專利名稱：：一種乙醇脫水制乙烯的流化裝置和工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于從一種非烴化合物制備烴的裝置和方法，更具體地說，屬于從一種含氧化合物脫水制備乙烯的裝置和方法。
背景技術(shù)：
：乙烯是石油化工工業(yè)最重要的一種基礎(chǔ)原料，目前約75%的石油化工產(chǎn)品來源于乙烯。目前全世界乙烯生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到112卯.55萬p屯/年，預(yù)計(jì)2012年世界乙烯生產(chǎn)能力將達(dá)到14445.5萬噸/年。2010年我國乙烯當(dāng)量需求預(yù)計(jì)2570萬噸/年，生產(chǎn)能力為1389萬p屯/年，自給率只有54%,因此，無論是國內(nèi)還是國外，乙烯的市場發(fā)展空間還很大。生產(chǎn)乙烯的方法有很多種，主要有烴類裂解法、合成氣合成法、乙醇脫水法、丙烯歧化法等。目前工業(yè)上乙烯生產(chǎn)主要采用烴類蒸汽裂解法制備。由于全世界烴類蒸汽裂解法主要采用石腦油、乙烷為原料，其原料的選擇是一個(gè)重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題，原料成本在乙烯成本中占60%~80%。而影響乙烯原料變化的主要因素是石油和天然氣的供應(yīng)狀況和價(jià)格。從全球范圍來看石油資源日趨減少，再加上石油資源地區(qū)分布十分不均，這就更需要開發(fā)石油資源的替代品，以減輕對石油的依賴程度。乙醇脫水制乙烯(以下筒稱ETE)反應(yīng)化學(xué)早在18世紀(jì)已有報(bào)道，是在石油化工發(fā)展之前制乙烯的主要方法。后來隨著石油工業(yè)的發(fā)展，ETE在經(jīng)濟(jì)上缺乏竟?fàn)幜?，使得ETE裝置基本關(guān)閉。但是ETE技術(shù)也有自身的優(yōu)勢與其他方法相比，其產(chǎn)品純度高、設(shè)備簡單、投資較少、見效較快。隨著石油資源日益枯竭，開采成;^高，油價(jià)不斷上漲，人類對環(huán)境的日益關(guān)注，限制溫室氣體排放，社會(huì)關(guān)注農(nóng)民利益以及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的需要，特別是隨著生物質(zhì)發(fā)酵制乙醇技術(shù)的進(jìn)步使得乙醇原料成本下降，利用可再生生物質(zhì)制乙醇、乙醇脫水制乙烯技術(shù)路線受到越來越多的重視，利用ETE制備乙烯具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和戰(zhàn)略意義。乙醇脫水制乙烯發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)CH3CH2OH(乙醇)—CH2=CH2(乙烯)+H20(水)該反應(yīng)是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，AH。2站-44.912kJ/mo1,反應(yīng)溫度越高，越有利于生成乙烯，但溫度過高則會(huì)促進(jìn)副產(chǎn)物如乙醛等的生成。乙醇脫水反應(yīng)屬于酸催化的脫水反應(yīng)，采用液體酸催化劑和固體酸催化劑能降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)進(jìn)行。采用濃硫酸作催化劑，在170。c有利于乙醇脫水生成乙烯，而在140。c則有利于生成乙醚；采用y-A1203作催化劑，由于其酸性較弱，因此乙醇脫水生成乙烯的反應(yīng)溫度需要在350400'c，若溫度較低(在260。c)則生成乙醚。當(dāng)反應(yīng)溫度高于404。