本發(fā)明涉及一種乙醇脫水生產乙烯的方法。

背景技術：

乙烯是非常重要的石油化工基本原料，其大宗下游產品主要有聚乙烯、聚氯乙烯、環(huán)氧乙烷、乙二醇、苯乙烯、醋酸乙烯等。

目前，國內外主要采用以石油為原料的裂解法生產乙烯，隨著石油資源的日益減少以及國際油價的不斷攀升，石油路線制乙烯將面臨前所未有的挑戰(zhàn)。世界許多石油化工公司正積極開拓其他路線，包括采用煤、天然氣、生物質原料等生產烯烴，以減輕乙烯對有限石油資源的過度依賴。

采用可再生的生物質原料生產乙醇，再脫水制乙烯的技術是調整能源結構、減少環(huán)境污染、促進國民經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。對于乙醇脫水制乙烯，目前主要的研究目標是改進工藝流程，降低裝置物耗能耗，增加效益。

在乙醇脫水制乙烯的工藝方法中，目前已工業(yè)應用的主要為固定床工藝，包括等溫固定床工藝和絕熱固定床工藝。等溫床工藝技術較適用于小規(guī)模的工業(yè)裝置，當裝置規(guī)模達到或超過數(shù)萬噸/年時，由于等溫床工藝技術難以工程放大，通常采用絕熱床工藝技術。us4232179提出了乙醇脫水反應的絕熱工藝，即乙醇脫水反應在絕熱固定床中進行，反應物料在進入反應器前加熱到反應所需溫度。之后us4396789又提出了乙醇脫水制乙烯的三段式絕熱固定床反應工藝，并在二十世紀八十年代初利用該工藝建立了6萬噸/年乙烯裝置。us20130178674a1介紹了一種乙醇脫水制乙烯的反應器及工藝，該反應工藝由多段不同尺寸、不同催化劑裝填量的反應器組成，每段反應器可獨立操控。對于絕熱床乙醇脫水制乙烯工藝，開發(fā)性能優(yōu)良的絕熱固定床反應器以及反應工藝是裝置規(guī)模擴大的關鍵技術之一。在絕熱固定床反應工藝的開發(fā)中主要解決的就是反應工藝方案以及反應器的結構設計。而對于反應器的設計，關鍵就是要解決反應器內的流體均布問題，因為反應器內流體的分布直接影響催化劑床層的傳熱傳質以及反應過程等，不均勻的氣體分布會降低催化劑和反應器的效率?！豆潭ù卜磻鲀葰怏w預分布器研究》(化學工程，2006，34(4):24-27)，研究了反應器內氣體預分布器對流動的影響。對于絕熱固定床反應器，設計合理的進口氣體分布器，將有效改善氣體分布效果，提高催化劑和反應器的利用效率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種乙醇脫水生產乙烯的方法。

本發(fā)明所要解決的技術問題是以往乙醇脫水生產乙烯工藝中存在的反應氣體分布不均勻，催化劑利用率低及反應性能不佳的問題，提供一種新的用于乙醇脫水生產乙烯的絕熱固定床反應器及反應工藝。該方法具有氣體分布均勻，催化劑利用率高，反應效果佳的特點。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案如下：一種乙醇脫水生產乙烯的反應器，采用絕熱固定床反應器，其中反應器殼體自上而下包括進口、氣體分布器、均化空間、上部惰性填料層、催化劑床層、下部惰性填料層、出口，氣體分布器放置于進口內并伸入均化空間，其結構如下：上部為圓筒形筒體，下部為波紋形單級擋板，波紋形單級擋板上開有篩孔，圓筒形筒體與波紋形單級擋板間通過分布于圓筒形筒體內側的垂直拉筋連接，且形成側向環(huán)形通道。

