乙醇脱水制备乙烯生产工艺及装置制造方法及图纸

本发明专利技术的提供了一种乙醇脱水制备乙烯生产工艺及装置，通过设置乙醇脱水反应系统、急冷压缩系统、碱洗塔系统、分子筛再生系统、乙烯提纯系统、丙烯制冷循环系统及装置，包括将乙醇送至乙醇脱水系统，通过脱水反应得到反应气；将反应气在急冷压缩系统中冷却分离，将回收乙醇返回乙醇脱水反应系统；将粗乙烯、二氧化碳、水等送至碱洗及分子筛系统，脱除二氧化碳及水，得到粗乙烯；将粗乙烯送至乙烯提纯系统，得到乙烯产品；将丙烯制冷循环系统为乙烯提纯系统提供冷量的步骤；该工艺设计了高温反应产物气体热量的梯级利用，采用丙烯循环压缩制冷系统提供低温冷媒，有效地降低了过程能量消耗；减少体系污水排放的同时取消外部补水，减少水资源消耗。减少水资源消耗。减少水资源消耗。

【技术实现步骤摘要】
乙醇脱水制备乙烯生产工艺及装置


[0001]本专利技术涉及生产乙烯的工艺，特别地涉及乙醇脱水制备乙烯生产工艺及装置。

技术介绍

[0002]乙烯化学式为C2H4，是最简单的一种烯烃。常温下乙烯是一种带有香甜味的无色气 体，
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104℃时密度为0.5678g/cm3，难溶于水，微溶于丙酮和苯，可溶于乙醇和乙醚。乙烯 易燃易爆，能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限为2.7％～36％(V)。乙烯的性质活泼，容 易发生聚合、氧化、烷基化、卤化和羰基化等反应。
[0003]乙烯可制备多种有机原料，目前约有75％的石油化工产品由乙烯生产，包括乙醛、醋 酸、环氧乙烷、乙二醇、乙苯、氯乙醇、氯乙烯、苯乙烯、二氯乙烷和醋酸乙烯等；也可作 为聚合反应原料，用来生产聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等多种重要的有机化工产品。此 外，乙烯还是一种成熟激素，可以用于果实催熟。
[0004]乙烯是最重要的有机化工原料，其工业规模、产量及技术水平成为一个国家化学工业发 展的重要标志。从世界范围来看，工业化国家的乙烯原料普遍以轻质原料为主。采用石脑油 作裂解原料的乙烯约占世界乙烯总产量的50％；乙烷是第二大类裂解原料，由乙烷裂解生产 的乙烯约占世界乙烯总产量的28％；采用以上两种原料裂解生产的乙烯超过总产量的 75％，其余乙烯主要以液化石油气(LPG)、凝析油和中间馏分油等为原料。
