專利名稱:乙醇脫水制乙烯的方法
技術領域:
本發(fā)明涉及一種乙醇脫水制乙烯的方法。
背景技術:
乙烯是十分重要的石油化工原料,其大宗下游產品主要有聚乙烯、環(huán)氧乙烷、乙二醇、聚氯乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯等。乙醇脫水制乙烯的工藝方法中,在國內外已經公開的文獻或者專利中有許多方法,其基本工藝主要分為固定床工藝和流化床工藝。ABB Lummus公司曾在七十年代末提出用流化床技術進行乙醇脫水反應制取乙烯(USP4134i^6),但該項技術尚未得到工業(yè)化應用。目前工業(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。最初的乙醇脫水反應在列管式固定床中進行,反應壓力為常壓,采用直接加熱或者利用加熱介質(如熔鹽)間接加熱的方式為反應提供反應熱。但是在國內現(xiàn)有技術中, 以乙醇為原料進行生物乙烯生產的列管式固定床反應器裝置,采用加熱管內置于反應器殼體內,預反應器組成一體,構成內部循環(huán)的結構形式。反應所需的熱量由熔鹽間接提供,傳熱用的熔鹽一次性加注進反應器,反應需要熱量時,由加熱管內的電加熱棒加熱熔鹽,為反應供熱,由于加熱方式的限制,該反應器存在以下問題1、裝置的單臺生產能力有限,現(xiàn)有裝置的單臺生產能力都小于1萬噸/年,無法滿足市場發(fā)展的需求;2、裝置使用時單位產出能耗大,有效利用率低,設備運行成本高。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是現(xiàn)有技術中乙醇脫水制乙烯的固定床反應器單臺生產能力較小的問題,提供一種新的乙醇脫水制乙烯的方法。該方法具有反應器結構合理, 供熱均勻,單臺生產能力大的的優(yōu)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制乙烯的方法,以乙醇為原料,在反應溫度為100 500°C,反應壓力為0. 01 3. OMPa,液體重量空速為0. 1 8. 0小時―1的條件下,原料在反應器中與催化劑接觸反應生成乙烯,所述反應器包括反應器殼體、上封頭、下封頭、上管板和下管板,反應器的上、下封頭的頂端處分別設有物料進口和物料出口,反應器的上、下管板間垂直設置有列管,列管分別與上封頭和下封頭相連通,列管內裝載有催化劑;反應器殼體外側的上下兩端分別設有圓環(huán)形上熔鹽通道和下熔鹽通道,在所述的上、下熔鹽通道與殼體壁接觸的相應部位上分別開設有至少4個方孔, 在所述的上、下熔鹽通道上分別設有熔鹽進口和熔鹽出口,進入熔鹽進口的熔鹽通過熔鹽下通道相應部位的方孔進入殼體內,與列管換熱后通過熔鹽上通道相應部位的方孔進入熔鹽上通道,由熔鹽出口排出。其中反應器殼體內部距上管板1/10 9/10的列管總長處設置有至少一塊直徑與殼體內徑相等的圓環(huán)形折流板,折流板上開設有位置與列管排布相對應的管孔,管孔直徑大于列管外徑,列管通過折流板上的管孔垂直穿過折流板;另外,折流板上開有可供熔鹽流通的小孔。
