煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器及煤基乙醇制乙烯方法技术

本申请公开了一种煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器和乙烯生产方法，该反应器包括：主反应段和分离回收段；主反应段的顶部与分离回收段的顶部相通；主反应段的底部与分离回收段的底部相通；主反应段和分离回收段内均设置有传热内构件。该反应器通过在快速流化床的主反应段和颗粒回收段内同时分布传热内构件，加强主反应段换热的同时，强化沉降回收过程中的热传导效应。本申请还提供了利用该反应器的乙烯制备方法，在上述煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器内，含有煤基乙醇的原料气通入装填有催化剂的主反应段，得到乙烯。

Fast fluidized bed reactor and method of coal based ethanol to ethylene

【技术实现步骤摘要】
煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器及煤基乙醇制乙烯方法
本申请涉及一种煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器及煤基乙醇制乙烯方法，属于化工领域。
技术介绍
乙烯是最重要的基础化工原料之一，目前，大多数国家用石脑油、乙烷、丙烷和瓦斯油等作为原料生产乙烯；然而，在国内，石油资源短缺决定了石油基裂解乙烯的生产工艺必将存在巨大的冲击和挑战，开发石油资源替代品以减轻乙烯产业的石油依赖度，意义重大。我国能源结构特点以煤为主，2017年，我国率先突破煤制乙醇工业化生产，因此，打通无水乙醇催化脱水增产乙烯流程，使得煤经乙醇部分替代乙烯生产下游化工品成为可能，该过程表现出明显的原料来源安全性和巨大的经济效益。乙醇脱水增产乙烯的反应，是在一定的温度和压力下，由1分子乙醇反应得到1分子乙烯及1分子水。作为一个吸热增分子的过程，主反应吸热量达47.02kJ/mol(T＝573K)；当反应采用0.5h-1纯乙醇进料时，反应器绝热温降即可达到400℃。因此，高效取热方式的研究成为乙醇脱水工艺的主要难点。目前，乙醇脱水过程以美国哈康-科学设计公司的设计工艺为基础，新开发了Lummus固定床、Holcon/SD、Nikki/JGC和Petrobras工艺等；上述过程均采用固定床工艺，通过外部热源供热来维持反应温度，如列管式固定床反应器的熔盐换热，或多层式固定床反应器的段间补热等——前者不适合于大规模乙醇脱水的工程放大及设备加工问题，而且熔盐腐蚀严重、热惰性大，换热效果较差；后者则要求实现较宽的温度操作窗口，目前多采用弱酸性的γ-Al2O3催化剂来确保高入口温度下的反应性能稳定，出口混装酸性较强的分子筛催化剂来实现宽温降下的反应活性，装填复杂。US4134926公开了采用流化床反应器进行乙醇脱水制乙烯的反应，发现小粒度下催化剂内扩散影响降低，催化剂利用率有所提高，以γ-Al2O3为主要活性组分的催化剂上最佳温度可维持在370℃；但由于高温导热介质的换热效率较差，过程需要采用大量惰性气体辅助流化。CN10279884A和CN101139240A均公开了改性分子筛催化剂上的低温流化床的反应工艺，可采用换热系数远大于熔盐的导热油为换热介质，但仍需要以低浓度乙醇水溶液(优选5～40％)为原料，来辅助流化并缓和床层绝热温降。然而，大量稀释剂和惰性气体的使用，必然增加溶剂回收负荷，带来大量的动力、热量等循环消耗，增加生产成本，而且单位装置生产能力大幅降低。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器，该反应器通过在快速流化床的主反应段和颗粒回收段内同时分布传热内构件，加强主反应段换热的同时，强化沉降回收过程中的热传导效应，能够适用于煤基高浓度乙醇直接反应，而无需加入水或惰性稀释剂。所述煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器，包括：主反应段和分离回收段；所述主反应段的顶部与所述分离回收段的顶部相通；所述主反应段的底部与所述分离回收段的底部相通；所述主反应段和所述分离回收段内均设置有传热内构件。可选地，所述主反应段和分离回收段均为管壳式反应器，所述管壳式反应器中的管程为所述传热内构件。可选地，所述管壳式反应器的壳程中填装催化剂颗粒，所述管壳式反应器的管程中通入换热介质。可选地，所述换热介质为导热油；可选地，所述煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器用于乙醇质量含量不低于70％的反应原料。优选地，所述煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器用于乙醇质量含量不低于95％的反应原料。进一步优选地，所述煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器用于无水乙醇反应原料。可选地，所述主反应段为并流换热，所述分离回收段为逆流换热。可选地，煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器包括：冷凝器和换热器，所述旋风分离器的出气口与所述换热器的换热进气口管路连通；所述换热器的换热出气口与所述冷凝器的进气口管路连通；原料气通过所述换热器后与所述主反应段底部进料口管路连接。