CN104557394A - 一种乙烯的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工领域，涉及一种基本化工有机原料乙烯的生产方法，具体为一种乙烯的生产方法。该方法以乙醇为原料，甲醇为稀释剂，用γ-Al2O3为催化剂生产乙烯。本发明的优点在于利用反应产物冷却过程放热、原料加热过程吸热的工艺特性，通过工艺过程热量的耦合，实现了系统内部热量充分应用；利用甲醇脱水放热和乙醇脱水吸热的反应特性，通过反应热量的耦合，实现了乙烯生产所需反应热量的补给。两种方法结合使用，大大减少了热量的消耗，具有很好的节能效果。
Description
技术领域
本发明属于化工领域，涉及一种基本化工有机原料乙烯的生产方法，具体为一种乙烯的生产方法。
背景技术
乙烯是重要的基础有机化工原料，可用于合成环氧乙烷、乙二醇、聚乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯等一系列重要的化学品，在国民经济中占有极为重要的地位。乙烯生产有两大方式：一是通过轻质油、乙烷、丙烷等裂解生产乙烯；其二，用乙醇为原料，通过催化脱水制乙烯。目前，大部分乙烯是通过轻质油等石油衍生物生产的，但石油是不可再生资源，已渐趋枯竭，因而利用可再生的生物质乙醇制取乙烯是一个必然的趋势，符合可持续发展战略。尤其是随着生物技术的快速发展以及非粮食基生物质乙醇制备技术的突破，使得乙醇来源日趋广泛，原料成本也将趋于合理，这对乙醇制乙烯技术的推广有积极的促进作用。
但乙醇脱水制乙烯反应是一个具有较强热效应的吸热反应，能耗大，生产成本高。据测算，如以纯乙醇进料，则反应器绝热温降约400℃。虽然通过反应器的设计，可以提高传热效率，但仍将存在较大温度梯度，使得催化剂难以发挥最佳效能，也很难获得理想的乙烯选择性。因此，在大多数工艺中，都通过加入一定量的稀释剂，降低反应热效应的影响，传统工艺一般采用水作为稀释剂，但由于水汽化潜热大，能耗高，为了降低能耗，专利CN101121625B提出以甲醇做稀释剂，利用甲醇脱水放热、乙醇脱水吸热的反应特性和甲醇脱水与乙醇脱水反应条件、催化剂和后续分离的互通性，耦合两个反应的反应热，降低了能耗。但由于进料为常温液态，而反应为气态，原料乙醇和稀释剂需要经过预热-蒸发-过热等加热过程，而加热过程消耗的能量约占总能耗的60%，比乙醇脱水生成乙烯过程消耗的能量还大，因此整个工艺过程能耗依然较大。
发明内容
本发明的目的在于针对以上技术问题，提供一种节能、高效的、以克服现有工艺能耗大，生产成本高等缺陷的采用乙醇脱水制乙烯的生产工艺。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种乙烯的生产方法，该方法以乙醇为原料，甲醇为稀释剂，用γ-Al2O3为催化剂生产乙烯，同时联产二甲醚。反应的方程式为：
C2H5OH→CH2=CH2+H2O
2CH3OH→CH3OCH3+H2O
其中乙醇质量百分比浓度为40%～100%的水溶液，优选80%～100%。乙醇与甲醇摩尔比为1：0.5～8, 优选1: 2～5。
本发明生产方法的具体过程是：
室温下用机泵将配比好的甲醇和乙醇混合溶液按液体体积空速为0.3～3h-1,优选0.5～1h-1的计量输送到耦合交换器里，利用反应产物冷却释放的热量供原料液预热、汽化并加热，再通过过热器加热到290～400℃, 得到的甲醇-乙醇热蒸汽，然后将得到的甲醇-乙醇热蒸汽进入装有γ-Al2O3催化剂的列管式固定床耦合反应器或绝热固定床耦合反应器，在温度340～440℃，优选350～380℃、压力0～1.2MPa，优选0.1～1MPa条件下进行反应，反应产物通过耦合交换器换热然后进入冷却器进一步冷却至60℃，冷却后的反应产物进入到气液分离器进行气液分离，含乙醛等杂质的水溶液送污水工序处理，含乙烯、二甲醚和甲烷等杂质的气体送精制工序进行分离和提纯，分别得到产品乙烯和二甲醚。
与现有技术相比，本发明的优点在于：利用反应产物冷却过程放热、原料加热过程吸热的工艺特性，通过工艺过程热量的耦合，实现了系统内部热量充分应用；利用甲醇脱水放热和乙醇脱水吸热的反应特性，通过反应热量的耦合，实现了乙烯生产所需反应热量的补给。两种方法结合使用，比直接加热乙醇生产乙烯减少能耗50%以上，具有很好的节能效果，同时联产二甲醚，提高了综合经济效益。
附图说明
图1是本方法中所采用的工艺流程图。
具体实施方式
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1：
一种乙烯的生产方法，该方法包括以下步骤：
（1）将50 mLγ-Al2O3催化剂放入到内径为23mm的固定床反应器内。
