一种煤制乙醇的反应系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种煤制乙醇的反应系统及方法，所述反应系统包括：依次连接的甲醇制二甲醚反应单元以及二甲醚制乙醇反应单元，其中所述甲醇由煤气化制备得到；所述甲醇制二甲醚反应单元包括：二甲醚反应器；甲醇通入所述二甲醚反应器中进行气相催化脱水反应；所述二甲醚制乙醇反应单元包括：羰基化反应器，在所述羰基化反应器的外侧设置有第一微界面发生器，所述第一微界面发生器通入从所述汽提塔分离出来的二甲醚、以及一氧化碳，经过所述第一微界面发生器的分散破碎后进入所述羰基化反应器进行反应。本发明专利技术提供的反应系统降低了能耗，降低了反应温度，提高了原料的利用率，同时有效的提高了产能。

【技术实现步骤摘要】
一种煤制乙醇的反应系统及方法
本专利技术涉及煤制乙醇领域，具体而言，涉及一种煤制乙醇的反应系统及方法。
技术介绍
世界范围内，乙醇的生产路线有粮食发酵路线、石油化工路线和煤、天然气等碳一化工路线。粮食发酵路线在国际上应用广泛，大型的乙醇生产企业多采用粮食发酵工艺。受到“粮食危机”影响，国内现今已停止批准新建玉米燃料乙醇项目。以木薯和玉米秸秆发酵的纤维素燃料乙醇项目由于其生产成本高、过度依赖国家补贴、生产技术不完善等因素经济效益不佳。石油化工路线以乙烯为原料，通过乙烯水合法制燃料乙醇。我国石油大量依靠进口，乙烯价格往往高于乙醇价格，制约了此法在我国的应用和推广。煤、天然气等碳一化工路线是以煤或天然气为原料先制得合成气和甲醇后，再通过二甲醚法或醋酸法制得乙醇的方法，此方法以煤为原料，再加上我国煤炭资源丰富，因此现在在我国应用最为广泛。但是这种方法存在着反应压力高、温度高、能耗高，原料利用率低、产能低等一系列问题。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种煤制乙醇的反应系统，该反应系统通过将反应系统与微界面发生器进行组合后，降低了能耗，降低了反应温度，提高了反应产率，尤其是提高反应气相的利用率，同时有效的提高了产能，进而提高了产品的品质以及收率，此外也起到了节省设备成本，节约设备占地面积的作用。本专利技术的第二目的在于提供一种采用上述反应系统进行煤制乙醇的反应方法，该反应方法对反应原料进行充分的分散破碎，提高了反应的传质效率，提高了反应原料转化率，也相应的提高了产品的产率。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：本专利技术提供了一种煤制乙醇的反应系统，包括：依次连接的甲醇制二甲醚反应单元以及二甲醚制乙醇反应单元，其中所述甲醇由煤气化制备得到；所述甲醇制二甲醚反应单元包括：二甲醚反应器；甲醇通入所述二甲醚反应器中进行气相催化脱水反应，反应后的产物进入第一精馏塔中进行二甲醚提纯，精馏后的气相去往洗涤塔以对气相的二甲醚进行回收，精馏后的液相去往汽提塔进行甲醇与二甲醚的分离，分离后的二甲醚去往二甲醚制乙醇反应单元；所述二甲醚制乙醇反应单元包括：羰基化反应器，在所述羰基化反应器的外侧设置有第一微界面发生器，所述第一微界面发生器通入从所述汽提塔分离出来的二甲醚、以及一氧化碳，经过所述第一微界面发生器的分散破碎后进入所述羰基化反应器进行反应，所述羰基化反应器连接第二微界面发生器以用于将羰基化产物通入所述第二微界面发生器，所述第二微界面发生器同时通入氢气，经过所述第二微界面发生器的分散破碎后进入加氢反应器以进行乙酸甲酯加氢反应，加氢反应后的反应产物经过第二精馏塔进行甲醇与乙醇的分离，得到乙醇。本专利技术的煤制乙醇的反应系统，通过在羰基化反应器以及加氢反应器之前均相应的设置有微界面发生器，将进入的气相进行分散破碎成微气泡，从而提高传质效果，在微界面发生器的内部通入液相的主要作用是配合气体的分散破碎，相当于介质的作用。