可选地，煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器包括：导热油储罐和加热装置，所述导热油储罐外设置所述加热装置对导热油加热；所述导热油储罐分别与所述主反应段的管束、所述分离回收器的管束管路连通；所述导热油在所述导热油储罐、所述主反应段的管束和所述分离回收器的管束内循环流动进行热交换。本申请的又一方面提供了一种乙烯制备方法，该方法主反应段和分离回收段内同时给予加热，加强主反应段换热的同时，强化沉降回收过程中的热传导效应，能够适用于煤基高浓度乙醇直接反应，而无需加入水或惰性稀释剂。该方法在上述任一所述煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器内进行，将含有煤基乙醇的原料气通入装填有催化剂的主反应段，得到乙烯；主反应段和分离回收段中的传热内构件向催化剂床层传热。可选地，将经汽化升温后的所述含有煤基乙醇的原料气通入主反应段的底部，并夹带部分催化剂颗粒在主反应段顶部得到夹带催化剂颗粒的产物气流；所述夹带催化剂颗粒的产物气流中，经分离，气相产物离开所述快速流化床反应器得到乙烯产物，催化剂颗粒进入所述分离回收段，催化剂颗粒在分离回收段沉降并加热后返回所述主反应段底部。可选地，通过调整分离回收段的床层藏量、催化剂颗粒循环流率、传热内构件中的换热介质的温度、传热内构件中的换热介质的流量中的至少一种，控制主反应段和分离回收段中的催化剂床层温度在260～320℃范围内。可选地，所述传热内构件中换热介质温度范围为320～350℃。可选地，所述催化剂为改性ZSM-5分子筛催化剂。可选地，所述原料气进入主反应段的温度为300～350℃。可选地，所述原料气的液体空速为2.0～10.0h-1。可选地，所述含有煤基乙醇的原料中乙醇质量含量不低于70％。优选地，所述含有煤基乙醇的原料中乙醇质量含量不低于95％的反应原料。进一步优选地，所述含有煤基乙醇的原料为无水乙醇。可选地，包括：冷凝器和换热器，所述旋风分离器的出气口与所述换热器的换热进气口管路连通；所述换热器的换热出气口与所述冷凝器的进气口管路连通；原料气通过所述换热器后与所述主反应段底部进料口管路连接。可选地，包括：导热油储罐和加热装置，所述导热油储罐外设置所述加热装置对导热油加热；所述导热油储罐分别与所述主反应段的管束、所述分离回收器的管束管路连通；所述导热油在所述导热油储罐、所述主反应段的管束和所述分离回收器的管束内循环流动进行热交换。本申请能产生的有益效果包括：1)本申请所提供的煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器，通过调整颗粒循环流率和增大回收段床层藏量，有效保证床层温度，解决了高通量高浓度乙醇脱水过程吸热量大、供热效率有限的问题。2)本申请所提供的煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器，通过在主反应段和颗粒回收段内同时分布传热内构件，加强反应传热的同时，进一步强化了沉降回收过程中的热传导效应，有效提高了供热效率，解决了高通量大吸热量下高效取热的问题；3)本申请所提供的煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器，其特征在于，包括：主反应段和分离回收段；/n所述主反应段的顶部与所述分离回收段的顶部相通；/n所述主反应段的底部与所述分离回收段的底部相通；/n所述主反应段和所述分离回收段内均设置有传热内构件。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器，其特征在于，包括：主反应段和分离回收段；
所述主反应段的顶部与所述分离回收段的顶部相通；
所述主反应段的底部与所述分离回收段的底部相通；
所述主反应段和所述分离回收段内均设置有传热内构件。


2.根据权利要求1所述的煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器，其特征在于，所述主反应段和所述分离回收段均为管壳式反应器，所述管壳式反应器中的管程为所述传热内构件；
所述管壳式反应器的壳程中填装催化剂颗粒，所述管壳式反应器的管程中通入换热介质。


3.根据权利要求2所述的煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器，其特征在于，所述换热介质为导热油；
所述煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器用于乙醇质量含量不低于70％的反应原料；优选地，所述煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器用于乙醇质量含量不低于95％的反应原料；
进一步优选地，所述煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器用于无水乙醇反应原料。


4.根据权利要求2所述的煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器，其特征在于，所述主反应段为并流换热，所述分离回收段为逆流换热。


5.一种煤基乙醇制乙烯的方法，其特征在于，在如权利要求1～4中任一项所述的煤基乙醇制乙烯快速流化床反应器内，含有煤基乙醇的原料气通入装填有催化剂的主反应段，得到乙烯；
所述主反应段和分离回收段中的传热...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莹利，刘世平，明政，桑石云，刘中民，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21