[0005]乙醇制乙烯是在适当的温度和催化剂作用下由乙醇脱水实现的，乙醇催化脱水制乙烯是 工业上最早生产乙烯所采用的工艺方法。与化石原料生产乙烯不同，乙醇制乙烯的原料是乙 醇，乙醇可以由生物质发酵得到。生物质具有可再生性、低污染性和广泛分布性的特点，较 重要的能提供能量的生物质包括木材、木材废料、农作物、食品加工过程产生的废弃物和水 生植物等。生物质乙醇制乙烯工艺路线还具有建设周期短、投资相对较少及生产过程条件较 温和等优势；且由该工艺生产制乙烯减少了CO2排放，产品纯度高，组成较简单，分离提纯 相对容易。
[0006][0007]乙醇脱水制乙烯的工艺流程一般包含乙醇脱水反应段和乙烯产品提纯段两部分。乙醇原 料经蒸发预热后进入脱水反应器，生成粗乙烯，然后依次进入水洗塔、碱洗塔、干燥器、脱 轻塔和脱重塔等脱去极性物质、CO2、H2O、轻组分副产物和重组分副产物等，最终在脱重 塔塔顶得到乙烯产品。
[0008]专利ZL 200710133610.9专利技术了以乙醇为原料催化脱水生成产乙烯的工艺，该工艺耦合 了乙醇蒸馏提纯和催化脱水制乙烯的工艺，粗乙烯经过冷凝分离、洗涤、干燥及吸附和低温 精馏工序得到乙烯产品。该工艺虽然利用乙醇和水混合蒸汽进行进料，但是没有对反应新生 成的水进行后续处理和回收，不断地外界补水没有从根本解决生产水耗，同时废水处理量巨 大，另外该工艺存在没有对乙烯提纯工艺的冷热功能系统进行设计，分离序列缺乏优化，提 纯过程能耗大，生产操作难度高，产品纯度低等问题。
[0009]专利ZL 201510689517.0专利技术了专利技术涉及一种乙醇脱水制乙烯工艺中热量综合利
用的方 法，使乙醇脱水反应产物与原料乙醇进行三次换热，与进料工艺水进行二次换热，与乙烯精 馏塔再沸液进行一次换热。该方法仅对局部工段进行了热耦合优化，主要的放热介质是反应 产物，缺乏对全局热量和冷量的综合化设计，热能利用对象较为单一。
[0010]专利ZL 200710040705.6专利技术了一种种乙醇脱水制乙烯工艺中回收乙烯的方法，采用乙 烯精馏塔釜液进入一个绝热闪蒸罐，经绝热闪蒸后，闪蒸罐顶部物料返回至乙烯精馏塔中 部，底部重组分排出的技术方案。该方案对于乙烯的回收仅局限于老工艺中的乙烯精馏装置 适用，在更优的分离序列及工艺中缺少应用场景。
[0011]综上所述，现阶段工艺主要存在以下问题：
[0012]主要的专利技术及优化都是基于原有的基础上的局部设计，缺乏对乙醇制乙烯工艺的全局认 识，没有从根本上解决现有原有工艺存在问题，反应单元规模小、选择性差、催化剂积碳严 重，低温精制流程能量利用不合理，操作能耗高；过程废弃物排放量高，生产过程装置故障 率高等问题没有得到解决。

