特許ウォッチ

公開番号2024035093
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-13
出願番号2023116887
出願日2023-07-18
発明の名称エタノールの脱水によるエチレン製造方法
出願人天津大学
代理人個人
主分類C07C 1/24 20060101AFI20240306BHJP(有機化学)
要約【課題】エタノールの脱水によるエチレン製造の熱結合方法及び装置を提供すること。
【解決手段】エタノール脱水反応システムと、急冷圧縮システムと、アルカリ洗浄システムと、モレキュラーシーブ乾燥システムと、エチレン精製及びプロピレン冷凍サイクルシステムとを備え、エタノール脱水反応産物を原料エタノールの予熱等の熱源とし、急冷圧縮システムにおける塔底液を蒸発塔の原料液の予熱及び急冷塔の塔頂ガス加熱用の熱源とし、アルカリ洗浄システムにおける製品エチレンを粗エチレン冷却用の冷源とし、モレキュラーシーブ乾燥システムにおける凝縮液を循環エチレン予熱用の熱源とし、エチレン精製及びプロピレン冷凍サイクルシステムにおける製品エチレンをエチレン予冷用の冷源とし、循環エチレンを脱メタン塔の塔頂ガス冷却等の冷源とし、低温プロピレンを精製塔の塔頂ガス冷却等の冷源とし、高温プロピレンを脱メタン塔の塔底液等の熱源とする。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
エタノール脱水反応システムと、急冷圧縮システムと、アルカリ洗浄システムと、モレキュラーシーブ乾燥システムと、エチレン精製及びプロピレン冷凍サイクルシステムとを備えたエタノールの脱水によるエチレン製造プロセスの熱結合方法であって、
前記エタノール脱水反応システムにおけるエタノール脱水反応産物を原料エタノールの予熱、蒸発及び過熱の熱源とし、前記急冷圧縮システムにおける蒸発塔の塔底液を蒸発塔の仕込んだ原料液の予熱及び急冷塔の塔頂ガス加熱用の熱源とし、前記アルカリ洗浄システムにおける製品エチレンを粗エチレン冷却用の冷源とし、前記モレキュラーシーブ乾燥システムにおける蒸発塔の塔底液の凝縮液を循環エチレン予熱用の熱源とし、前記エチレン精製及びプロピレン冷凍サイクルシステムにおける製品エチレンを乾燥のエチレン予冷用の冷源とし、循環エチレンを脱メタン塔の塔頂ガス冷却及びプロピレン冷却用の冷源とし、低温プロピレンを精製塔の塔頂ガス冷却及びエチレンのさらなる冷却用の冷源とし、高温プロピレンを脱メタン塔の塔底液、精製塔の塔底液及び製品エチレン加熱用の熱源とする
ことを特徴とするエタノールの脱水によるエチレン製造プロセスの熱結合方法。
続きを表示（約 3,400 文字）【請求項２】
前記エタノール脱水反応システムは、エタノール予熱器、エタノール蒸発器、エタノール蒸発缶、エタノール過熱器、第１気液分離缶、第３反応器、及び加熱炉を含み、前記急冷圧縮システムは蒸発塔、蒸発塔仕込液予熱器、蒸発塔リボイラー、急冷塔、急冷塔の塔頂ガス加熱器、第２気液分離缶、蒸発塔の塔底液冷却器、及びプロセス水缶を含み、前記エタノール脱水反応産物は前記エタノール過熱器に入り、エタノール蒸気を過熱させ、冷却後の反応産物が前記エタノール蒸発器に入り液相原料エタノールを蒸発させ、その後反応産物が前記エタノール予熱器に入り液相原料エタノールを予熱し、複数回冷却した後の前記エタノール脱水反応産物を前記第１気液分離缶に送り、蒸発塔の塔底液は前記蒸発塔仕込液予熱器に入り蒸発塔の仕込んだ原料液を予熱し、冷却後の蒸発塔の塔底液が前記急冷塔の塔頂ガス加熱器に入り急冷塔の塔頂ガスを加熱した後蒸発塔の塔底液を前記プロセス水缶に送り、前記蒸発塔リボイラーの凝縮液を前記モレキュラーシーブ乾燥システムに送る
請求項１に記載のエタノールの脱水によるエチレン製造プロセスの熱結合方法。
【請求項３】
前記アルカリ洗浄システムは、アルカリ洗浄塔、粗エチレン冷却器、及び第３気液分離タンクを備え、前記モレキュラーシーブ乾燥システムは乾燥塔、循環エチレン予熱器、及び蒸気凝縮水フラッシュ蒸発缶を備え、前記エチレン精製及びプロピレン冷凍サイクルシステムからの製品エチレンは、前記粗エチレン冷却器に入り、前記アルカリ洗浄塔で生成された粗エチレンを冷却した後、製品エチレンを製品エチレン加熱器に送り、前記急冷圧縮システムの前記蒸発塔リボイラーからの凝縮液が前記循環エチレン予熱器に入り前記循環エチレンを予熱し、冷却後のリボイラー凝縮液を前記蒸気凝縮水フラッシュ蒸発缶に送る