c時(shí)，乙醇會(huì)直接脫氫生成乙醛。因此，ETE反應(yīng)需要控制好反應(yīng)溫度范圍，減少副反應(yīng)的發(fā)生。ETE工業(yè)技術(shù)路線按采用的反應(yīng)器類型劃分成兩種，固定床工藝技術(shù)路線和流化床工藝技術(shù)路線，這兩種工藝路線采用的都是乙醇?xì)庀嗝撍に嚶肪€。在相同處理能力下，流化床工藝技術(shù)路線的投資費(fèi)用和操作費(fèi)用都要低于固定床工藝技術(shù)路線。US4134926公開了采用流化床反應(yīng)器進(jìn)行ETE反應(yīng)，催化劑可以采用氧化鋁、活性粘土、分子篩等。反應(yīng)器溫度維持在7O0T(約371X:)以上，反應(yīng)后，一部分催化劑去再生器燒焦再生，再生后的催化劑循環(huán)回反應(yīng)器反應(yīng)。采用流化床反應(yīng)器進(jìn)行ETE存在的主要問題是，再生后的催化劑夾帶煙氣，煙氣中含有大量雜質(zhì)氣體如氮?dú)狻⒀鯕?、二氧化碳、一氧化碳等，夾帶煙氣的再生催化劑返回流化床反應(yīng)器，會(huì)使副反應(yīng)增加，產(chǎn)品中乙烯的純度大大降低，需要昂貴的深冷分離才能提高其純度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種乙醇脫水制乙烯的流化裝置，以提高產(chǎn)品中乙烯的純度。本發(fā)明的另一目的是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上提供一種乙醇脫水制乙烯的流化工藝方法，以提高產(chǎn)品中乙烯的純度。本發(fā)明設(shè)計(jì)的乙醇脫水制乙烯的流化裝置包括流化床反應(yīng)器、再生器、催化劑提升管、汽提器、再生催化劑脫氣罐，其中汽提器與再生器之間通過待生催化劑輸送管線相連，流化床反應(yīng)器與催化劑提升管直接相連，再生催化劑脫氣罐與再生器之間通過再生催化劑輸送管線相連，再生催化劑脫氣罐與催化劑提升管之間通過再生催化劑輸送管線相連，在再生催化劑脫氣罐內(nèi)設(shè)置外取熱器。催化劑提升管可以是與流化床反應(yīng)器同軸或非同軸布置的內(nèi)提升管形式，也可以是與流化床反應(yīng)器非同軸布置的外提升管形式。所述的內(nèi)提升管出口伸入流化床反應(yīng)器的任意部位，優(yōu)選伸入流化床反應(yīng)器的底部或下部。所述的外提升管出口伸入流化床反應(yīng)器的任意部位或位于流化床反應(yīng)器上方的沉降器的下部，優(yōu)選伸入流化床反應(yīng)器的底部或沉降器的下部。所述的汽提器與流化床反應(yīng)器同軸或非同軸布置。當(dāng)所述的汽提器與流化床反應(yīng)器同軸布置時(shí)，汽提器與流化床反應(yīng)器直接連通。當(dāng)所述的汽提器與流化床反應(yīng)器非同軸布置時(shí)，汽提器與流化床反應(yīng)器之間依次通過待生催化劑淹流管、待生催化劑料斗和管線相連，汽提器與沉降器之間通過管線相連。在催化劑提升管、流化床反應(yīng)器中至少一個(gè)位置設(shè)原料入口。在流化床反應(yīng)器的出口設(shè)旋風(fēng)分離器和任選的集氣室，其中旋風(fēng)分離器是必需的，集氣室是可選的。當(dāng)旋風(fēng)分離器的組數(shù)較多時(shí)，需要設(shè)置集氣室。在催化劑提升管出口設(shè)有氣固分布器。在待生催化劑汽提器內(nèi)設(shè)有汽提擋板。再生催化劑脫氣罐的底部設(shè)有蒸汽入口，頂部"^殳有煙氣出口，所述煙氣出口可以和再生器相連，也可以不和再生器相連。在待生催化劑輸送管線、再生催化劑輸送管線上均設(shè)有控制閥。所述再生器可以單獨(dú)設(shè)置，也可以與催化裂化裝置共用。在與催化裂化裝置共用再生器的情況下，再生器還與催化裂化裝置的汽提器、反應(yīng)器分別通過待生催化劑輸送管線、再生催化劑輸送管線相連。