并且，在本专利技术的反应系统中，之所以需要在羰基化反应器与加氢反应器之前均设置微界面发生器，因为两个反应器内所进行的反应均是气液两相的反应，设置的微界面发生器恰好能起到分散破碎气相的作用，并且由于设置了微界面发生器，二甲醚并不需要先进行气化，可以直接通入微界面发生器与一氧化碳混合分散破碎，简化了操作步骤，可见虽然微界面专利技术器本身的结构已经属于现有技术中，但是此微界面发生器的设置位置是经过实践设计所得到的，需要根据不同反应的不同特点进行特定的设计。优选地，无论是第一微界面发生器还是第二微界面发生器的个数并不唯一，为了增加传质效果，也可以相应的增加设置个数，设置方式最好由上至下依次排列，各个微界面发生器最好呈并联的关系。上述第一微界面发生器和第二微界面发生器均为气动式，通过将气相通入微界面发生器后与液相直接触后破碎形成微气泡的方式，从而提高传质效果。当然，除了将微界面发生器设置在反应器之外的方式，也可以将微界面发生器相应的设置在反应器的内部，但是最优的方式是将微界面发生器设置在反应器之前，并且必须是在羰基化反应器与加氢反应器之前均设置有微界面发生器，因为这样保证了反应过程中压力不需要太高，原料也不需要气化，更加利于集中操控，也提高了设备操作的安全性，如果少设置其中一个微界面发生器，会造成整个工艺流程中的物料压力可控性下降，压力高低不一，也不能充分达到降低能耗的效果。本领域所属技术人员可以理解的是，本专利技术所采用的微界面发生器在本专利技术人在先专利中已有体现，如申请号CN201610641119.6、201610641251.7、CN201710766435.0、CN106187660、CN105903425A、CN109437390A、CN205833127U及CN207581700U的专利。在先专利CN201610641119.6中详细介绍了微米气泡发生器(即微界面发生器)的具体产品结构和工作原理，该申请文件中记载了“微米气泡发生器包括本体和二次破碎件、本体内具有空腔，本体上设有与空腔连通的进口，空腔的相对的第一端和第二端均敞开，其中空腔的横截面积从空腔的中部向空腔的第一端和第二端减小；二次破碎件设在空腔的第一端和第二端中的至少一个处，二次破碎件的一部分设在空腔内，二次破碎件与空腔两端敞开的通孔之间形成一个环形通道。微米气泡发生器还包括进气管和进液管。”从该申请文件中公开的具体结构可以知晓其具体工作原理为：液体通过进液管切向进入微米气泡发生器内，超高速旋转并切割气体，使气体气泡破碎成微米级别的微气泡，从而提高液相与气相之间的传质面积，而且该专利中的微米气泡发生器属于气动式微界面发生器。另外，在先专利201610641251.7中有记载一次气泡破碎器具有循环液进口、循环气进口和气液混合物出口，二次气泡破碎器则是将进料口与气液混合物出口连通，说明气泡破碎器都是需要气液混合进入，另外从后面的附图中可知，一次气泡破碎器主要是利用循环液作为动力，所以其实一次气泡破碎器属于液动式微界面发生器，二次气泡破碎器是将气液混合物同时通入到椭圆形的旋转球中进行旋转，从而在旋转的过程中实现气泡破碎，所以二次气泡破碎器实际上是属于气液联动式微界面发生器。其实，无论是液动式微界面发生器，还是气液联动式微界面发生器，都属于微界面发生器的一种具体形式，然而本专利技术所采用的微界面发生器并不局限于上述几种形式，在先专利中所记载的气泡破碎器的具体结构只是本专利技术微界面发生器可采用的其中一种形式而已。