請求項１に記載のエタノールの脱水によるエチレン製造プロセスの熱結合方法。
【請求項４】
前記エチレン精製及びプロピレン冷凍サイクルシステムは、エチレン予冷器、エチレン深冷器、脱メタン塔、脱メタン塔コンデンサー、脱メタン塔リボイラー、精製塔、精製塔コンデンサー、精製塔リボイラー、エチレン還流タンク、プロピレン冷却器、燃料ガスタンク、前記製品エチレン加熱器、プロピレン一段フラッシュ蒸発缶、プロピレン収集タンク、及びプロピレン二段圧縮機を備え、前記循環エチレンは前記脱メタン塔コンデンサーに入り脱メタン塔の塔頂ガスを冷却し、加熱後の循環エチレンを前記プロピレン冷却器に送りプロピレンを冷却した後循環エチレンを前記モレキュラーシーブ乾燥システムに送り、製品エチレンは前記エチレン予冷器に入り乾燥後の粗エチレンを冷却し、加熱後の製品エチレンを前記アルカリ洗浄システムに送り、そして加熱後境界領域外に送られ、低温プロピレンは前記精製塔コンデンサーに入り精製塔の塔頂ガスを冷却し、加熱後の低温プロピレンを前記エチレン深冷器に送ってさらにエチレンを冷却し、その後低温プロピレンを前記プロピレン一段フラッシュ蒸発缶に送り、境界領域外からの高温プロピレンが前記脱メタン塔リボイラー、前記精製塔リボイラー、製品エチレン加熱器にそれぞれ入り脱メタン塔底液、前記精製塔の塔底液、製品エチレンを加熱し、冷却後のプロピレンを前記プロピレン収集タンクに送る
請求項１に記載のエタノールの脱水によるエチレン製造プロセスの熱結合方法。
【請求項５】
前記エタノール脱水反応システムにおけるエタノール予熱器のチューブ側入口は、原料タンク領域と接続し、エタノール予熱器のシェル側入口はエタノール蒸発器のシェル側出口と接続し、エタノール予熱器のチューブ側出口はエタノール蒸発缶入口と接続し、エタノール予熱器のシェル側出口は第１気液分離タンクの入口と接続し、エタノール蒸発器のチューブ側入口はエタノール蒸発缶の下方出口と接続し、エタノール蒸発器のシェル側入口はエタノール過熱器のシェル側出口と接続し、エタノール蒸発器のチューブ側出口はエタノール蒸発缶の右側入口と接続し、エタノール過熱器のチューブ側入口はエタノール蒸発缶の上方出口と接続し、エタノール過熱器のシェル側入口は第３反応器の出口と接続し、エタノール過熱器のチューブ側出口は加熱炉入口と接続し、前記急冷圧縮システムにおける蒸発塔の釜部出口は蒸発塔仕込液予熱器のシェル側入口と接続し、急冷塔の釜部出口は蒸発塔仕込液予熱器のチューブ側入口と接続し、蒸発塔仕込液予熱器のチューブ側出口は蒸発塔の塔頂入口と接続し、蒸発塔仕込液予熱器のシェル側出口は急冷塔塔頂ガス加熱器のシェル側入口と接続し、急冷塔の塔頂蒸気出口は急冷塔塔頂ガス加熱器のチューブ側入口と接続し、急冷塔塔頂ガス加熱器のチューブ側出口は第２気液分離タンク入口と接続し、急冷塔塔頂ガス加熱器のシェル側出口は蒸発塔塔底液冷却器の入口と接続する
請求項１に記載のエタノールの脱水によるエチレン製造プロセスの熱結合方法。
【請求項６】
前記アルカリ洗浄システムにおけるアルカリ洗浄塔の塔頂蒸気出口は、粗エチレン冷却器のシェル側入口と接続し、エチレン予冷器のチューブ側出口は粗エチレン冷却器のチューブ側入口と接続し、粗エチレン冷却器のシェル側出口は第３気液分離タンク入口と接続し、粗エチレン冷却器のチューブ側出口は製品エチレン加熱器のチューブ側入口と接続し、前記モレキュラーシーブ乾燥システムにおける循環エチレン予熱器のシェル側入口は蒸発塔リボイラーのシェル側出口と接続し、循環エチレン予熱器のチューブ側入口はプロピレン冷却器のチューブ側出口と接続し、循環エチレン予熱器のチューブ側出口は乾燥塔の入口と接続し、循環エチレン予熱器のシェル側出口は蒸気凝縮水フラッシュ蒸発缶の入口と接続する
請求項１に記載のエタノールの脱水によるエチレン製造プロセスの熱結合方法。
【請求項７】
