一种异丙醇制丙烯的系统及方法
阅读说明：本技术 一种异丙醇制丙烯的系统及方法 (System and method for preparing propylene from isopropanol ) 是由 李东风 廖丽华 李琰 罗淑娟 姜健准 李春芳 田峻 于 2020-04-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种异丙醇制丙烯的系统及方法。所述系统包括：异丙醇脱水反应器、水洗塔、碱洗塔、脱轻塔或脱重塔、丙烯塔；异丙醇脱水反应器底部连接水洗塔,水洗塔顶部连接碱洗塔,碱洗塔顶部连接脱轻塔或脱重塔,脱轻塔或脱重塔连接丙烯塔。采用本发明的系统和方法,可以得到纯度为99.9％的丙烯。得到的丙烯可以用作聚丙烯、丙烯腈、氧化丙烯、乙烯-丙烯橡胶等合成的反应物,本发明具有工艺简单、丙烯纯度高、回收率高等优点。(The invention discloses a system and a method for preparing propylene from isopropanol. The system comprises: an isopropanol dehydration reactor, a water washing tower, an alkaline washing tower, a light component removal tower or a heavy component removal tower and a propylene tower; the bottom of the isopropanol dehydration reactor is connected with a water washing tower, the top of the water washing tower is connected with an alkaline washing tower, the top of the alkaline washing tower is connected with a light component removal tower or a heavy component removal tower, and the light component removal tower or the heavy component removal tower is connected with a propylene tower. By adopting the system and the method, the propylene with the purity of 99.9 percent can be obtained. The obtained propylene can be used as a reactant for synthesizing polypropylene, acrylonitrile, propylene oxide, ethylene-propylene rubber and the like, and the method has the advantages of simple process, high propylene purity, high recovery rate and the like.)
技术领域
本发明涉及丙烯技术领域，进一步地说，是涉及一种异丙醇制丙烯的系统及方法。
背景技术
近年，中国对丙烯需求强劲，乙烯装置、炼厂丙烯回收是丙烯的主要来源。
在由异丙苯法制备苯酚的过程中产生副产物丙酮，随着国内苯酚市场的急速发展，以及异丙苯法制备苯酚技术的广泛使用，需求的基本平衡，使得大量增长的丙酮面对持续的市场低迷。此外，众多化工过程也可产生或副产丙酮。为了有效使用丙酮，人们希望发展一种由丙酮转化为异丙醇，并将异丙醇脱水为丙烯的路径。
国内异丙苯法制备苯酚的生产规模大，通过异丙醇脱水、分离制丙烯作为异丙苯法制备苯酚工艺的配套技术，可以实现丙烯的循环使用，使异丙苯法工艺不需或少补充丙烯，降低运行成本，效益显著。