技术实现思路

[0013]本专利技术的提供了一种全新的乙醇脱水制乙烯的生产工艺，通过设置乙醇脱水反应系统、 急冷压缩系统、碱洗系统、乙烯提纯系统、丙烯制冷循环系统及装置，专利技术了乙醇脱水制乙 烯的生产工艺，一种高空速、水蒸气协同的乙醇制乙烯反应工艺，提高了反应的选择性和转 化率，有效抑制了催化剂积碳，延长了催化剂寿命；该工艺设计了高温反应产物气体热量的 梯级利用，有效地降低了过程能量消耗；设置急冷压缩系统对水进行回收，减少体系污水排 放的同时取消外部补水，减少水资源消耗；采用丙烯循环压缩制冷系统提供低温冷媒，降耗 节能的同时解决了低温操作再沸器的冻堵。
[0014]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0015](1)包括将乙醇送至乙醇脱水反应系统，通过脱水反应得到反应气的步骤；
[0016](2)包括将反应气在急冷压缩系统中冷却分离，将回收水返回乙醇脱水反应系统的步 骤；
[0017](3)包括将粗乙烯、二氧化碳、水等送至碱洗及分子筛系统，脱除二氧化碳及水，得到 粗乙烯的步骤；
[0018](4)包括将粗乙烯送至乙烯提纯系统，得到乙烯产品的步骤；
[0019](5)包括丙烯制冷循环系统为乙烯提纯系统提供冷量的步骤。
[0020]上述技术方案中，步骤(1)为：原料乙醇通过乙醇预热器101进行预热后进入乙醇蒸 发罐102，通过乙醇蒸发器108和乙醇蒸发器109加热后进行蒸发，自乙醇蒸发罐102的乙 醇蒸汽通过乙醇过热器103由反应气体加热升温，过热后的乙醇分为三股进入加热炉104加 热后送入反应器；过热后的部分乙醇蒸汽和来自急冷压缩系统回收的水蒸汽混合后，进入加 热炉104的第一段加热后送入第一反应器105，自第一反应器105中反应气体与来自乙醇过 热器103的部分乙醇蒸汽混合，进入加热炉104的第二段加热后进入第二反应器106继续反 应，从第二反应器106出来的反应气体与来自乙醇过热器103其余部分乙醇混合后进入加热 炉104的第三段加热，过热的混合气体进入第三反应器107；第三反应器107出口的反应气 体作为乙醇过热器103及乙醇蒸发器108的热源换热后送至急冷压缩系统。
[0021]上述技术方案中，步骤(2)为：从乙醇脱水系统来的反应气进入反应产物空冷器
110 后送至急冷塔111进一步冷却；急冷塔111塔顶得到流股送至气液分离罐115中气液分离， 得到主要为乙烯、二氧化碳、水等的气相流股经乙烯压缩机116后送至碱洗及分子筛系统； 急冷塔111塔釜得到水、乙醇、乙醛和乙醚等液相与之前反应气换热后得到的凝液一起送至 凝液预热器112进行预热，随后送至蒸发塔114，蒸发塔114塔顶回收得到回收蒸汽送回乙 醇脱水反应系统的加热炉104，蒸发塔114塔釜得到剩余废液经过凝液预热器112换热后送 到界区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.乙醇脱水制备乙烯生产工艺，其特征在于包括如下步骤：(1)包括将乙醇送至乙醇脱水反应系统，通过脱水反应得到反应气的步骤；(2)包括将反应气在急冷压缩系统中冷却分离，将回收水返回乙醇脱水反应系统的步骤；(3)包括将粗乙烯、二氧化碳、水送至碱洗及分子筛系统，脱除二氧化碳及水，得到粗乙烯的步骤；(4)包括将粗乙烯送至乙烯提纯系统，得到乙烯产品的步骤；(5)包括丙烯制冷循环系统为乙烯提纯系统提供冷量的步骤。2.如权利要求1所述的乙醇脱水制乙烯生产工艺，其特征是步骤(1)为：原料乙醇通过乙醇预热器(101)进行预热后进入乙醇蒸发罐(102)，通过乙醇蒸发器(108)和乙醇蒸发器(109)加热蒸发，自乙醇蒸发罐(102)的乙醇蒸汽通过乙醇过热器(103)由反应气体加热升温，过热后的乙醇分为三股进入加热炉(104)加热后送入反应器；过热后的一部分乙醇蒸汽和来自急冷压缩系统回收的水蒸汽混合后，进入加热炉(104)的第一段加热后送入第一反应器(105)，自第一反应器(105)中反应气体与来自乙醇过热器(103)的另一部分乙醇蒸汽混合，进入加热炉(104)的第二段加热后进入第二反应器(106)继续反应，从第二反应器(106)出来的反应气体与来自乙醇过热器(103)其余乙醇混合后进入加热炉(104)的第三段加热，过热的混合气体进入第三反应器(107)；第三反应器(107)出口的反应气体经乙醇过热器(103)及乙醇蒸发器(108)换热后去急冷压缩系统。