在上述技術方案中,優(yōu)選在反應器殼體內均勻、對稱設置折流板。優(yōu)選的折流板數(shù)量為3 5塊,即距上管板1/6 5/6殼體總長處分別設上、下折流板,上下折流板之間設中間折流板。折流板優(yōu)選方案為圓環(huán)形,折流板上與列管排布相匹配的管孔的直徑與列管的外徑之比優(yōu)選范圍為1.1 1 1.6 1。折流板上可供熔鹽通過的小孔開孔面積與反應器截面面積之比為1 40 1 20;小孔的開孔規(guī)律為沿反應器半徑方向由里向外孔徑依次減小。所述的上熔鹽通道與殼體壁接觸的相應部位上開設有至少4個方孔,開孔規(guī)律為由熔鹽出口向兩側孔高依次減小,所述的下熔鹽通道與殼體壁接觸的相應部位上的開孔規(guī)律為由熔鹽進口向兩側孔高依次增大。上、下熔鹽通道內的殼體壁上的開孔面積與熔鹽通道與殼體壁接觸的相應部位的面積之比為1 8 1 2。熔鹽進口和出口處優(yōu)選方案為設有兩塊弧形擋板,呈人字形排列。催化劑優(yōu)選方案為氧化鋁。列管根數(shù)優(yōu)選范圍至少為100根。本發(fā)明在反應器殼體上設置熔鹽通道,并在熔鹽通道內的殼體壁上的開孔,確保熔鹽等量進入到反應器殼體內,從而解決反應器殼體內溫度分配不均的問題。在反應器殼體內設置折流板,其作用主要是增強流體在管間流動的湍流程度,增大傳熱系數(shù),提高傳熱效率,所以從理論上來說,折流板數(shù)量越多,熔鹽傳熱效果越好,但是隨著折流板數(shù)量的增加,反應器的制造成本以及制造難度會大幅增加,所以,綜合成本和制造因素,本發(fā)明中反應器內的折流板數(shù)量控制在10塊以內比較好。由于折流板中心位置熔鹽循環(huán)速度慢,傳熱不均勻,溫度分布也不均勻,因此通過折流板中心設有圓形或者多邊形的孔來實現(xiàn)此區(qū)域不布管,折流板上不僅設有與列管匹配的管孔,還設有可供熔鹽通過的小孔,使熔鹽在反應器殼體內的運動為平流加錯流方式,以錯流為主,平流為輔。通過以上的設置使熔鹽能夠均勻、快速的在反應器內循環(huán),及時的補充反應所需的熱量,保證熔鹽軸向、徑向溫差能夠保持在允許的范圍內。本發(fā)明的反應器采用熔鹽外循環(huán)的方式,熔鹽在反應器殼體外部被加熱后,進入到反應器殼體內為反應提供熱量,該方法不受電加熱棒加熱功率的限制,反應器直徑能夠達到3 4米,從而使單臺反應器的生產能力大大提高,取得了較好的技術效果。
圖1為本發(fā)明的乙醇脫水制乙烯反應器示意圖。圖2為本發(fā)明反應器的上部通道橫截面中熔鹽流動示意圖。圖3為本發(fā)明反應器的下部通道橫截面中熔鹽流動示意圖。圖4為本發(fā)明反應器的折流板上的熔鹽通道設置示意圖。圖5為本發(fā)明反應器的下部通道內殼體上開孔規(guī)律以熔鹽進口處為中心的展開圖。圖6為本發(fā)明反應器的上部通道內殼體上開孔規(guī)律以熔鹽出口處為中心的展開圖。如圖中所示1為物料進口,2為反應器封頭,3為反應器上管板,4為熔鹽上通道, 5為熔鹽出口,6為反應器殼體,7為折流板,8為熔鹽進口,9為反應器列管,10為熔鹽下通道,11為物料出口,12為擋板,13為環(huán)隙孔,14為小孔,15為熔鹽流向。本發(fā)明的方法所采用的反應器工作時,反應氣體從物料進口 1進入反應器殼體6 內的列管9中進行脫水反應,并通過物料出口 11排出進入下一道工序。在反應的同時,開啟
4熔鹽泵,使熔鹽通過熔鹽進口 8進入熔鹽下通道9,然后通過反應器殼體上尺寸不等的孔進入反應器殼體6內,熔鹽在反應器殼體6內通過以平流為主、錯流為輔的方式進行循環(huán),提供反應所需的熱量。熔鹽流入反應器殼體6后,先均勻的流向中間,通過折流板7后,又開始平流方式向上流動,流過折流板上的環(huán)隙孔13和小孔14,然后通過反應器殼體上的尺寸不等的孔進入熔鹽上通道4,經熔鹽出口 5進入熔鹽加熱爐,補充能量后再次進入反應器。下面通過實施例對本發(fā)明作進一步闡述。