目前，国内外进行以异丙醇脱水制丙烯为目的的催化剂研发和工艺研究很少。只有日本三井公司开发了直接以异丙醇脱水制丙烯为目的的工艺，而且其也是针对异丙苯法制备苯酚工艺的丙烯循环应用配套技术。异丙醇脱水反应后的物料循环使用，无脱水、碱洗、脱轻、脱重、丙烯精馏塔工序，不提纯丙烯，目的不是获取高纯度丙烯。
中国专利CN108530257A涉及一种苯和异丙醇联产异丙苯和丙烯的方法，包括在有效反应条件下，使苯和异丙醇与分子筛催化剂接触合成异丙苯和丙烯的步骤；所述有效反应条件至少包括：苯与异丙醇的摩尔比为在大于0、小于2的范围内。所述方法可用于联产异丙苯和丙烯的工业生产中。
中国专利CN103508833A提供了一种异丙醇脱水制丙烯的方法，该方法包括：在异丙醇脱水反应条件下，使异丙醇与催化剂接触，使异丙醇脱水制得丙烯，其中，所述催化剂由包括以下步骤的方法制得：制备含有模板剂和铝源的凝胶体系；然后去除凝胶体系中的溶剂并焙烧，得到介孔纳米氧化铝；其中，所述模板剂为如式(1)所示的嵌段共聚醚；其中，R1为氨基取代的烃基，x、y和z各自分别为1-100；所述铝源为有机铝盐。
CN1025182C涉及通过在平均孔径为30至150、标准偏差(σn)为10至40(以孔径和微孔体积的统计学计算为基准)的γ-氧化铝催化剂存在下将异丙醇脱水来制备高收得率和选择性的丙烯。
以上专利并没有涉及系统和工艺。国内也没有相关工艺研究和专利的报道。
已知已有一些类似的方法制烯烃。例如由乙醇制得乙烯，以及由叔丁醇制得异丁烯。然而，这些方法不能用于异丙醇制丙烯。
因此，开发一种异丙醇制丙烯的系统是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种异丙醇制丙烯的系统及方法。得到的丙烯可以用作聚丙烯、丙烯腈、氧化丙烯、乙烯-丙烯橡胶等合成的反应物，具有工艺简单、丙烯纯度高、回收率高等优点。
本发明的目的之一是提供一种异丙醇制丙烯的系统。
包括：
异丙醇脱水反应器、水洗塔、碱洗塔、脱轻塔或脱重塔、丙烯塔；
异丙醇脱水反应器底部连接水洗塔，水洗塔顶部连接碱洗塔，碱洗塔顶部连接脱轻塔或脱重塔，脱轻塔或脱重塔连接丙烯塔。
在一种优选的实施方式中，
水洗塔和碱洗塔之间设置压缩机；所述水洗塔顶部连接压缩机后连接碱洗塔；
在一种优选的实施方式中，
碱洗塔和脱轻塔或者脱重塔之间设置压缩机。
所述碱洗塔顶部连接压缩机后连接脱轻塔或脱重塔。
当采用脱轻塔时，所述脱轻塔底部连接丙烯塔。
当采用脱重塔时，所述脱重塔顶部连接丙烯塔。
本发明的目的之二是提供一种异丙醇制丙烯的方法。
包括：
所述方法包括：
(a)异丙醇脱水成粗丙烯；
(b)将粗丙烯送入水洗塔，除去反应生成的大部分水和醛；
(c)将水洗塔塔顶物流送入碱洗塔脱除酸性组分；
(d)将碱洗塔顶部物流送入脱轻塔或脱重塔，
(e)将脱轻塔塔釜物流或者脱重塔塔顶物流送入丙烯塔，得到高纯度丙烯。
其中，
在步骤(a)，异丙醇脱水生成丙烯，可采用一种酸性化合物作为催化剂，例如无机酸，硫酸、磷酸、盐酸、硝酸；卤素过氧化物，如高氯酸、高溴酸、高碘酸；固态酸性材料，如二氧化硅、二氧化硅-氧化铝、氧化铝-γ氧化铝、沸石、分子筛以及金属氧化物，如二氧化钛、氧化锌、氧化锆。异丙醇脱水可以在气相中进行，也可以在液相中进行。反应温度范围为100-450℃，优选范围为200-350℃。反应压力为0.01～0.1MPaG。
当采用固体催化剂时，反应器可以是列管固定床反应器或多段绝热固定床反应器或流化床，最好使用固定床反应器。反应产物主要含有丙烯、水、异丙醇、丙烷、丙醛、丙酮、二异丙醚等组分。
步骤(b)，在水洗塔，可以除去反应生成的大部分水和醛等重组分；
步骤(c)中，水洗塔塔顶物流经压缩至0.5～1.5MPaG后，送至碱洗塔脱除酸性组分；酸性组分指包含CO2、硫化物等酸性组分；
步骤(d)，碱洗塔顶部物流经压缩至1.5～3.0MPaG后，送入脱轻塔或脱重塔。
经过脱水和压缩的反应产物(粗丙烯)去精馏单元。粗丙烯主要含丙烯、异丙醇、丙烷、二异丙醚等组分。(精馏单元是指脱轻塔/脱重塔和丙烯塔)。
当设置为脱轻塔时，
步骤(d)，碱洗塔顶部物流送入脱轻塔，脱轻塔塔顶脱除少量轻组分，脱轻塔塔釜采出液送丙烯塔；所述轻组分主要为氢气、甲烷、一氧化碳等组分；
脱轻塔塔顶操作温度2-30℃；
脱轻塔塔釜操作温度20～80℃；
脱轻塔操作压力为1.0～3.0MPaG；
脱轻塔理论板数为20～70；
脱轻塔优选的工艺条件为：
脱轻塔塔顶操作温度为5～25℃；