本發(fā)明提供的乙醇脫水制乙烯的流化方法包括再生催化劑從再生器出來經(jīng)再生催化劑輸送管線進(jìn)入再生催化劑脫氣罐，經(jīng)由水蒸汽或/和二氧化碳脫除再生催化劑夾帶的煙氣后，經(jīng)再生催化劑輸送管線iiA催化劑提升管，水蒸汽或/和氣化的乙醇原料作為催化劑預(yù)提升氣，將催化劑通過催化劑提升管提升至流化床反應(yīng)器內(nèi)，催化劑與乙醇原料接觸，在反應(yīng)溫度為250500。C優(yōu)選300~450°C,壓力為0~1.0MPa優(yōu)選(M).5MPa(表壓)，重時(shí)空速為0.5-101T1優(yōu)選0.551T1的條件下發(fā)生氣相催化脫水反應(yīng)，氣體產(chǎn)品經(jīng)旋風(fēng)分離器回收攜帶的催化劑后進(jìn)入集氣室，產(chǎn)品物流送往下游分離工段，反應(yīng)后的待生催化劑進(jìn)入待生催化劑汽提器汽提后進(jìn)入再生器再生。乙醇原料可以是無水乙醇，或含水及少量雜質(zhì)的粗乙醇。所述催化劑選自氧化鋁、活性粘土和含Y系列沸石的催化劑中的一種或幾種。在與催化裂化裝置共用再生器的情況下，所述催化劑優(yōu)選含Y系列沸石的催化劑。乙醇原料預(yù)熱溫度為25500。C優(yōu)選200400。C;來自再生器的再生催化劑溫度為500~720'C，經(jīng)過再生催化劑脫氣罐脫氣、外取熱后的再生催化劑溫度為300~500°C。本發(fā)明的裝置和工藝方法可以單獨(dú)運(yùn)行，也可以和煉油裝置FCC共用催化劑和再生器。本發(fā)明的裝置通過增設(shè)再生催化劑脫氣罐，方法中增加再生催化劑脫氣的步驟，有效脫除再生催化劑夾帶的煙氣，使產(chǎn)品中乙烯的純度大大提高。另外，本發(fā)明通過在再生催化劑脫氣罐內(nèi)設(shè)置外取熱器，有效調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，保證整個(gè)過程的熱平衡和最佳反應(yīng)溫度區(qū)間。圖1為本發(fā)明提供的乙醇脫水制乙烯的流化裝置和工藝方法提升管內(nèi)置時(shí)的流程示意圖。圖2為提升管外置時(shí)伸入流化床反應(yīng)器底部的流程示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明所提供的裝置和方法進(jìn)行進(jìn)一步的說明，但并不因此限制本發(fā)明。本發(fā)明所提供的裝置包括流化床反應(yīng)器14、再生器l、催化劑提升管9、汽提器ll、再生催化劑脫氣罐5，其中汽提器ll與再生器l之間通過待生催化劑輸送管線2相連，流化床反應(yīng)器14與催化劑提升管9直接相連，再生催化劑脫氣罐5與再生器1之間通過再生催化劑輸送管線3相連，再生催化劑脫氣罐5與催化劑提升管9之間通過再生催化劑輸送管線7相連，在再生催化劑脫氣罐5內(nèi)設(shè)置外取熱器6。在流化床反應(yīng)器14的出口設(shè)旋風(fēng)分離器15。在催化劑提升管9出口設(shè)有氣固分布器13。在待生催化劑汽提器11內(nèi)設(shè)有汽提擋板12。在待生催化劑輸送管線2、再生催化劑輸送管線3、7上分別設(shè)有控制閥10、4、8。圖1為本發(fā)明提供的乙醇脫水制乙烯的流化裝置和方法提升管內(nèi)置時(shí)的流程示意圖。乙醇脫水制乙烯的流化方法的流程如下來自再生器l的再生催化劑(溫度為500~720°C)，經(jīng)再生催化劑輸送管線3及控制閥4進(jìn)入再生催化劑脫氣罐5,由來自管線20的水蒸汽或/和二氧化碳脫除催化劑夾帶的煙氣，煙氣經(jīng)管線21引出裝置，同時(shí)，再生催化劑脫氣罐5內(nèi)設(shè)有外取熱器6，用以取出催化劑富余的熱量，使再生催化劑的溫度降到適合反應(yīng)的范圍內(nèi)。