3.如权利要求1所述的乙醇脱水制乙烯生产工艺，其特征是步骤(2)为：从乙醇脱水系统来的换热后的反应气进入反应产物空冷器(110)后送至急冷塔(111)进一步冷却；急冷塔(111)塔顶得到流股送至气液分离罐(115)中气液分离，得到主要为乙烯、二氧化碳、水等的气相流股经乙烯压缩机(116)后送至碱洗及分子筛系统；急冷塔(111)塔釜得到水、乙醇、乙醛和乙醚等液相与之前反应气换热后得到的凝液一起送至凝液预热器(112)进行预热，随后送至蒸发塔(114)，蒸发塔(114)塔顶回收得到回收蒸汽送回乙醇脱水反应系统的加热炉(104)，蒸发塔(114)塔釜得到剩余废液经过凝液预热器(112)换热后送到界区外废水处理。4.如权利要求1所述的乙醇脱水制乙烯生产工艺，其特征是步骤(3)为：来自急冷压缩系统的乙烯、二氧化碳、水等物料经过乙烯冷却器(117)冷却后的气液两相送碱洗塔(118)底部；碱洗塔(118)下段用碱液吸收二氧化碳，上段用工艺水淋洗碱液，碱洗塔塔釜废水送往废水处理，碱洗塔(118)塔顶得到乙烯、水等经过粗乙烯冷却器(119)冷却后，送至分子筛干燥器(120)进行脱水干燥，干燥除水后送至乙烯提纯系统。5.如权利要求1所述的乙醇脱水制乙烯生产工艺，其特征是步骤(4)为：碱洗及分子筛系统来的粗乙烯分别进入乙烯预冷器(121)、乙烯深冷器(127)换热，随后送至脱甲烷塔(128)，脱甲烷塔(128)塔顶的到轻组分杂质经过甲烷塔冷却器(134)冷却后一部分回流，一部分送至燃料气加热器(124)加热后，送至燃料气罐(132)；脱甲烷塔(128)塔釜得到脱轻组分后的粗乙烯送入提纯塔(130)，提纯塔(130)塔釜为含有重杂质的乙烯物料，与来自燃料气加热器(124)的轻组分杂质混合后，进入燃料气罐(132)，最后送加热炉燃烧；提纯塔(130)塔顶气经过塔顶冷凝器(136)冷凝后进入提纯塔回流罐(135)，提纯塔回流罐(135)中的液相乙烯一部分作为回流液，另一部分通过闪蒸得到低温乙烯，为甲烷塔冷却器(134)提供深冷介质后，经循环乙烯加热器(125)加热，送回急冷压缩系统；提纯塔回流罐(135)中的
产品乙烯，经乙烯预冷器(121)换热后进入乙烯蒸发器(122)进行蒸发，得到乙烯产品。6.如权利要求1所述的乙醇脱水制乙烯生产工艺，其特征步骤(5)为：丙烯制冷循环系统为乙烯提纯系统提供热量和冷量，经过丙烯一级压缩机(138)、丙烯二级压缩机(139)压缩后的热丙烯作为加热热源送至脱甲烷塔再沸器(129)、提纯塔再沸器(131)和乙烯蒸发器(122)进行供热，剩余的热丙烯去丙烯冷凝器(133)，四个换热器并联操作，换热后的液相丙烯送往丙烯收集罐(123)；丙烯收集罐(123)中的液相丙烯依次进入燃料气加热器(124)、循环乙烯加热器(125)，之后进入丙烯压缩机二级补气罐(126)，由丙烯压缩机二级补气罐(126)分离出的液相丙烯分别为乙烯深冷器(121)、提纯塔塔顶冷凝器(136)提供冷量，换热后去丙烯压缩机一级补气罐(137)，进行汽液分离，液相丙烯暂存在此罐中，气相进入丙烯一级压缩机(138)压缩后和来自丙烯压缩机二级补气罐(126)的气体混合，进入丙烯一级压缩机(139)。7.实现权利要求1乙醇脱水制乙烯的装置，其特征是，包括乙醇预热器(101)、乙醇蒸发罐(102)、乙醇过热器(103)、加热炉(104)、第一反应器(105)、第二反应器(106)、第三反应器(107)、乙醇蒸发器(108)、乙醇蒸发器(109)、产物冷却器(110)、急冷塔(111)、凝液预热器(112)、蒸发塔再沸器(113)、蒸发塔(114)、气液分离罐(115)、乙烯压缩机(116)、乙烯冷却器(117)、碱洗塔(118)、粗乙烯冷却器(119)、乙烯干燥器(120)、乙烯预冷器(121)、乙烯蒸发器(122)、丙烯收集罐(123)、燃料气加热器(124)、循环乙烯加热器(125)、丙烯压缩机二级补气罐(126)、乙烯深冷器(127)、脱甲烷塔(128)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏华，余英哲，龚浩，董贺，孟芳，刘成，董秀芹，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：