CN105523880A - 一种由醋酸酯制乙烯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种醋酸酯制备高纯度乙烯的方法，该方法利用醋酸酯为原料耦合加氢-脱水过程，在催化剂作用下实现高醋酸酯转化率和高乙烯选择性，反应得到的产品气经过分离后得到高纯度的乙烯，具备乙烯纯度高、生产周期短、不易造成环境污染、后续分离相对简单的特点。同时充分利用反应热预热反应原料减少加热和冷却能耗，流程简单控制简便。
Description
技术领域
本发明涉及一种乙烯的生产方法。特别地，本发明涉及一种采用醋酸酯制备乙烯的方法。属于化工技术领域。
背景技术
乙烯是一种替代品的需求越来越紧迫，超过70％的化工产品是由乙烯直接或间接生产的，被称为石化工业的“龙头”。随着化工、能源、材料等乙烯衍生物产业的快速发展，乙烯的需求在不断增加。
目前，国内外乙烯生产方法有石油原料催化裂解法和乙醇脱水法，CN1269341A报道了乙烷氧化裂解制乙烯工艺；CN86104433A报道了以乙烷和丙烷选择性生产乙烯和丙烯的方法；CN1280117A报道了用甲烷转化法高效生产乙烯的方法；CN102372564A、CN101134704和CN102649669A等专利报道了利用乙醇制取乙烯的生产方法。
烃类裂解得到乙烯是以不可再生资源为原料，裂解副产物多，污染大。而乙醇脱水法使用的乙醇多采用粮食发酵法生产，我国的粮食自给率已经跌破90％。粮食乙醇用于制乙烯对我国粮食结构造成巨大冲击、存在与人争粮问题，同时也存在环境污染问题。
我国能源分布的特点是“贫油多煤”，相对于处于高位的石油价格，煤价相对低廉。随着世界石油资源紧缺及对清洁能源的重视，近年来，国内煤化工规模迅速扩大，但是却导致煤化工产品醋酸的价格不断下降，国内醋酸产能严重过剩，然而目前并未形成新的醋酸消费需求来消化醋酸产能。
为解决以上问题，拓宽原料渠道，本发明利用醋酸酯作为原料制取乙烯。开发醋酸或醋酸酯为原料制备乙烯的技术能够充分发挥我国煤炭资源丰富的优势。醋酸酯制高纯度乙烯，具备乙烯纯度高、生产周期短、不易造成环境污染、后续分离相对简单的特点。因此，与烃类裂解制乙烯路线相比，它正表现出越来越大的竞争优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种由醋酸酯制备乙烯的方法，该方法可实现醋酸酯制备高纯度乙烯，同时可实现醋酸酯高的转化率和高的乙烯选择性，还可以降低过程能耗和减少副反应。
本发明提供了一种由醋酸酯制备乙烯的方法，所述方法包括以下步骤：
1)将醋酸酯1预热后得到温度为190-250℃的醋酸酯蒸汽3；
2)将氢气4预热后得到温度为170-240℃的高温氢气7；
3)将步骤1)得到的醋酸酯蒸汽3与步骤2)得到的高温氢气7混合经加热后得到230-300℃的加氢原料气10；
4)对所述的加氢原料气10在加氢催化剂作用下进行加氢反应，得到温度为250-310℃的高温加氢产品气12；将所述高温加氢产品气12分别与醋酸酯1和氢气4换热，得到温度为60-90℃的冷却的加氢产品气14；对所述冷却的加氢产品气14再进行冷却得到温度为30-40℃的气液两相的加氢产品气液16；对所述气液两相的加氢产品气液16进行气液分离得到循环气18和初中间产品19；将所述循环气18经过部分放空得到驰放气20和驰放后的循环气21，所述驰放后的循环气21经升压后得到高压循环气23并用作氢气4而返回系统反应；和
5)将初中间产品19进行再次降压气液分离，得到放空气25和精中间产品26；
6)将精中间产品26预热后得到温度为200-300℃的精中间产品蒸汽28，精中间产品蒸汽28经加热后得到250-350℃的脱水原料气30；脱水原料气30在脱水催化剂的作用下经脱水反应得到脱水产品气32；将脱水产品气32预热精中间产品26后，得到温度为60-90℃的冷却的脱水产品气33；对所述冷却的脱水产品气33再进行冷却得到温度为-10-40℃的气液两相的脱水产品气液35；对所述气液两相的脱水产品气液35进行精馏分离得到乙烯产品气37。
优选地，所述高温氢气7的温度为200-230℃。
优选地，所述醋酸酯1选自醋酸甲酯和醋酸乙酯中的一种或多种，并且更优选地为醋酸乙酯。
优选地，所述醋酸酯蒸汽3的温度为220-240℃。
优选地，所述加氢原料气10的温度为250-280℃。
优选地，在所述步骤4)中，加氢反应在1.5-5.0MPa的压力下进行，更优选为2.0-3.0MPa。
优选地，在所述步骤5)中，气液分离在30-350kPa的压力下进行，更优选为50-200kPa。
优选地，在所述步骤6)中得到的脱水原料气30的温度为260-290℃。
优选地，在所述步骤6)中，脱水反应在1-200kPa的压力下进行，更优选为30-150kPa。
另一方面，本发明还提供了一种由醋酸酯制备乙烯的设备，所述设备包括：
用于加热产品的加氢原料加热器9、脱水原料加热器29；
