一種生產乙烯和二甲醚的列管式反應器的製造方法
2023-05-29 03:02:16 1
一種生產乙烯和二甲醚的列管式反應器的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種生產乙烯和二甲醚的列管式反應器，列管式反應器的下部設置有下部進料口，下部進料口與分布支撐板連接，分布支撐板與列管式反應器的列管相連通；所述列管式反應器的上部設置有反應物出口，在列管式反應器的頂部設置有上部進料口，上部進料口下方連接分布器；在列管式反應器的底部設置有一個底部反應物出口。本實用新型的最大優點是將乙醇脫水和甲醇脫水的反應器實現合二為一，充分利用了甲醇脫水的發熱和乙醇脫水的吸熱特點，解決了甲醇與乙醇混合進料反應，產物二甲醚與乙烯分離和進一步利用問題。
【專利說明】一種生產乙烯和二甲醚的列管式反應器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於石油化工領域工藝，尤其涉及一種石油化工工藝生產裝置。
【背景技術】
[0002]乙烯是多種重要化工產品的基礎原料。隨著世界經濟的發展，乙烯需求量與日俱增。由於我國經濟的高速增長，我國乙烯需求量的年增長率超過世界平均水平。乙烯的主要來源於石油烴類原料的蒸汽裂解，近年來原油價格飛漲，使裂解法乙烯的生產成本急劇上升。另外，石油資源作為一種不可再生資源，漸趨枯竭，因此開發利用可再生原料製取乙烯成為發展的趨勢。生物乙醇主要以玉米、糖、薯幹、秸杆或木質纖維素等可再生資源為原料經發酵獲得，原料來源廣泛、充足，可滿足大規模生物質化工產業發展的需要。我國是一個農業大國，生物質資源豐富，每年總產量不低於10億噸乾物質，若轉換成燃料乙醇相當於3億多噸石油當量。因此從乙醇製取乙烯既是對有限石油資源的補充，同時也符合可持續發展的戰略。
[0003]乙醇在加熱和催化條件下可發生脫水反應生成乙烯，該技術在20世紀20年代後實現工業應用。目前有工業應用報導的乙醇脫水催化劑主要分為兩大類.即活性氧化鋁催化劑和分子篩催化劑。最近研宄發現，在分子篩催化劑上乙醇脫水反應比氧化鋁催化劑具有更低的反應溫度，更高的操作空速和更高的單程反應轉化率和乙烯收率。
[0004]從乙醇脫水制乙烯工藝來看，普遍採用氣相脫水法，由於乙醇脫水反應吸熱量較大，目前反應器主要採用列管反應器、催化劑床層間換熱的層式反應器及絕熱固定床反應器，但這類反應器製造複雜、成本較高，且催化劑裝卸不便。
[0005]美國專利US4134926報導了一種採用流化床來使乙醇脫水生產乙烯的方法，流化床反應溫度控制在399°C左右，乙醇單程轉化率大於99.5%，乙烯收率大於99%，催化劑使用的是活性矽鋁氧化物。
[0006]由於乙醇脫水反應是一個強吸熱反應，而且其反應溫度範圍較窄，反應溫度波動將直接影響反應產物乙烯的純度，因此對反應體系提供熱量變得尤為重要。從目前所採用的工藝路線來看，單獨的乙醇脫水反應工藝，無論是固定床、流化床反應器都很難做到大型化，這樣將直接影響到該工藝的經濟性和競爭優勢。
[0007]二甲醚不僅是甲醇合成汽油的中間體，同時也是合成氣製取烴類的重要中間產物，日前二甲醚制烯烴己取得較大進展，特別是在催化劑方面取得了較大突破，對二甲醚制低碳烯烴工藝進行重點研宄，將為非石油路線生產石油化工產品開闢一條新路。因此加快二甲醚及其高附加值下遊產品的開發和利用，將會取得顯著的經濟效益和社會效益。
[0008]甲醇脫水生成二甲醚DME的反應中，通過甲醇氣相脫水法將甲醇蒸汽通過固體催化劑發生非均相催化反應，常用的固體催化劑為活性氧化鋁、結晶矽酸鋁等。該方法是操作簡單、汙染小、連續生產的新工藝，其工藝成熟，已工業化。由於甲醇脫水反應器是強放熱反應，冷原料不足以降低催化劑床層溫度，因此，在反應溫度條件下，通過該方法很難來控制床層溫度。
[0009]中國專利CN200810000621公開了一種甲醇催化蒸餾脫水反應生產二甲醚的方法，採用陽離子交換樹脂做催化劑，在催化蒸餾塔中進行甲醇的脫水反應；催化蒸餾塔的操作條件為:反應段中部溫度保持在80?200°C，塔頂溫度為10?110°C，塔釜溫度為130?260°C，操作壓力為0.3?4.0MPa，塔頂回流比為0.5?20，進料體積空速為0.1?100小時。但它是通過回流取熱控制反應溫度，反應熱沒有得到很好的利用。