具體實施例方式實施例195體積%的乙醇在反應溫度為350°C,反應壓力為0. 04MPaG,乙醇液態(tài)體積空速為0. 8小時-1的條件下,在氧化鋁催化劑的作用下脫水生成乙烯,反應采用如圖1的反應器。反應器規(guī)模為20000噸/年乙烯,反應器列管數(shù)1142根,反應器主體直徑2. 2米。圓筒形的反應器殼體6的上下兩端設有物料進口 1和物料出口 10,反應器殼體6的上下兩端設有熔鹽上通道4和熔鹽下通道10,并設有熔鹽出口 5和熔鹽進口 8,反應器殼體6內距上管板的1/4處和3/4處分別設有圓形的上折流板和下折流板,距上管板的1/2處設有圓形的中間折流板,折流板板上可供熔鹽通過的小孔面積與反應器殼體內部截面積的比為 1 40;熔鹽進口 8和熔鹽出口 5處的殼體上設有圓弧形的擋板12。熔鹽上通道4和熔鹽下通道10處的反應器殼體壁上的方孔開孔面積與熔鹽通道和殼體壁接觸的相應部位的面積之比為1 5,反應器殼體內軸向溫差為5 10°C,徑向溫差為3 5°C。實施例2反應條件同實施例1,反應器規(guī)模同實施例1,反應器其他幾何尺寸同實施例1,只是反應器殼體6內距上管板的1/6處、1/3處、2/3處和5/6處分別設有圓形的上折流板和下折流板,距上管板的1/2處設有圓形的中間折流板,折流板板上可供熔鹽通過的小孔面積與反應器殼體內部截面積的比為1 20;熔鹽上通道4和熔鹽下通道10處的反應器殼體壁上的方孔開孔面積與熔鹽通道和殼體壁接觸的相應部位的面積之比為1 8,反應器殼體內軸向溫差為5 10°C,徑向溫差為2 8°C。實施例3反應條件同實施例1,反應器規(guī)模同實施例1,反應器其他幾何尺寸同實施例1,只是反應器殼體6內距上管板的1/3處和2/3處分別設有圓形的上折流板和下折流板,折流板板上可供熔鹽通過的小孔面積與反應器殼體內部截面積的比為1 30;熔鹽上通道4和熔鹽下通道10處的反應器殼體壁上的方孔開孔面積與熔鹽通道和殼體壁接觸的相應部位的面積之比為1 2,反應器殼體內軸向溫差為5 10°C,徑向溫差為3 8°C。實施例4反應條件同實施例1,反應器規(guī)模為10000噸/年乙烯,反應器列管數(shù)572根,反應器主體直徑1. 6米。反應器其他幾何尺寸同實施例1,只是反應器殼體6內均勻設置7塊折流板,折流板上可供熔鹽通過的小孔面積與反應器殼體內部截面積的比為1 25;熔鹽上通道4和熔鹽下通道10處的反應器殼體壁上的方孔開孔面積與熔鹽通道和殼體壁接觸的相應部位的面積之比為1 4,反應器殼體內軸向溫差為5 10°C,徑向溫差為2 5°C。實施例5
反應器規(guī)格同實施例1,反應器規(guī)模同實施例1,反應溫度為390°C,其他反應條件同實施例1,反應器殼體內軸向溫差為5 10°C,徑向溫差為3 7°C。實施例6反應器規(guī)格同實施例1,反應器規(guī)模同實施例1,其他反應條件同實施例1,乙醇液態(tài)體積空速為2. 0小時―1的條件下,反應器殼體內軸向溫差為5 10°C,徑向溫差為3 8V。比較例反應條件同實施例1,反應器規(guī)模同實施例4,反應器采用熔鹽內部循環(huán)的列管反應器,反應器殼體內軸向溫差為10 15°C,徑向溫度差為5 10°C。
權利要求