在上述技術方案中，絕熱固定床反應器波紋形單級擋板的波紋頂角角度為80～175°，優(yōu)選范圍為100～170°；峰高為氣體分布器圓筒形筒體直徑的1～30％，優(yōu)選范圍為2～25％；波紋形單級擋板上篩孔直徑為氣體分布器圓筒形筒體直徑的1～13％，優(yōu)選范圍為2～9％；開孔率為10～55％，優(yōu)選范圍為15～45％；氣體分布器側向環(huán)形通道高度為氣體分布器圓筒形筒體直徑的15～70％。在采用上述絕熱固定床反應器生產乙烯的過程中，原料乙醇經過反應進出料換熱器換熱升溫后和水蒸汽混合，通過加熱器加熱到反應所需溫度后，從各段絕熱固定床反應器的頂部進口進入，反應氣體依次經過氣體分布器、均化空間、上部惰性填料層后進入催化劑床層并發(fā)生脫水反應，反應產物經過下部惰性填料層后從反應器出口流出，反應總出料經過進出料換熱器換熱冷卻后進入后續(xù)的分離系統(tǒng)進行精制。多段絕熱固定床反應器的段數(shù)為1～6，采用串聯(lián)和/或并聯(lián)的方式；各段反應器具有相同和/或不同的規(guī)格尺寸以及催化劑裝填量，各段反應器獨立操控；催化劑為氧化鋁、硅鋁催化劑或分子篩催化劑中的至少一種；反應溫度為350～480℃，反應壓力為0.1～0.8mpag，水/乙醇質量比為0.5～1.5。

本發(fā)明通過采用具有特殊結構的絕熱固定床反應器及多段絕熱反應工藝，使反應氣體能夠按照合適的比例從具有側向環(huán)形通道和開有篩孔的波紋形單級擋板的氣體分布器進入催化劑床層，在反應器內部形成了更加均勻的氣體分布，提高了催化劑的利用率和反應效率，取得了較好的技術效果。

附圖說明

圖1(a)、(b)、(c)為本發(fā)明乙醇脫水生產乙烯多段絕熱反應工藝示意圖。

圖2為本發(fā)明乙醇脫水生產乙烯絕熱固定床反應器示意圖。

圖3為本發(fā)明具有開孔波紋形單級擋板的氣體分布器結構圖。

圖1中，1為原料乙醇，2為過熱乙醇蒸汽，3為水蒸汽，4為反應總出料，5為冷卻后反應出料，e1為第一加熱器，e2為第二加熱器，e3為第三加熱器，e4為第四加熱器，e5為反應進出料換熱器，r1為第一段反應器，r2為第二段反應器，r3為第三段反應器，r4為第四段反應器。

圖2中，6為反應器進口，7為進口氣體分布器，8為均化空間，9為上部惰性填料層，10為催化劑床層，11為下部惰性填料層，12為支撐格柵，13為反應器出口。

圖3中，14為反應器進口法蘭，15為氣體分布器筒體，16為垂直拉筋，17為側向環(huán)形通道，18為開孔波紋形單級擋板，d為氣體分布器筒體內徑，h為側向環(huán)形通道高度，α為波紋形單級擋板的波紋頂角角度，d為波紋形單級擋板上篩孔直徑，l為波紋形單級擋板的峰高。

按圖1(a)所示，原料乙醇1經過反應進出料換熱器e5升溫后分成四股，其中第一股進料與水蒸汽3混合后進入第一加熱器e1，加熱到設定溫度后進入第一段反應器r1發(fā)生反應，產物與第二股原料乙醇混合后進入第二加熱器e2，加熱到設定溫度后進入第二段反應器r2發(fā)生反應，產物與第三股原料乙醇混合后進入第三加熱器e3，加熱到設定溫度后進入第三段反應器r3發(fā)生反應，產物與第四股原料乙醇混合后進入第四加熱器e4，加熱到設定溫度后進入第四段反應器r4發(fā)生反應，反應總出料4經過反應進出料換熱器e5冷卻后去精制分離系統(tǒng)。按圖1(b)所示，原料乙醇1經過反應進出料換熱器e5升溫后與水蒸汽3混合，通過第一加熱器e1加熱到設定溫度后分四股分別進入到第一反應器r1、第二反應器r2、第三反應器r3、第四反應器r4，反應總出料4經過反應進出料換熱器e5冷卻后去精制分離系統(tǒng)。按圖1(c)所示，原料乙醇1經過反應進出料換熱器e5升溫后分成兩股，其中第一股進料與水蒸汽3混合后進入第一加熱器e1，加熱到設定溫度后分兩股分別進入第一段反應器r1和第二段反應器r2，反應產物與第二股原料乙醇混合后進入第二加熱器e2，加熱到設定溫度后分兩股分別進入第三段反應器r3和第四段反應器r4，反應總出料4經過反應進出料換熱器e5冷卻后去精制分離系統(tǒng)。