前記エチレン精製及びプロピレン冷凍サイクルシステムにおけるエチレン予冷器のシェル側入口は、乾燥塔の出口と接続し、エチレン予冷器のチューブ側入口はエチレンバッファタンクの出口と接続し、エチレン予冷器のシェル側出口はエチレン深冷器のシェル側入口と接続し、エチレン深冷器のチューブ側入口はプロピレン二段圧縮機出口と接続し、エチレン深冷器のチューブ側出口はプロピレン一段分離タンク入口と接続し、エチレン深冷器のシェル側出口は脱メタン塔の入口と接続し、脱メタン塔の塔頂蒸気出口は脱メタン塔コンデンサーのシェル側入口と接続し、脱メタン塔コンデンサーのチューブ側入口はエチレン還流タンクの出口と接続し、脱メタン塔コンデンサーのチューブ側出口はプロピレン冷却器のチューブ側入口と接続し、脱メタン塔コンデンサーのシェル側出口は燃料ガスタンクの入口と接続し、脱メタン塔の釜部出口は脱メタン塔リボイラーのチューブ側入口と接続し、脱メタン塔リボイラーのチューブ側出口は脱メタン塔の釜部入口と接続し、脱メタン塔リボイラーのシェル側出口はプロピレン収集タンクの入口と接続し、精製塔の塔頂蒸気出口は精製塔コンデンサーのシェル側入口と接続し、精製塔コンデンサーのチューブ側入口はプロピレン二段圧縮機の出口と接続し、精製塔コンデンサーのシェル側出口はエチレン還流タンクの入口と接続し、精製塔コンデンサーのチューブ側出口はプロピレン一段フラッシュ蒸発缶の入口と接続し、精製塔の釜部出口は精製塔リボイラーのチューブ側入口と接続し、精製塔リボイラーのチューブ側出口は精製塔の釜部入口と接続し、精製塔リボイラーのシェル側出口はプロピレン収集タンクの上方入口と接続し、プロピレン冷却器のシェル側入口はプロピレン収集タンクの下方出口と接続し、プロピレン冷却器のシェル側出口はプロピレン一段フラッシュ蒸発缶の入口と接続し、製品エチレン加熱器のシェル側出口はプロピレン収集タンクの上方入口と接続する
請求項１に記載のエタノールの脱水によるエチレン製造プロセスの熱結合方法。
【請求項８】
熱交換器は、均しくシェルアンドチューブ型熱交換器を採用している
請求項１に記載のエタノールの脱水によるエチレン製造プロセスの熱結合方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、エチレンの合成及び精製の分野に属し、エタノールの脱水によるエチレン製造のエネルギー消費を低減する熱結合方法及び装置に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
エチレンは有機化学工業の最も重要な原料で、その産業規模、生産量、技術レベルは、国の化学工業の発展の重要な象徴となっている。世界的に見ると、先進国におけるエチレン原料は一般に軽質原料をメインとする。ナフサを分解原料として用いるエチレンは世界のエチレン総生産量の約５０％を占め、分解原料としてはエタンが２番目に多く、エタン分解により生産されるエチレンは世界のエチレン総生産量の約２８％を占め、上記２つの原料分解により生産されるエチレンは総生産量の７５％を超え、残りのエチレンは主に液化石油ガス（ＬＰＧ）、コンデンセート油及び中間留分を原料とする。
【０００３】
エタノールからのエチレン製造は、適切な温度と触媒の作用下でエタノールを脱水することによって実現され、エタノールの触媒的脱水によるエチレンの製造は、工業的に最も古くから実施されるエチレン製造プロセスの方法である。エタノールからエチレンを作る原料は、化石原料からエチレンを製造するのとは異なり、バイオマス発酵により得られるエタノールである。バイオマスは、再生可能、低公害、広範囲に分布するという特徴があり、エネルギーを供給できるより重要なバイオマスとしては、木材、木くず、農作物、食品加工過程などで出てくる廃棄食材及び水生植物などが挙げられる。バイオマスエタノールからのエチレン製造工程のラインには、建設期間が短く、投資が比較的少なく、製造プロセス条件が穏やかであるという利点があり、該プロセスによるエチレンの製造はＣＯ
２
排出量を削減し、製品の純度が高く、組成が比較的単純で、分離・精製が比較的容易である。
【０００４】
