到环境保护及卫生要求后才能排放。当废水处理费用和锅炉给水费用较高时，设置气提塔再沸器用水蒸气等热载体间接加热，以减少锅炉给水和废水处理量。

本发明的优点还在于，不管原料乙醇中乙醇纯度如何，由于汽化提纯塔结构独特、汽化提纯塔釜液连续排出，从汽化提纯塔塔顶获得的蒸汽中的乙醇纯度一般情况下总比原料乙醇的乙醇纯度略高(即原料中的水分只有部分汽化)，既减少原料汽化所需能量，又提高了脱水反应的速度和平衡转化率。

本发明中，由于采用乙醇气提塔的独特工艺和结构，以及与水洗塔和乙烯精馏塔的巧妙组合，用于实现分离提纯回收水洗塔塔釜以及乙烯精馏塔塔釜混合液中的乙醇，能够大幅降低装置的能耗和物耗，取得了较好的经济效果。

附图说明

图1为本发明乙醇脱水制乙烯的工艺流程。

图1中，1为原料乙醇，2为乙醇预热器，3为预热后的乙醇，4为气提塔，5为水蒸气，6为废水，7为乙醇蒸汽，8为反应器，9为反应出料，10为水洗塔，11为洗涤水，12为水洗塔塔釜液，13为水洗塔塔顶气体，14为碱洗塔，15为洗涤碱液，16为碱洗塔塔釜液，17为碱洗塔塔顶气体，18为乙烯精馏塔，19为乙烯精馏塔釜液，20为乙烯精馏塔顶物料，21为乙烯精馏塔顶冷凝器，22为乙烯精馏塔顶回流，23为乙烯产品，24为回收的以水和乙醇为主要成份的混合液。

纯度为5～100体积％的乙醇原料1首先在乙醇预热器2中预热，预热后的乙醇3从塔顶进入气提塔4，水洗塔10釜液12和乙烯精馏塔18塔釜液19的混合液20从中部进入气提塔4，这两股进料中的乙醇均经汽化分离后，气提塔4塔顶得到的乙醇蒸汽7进入乙醇脱水反应系统8。气提塔4塔釜用水蒸气5直接与塔釜物料混合加热，水蒸气5冷凝后的水随气提塔塔釜物料6排往废水处理系统。来自乙醇脱水反应系统8的脱水反应产物9从下部进入水洗塔10，洗涤水11由水洗塔10的上部加入，塔底排出洗涤下来的未反应的乙醇以及其他杂质12。水洗塔10塔顶气体13从从下部进入碱洗塔14，洗涤碱液15由碱洗塔10的上部加入，塔底排出洗涤液16。碱洗塔14塔顶气体17从中下部进入乙烯精馏塔18。乙烯精馏塔18塔顶蒸汽20经乙烯冷凝器21冷凝后一部分22从塔顶回流入塔，一部分23作为乙烯产品采出。

下面通过实施例对本发明作进一步阐述。

具体实施方式

【实施例1】

采用图1所示的工艺流程，气提塔理论塔板数为20，操作压力0.6MPa(G)。原料乙醇2350kg/h，其中乙醇1997.5kg/h，水352.5kg/h，乙醇含量85％(wt％)。原料乙醇从气提塔塔顶进料。反应温度为350℃，反应压力为0.04MPaG，乙醇液态体积空速为0.8小时^-1，在氧化铝催化剂的作用下脱水生成乙烯。反应产物首先经水洗，碱洗后进入乙烯精馏塔。乙烯精馏塔为板式塔；操作表压压力为1.0MpaG。水洗塔塔釜和乙烯精馏塔塔釜的混合釜液中乙醇66.08kg/h，水1932kg/h，从气提塔塔顶数起第8块理论板处进入气提塔回收乙醇。气提塔塔顶排出蒸汽送脱水反应系统，其中乙醇含量93.8％(wt％)。气提塔塔釜排出的水中乙醇含0.05％(wt％)，乙烯产品组成为：乙烯877.18kg/h、乙烷0.02kg/h。

【实施例2】

按实施例1的条件及步骤，保持反应系统、水洗、碱洗的操作条件不变，乙烯精馏塔顶压力为1.78MPaG，塔顶温度为-31℃，塔釜压力为1.81MPaG，塔釜温度为1℃，回流液温度为-33℃。进料中乙醇8.1kg/h，乙烯1290kg/h。进料板在塔顶数起第35块理论板处。塔顶冷凝液部分回流入塔，回流比2.0∶1，部分采出乙烯产品1250kg/h，纯度为96％(wt％)。乙烯精馏塔塔釜排出的混合液中乙醇7.9kg/h送气提塔做原料。气提塔为填料塔，工作表压压力为1.0MpaG。气提塔塔釜排出的水中乙醇含量0.05％(wt％)。

