[發(fā)明專利]一種用于乙醇脫水制乙烯的流化床反應器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710009681.8
• 申請日: 2007-10-22
• 公開（公告）號: CN101139241A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳慶華;洪愛珠;黃寶銓;顏貴煬;肖荔人;劉可慰
• 申請（專利權(quán)）人: 福建師范大學
• 主分類號: C07C11/04
• 分類號: C07C11/04;C07C1/24
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利代理有限公司
• 代理人: 蔡學俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種流化床反應器，特別是用于乙醇脫水制乙烯的流化床反應器。

背景技術(shù)

目前，乙醇脫水工業(yè)生產(chǎn)裝置以固定床反應器工藝為主，國外最大的乙醇脫水工業(yè)裝置是巴西、印度、印度尼西亞等國在20世紀80年代前建成的，均為60kt/a裝置(使用固定床反應器)。乙醇脫水應用的固定床反應器有等溫列管式和絕熱式兩類。國內(nèi)現(xiàn)有的乙醇脫水裝置多采用列管反應器(如四川維尼綸廠的3kt/a裝置)。列管反應器制造復雜、成本較高，且催化劑裝卸不便，有逐漸被其他類型反應器所取代的趨勢。20世紀70年代末，哈康科學設(shè)計公司根據(jù)當時的技術(shù)狀況對不同的固定床反應器進行評估，認為采用多段絕熱床反應器可減少催化劑用量并提高乙烯收率，提出了乙醇脫水制乙烯的多段絕熱床工藝設(shè)計方案，并做了投資概算，建設(shè)一套50kt/a聚合級乙烯的乙醇脫水裝置，采用等溫列管反應器工藝，需投資8?500?000美元，而采用多段絕熱床工藝需要6?900?000美元(都為界區(qū)內(nèi)投資)，而且還可提高后處理(乙烯提純)及使用原料的操作彈性(為降低原料成本使用低濃度的發(fā)酵乙醇)。巴西的PetroleoBrasileiro公司使用多組平行或平行串聯(lián)絕熱反應器，并且將反應后的部分產(chǎn)物氣流用循環(huán)泵打回反應器，在此過程中反應生成的水蒸氣，既可降低催化劑結(jié)焦，又提高了反應轉(zhuǎn)化率，增加了操作靈活性。

從現(xiàn)有國內(nèi)外乙醇脫水裝置的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢看，若要與大型石化企業(yè)的裂解乙烯裝置相競爭，建設(shè)更大規(guī)模的乙醇脫水工業(yè)裝置，對反應器的研究開發(fā)至關(guān)重要。從國外報導看，采用流化床工藝比固定床工藝具有優(yōu)點。國外采用硅鋁催化劑6萬噸/年裝置的總固定投資，固定床為2540萬美元，而流化床僅為1930萬美元；生產(chǎn)1公斤乙烯的95％乙醇消耗量，固定床為1.86公斤，而流化床僅為1.76公斤；固定床生產(chǎn)的乙烯純度較低，僅為95.0％，含有較多的乙烷和丙烷等雜質(zhì)，而流化床生產(chǎn)的乙烯純度高，達到99.3％，雜質(zhì)少，可直接作為合成基本有機化工產(chǎn)品的原料。各國在乙醇脫水流化床反應器方面的研究報道很少，僅有魯姆斯公司的報道(中試研究，已申請相關(guān)專利)。該專利中流化床反應溫度控制在399℃左右，乙醇單程轉(zhuǎn)化率大于99.5％，乙烯收率大于99％(未精餾前)，催化劑使用的是活性硅鋁氧化物。相對列管固定床工藝，流化床工藝能得到更高的單程轉(zhuǎn)化率和乙烯收率，可使后處理設(shè)備費用降低，若下游乙烯用戶對乙烯純度要求不高，從反應器出來的粗乙烯經(jīng)脫水脫酸性物質(zhì)如CO₂后乙烯純度即可達99.5％，可直接提供下游用戶使用(如聚氯乙烯裝置)。綜上所述，乙醇脫水制乙烯，流化床反應器將是更佳的選擇。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于乙醇脫水制乙烯的流化床反應器。其主要特征是反應器外形為帶有上蓋的圓桶狀，并被位于桶內(nèi)中下部的橫隔板分為上下兩部分。上部分套有多層立式分隔套筒，依次將反應器分割為柱狀反應室、環(huán)狀加熱室、環(huán)狀隔熱保溫室；下部分主要由加熱電熱絲板和輸送乙醇的進氣管構(gòu)成的乙醇氣化室。反應生成的乙烯通過出氣管進入收集器。制備時環(huán)狀加熱室的溫度控制在220℃，氣化室中的溫度控制在80～95℃之間。所需輸送的乙醇通過恒流泵進行增壓后進入氣化室，其流速依柱狀反應室底面面積而定，為1500～2000ml/min·m²。

本發(fā)明所述的柱狀反應室是可向上提起的分離式空心柱體，柱體內(nèi)石棉隔層將柱體分成上下兩部分，上部分約占三分之二，為催化脫水層，用于填充乙醇脫水用的偏釩酸銨與磷酸復合改性的H-ZSM-5(Si/Al＝25)催化劑，同時又是乙醇脫水制乙烯的反應層。催化劑的溫度控制在220℃，氣化的乙醇進入反應層后催化劑呈流化亞沸騰狀。下部分約占三分之一，為玻璃珠沸石層，用于填充玻璃珠沸石。柱體配有氣密性好的圓形上蓋和帶有細密小孔的底面。上蓋的圓心處設(shè)有小孔，熱電偶穿過小孔伸入催化劑中，同時，上蓋上還設(shè)有另一小孔，安裝有出氣管，反應室生成的乙烯通過出氣管進入收集器。

本發(fā)明所述的環(huán)狀加熱室由電熱絲和電熱絲固定套筒構(gòu)成。套筒由耐火絕緣材料制成，其內(nèi)徑大于反應室可分離的空心柱體的外徑，電熱絲固定套筒外壁上設(shè)有固定電熱絲的螺旋狀溝槽。通電后，通過電熱絲間接地對反應室中的催化劑進行加熱。

本發(fā)明所述的環(huán)狀隔熱保溫室由石棉和由耐火絕緣材料制成的套筒構(gòu)成。耐火絕緣材料制成的環(huán)狀套筒位于反應器外壁和環(huán)狀加熱室之間，反應器外壁和環(huán)狀套筒之間填充石棉，達到絕緣、隔熱和保溫的目的。