再生可能なバイオマス原料を用いてエタノールを生産してから脱水してエチレンを製造する技術は、エネルギー構造を調整し、環境汚染を減少し、国民経済と社会の持続可能な発展を促進する重要な手段の１つである。タノールの脱水によるエチレンの製造について、現在の主な研究目標は、プロセスフローを改善し、装置・材料消費量・エネルギー消費量を削減し、利益を増大させることである。
【０００５】
既存の文献又は特許文献には、エネルギーの総合的利用向けの報告は滅多にない。特許文献１は、エチレン軽質除去塔の第１および第２エチレン冷却器とリボイラーとの間に冷媒液システムを設け、エチレン圧縮機出口の物質の熱をエチレン軽質カット塔のリボイラーの熱源として使用してエネルギー消費量を削減することを提案している。しかし、タノールの脱水によるエチレンの製造全工程において、エチレン軽質カット塔のエネルギー消費量が総エネルギー消費量に占める割合は非常に小さく、冷媒液システムの設置による省エネ効果は非常に限定的である。特許文献２は、熱交換ネットワークを最適化し、高温反応産物を使用して原料エタノールを加熱し、プロセス水を仕込むことを提案している。しかし、該方法はエタノール反応によるエチレンの製造部分の熱利用に限定されており、全面的な熱の補給と利用については考慮されていない。したがってプロセスフロー全体の熱利用を全面的に考慮することで、エネルギー消費量を削減し、運転コストを節約するという目的を真に達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
中国特開第ＣＮ１０３１２１８９８Ａ号公報
中国特開第ＣＮ１０６６０８７８７Ａ号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、エタノールの脱水によるエチレンの製造プロセスフローに応用されてシステム内の熱交換を合理的に配置し、高純度のエチレンを得る前提でエネルギー消費量を大幅に削減する熱結合エネルギー統合の製造装置及びこれに対応するプロセス方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、次のような技術的手段を採用する。
【０００９】
エタノール脱水反応システムと、急冷圧縮システムと、アルカリ洗浄システムと、モレキュラーシーブ乾燥システムと、エチレン精製及びプロピレン冷凍サイクルシステムとを備えたタノールの脱水によるエチレン製造プロセスの熱結合方法であって、エタノール脱水反応システムにおけるエタノール脱水反応産物を原料エタノールの予熱、蒸発及び過熱の熱源とし、急冷圧縮システムにおける蒸発塔の塔底液を蒸発塔の仕込んだ原料液の予熱及び急冷塔の塔頂ガス加熱用の熱源とし、アルカリ洗浄システムにおける製品エチレンを粗エチレン冷却用の冷源とし、モレキュラーシーブ乾燥システムにおける蒸発塔の塔底液の凝縮液を循環エチレン予熱用の熱源とし、エチレン精製及びプロピレン冷凍サイクルシステムにおける製品エチレンを乾燥のエチレン予冷用の冷源とし、循環エチレンを脱メタン塔の塔頂ガス冷却及びプロピレン冷却用の冷源とし、低温プロピレンを精製塔の塔頂ガス冷却及びエチレンのさらなる冷却用の冷源とし、高温プロピレンを脱メタン塔の塔底液、精製塔の塔底液及び製品エチレン加熱用の熱源とすることを特徴とする。
【００１０】
エタノール脱水反応システムは、エタノール予熱器、エタノール蒸発器、エタノール蒸発缶、エタノール過熱器、第１気液分離缶、第３反応器、及び加熱炉を含み、急冷圧縮システムは蒸発塔、蒸発塔仕込液予熱器、蒸発塔リボイラー、急冷塔、急冷塔の塔頂ガス加熱器、第２気液分離缶、蒸発塔の塔底液冷却器、及びプロセス水缶を含み、エタノール脱水反応産物はエタノール過熱器に入り、エタノール蒸気を過熱させ、冷却後の反応産物がエタノール蒸発器に入り液相原料エタノールを蒸発させ、その後反応産物がエタノール予熱器に入り液相原料エタノールを予熱し、複数回冷却した後のエタノール脱水反応産物を第１気液分離缶に送り、蒸発塔の塔底液は蒸発塔仕込液予熱器に入り蒸発塔の仕込んだ原料液を予熱し、冷却後の蒸発塔の塔底液が急冷塔の塔頂ガス加熱器に入り急冷塔の塔頂ガスを加熱した後蒸発塔の塔底液をプロセス水缶に送り、蒸発塔リボイラーの凝縮液をモレキュラーシーブ乾燥システムに送る。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許