取熱介質(zhì)可以采用水、水蒸氣或用于預(yù)熱反應(yīng)原料，所述取熱介質(zhì)經(jīng)管線22進(jìn)入外取熱器6，再經(jīng)管線23引出外取熱器6。脫氣、取熱后的再生催化劑經(jīng)再生催化劑輸送管線7及控制閥8進(jìn)入催化劑提升管9。預(yù)提升氣經(jīng)管線24進(jìn)入催化劑提升管9，將催化劑通過催化劑提升管9提升至流化床反應(yīng)器14內(nèi)形成流化床反應(yīng)床層。催化劑提升管9出口設(shè)有氣固分布器13，使催化劑在床層內(nèi)均勻分布。乙醇原料(預(yù)熱溫度為25~500°C)經(jīng)管線26i^v催化劑提升管9。預(yù)熱后的乙醇原料進(jìn)入流化床反應(yīng)器3后與催化劑接觸發(fā)生氣相催化脫水反應(yīng)生成乙烯。反應(yīng)溫度為250500。C優(yōu)選300450°C，壓力為0~1.0MPa優(yōu)選(M).5MPa(表壓)，重時(shí)空速為0.510h"優(yōu)選0.55h-1。反應(yīng)后，氣體產(chǎn)品經(jīng)旋風(fēng)分離器15回收攜帶的待生催化劑后，產(chǎn)品物流經(jīng)管線25送往下游分離工段。反應(yīng)后的待生催化劑進(jìn)入設(shè)有汽提擋板12的待生催化劑汽提器ll，利用水蒸汽汽提掉夾帶的反應(yīng)物料。汽提后的待生催化劑經(jīng)待生催化劑輸送管線2和控制閥10進(jìn)入再生器1再生，完成一次循環(huán)。圖2為提升管外置時(shí)伸入流化床反應(yīng)器底部的流程示意圖。圖2與圖1的主要區(qū)別在于，提升管外置且伸入流化床反應(yīng)器的底部。下面的實(shí)施例將對本方法予以進(jìn)一步的說明，但并不因此限制本方法。實(shí)施例實(shí)施例中的有關(guān)試驗(yàn)是在由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制的乙醇脫水制乙烯(ETE)與催化裂化(FCC)集成的中型裝置上進(jìn)行的，該裝置的處理能力為0.4t/d，原料為含水5%的乙醇，乙醇的進(jìn)料速度為，重時(shí)空速l,2h—1,流化床反應(yīng)溫度380。C,反應(yīng)壓力0.2]\3。催化劑釆用中國石化石油化工研究院開發(fā)的FCC催化劑GOR-2催化劑(800。C、100%水蒸汽老化17小時(shí))。產(chǎn)品分布見表1，從表1可以看出乙醇的轉(zhuǎn)化率為99.6%，乙烯的純度高達(dá)99.0v。/。。對比例與實(shí)施例l相比，對比例沒有設(shè)置再生催化劑脫氣罐，也沒有設(shè)置外取熱器，再生催化劑冷卻降溫后從再生器返回流化床反應(yīng)器，反應(yīng)條件與實(shí)施例相同。產(chǎn)品分布見表1,從表1可以看出乙醇的轉(zhuǎn)化率為99.6%，乙烯的純度僅為92.05v%。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1.一種乙醇脫水制乙烯的流化裝置，包括流化床反應(yīng)器、再生器、汽提器，其中汽提器與再生器之間通過待生催化劑輸送管線相連，其特征在于該裝置還包括催化劑提升管和再生催化劑脫氣罐，流化床反應(yīng)器與催化劑提升管直接相連，再生催化劑脫氣罐與再生器之間通過再生催化劑輸送管線相連，再生催化劑脫氣罐與催化劑提升管之間通過再生催化劑輸送管線相連，在再生催化劑脫氣罐內(nèi)設(shè)置外取熱器。2、按照權(quán)利要求l的裝置，其特征在于所述的催化劑提升管是與流化床反應(yīng)器同軸或非同軸布置的內(nèi)提升管形式，或者是與流化床反應(yīng)器非同軸布置的外提升管形式。3、按照權(quán)利要求2的裝置，其特征在于所述的內(nèi)提升管出口伸入流化床反應(yīng)器的底部或下部。