[0010]乙醇脫水反應是一個強吸熱反應，其反應溫度範圍較窄，反應溫度波動將直接影響反應產物乙烯的純度，因此對反應體系提供熱量變得尤為重要。同時，甲醇脫水反應器是強放熱反應，冷原料不足以降低催化劑床層溫度，因此，在反應溫度條件下，通過現有方法很難來控制床層溫度。反應產生的能量未得到很好的利用。本實用新型就是結合二者反應特點而提出一種新的組合反應合成裝置。
實用新型內容
[0011]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種乙醇脫水制乙烯和甲醇脫水合成二甲醚的組合工藝裝置，從而能夠實現控制床層溫度，使反應產生的能量得到很好的利用。
[0012]為了解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案為:
[0013]一種生產乙烯和二甲醚的列管式反應器，包括列管式反應器罐體，上部封頭，下部封頭，其特徵在於:所述列管式反應器的下部設置有下部進料口，下部進料口與分布支撐板連接，所述列管式反應器的上部設置有反應物出口，在列管式反應器的頂部設置有上部進料口，上部進料口下方連接分布器；在列管式反應器的底部設置有一個底部反應物出口。
[0014]本實用新型一種生產乙烯和二甲醚的列管式反應器，其進一步特徵在於:所述分布支撐板與列管式反應器的列管管內相連通；此時上部進料口的進料通過分布器進入列管式反應器的管間。
[0015]本實用新型一種生產乙烯和二甲醚的列管式反應器，其進一步特徵在於:所述分布支撐板與列管式反應器的列管管間相連通；此時上部口的進料通過分布器進入列管式反應器的管內。
[0016]本實用新型一種生產乙烯和二甲醚的列管式反應器，其進一步特徵在於:所述分布支撐板上有均勻開孔，為多孔分布支撐板。反應原料從下部進料口進入後經分布支撐板分布均勻後進入列管反應器的管間或管內進行反應。
[0017]本實用新型一種生產乙烯和二甲醚的列管式反應器，其進一步特徵在於:在所述分布支撐板和下封頭間設置有管間支撐板，以用於支撐在列管式反應器管間裝填的催化劑。
[0018]本實用新型一種生產乙烯和二甲醚的列管式反應器，其進一步特徵在於:在所述分布支撐板之間設置有進口導管，更好地分配進料。
[0019]本實用新型一種生產乙烯和二甲醚的列管式反應器，其進一步特徵在於:所述下部進料口均勻設置有四個。
[0020]本實用新型一種生產乙烯和二甲醚的列管式反應器，其進一步特徵在於:所述反應物出口均勻設置有四個。
[0021]本實用新型一種生產乙烯和二甲醚的列管式反應器，其進一步特徵在於:當所述上部進料口進乙醇原料時，下部進料口進甲醇原料。反過來，當上部進料口進甲醇原料時，下部進料口進乙醇原料。
[0022]本實用新型一種生產乙烯和二甲醚的列管式反應器，其具體反應應用為:在所述列管式反應器管間裝填有乙醇脫水催化劑，乙醇原料從上部進料口進分布器後進入裝有乙醇脫水催化劑的列管式反應器的管間上部與乙醇脫水催化劑相互接觸反應，反應溫度為220?350°C，反應壓力為0.15?0.5MPa，催化劑質量空速為0.5?61Γ1，反應產物乙烯和水及少量未反應的乙醇從管間的底部反應物出口出反應器。在所述列管式反應器管內裝填有甲醇脫水催化劑，原料甲醇從管式反應器的下部進料口經多孔分布支撐板分布均勻後，進入裝有甲醇脫水催化劑的管內與甲醇脫水催化劑相互接觸進行反應，反應溫度為220?350°C，反應壓力為0.15?0.5MPa，催化劑質量空速為0.5?81Γ1，生成二甲醚和水從從反應器上部的四個反應物出口出反應器；管間物流與管內物流逆向流動。
[0023]反過來，也可以上部進料口進甲醇原料，下部進料口進乙醇原料。採用這種進料方式，將甲醇脫水催化劑設置在管間，乙醇脫水催化劑設置在管內。反應產物乙烯和水及少量未反應的乙醇從上部反應物出口出反應器；反應產物二甲醚和水從從反應器底部反應物出口出反應器；管間物流與管內物流逆向流動。
