Spôsob dehydratácie etanolu na etylén charakterizovaný nízkou spotrebou energie

Je ešte 22 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Spôsob dehydratácie etanolu na etylén vyznačujúci sa nízkou spotrebou energie. Tento vynález sa vzťahuje na spôsob prevedenia etanolu na etylén a najmä na spôsobDehydratačná reakcia etanolu na etylén je známa a detailne opísaná už od konca 19 storočia. Je známe, že táto reakcia je veľmi endotermická, rovnovážna a posunutá v prospech etylénu pri vysokej teplote. Teplotný pokles zodpovedajúci úplnej konverzii čistého etanolu predstavuje 380 °C. Uvádzaným katalyzátorom, ktorý sa často používa, je monoñmkčný kyslý katalyzátor. Najčastejšie citovaným katalyzátorom je gama-oxid hlinitý. Publikácia The Deshydration of Alcohols over Alumina. IThe reaction Scheme, H. Knözinger, R. Köhne,Journal of Catalysis (1966), 5, 264-270 je považovaná za základnú publikáciu zahŕňajúcu práce týkajúce sa dehydratácie alkoholov vrátane etanolu. Pre túto aplikáciu sú taktiež používané zeolity a najmä ZSM 5 od roku 1980, ako je to napríklad uvedené v publikácii Reactions of ethanol over ZSM-5,S.N. Chaudhuri al., Joumal of Molecular Catalysis 62289-295 (1990).Patent US 4,232,179 opisuje spôsob dehydratácie etanolu na etylén, pri ktorom sa teplo potrebné pre reakciu dodáva privádzaním do reaktora teplonosnej tekutiny v zmesi so vsádzkou. Teplonosnou tekutinou je bud vodná para pochádzajúca z extemého zdroja alebo externý prúd pochádzajúci z daného spôsobu alebo recyklovaný podiel časti prúdu opúšťajúceho dehydratačný reaktor, čo je etylénový produkt. Zavádzanie vsádzky s uvedenou teplonosnou tekutinou umožňuje poskytnúť teplo, ktoré je nevyhnutné na udržiavanie teploty katalytického lôžka na úrovni zlúčiteľnej s úrovňami požadovaných konverzií. V prípade, keď je teplonosnou tekutinou prúd opúšťajúci dehydratačný reaktor, je nevyhnutný recyklačný kompresor uvedeného prúdu. Avšak recyklovanie etylénu produkovaného reakciou predstavuje nevýhodu, lebo zavádzanie etylénu modiñkuje rovnováhu dehydratačnej reakcie. Okrem toho sa etylén zúčastňuje na sekundárnych reakciách oligomerácie, prenosu vodíka a disproporcionácie olefínov, ktoré sú reakciami vyššieho rádu ako 0 vzhľadom na ich reakčnú zložku. Zvýšenie koncentrácie etylénu od začiatku reakcie násobí tvorbu vedľajšíchproduktov. Dochádza teda k výraznejšej strate etylénu, čo má za následok zníženie selektivíty.Patentová prihláška W 0 2007/134415 A 2 opisuje spôsob dehydratácie etanolu na etylén,ktorý je vylepšený oproti spôsobu podľa patentu US 4232 179 a ktorý umožňuje znížené investičné náklady vďaka zmenšenému počtu zariadení a znížené prevádzkové náklady vzhľadom na to, že sa nepoužíva pri danom spôsobe extemá vodná para. Pri tomto spôsobe sa použije ako teplonosná tekutina aspoň časť prúdu opúšťajúceho dehydratačný reaktor (zmes etylénového produktu a vodnej pary) a prehriata vodná para získaná z vody produkovanej dehydratáciou etanolu a kondenzovanej v reaktore, pričom sa zavádzajú do dehydratačného reaktora v zmesi s etanolom. Inak uvedená patentová prihláška mlčí o tlakovej podmienke,ktorú je treba rešpektovať medzi etanolovou vsádzkou a prúdom opúšťajúcim reaktor zaúčelom dosiahnutia maximálnej výmeny tepla.Dokument WO 2011/002699 opisuje spôsob dehydratácie etanolovej vsádzky na etanol obsahujúci odparenie zmesi etanolu a vody