[發明專利]煤基乙醇制乙烯快速流化床反應器及煤基乙醇制乙烯方法

有效

• 申請號: 201811459873.3
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN111250006B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 王瑩利;劉世平;明政;桑石云;劉中民
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J8/24
• 分類號: B01J8/24;C07C1/20;C07C11/04
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 胡璇

本申請公開了一種煤基乙醇制乙烯快速流化床反應器及煤基乙醇制乙烯方法，該反應器包括：主反應段和分離回收段；主反應段的頂部與分離回收段的頂部相通；主反應段的底部與分離回收段的底部相通；主反應段和分離回收段內均設置有傳熱內構件。該反應器通過在快速流化床的主反應段和顆粒回收段內同時分布傳熱內構件，加強主反應段換熱的同時，強化沉降回收過程中的熱傳導效應。本申請還提供了利用該反應器的乙烯制備方法，在上述煤基乙醇制乙烯快速流化床反應器內，含有煤基乙醇的原料氣通入裝填有催化劑的主反應段，得到乙烯。

技術領域

本申請涉及一種煤基乙醇制乙烯快速流化床反應器及煤基乙醇制乙烯方法，屬于化工領域。

背景技術

乙烯是最重要的基礎化工原料之一，目前，大多數國家用石腦油、乙烷、丙烷和瓦斯油等作為原料生產乙烯；然而，在國內，石油資源短缺決定了石油基裂解乙烯的生產工藝必將存在巨大的沖擊和挑戰，開發石油資源替代品以減輕乙烯產業的石油依賴度，意義重大。我國能源結構特點以煤為主，2017年，我國率先突破煤制乙醇工業化生產，因此，打通無水乙醇催化脫水增產乙烯流程，使得煤經乙醇部分替代乙烯生產下游化工品成為可能，該過程表現出明顯的原料來源安全性和巨大的經濟效益。

乙醇脫水增產乙烯的反應，是在一定的溫度和壓力下，由1分子乙醇反應得到1分子乙烯及1分子水。作為一個吸熱增分子的過程，主反應吸熱量達47.02kJ/mol(T＝573K)；當反應采用0.5h-1純乙醇進料時，反應器絕熱溫降即可達到400℃。因此，高效取熱方式的研究成為乙醇脫水工藝的主要難點。

目前，乙醇脫水過程以美國哈康-科學設計公司的設計工藝為基礎，新開發了Lummus固定床、Holcon/SD、Nikki/JGC和Petrobras工藝等；上述過程均采用固定床工藝，通過外部熱源供熱來維持反應溫度，如列管式固定床反應器的熔鹽換熱，或多層式固定床反應器的段間補熱等——前者不適合于大規模乙醇脫水的工程放大及設備加工問題，而且熔鹽腐蝕嚴重、熱惰性大，換熱效果較差；后者則要求實現較寬的溫度操作窗口，目前多采用弱酸性的γ-Al2O3催化劑來確保高入口溫度下的反應性能穩定，出口混裝酸性較強的分子篩催化劑來實現寬溫降下的反應活性，裝填復雜。

US 4134926公開了采用流化床反應器進行乙醇脫水制乙烯的反應，發現小粒度下催化劑內擴散影響降低，催化劑利用率有所提高，以γ-Al2O3為主要活性組分的催化劑上最佳溫度可維持在370℃；但由于高溫導熱介質的換熱效率較差，過程需要采用大量惰性氣體輔助流化。CN10279884 A和CN101139240 A均公開了改性分子篩催化劑上的低溫流化床的反應工藝，可采用換熱系數遠大于熔鹽的導熱油為換熱介質，但仍需要以低濃度乙醇水溶液(優選5～40％)為原料，來輔助流化并緩和床層絕熱溫降。然而，大量稀釋劑和惰性氣體的使用，必然增加溶劑回收負荷，帶來大量的動力、熱量等循環消耗，增加生產成本，而且單位裝置生產能力大幅降低。

發明內容

根據本申請的一個方面，提供了一種煤基乙醇制乙烯快速流化床反應器，該反應器通過在快速流化床的主反應段和顆粒回收段內同時分布傳熱內構件，加強主反應段換熱的同時，強化沉降回收過程中的熱傳導效應，能夠適用于煤基高濃度乙醇直接反應，而無需加入水或惰性稀釋劑。

所述煤基乙醇制乙烯快速流化床反應器，包括：主反應段和分離回收段；

所述主反應段的頂部與所述分離回收段的頂部相通；

所述主反應段的底部與所述分離回收段的底部相通；

所述主反應段和所述分離回收段內均設置有傳熱內構件。

可選地，所述主反應段和分離回收段均為管殼式反應器，所述管殼式反應器中的管程為所述傳熱內構件。

可選地，所述管殼式反應器的殼程中填裝催化劑顆粒，所述管殼式反應器的管程中通入換熱介質。

可選地，所述換熱介質為導熱油；