[0024]通過採用一個列管式反應器，在列管式反應器的管間裝有乙醇脫水催化劑，催化乙醇脫水反應生產乙烯，反應為吸熱反應，在列管式反應器管內裝有甲醇脫水合成二甲醚催化劑，使甲醇脫水生產二甲醚，反應為放熱反應，所放出的熱量為乙醇脫水反應提供熱量。通過兩反應的吸放熱，實現放熱與吸熱反應的熱量平衡，使反應維持在恆定的溫度範圍進行。
[0025]本實用新型的最大優點是將乙醇脫水和甲醇脫水的反應器實現合二為一，充分利用了甲醇脫水的放熱和乙醇脫水的吸熱特點，同時是這兩個反應的反應溫度正好的同一範圍內；二兩反應物流逆向流動，提高了換熱效率；三分別出料可以非常容易實現乙烯、二甲醚等物料的分離，解決了甲醇與乙醇混合進料反應，產物二甲醚與乙烯分離和進一步利用冋題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是本實用新型一種乙烯和二甲醚的組合生產裝置結構示意圖。
[0027]圖中所示附圖標記:1_下封頭；2_下部進料口 ；3_分布支撐板；4_管內催化劑；5-進口導管；6_管間催化劑；7_反應器罐體；8_上部反應物出口 ；9_上封頭；10-分布器；11-上部進料口 ；12_管間支撐板；13_底部反應物出口。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明，具體實施例並不限制本實用新型。
[0029]如附圖1所示，本實用新型一種生產乙烯和二甲醚的列管式反應器包括:列管式反應器罐體7，下封頭1，上封頭9 ;在所述列管式反應器管間裝填有乙醇脫水催化劑，乙醇原料從上部進料口 11進分布器10後進入裝有乙醇脫水催化劑的列管式反應器的管間上部與管間催化劑6相互接觸反應，反應溫度為220?350°C，反應壓力為0.15?0.5MPa，催化劑質量空速為0.5?61Γ1，反應產物乙烯和水及少量未反應的乙醇從管間的底部反應物出口 13出反應器。
[0030]在所述列管式反應器管內裝填有甲醇脫水催化劑，原料甲醇從管式反應器的下部進料口 2經多孔分布支撐板3分布均勻後，進入裝有甲醇脫水催化劑的管內與管內催化劑4相互接觸進行反應，反應溫度為220?350°C，反應壓力為0.15?0.5MPa，催化劑質量空速為0.5?81Γ1，生成二甲醚和水從從反應器上部的四個反應物出口 8出反應器。
[0031]管間物流與管內物流逆向流動，這主要是考慮到反應初期吸放熱量較小，可以更好地平衡反應後期的吸放熱。反應產物分別進入各自的冷卻塔實現乙烯、二甲醚與生產的水和少量未反應的原料分離，之後去分別進入各自的後續精餾分離系統分離得到合格的優級產品；反應生成的二甲醚和水也直接進入下一級反應，如二甲醚生產低碳烯烴的反應器中進一步轉化為乙稀、丙稀。
【權利要求】
1.一種生產乙烯和二甲醚的列管式反應器，包括列管式反應器罐體，上部封頭，下部封頭，其特徵在於:所述列管式反應器的下部設置有下部進料口，下部進料口與分布支撐板連接，所述分布支撐板與列管式反應器的列管管內相連通，所述列管式反應器的上部設置有反應物出口，在列管式反應器的頂部設置有上部進料口，上部進料口下方連接分布器，上部進料口的進料通過分布器進入列管式反應器的管間；在列管式反應器的底部設置有一個底部反應物出口。
2.根據權利要求1所述的生產乙烯和二甲醚的列管式反應器，其特徵在於:所述分布支撐板上有均勻開孔，為多孔分布支撐板。
3.根據權利要求1所述的生產乙烯和二甲醚的列管式反應器，其特徵在於:在所述分布支撐板和下封頭間設置有管間支撐板。
4.根據權利要求1所述的生產乙烯和二甲醚的列管式反應器，其特徵在於:在所述分布支撐板之間設置有進口導管。
5.根據權利要求1所述的生產乙烯和二甲醚的列管式反應器，其特徵在於:所述下部進料口均勻設置有四個。
6.根據權利要求1所述的生產乙烯和二甲醚的列管式反應器，其特徵在於:所述反應物出口均勻設置有四個。
【文檔編號】C07C43/04GK204247174SQ201420595963
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年10月10日 優先權日:2014年10月10日
【發明者】要潔, 魏小波, 董利萍 申請人:中石化洛陽工程有限公司, 中石化煉化工程（集團）股份有限公司