【实施例3】

按实施例1的条件及步骤，保持反应系统、水洗、碱洗的操作条件不变，乙烯精馏塔顶压力为1.78MPaG，塔顶温度为-31℃，塔釜压力为1.81MPaG，塔釜温度为1℃，回流液温度为-33℃。进料中乙醇8.1kg/h，乙烯1290kg/h。进料板在塔顶数起第35块理论板处。塔顶冷凝液部分回流入塔，回流比2.0∶1，部分采出乙烯产品1250kg/h，纯度为96％(wt％)。乙烯精馏塔塔釜排出的混合液15中乙醇7.9kg/h送气提塔做原料。气提塔为填料塔，工作表压压力为1.0MpaG。气提塔塔釜排出的水中乙醇含量0.1％(wt％)。

【实施例4】

按实施例1的条件及步骤，保持反应系统、水洗、碱洗的操作条件不变，气提塔理论塔板数为30，操作表压压力0.9MPaG。原料乙醇2350kg/h，其中乙醇2210kg/h，水140kg/h，乙醇含量94％(wt％)。原料乙醇从气提塔塔顶进料。水洗塔塔釜和乙烯精馏塔塔釜的混合釜液中乙醇76.25kg/h，水1725kg/h，从气提塔塔顶数起第21块理论板处进入气提塔回收乙醇，气提塔塔顶排出蒸汽送脱水反应系统，其中乙醇2286kg/h，水46.65kg/h，乙醇含量98％(wt％)。气提塔塔釜排出的水中乙醇含量0.1％(wt％)。乙烯精馏塔为填料塔，操作表压压力1.5paG。

【实施例5】

按实施例1的条件及步骤，保持反应系统、水洗、碱洗的操作条件不变，乙烯精馏塔操作表压压力0.9MpaG，塔顶温度-65℃，全部理论板数为82块，进料中乙醇8.1kg/h，乙烯1290kg/h。进料板在塔顶数起第46块理论板处。塔顶冷凝液一部分从塔顶回流入塔，一部分采出做乙烯，回流比4∶1。产品1250kg/h，纯度为99.00％(wt％)。乙烯精馏塔塔釜排出的混合液中乙醇7.8kg/h送气提塔做原料。气提塔为板式塔，操作表压压力为0.5MpaG。气提塔塔釜排出的水中乙醇含量0.06％(wt％)。

【比较例1】

采用原料乙醇经过乙醇蒸发器后直接进入反应系统的技术方案。原料乙醇2350kg/h，其中乙醇2210kg/h，水140kg/h，乙醇含量94％(wt％)。水洗塔为填料塔，操作表压压力0.1MPaG。乙烯精馏塔为填料塔，操作表压压力1.8MPaG。水洗塔塔釜乙醇58.01kg/h，水1925kg/h，乙烯精馏塔塔釜乙醇8.1kg/h。

Claims (1)

1.一种用于乙醇脱水制乙烯的方法，包括以下步骤：

①温度为25～100℃，重量含量为5～99.99％的乙醇原料进入汽提塔上部，重量含量为1～10％的回收乙醇进入汽提塔中部，在汽提塔中实现汽化分离，从汽提塔塔顶得到物流I，汽提塔塔釜的釜液连续排出系统；

②物流I进入反应器上部，在催化剂作用下发生催化脱水反应，得到物流II；

③物流II进入水洗塔下部，水进入水洗塔上部，经过水洗后，水洗塔塔底排出含未反应的乙醇的物流III，在水洗塔顶部得到物流Ⅳ；

④物流Ⅳ从下部进入碱洗塔，碱液进入水洗塔上部，经过碱洗后，在碱洗塔顶部得到物流V；

⑤物流V进入乙烯精馏塔中下部，乙烯精馏塔塔顶得到纯度为90～99wt％的乙烯产品，在乙烯精馏塔塔釜得到物流Ⅵ；

⑥物流III和物流Ⅵ一起构成回收的乙醇，送入汽提塔进行汽化分离；

所述汽提塔为填料塔或板式塔，中部进料口的上部和下部都设有具有分离能力的塔节，其工作表压压力为0.1～1.5MPa；所述反应器为列管式固定床或绝热多段固定床；所述脱水催化剂为氧化铝、硅铝氧化物或分子筛催化剂；所述水洗塔去除乙醇、乙醛，水洗塔采用填料塔或板式塔，其理论塔板数为2～40块；所述碱洗塔去除二氧化碳杂质，碱洗塔采用采用填料塔或板式塔，其中碱洗段的理论塔板数为2～40块；所述经碱洗后的物流V送入乙烯精馏塔的中下部，从乙烯精馏塔塔顶采出的气体经乙烯冷凝器冷凝后一部分从塔顶回流口回流入塔内，未回流部分作为乙烯产品采出，采出纯度为90～99wt％的乙烯产品；回流比为1.2～3.5，回流液温度为-15～-60℃；所述乙烯精馏塔采用填料塔或板式塔，其理论塔板数为50～120块，其中精馏段为20～85块理论塔板，塔顶压力为0.6～4.0MPaG，塔顶温度为-15～-50℃；所述乙烯精馏塔塔釜引出的釜液与水洗塔塔釜液一起作为回收的乙醇送入气提塔进行汽化分离回收乙醇，气提塔塔釜排出液中乙醇含量为0.01～0.2wt％。