（2）使用乙醇质量百分比浓度为40%的水溶液，用平流泵将乙醇与甲醇摩尔比为1：8的混合溶液按液体体积空速0.3 h-1的计量输送到耦合交换器里进行汽化加热，再通过过热器加热到310℃, 得到的甲醇-乙醇热蒸汽进入装有γ-Al2O3催化剂的固定床反应器进行耦合反应，控制反应温度350℃、压力1MPa,反应产物经管道输送至耦合交换器进行热交换，然后进入冷却器进一步冷却至60℃，冷却后气体经分离提纯分别得到产品乙烯和二甲醚。乙醇转化率为100%，乙烯选择性为99%，甲醇转化率为84%，二甲醚选择性为97%。
实施例2：
一种乙烯的生产方法，该方法包括以下步骤：
（1） 将50 mLγ-Al2O3催化剂放入到内径为23mm的固定床反应器内。
（2） 使用乙醇质量百分比浓度为80%的水溶液，用平流泵将乙醇与甲醇摩尔比为1：0.5的混合溶液按液体体积空速1h-1的计量输送到耦合交换器里进行汽化加热，再通过过热器加热到290℃, 得到的甲醇-乙醇热蒸汽进入装有γ-Al2O3催化剂的固定床反应器进行耦合反应，控制反应温度340℃、压力1.2MPa,反应产物经管道输送至耦合交换器进行热交换，然后进入冷却器进一步冷却至60℃，冷却后气体经分离提纯分别得到产品乙烯和二甲醚。乙醇转化率为98%，乙烯选择性为97%，甲醇转化率为79%，二甲醚选择性为97%。
实施例3：
一种乙烯的生产方法,该方法包括以下步骤：
（1）将50 mLγ-Al2O3催化剂放入到内径为23mm的固定床反应器内。
（2）使用无水乙醇溶液，用平流泵将乙醇与甲醇摩尔比为1：5的混合溶液按液体体积空速3h-1的计量输送到耦合交换器里进行汽化加热，再通过过热器加热到340℃, 得到的甲醇-乙醇热蒸汽进入装有γ-Al2O3催化剂的固定床反应器进行耦合反应，控制反应温度440℃、压力0MPa（常压）,反应产物经管道输送至耦合交换器进行热交换，然后进入冷却器进一步冷却至60℃，冷却后气体经分离提纯分别得到产品乙烯和二甲醚。乙醇转化率为100%，乙烯选择性为95%，甲醇转化率为76%，二甲醚选择性为93%。
实施例4：
一种乙烯的生产方法，该方法包括以下步骤：
（1）将50 mLγ-Al2O3催化剂放入到内径为23mm的固定床反应器内。
（2）使用无水乙醇溶液，用平流泵将乙醇与甲醇摩尔比为1：2的混合溶液按液体体积空速0.5h-1的计量输送到耦合交换器里进行汽化加热，再通过过热器加热到320℃, 得到的甲醇-乙醇热蒸汽进入装有γ-Al2O3催化剂的固定床反应器进行耦合反应，控制反应温度380℃、压力0.1MPa,反应产物经管道输送至耦合交换器进行热交换，然后进入冷却器进一步冷却至60℃，冷却后气体经分离提纯分别得到产品乙烯和二甲醚。乙醇转化率为99%，乙烯选择性为99%，甲醇转化率为81%，二甲醚选择性为98%。
实施例5：
一种乙烯的生产方法，该方法包括以下步骤：
（1）将50 mLγ-Al2O3催化剂放入到内径为23mm的绝热床反应器内。
（2）使用无水乙醇溶液，用平流泵将乙醇与甲醇摩尔比为1：2的混合溶液按液体体积空速0.5h-1的计量输送到耦合交换器里进行汽化加热，再通过过热器加热到400℃, 得到的甲醇-乙醇热蒸汽进入装有γ-Al2O3催化剂的绝热床反应器进行耦合反应，控制反应压力0.1MPa,反应产物经管道输送至耦合交换器进行热交换，然后进入冷却器进一步冷却至60℃，冷却后气体经分离提纯分别得到产品乙烯和二甲醚。乙醇转化率为97%，乙烯选择性为96%，甲醇转化率为85%，二甲醚选择性为96%。
Claims (8)
1.一种乙烯的生产方法，其特征在于：该方法以乙醇为原料，甲醇为稀释剂，用γ-Al2O3为催化剂生产乙烯。
2.根据权利要求1所述的乙烯的生产方法，其特征在于：所述的乙醇是质量百分含量为40%～100%的水溶液。
3.根据权利要求1所述的乙烯的生产方法，其特征在于：所述的乙醇是质量百分含量为80%～100%的水溶液。
4.根据权利要求1所述的乙烯的生产方法，其特征在于：所述的乙醇与的甲醇摩尔比为1：0.5～8。
5.根据权利要求1所述的乙烯的生产方法，其特征在于：所述的甲醇和乙醇混合溶液液体的体积空速为0.3～3h-1。
6.根据权利要求1所述的乙烯的生产方法，其特征在于：所述的反应器为列管式固定床反应器或绝热固定床反应器中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的乙烯的生产方法，其特征在于：所述的反应温度为340～440℃。
8.根据权利要求1所述的乙烯的生产方法，其特征在于：所述的反应压力为0～1.2MPa。
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