用于冷却产品的加氢产品气冷却器15、脱水产品气冷却器34；
用于对气相和液相进行分离的初中间产品气液分离器17、精中间产品气液分离器24；
用于进行热量的交换醋酸酯预热器2、氢气预热器6、精中间产品预热器27；
用于将加氢原料气10转化成高温加氢产品气12的加氢反应器11，；
用于将脱水原料气30转化为脱水产品气32的脱水反应器31，；
循环气压缩机22以及用于对最终产品进行精馏分离的脱水产品精馏塔36。
与现有技术相比，本发明提供了一种采用醋酸酯制取乙烯的方法，其有益效果是：拓宽制取乙烯的原料渠道，实现了醋酸酯制取高纯度乙烯。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：
图1显示了根据本发明的方法的工艺流程简图；其中，
1-醋酸酯；3-醋酸酯蒸汽；4-氢气；5-混合氢气；7-高温氢气；8-加氢混合气；10-加氢原料气；12-高温加氢产品气；13-换热后的加氢产品气；14-冷却的加氢产品气；16-气液两相的加氢产品气液；18-循环气；19-初中间产品；20-驰放气；21-驰放后的循环气；23-高压循环气；25-放空气；26-精中间产品；28-精中间产品蒸汽；30-脱水原料气；32-脱水产品气；33-冷却的脱水产品气；35-气液两相的脱水产品气液；37-乙烯产品气；38-乙烯产品废液。
2-醋酸酯预热器；6-氢气预热器；9-加氢原料加热器；11-加氢反应器；15-加氢产品气冷却器；17-初中间产品气液分离器；22-循环气压缩机；24-精中间产品气液分离器；27-精中间产品预热器；29-脱水原料加热器；31-脱水反应器；34-脱水产品气冷却器；36-脱水产品精馏塔。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明的目的，其不以任何方式限制本发明的范围。
实施例
下面结合图1对具体实施方式进行描述。
实施例采用气相色谱法来分析反应前后醋酸酯及乙烯的浓度，从而计算出醋酸酯的转化率及乙烯的选择性。
醋酸乙酯1通过高压液体进料泵泵入醋酸酯预热器2，其中醋酸乙酯1的进料量为150mol/h，与来自加氢反应器11的高温加氢产品气12在醋酸酯预热器2中发生热交换预热，得到250℃的醋酸乙酯蒸汽3。氢气4与高压循环气23混合后得到的混合氢气5进料入氢气预热器6中，其中氢气4的流量为27Nm3/h，经换热后得到温度为230℃的高温氢气7。
将高温氢气7和醋酸乙酯蒸汽3混合，加氢混合气8在加氢原料加热器9中加热得到260℃的加氢原料气10,其中氢气的摩尔分数为95.7％，醋酸乙酯的摩尔分数为1.4％，乙醇的摩尔分数为0.7％，氮气等其他组分的摩尔分数为2.2％。加氢原料气10进入加氢反应器11与Cu系加氢催化剂接触反应，反应压力为2.5MPa，得到280℃的高温加氢产品气12，其中氢气的摩尔分数为94.1％，醋酸乙酯的摩尔分数为0.07％，乙醇的摩尔分数为3.2％，氮气、水等其他组分的摩尔分数为2.6％。高温加氢产品气12与醋酸乙酯1在醋酸酯预热器2中换热后降至252℃，换热后的产品气13进入氢气预热器6与混合氢气5换热后降温至82℃得到冷却的加氢产品气14。冷却的加氢产品气14在加氢产品气冷却器15中冷却至10℃，得到气液两相的加氢产品气液16。气液两相的加氢产品气液16进入初中间产品气液分离器17进行气液分离，得到循环气18和初中间产品19，循环气18的组成为氢气的摩尔分数为96.7％，乙醇的摩尔分数为0.7％，醋酸乙酯的摩尔分数为0.03％，氮气等其他组分的摩尔分数为2.6％。初中间产品19进入精中间产品气液分离器24进行减压气液分离，其压力为0.25MPa,得到放空气25和精中间产品26，精中间产品26的流量为287mol/h、组成为乙醇的摩尔分数为92.3％，水的摩尔分数为6.2％，醋酸乙酯的摩尔分数为1.4％，氮气等其他组分的摩尔分数为0.1％。
将上述循环气18经部分放空，驰放气20流量占循环气18流量的8％，驰放气流量为18.6Nm3/h。驰放后的循环气21经循环气压缩机22升压后得到高压循环气23返回至系统反应。
精中间产品26进入精中间产品预热器27，与来自脱水反应器31的高温脱水产品气32在精中间产品预热器27中发生热交换预热，得到220℃的精中间产品蒸汽28。精中间产品蒸汽28进入脱水原料加热器29加热得到温度为270℃的脱水原料气30。脱水原料气30进入脱水反应器31与ZSM分子筛脱水催化剂接触反应，反应压力为0.15MPa，得到270℃的脱水产品气32，其中乙烯的摩尔分数为45.9％，水的摩尔分数为49.3％，乙醇的摩尔分数为4.0％，其他组分的摩尔分数为0.8％。脱水产品气32与精中间产品26在精中间产品预热器27中换热后降至47℃，冷却的脱水产品气33经进一步降温后进入脱水产品精馏塔36精馏分离，得到乙烯产品气37和乙烯产品废液38。乙烯产品气37中共有乙烯量为244.2mol/h。