1.一種乙醇脫水制乙烯的方法,以乙醇為原料,在反應溫度為100 500°C,反應壓力為0. 01 3. OMPa,液體重量空速為0. 1 8. 0小時―1的條件下,原料在反應器中與催化劑接觸反應生成乙烯,所述反應器包括反應器殼體、上封頭、下封頭、上管板和下管板,反應器的上、下封頭的頂端處分別設有物料進口和物料出口,反應器的上、下管板間垂直設置有列管,列管分別與上封頭和下封頭相連通,列管內裝載有催化劑;反應器殼體外側的上下兩端分別設有圓環(huán)形上熔鹽通道和下熔鹽通道,在所述的上、下熔鹽通道與殼體壁接觸的相應部位上分別開設有至少4個方孔,在所述的上、下熔鹽通道上分別設有熔鹽進口和熔鹽出口,進入熔鹽進口的熔鹽通過熔鹽下通道相應部位的方孔進入殼體內,與列管換熱后通過熔鹽上通道相應部位的方孔進入熔鹽上通道,由熔鹽出口排出;其中反應器殼體內部距上管板1/10 9/10的列管總長處設置有至少一塊直徑與殼體內徑相等的圓環(huán)形折流板,折流板上開設有位置與列管排布相對應的管孔,管孔直徑大于列管外徑,列管通過折流板上的管孔垂直穿過折流板;另外,折流板上開有可供熔鹽流通的小孔。
2.根據(jù)權利要求1所述的乙醇脫水制乙烯的方法,其特征在于管孔直徑與列管外徑之比為1. 1 1. 6 1。
3.根據(jù)權利要求1所述的乙醇脫水制乙烯的方法,其特征在于所述的方孔開孔面積與熔鹽通道跟殼體壁接觸的相應部位的面積之比為1 8 1 2;熔鹽上通道的開孔規(guī)律為由熔鹽出口向兩側孔高依次減小,熔鹽下通道的開孔規(guī)律為由熔鹽進口向兩側孔高依次增大。
4.根據(jù)權利要求1所述的乙醇脫水制乙烯的方法,其特征在于折流板為2 7塊。
5.根據(jù)權利要求4所述的乙醇脫水制乙烯的方法,其特征在于折流板為3 5塊。
6.根據(jù)權利要求1所述的乙醇脫水制乙烯的方法,其特征在于折流板均勻、對稱設置在反應器內;折流板上可供熔鹽通過的小孔開孔面積與反應器截面面積之比為1 40 1 20。
7.根據(jù)權利要求1所述的乙醇脫水制乙烯的方法,其特征在于折流板上小孔的開孔規(guī)律為沿反應器半徑方向由里向外孔徑依次減小。
8.根據(jù)權利要求1所述的乙醇脫水制乙烯的方法,其特征在于熔鹽進口和出口處設有兩塊弧形擋板,呈人字形排列。
9.根據(jù)權利要求1所述的乙醇脫水制乙烯的方法,其特征在于所述的催化劑為氧化鋁ο
10.根據(jù)權利要求1所述的乙醇脫水制乙烯的方法,其特征在于所述的反應器內的列管根數(shù)至少為100根。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種乙醇脫水制乙烯的方法,主要解決以往乙醇脫水制乙烯生產方法中存在反應器單臺生產能力小的問題。本發(fā)明通過采用熔鹽外循環(huán)方式,在反應器殼體的兩端設置圓環(huán)形熔鹽通道,上、下熔鹽通道與殼體壁接觸的相應部位上開孔,上、下熔鹽通道上分別設有熔鹽進口和熔鹽出口,反應器殼體內部設置折流板,折流板上設有可供熔鹽流過的通道的技術方案較好地解決了該問題,可用于乙醇脫水制乙烯的工業(yè)生產中。
文檔編號B01J8/06GK102372566SQ20101026080
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月23日 優(yōu)先權日2010年8月23日
發(fā)明者劉軍, 朱瑛, 沈偉 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上海石油化工研究院