4、按照權(quán)利要求2的裝置，其特征在于所述的外提升管出口伸入流化床反應(yīng)器的底部或下部。5、按照權(quán)利要求l的裝置，其特征在于所述的汽提器與流化床反應(yīng)器同軸或非同軸布置。6、按照權(quán)利要求5的裝置，其特征在于所述的汽提器與流化床反應(yīng)器同軸布置時(shí)，汽提器與流化床反應(yīng)器直接連通。7、按照權(quán)利要求5的裝置，其特征在于所述的汽提器與流化床反應(yīng)器非同軸布置時(shí)，汽提器與流化床反應(yīng)器之間依次通過待生催化劑淹流管、待生催化劑料斗和管線相連，汽提器與沉降器之間通過管線相連。8、按照權(quán)利要求l的裝置，其特征是在催化劑提升管、流化床反應(yīng)器中至少一個(gè)位置設(shè)乙醇原料入口。9、按照權(quán)利要求l的裝置，其特征是在流化床反應(yīng)器的出口設(shè)旋風(fēng)分離器和任選的集氣室。10、按照權(quán)利要求l的裝置，其特征是在催化劑提升管出口設(shè)有氣固分布器，在待生催化劑汽提器內(nèi)設(shè)有汽提擋板。11、按照權(quán)利要求1的裝置，其特征是在待生催化劑輸送管線、再生催化劑輸送管線上均設(shè)有控制閥。12、按照權(quán)利要求1的裝置，其特征是所述再生器單獨(dú)設(shè)置，或與石油煉制領(lǐng)域的催化裂化裝置共用催化裂化再生器。13、一種乙醇脫水制乙烯的流化方法，其特征在于該方法包括再生催化劑從再生器出來經(jīng)再生催化劑輸送管線進(jìn)入再生催化劑脫氣罐，經(jīng)由水蒸汽或/和二氧化碳脫除再生催化劑夾帶的煙氣后，經(jīng)再生催化劑輸送管線^催化劑提升管，水蒸汽或/和氣化的乙醇原料作為催化劑預(yù)提升氣，將催化劑通過催化劑提升管提升至流化床反應(yīng)器內(nèi)，催化劑與乙醇原料接觸，在反應(yīng)溫度為250500°C，壓力為01.0MPa，重時(shí)空速為0.510IT1的條件下發(fā)生氣相催化脫水反應(yīng)，氣體產(chǎn)品經(jīng)旋風(fēng)分離器回收攜帶的催化劑后進(jìn)入集氣室，產(chǎn)品物流送往下游分離工段，反應(yīng)后的待生催化劑進(jìn)入待生催化劑汽提器汽提后iiA再生器再生。14、按照權(quán)利要求13的方法，其特征在于所述的反應(yīng)溫度為300~450。C，壓力為(MK5MPa，重時(shí)空速為0.55h1。15、按照權(quán)利要求13的方法，其特征在于所述的乙醇原料是無水乙醇，或含水及少量雜質(zhì)的粗乙醇。16、按照權(quán)利要求13的方法，其特征在于所述催化劑選自氧化鋁、活性粘土和含Y系列沸石的催化劑中的一種或幾種。全文摘要一種乙醇脫水制乙烯的流化裝置，包括流化床反應(yīng)器、再生器、催化劑提升管、汽提器、再生催化劑脫氣罐，其中汽提器與再生器之間通過待生催化劑輸送管線相連，流化床反應(yīng)器與催化劑提升管直接相連，再生催化劑脫氣罐與再生器之間通過再生催化劑輸送管線相連，再生催化劑脫氣罐與催化劑提升管之間通過再生催化劑輸送管線相連，在再生催化劑脫氣罐內(nèi)設(shè)置外取熱器。本發(fā)明通過增設(shè)再生催化劑脫氣罐，有效脫除再生催化劑夾帶的煙氣，使產(chǎn)品中乙烯的純度大大提高。再生器單獨(dú)設(shè)置，或與石油煉制領(lǐng)域的催化裂化裝置共用催化裂化再生器。文檔編號C07C1/24GK101274872SQ20071006497公開日2008年10月1日申請日期2007年3月30日優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日發(fā)明者吳治國,常學(xué)良,張久順,強(qiáng)李,李家棟,楊克勇,舒興田,謝文華,波邢,郭湘波,魯維民,軍龍申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院