此外，在先专利201710766435.0中记载到“气泡破碎器的原理就是高速射流以达到气体相互碰撞”，并且也阐述了其可以用于微界面强化反应器，验证本身气泡破碎器与微界面发生器之间的关联性；而且在先专利CN106187660中对于气泡破碎器的具体结构也有相关的记载，具体见说明书中第[0031]-[0041]段，以及附图部分，其对气泡破碎器S-2的具体工作原理有详细的阐述，气泡破碎器顶部是液相进口，侧面是气相进口，通过从顶部进来的液相提供卷吸动力，从而达到粉碎成超细气泡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤制乙醇的反应系统，其特征在于，包括：依次连接的甲醇制二甲醚反应单元以及二甲醚制乙醇反应单元，其中所述甲醇由煤气化制备得到；/n所述甲醇制二甲醚反应单元包括：二甲醚反应器；甲醇通入所述二甲醚反应器中进行气相催化脱水反应，反应后的产物进入第一精馏塔中进行二甲醚提纯，精馏后的气相去往洗涤塔以对气相的二甲醚进行回收，精馏后的液相去往汽提塔进行甲醇与二甲醚的分离，分离后的二甲醚去往二甲醚制乙醇反应单元；/n所述二甲醚制乙醇反应单元包括：羰基化反应器，在所述羰基化反应器的外侧设置有第一微界面发生器，所述第一微界面发生器通入从所述汽提塔分离出来的二甲醚、以及一氧化碳，经过所述第一微界面发生器的分散破碎后进入所述羰基化反应器进行反应，所述羰基化反应器连接第二微界面发生器以用于将羰基化产物通入所述第二微界面发生器，所述第二微界面发生器同时通入氢气，经过所述第二微界面发生器的分散破碎后进入加氢反应器以进行乙酸甲酯加氢反应，加氢反应后的反应产物经过第二精馏塔进行甲醇与乙醇的分离，得到乙醇。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤制乙醇的反应系统，其特征在于，包括：依次连接的甲醇制二甲醚反应单元以及二甲醚制乙醇反应单元，其中所述甲醇由煤气化制备得到；
所述甲醇制二甲醚反应单元包括：二甲醚反应器；甲醇通入所述二甲醚反应器中进行气相催化脱水反应，反应后的产物进入第一精馏塔中进行二甲醚提纯，精馏后的气相去往洗涤塔以对气相的二甲醚进行回收，精馏后的液相去往汽提塔进行甲醇与二甲醚的分离，分离后的二甲醚去往二甲醚制乙醇反应单元；
所述二甲醚制乙醇反应单元包括：羰基化反应器，在所述羰基化反应器的外侧设置有第一微界面发生器，所述第一微界面发生器通入从所述汽提塔分离出来的二甲醚、以及一氧化碳，经过所述第一微界面发生器的分散破碎后进入所述羰基化反应器进行反应，所述羰基化反应器连接第二微界面发生器以用于将羰基化产物通入所述第二微界面发生器，所述第二微界面发生器同时通入氢气，经过所述第二微界面发生器的分散破碎后进入加氢反应器以进行乙酸甲酯加氢反应，加氢反应后的反应产物经过第二精馏塔进行甲醇与乙醇的分离，得到乙醇。


2.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述甲醇制二甲醚反应单元包括甲醇泵，所述甲醇通过甲醇泵的输送一部分去往所述二甲醚反应器，另一部分去往所述洗涤塔作为洗涤溶剂。


3.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述甲醇制二甲醚反应单元包括换热器，所述换热器用于将原料甲醇与气相催化脱水反应产物进行热交换。


4.根据权利要求3所述的反应系统，其特征在于，所述换热器设置在所述二甲醚...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志炳，周政，张锋，李磊，孟为民，王宝荣，杨高东，罗华勋，杨国强，田洪舟，曹宇，
申请(专利权)人：南京延长反应技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32