脱轻塔塔釜操作温度为30～70℃；
脱轻塔操作压力为1.5～2.7MPaG；
脱轻塔理论板数为30～60；
步骤(e)，丙烯塔塔釜脱除重组分，丙烯塔塔顶得到高纯度丙烯；所述重组分主要为丙烷、异丙醇、二异丙醚、水等组分。
丙烯塔塔顶操作温度20～60；
丙烯塔塔釜操作温度50～100℃；
丙烯塔操作压力为1.5～3.0MPaG；
丙烯塔理论板数为30～100；
丙烯塔优选的工艺条件为：
丙烯塔塔顶操作温度为30～50；
丙烯塔塔釜操作温度为60～90℃；
丙烯塔操作压力为1.7～2.5MPaG；
丙烯塔理论板数为40～80。
当设置为脱重塔时，
步骤(d)，碱洗塔顶部物流送入脱重塔，脱重塔塔釜将少量重组分脱除，脱重塔塔顶采出液送丙烯塔；所述重组分主要为丙烷、异丙醇、二异丙醚、水等组分；
脱重塔塔顶操作温度5～50℃；
脱重塔塔釜操作温度60～120℃；
脱重塔操作压力为1.8～2.8MPaG；
脱重塔理论板数为20～50；
脱重塔优选的工艺条件为：
脱重塔塔顶操作温度为20～45℃；
脱重塔塔釜操作温度为70～100℃；
脱重塔操作压力为2.0～2.5MPaG；
脱重塔理论板数为25～45；
步骤(e)，丙烯塔顶将轻组分脱除，塔釜得到高纯度丙烯；所述轻组分主要为氢气、甲烷、一氧化碳等组分。
丙烯塔塔顶操作温度5～60℃；
丙烯塔塔釜操作温度50～100℃；
丙烯塔操作压力为2～4.5MPaG；
丙烯塔理论板数为20～60。
丙烯塔优选的工艺条件为：
丙烯塔塔顶操作温度为10～50℃；
丙烯塔塔釜操作温度为60～80℃；
丙烯塔操作压力为2.5～3.5MPaG；
丙烯塔理论板数为25～50。
采用本发明的系统和方法，可以得到纯度为99.9％的丙烯。得到的丙烯可以用作聚丙烯、丙烯腈、氧化丙烯、乙烯-丙烯橡胶等合成的反应物，本发明具有工艺简单、丙烯纯度高、回收率高等优点。
附图说明
图1实施例1的异丙醇制丙烯的系统示意图；
图2实施例2的异丙醇制丙烯的系统示意图；
附图标记说明：
1异丙醇；2异丙醇脱水反应器；3反应产物；4水洗塔；5水；
8压缩机；10碱洗塔；11碱液；14压缩机B；18脱重塔；16脱轻塔；
17轻组分；19丙烯塔；20丙烯产品；21重组分。
图1采用的是脱轻塔，图1的异丙醇制丙烯的系统包括：异丙醇脱水反应器2、水洗塔4、碱洗塔10、脱轻塔16、丙烯塔19；异丙醇脱水反应器2底部连接水洗塔4，水洗塔4顶部连接压缩机8后连接碱洗塔10，碱洗塔10顶部连接压缩机B14后连接脱轻塔16，脱轻塔16底部连接丙烯塔19。
图1的流程包括：
异丙醇1进入异丙醇脱水反应器2，反应操作温度220℃，操作压力0.03MPaG；异丙醇脱水生成丙烯以及其它少量副产物；
反应产物3进入水洗塔4底部，水5从塔顶喷入，在水洗塔4将水、醛等重组分从塔釜脱除；
水洗塔顶气相物料在压缩机8将压力提高到0.8MpaG。
增压后粗丙烯进入碱洗塔10底部，NaOH碱液11从塔顶进入，用NaOH碱液将CO2、H2S等酸性物质脱除；
脱除了酸性物质的粗丙烯在压缩机B14进一步增压至2.7MPaG；
然后送入脱轻塔16。在脱轻塔顶将氢气、甲烷、CO等轻组分脱除，塔釜采出液送丙烯塔19；
在丙烯塔釜将丙烷、异丙醇、二异丙醚、水等重组分21脱除，从塔顶得到纯度为99.92％的丙烯20。
图2采用的是脱重塔。图2的异丙醇制丙烯的系统包括：异丙醇脱水反应器2、水洗塔4、碱洗塔10、脱重塔18、丙烯塔19；异丙醇脱水反应器2底部连接水洗塔4，水洗塔4顶部连接压缩机8后连接碱洗塔10，碱洗塔10顶部连接压缩机B14后连接脱重塔18，脱重塔18顶部连接丙烯塔19。
图2的流程包括：
异丙醇1进入异丙醇脱水反应器2，反应操作温度330℃，操作压力0.08MPaG。异丙醇脱水生成丙烯以及其它少量副产物；
反应产物3进入水洗塔4底部，水5从塔顶喷入，在水洗塔4将水、醛等重组分从塔釜脱除。
水洗塔顶气相物料在压缩机8将压力提高到1.4MpaG。
增压后粗丙烯进入碱洗塔10底部，NaOH碱液11从塔顶进入，用NaOH碱液将CO2、H2S等酸性物质脱除。
脱除了酸性物质的粗丙烯在压缩机B14进一步增压至2.1MPaG。然后送入脱重塔18。
在脱重塔釜将丙烷、异丙醇、二异丙醚、水等重组分脱除，塔顶采出液送丙烯塔19。