下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但是，本發(fā)明的范圍并不只限于實施例所覆蓋的范圍。

具體實施方式

【實施例1】

乙醇脫水生產乙烯采用如圖1(a)所示的四段絕熱反應工藝，反應器采用如圖3所示的氣體分布器結構，第一段到第四段反應器的乙醇進料量分別為600kg/hr、500kg/hr、400kg/hr、300kg/hr，水蒸汽從第一加熱器前加入，反應器內徑為1600mm，分布器筒體內徑為170mm，波紋形單級擋板的波紋頂角角度為110°，峰高為15mm，篩孔直徑為5mm，開孔率為18.9％，側向環(huán)形通道高度為80mm，均化空間高度為1400mm。各段反應進口溫度為440℃，反應壓力為0.3mpag，水/總乙醇質量比為0.8，采用氧化鋁催化劑，得乙醇的轉化率為99.5％，乙烯的收率為97.5％。

【實施例2】

乙醇脫水生產乙烯采用如圖1(a)所示的四段絕熱反應工藝，反應器采用如圖3所示的氣體分布器結構，第一段到第四段反應器的乙醇進料量分別為600kg/hr、500kg/hr、400kg/hr、300kg/hr，水蒸汽從第一加熱器前加入，反應器內徑為1600mm，分布器筒體內徑為170mm，波紋形單級擋板的波紋頂角角度為81°，峰高為50mm，篩孔直徑為5mm，開孔率為18.9％，側向環(huán)形通道高度為80mm，均化空間高度為1400mm。各段反應進口溫度為440℃，反應壓力為0.3mpag，水/總乙醇質量比為0.8，采用氧化鋁催化劑，得乙醇的轉化率為99.2％，乙烯的收率為97.3％。

【實施例3】

乙醇脫水生產乙烯采用如圖1(a)所示的四段絕熱反應工藝，反應器采用如圖3所示的氣體分布器結構，第一段到第四段反應器的乙醇進料量分別為600kg/hr、500kg/hr、400kg/hr、300kg/hr，水蒸汽從第一加熱器前加入，反應器內徑為1600mm，分布器筒體內徑為170mm，波紋形單級擋板的波紋頂角角度為110°，峰高為15mm，篩孔直徑為5mm，開孔率為18.9％，側向環(huán)形通道高度為35mm，均化空間高度為1400mm。各段反應進口溫度為440℃，反應壓力為0.3mpag，水/總乙醇質量比為0.8，采用氧化鋁催化劑，得乙醇的轉化率為99.0％，乙烯的收率為97.1％。

【實施例4】

乙醇脫水生產乙烯采用如圖1(a)所示的四段絕熱反應工藝，反應器采用如圖3所示的氣體分布器結構，第一段到第四段反應器的乙醇進料量分別為600kg/hr、500kg/hr、400kg/hr、300kg/hr，水蒸汽從第一加熱器前加入，反應器內徑為1600mm，分布器筒體內徑為170mm，波紋形單級擋板的波紋頂角角度為110°，峰高為15mm，篩孔直徑為7mm，開孔率為37.0％，側向環(huán)形通道高度為80mm，均化空間高度為1400mm。各段反應進口溫度為440℃，反應壓力為0.3mpag，水/總乙醇質量比為0.8，采用氧化鋁催化劑，得乙醇的轉化率為99.6％，乙烯的收率為97.6％。

【比較例1】

某乙醇脫水生產乙烯的方法，反應器結構參數(shù)和工藝條件與實施例1相同，唯一不同之處是氣體分布器內的單級擋板采用圓錐形單級擋板，圓錐角度為110°，篩孔直徑為5mm，開孔率為18.9％，側向環(huán)形通道高度為80mm，得乙醇的轉化率為98.9％，乙烯的收率為96.9％。