根据分析结果计算醋酸乙酯的平均转化率为98.5％，乙烯的平均选择性为92.1％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：避免了石油原料催化裂解法需要面对石化资源短缺和环境污染严重的难题，拓宽了原料渠道，利用醋酸酯作为原料制取高纯度乙烯，同时可实现醋酸酯高的转化率和高的乙烯选择性，从而降低过程能耗和减少副反应。
Claims (10)
1.一种由醋酸酯制备乙烯的方法，所述方法包括以下步骤：
1)将醋酸酯(1)预热后得到温度为190-250℃的醋酸酯蒸汽(3)；
2)将氢气(4)预热后得到温度为170-240℃的高温氢气(7)；
3)将步骤1)得到的醋酸酯蒸汽(3)与步骤2)得到的高温氢气(7)混合经加热后得到230-300℃的加氢原料气(10)；
4)对所述的加氢原料气(10)在加氢催化剂作用下进行加氢反应，得到温度为250-310℃的高温加氢产品气(12)；将所述高温加氢产品气(12)分别与醋酸酯(1)和氢气(4)换热，得到温度为60-90℃的冷却的加氢产品气(14)；对所述冷却的加氢产品气(14)再进行冷却得到温度为30-40℃的气液两相的加氢产品气液(16)；对所述气液两相的加氢产品气液(16)进行气液分离得到循环气(18)和初中间产品(19)；将所述循环气(18)经过部分放空得到驰放气(20)和驰放后的循环气(21)，所述驰放后的循环气(21)经升压后得到高压循环气(23)并用作氢气(4)而返回系统反应；和
5)将初中间产品(19)进行再次降压气液分离，得到放空气(25)和精中间产品(26)；
6)将精中间产品(26)预热后得到温度为200-300℃的精中间产品蒸汽(28)，精中间产品蒸汽(28)经加热后得到250-350℃的脱水原料气(30)；脱水原料气(30)在脱水催化剂的作用下经脱水反应得到脱水产品气(32)；将脱水产品气(32)预热精中间产品(26)后，得到温度为60-90℃的冷却的脱水产品气(33)；对所述冷却的脱水产品气(33)再进行冷却得到温度为-10-40℃的气液两相的脱水产品气液(35)；对所述气液两相的脱水产品气液(35)进行精馏分离得到乙烯产品气(37)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温氢气(7)的温度为200-230℃。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述醋酸酯(1)选自醋酸甲酯和醋酸乙酯中的一种或多种，优选地，为醋酸乙酯。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述醋酸酯蒸汽(3)的温度为220-240℃。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述加氢原料气(10)的温度为250-280℃。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤4)中，加氢反应在1.5-5.0MPa的压力下进行；
优选地，加氢反应在2.0-3.0MPa的压力下进行。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤5)中，气液分离在30-350kPa的压力下进行；
优选地，气液分离在50-200kPa压力下进行。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤6)中得到的脱水原料气(30)的温度为260-290℃。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤6)中，脱水反应在1-200kPa的压力下进行；
优选地，所述脱水反应在30-150kPa的压力下进行。
10.一种由醋酸酯制备乙烯的设备，所述设备包括：
用于加热产品的加氢原料加热器9、脱水原料加热器29；
用于冷却产品的加氢产品气冷却器15、脱水产品气冷却器34；
用于对气相和液相进行分离的初中间产品气液分离器17、精中间产品气液分离器24；
用于进行热量的交换醋酸酯预热器2、氢气预热器6、精中间产品预热器27；
用于将加氢原料气10转化成高温加氢产品气12的加氢反应器11，；
用于将脱水原料气30转化为脱水产品气32的脱水反应器31，；
循环气压缩机22以及用于对最终产品进行精馏分离的脱水产品精馏塔36。
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2014
- 2014-09-29 CN CN201410512858.6A patent/CN105523880B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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