在丙烯塔顶将氢气、甲烷、CO等轻组分20脱除，从塔釜得到纯度为99.99％的丙烯产品20。
具体实施方式
下面结合具体附图及实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，一种异丙醇制丙烯的系统。包括：异丙醇脱水反应器2、水洗塔4、碱洗塔10、脱轻塔16、丙烯塔19；异丙醇脱水反应器2底部连接水洗塔4，水洗塔4顶部连接压缩机8后连接碱洗塔10，碱洗塔10顶部连接压缩机B14后连接脱轻塔16，脱轻塔16底部连接丙烯塔19。
方法包括：
异丙醇1进入异丙醇脱水反应器2，反应操作温度220℃，操作压力0.03MPaG。异丙醇脱水生成丙烯以及其它少量副产物；
反应产物3进入水洗塔4底部，水5从塔顶喷入，在水洗塔4将水、醛等重组分从塔釜脱除；
水洗塔顶气相物料在压缩机8将压力提高到0.8MpaG。
增压后粗丙烯进入碱洗塔10底部，NaOH碱液11从塔顶进入，用NaOH碱液将CO2、H2S等酸性物质脱除；
脱除了酸性物质的粗丙烯在压缩机B14进一步增压至2.7MPaG；
然后送入脱轻塔16。在脱轻塔顶将氢气、甲烷、CO等轻组分脱除，塔釜采出液送丙烯塔19；
脱轻塔操作压力2.6MPaG，塔顶温度15℃，塔釜温度65℃，理论塔板数50块。
在丙烯塔釜将丙烷、异丙醇、二异丙醚、水等重组分21脱除，从塔顶得到纯度为99.92％的丙烯20。
丙烯塔操作压力2.0MPaG，塔顶温度40℃，塔釜温度85℃，理论塔板数80块。
异丙醇1经过反应、分离系统得到的轻组分17、重组分21、丙烯产品20的组成见表1。
表1异丙醇脱水制丙烯系统的组成
组分mol％
异丙醇1
轻组分17
重组分21
丙烯产品20
异丙醇
96.64
23.85
丙酮
0.90
30.25
二异丙醚
0.045
2.82
甲基异丁基甲醇
0.03
0.587
丙烷
0.014
0.002
0.009
0.015
水
1.071
18.503
氢气
1.199
70.113
甲烷
0.099
1.984
0.069
丙烯
27.901
23.978
99.92
Kmol/h
114.36
2.0
1.85
110.52
在本实施例中，丙烯回收率为99.1％。
实施例2
如图2所示，一种异丙醇制丙烯的系统。包括：异丙醇脱水反应器2、水洗塔4、碱洗塔10、脱重塔18、丙烯塔19；异丙醇脱水反应器2底部连接水洗塔4，水洗塔4顶部连接压缩机8后连接碱洗塔10，碱洗塔10顶部连接压缩机B14后连接脱重塔18，脱重塔18顶部连接丙烯塔19。
方法包括：
异丙醇1进入异丙醇脱水反应器2，反应操作温度330℃，操作压力0.08MPaG。异丙醇脱水生成丙烯以及其它少量副产物；
反应产物3进入水洗塔4底部，水5从塔顶喷入，在水洗塔4将水、醛等重组分从塔釜脱除。
水洗塔顶气相物料在压缩机8将压力提高到1.4MpaG。
增压后粗丙烯进入碱洗塔10底部，NaOH碱液11从塔顶进入，用NaOH碱液将CO2、H2S等酸性物质脱除。
脱除了酸性物质的粗丙烯在压缩机B14进一步增压至2.1MPaG。然后送入脱重塔18。
在脱重塔釜将丙烷、异丙醇、二异丙醚、水等重组分脱除，塔顶采出液送丙烯塔19。
脱重塔操作压力2.0MPaG，塔顶温度40℃，塔釜温度95℃，理论塔板数50块。
在丙烯塔顶将氢气、甲烷、CO等轻组分20脱除，从塔釜得到纯度为99.986％的丙烯产品20。
丙烯塔操作压力2.8MPaG，塔顶温度16℃，塔釜温度66℃，理论塔板数50块。
异丙醇1经过反应、分离系统得到的重组分21、轻组分17、丙烯产品20的组成见表2。
表2异丙醇脱水制丙烯系统的组成
组分mol％
异丙醇1
轻组分17
重组分21
丙烯产品20
异丙醇
96.64
23.814
丙酮
0.90
30.213
二异丙醚
0.045
2.82
甲基异丁基甲醇
0.03
0.586
丙烷
0.014
0.001
0.022
0.014
水
1.071
18.478
氢气
1.199
63.439
甲烷
0.099
5.228
丙烯
31.33
24.066
99.986
Kmol/h
114.36
2.21
1.85
110.30
在本实施例中，丙烯回收率为99.0％。
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