a reakciu tejto zmesi v adiabatickom reaktore. Patent US 4,396,789 taktiež opisuje spôsob dehydratácie etanolu na etylén, pri ktorom sa etanol a vodná para pôsobiaca ako teplonosná tekutina zavádzajú do prvého reaktora s teplotou v rozsahu 400 a 520 °C a zvýšeným tlakom v rozsahu 20 a 40 atm tak, že efluent produkovaný dehydratačnou reakciou sa odťahuje z posledne uvedeného reaktora pri tlaku aspoň vyššom ako 18 atm, pričom uvedený reakčný produkt, ktorým je etylén, môže byť po ochladení podrobený kroku konečnej kryogénnej destilácie bez medziľahlej kompresie. Uvedený spôsob je taktiež charakterizovaný tepelnou výmenou medzi uvedeným produktom dehydratačnej reakcie a vsádzkou zavedenou do prvého reaktora, pričom uvedený reakčný produkt sa použije na odparenie vsádzky vstupujúcej do prvého reaktora. Nezreagovaný etanol, aspoň časť vody vytvorenej počas reakcií uvedeného spôsobu a voda pridaná zaúčelom konečného premytia plynov sa recyklujú do zaistenia úplnej konverzie etanolu.Cieľom vynálezu je poskytnúť spôsob dehydratácie etanolu na etylén, pri ktorom sa vsádzka zavádza do kroku a) odparenie vsádzky pri nízkom tlaku, a to nižšom, ako je reakčný tlak,takže uvedený spôsob nepotrebuje žiadnu teplonosnú tekutinu privádzanú zvonka uvedeného spôsobu. Najmä je vsádzka zavádzaná do kroku a) odparenie vsádzky pri tlaku nižšom, ako je tlak efluentu na výstupe zposledného reaktora tak, aby sa dosiahla maximálna tepelná výmena medzi vsádzkou a efluentom z posledného reaktora, to znamená výmena celejentalpie odparenia vsádzky a entalpie kondenzácie uvedeného efluentu.Ďalším cieľom vynálezu je poskytnúť spôsob dehydratácie etanolu na etylén so zvýšenoučistotou, pričom uvedený spôsob umožňuje zvýšiť selektivitu na etylén so špeciñckouspotrebou energie na tonu produkovaného etylénu významne zníženú vzhľadom na spôsobydoterajšieho stavu techniky. Podstata vynálezu a prospech dosiahnutý vynálezom Vynález opisuje spôsob dehydratácie etanolovej vsádzky na etylén obsahujúcia) odparenie uvedenej etanolovej vsádzky s aspoň časťou prečisteného recyklovaného prúdu vody podľa kroku f) vo výmenníku vďaka výmene tepla sefluentom na výstupe posledného reaktora, pričom uvedená etanolová vsádzka V zmesi s aspoň časťou prečistenéhoprúdu vody sa zavádza do uvedeného kroku odparenia pri tlaku v rozsahu 0,1 a 0,4 MPa,b) kompresiu uvedenej odparenej časti v kompresore, c) zavedenie uvedenej odparenej a komprimovanej vsádzky pri vstupnej teplote V rozsahu 350 a 500 °C a vstupnom tlaku V rozsahu 0,2 a 1,3 MPa do aspoň jedného adiabatického reaktora, ktorý obsahuje dehydratačný katalyzátor a v ktorom sa koná dehydratačnáreakcia, d) separácíu efluentu na výstupe z posledného adiabatického reaktora kroku c) na efluentobsahujúci etylén s tlakom nižším ako l MPa a efluent obsahujúci vodu, e) čistenie aspoň časti efluentu obsahujúceho vodu na výstupe kroku d) a separácíu aspoňjedného prúdu prečistenej vody a aspoň jedného prúdu neprevedeného etanolu, f) recyklovanie aspoň časti prúdu prečistenej vody na výstupe kroku e) do miesta predTento vynález má výhodu oproti spôsobom doterajšieho stavu techniky spočívajúcu v tom, že maximalizuje tepelnú výmenu medzi vsádzkou a efluentom z posledného reaktora, čo znamená, že dochádza k výmene celkovej entalpie odparenia vsádzky a podstatnej častí entalpie kondenzácie uvedeného efluentu vďaka zavedeniu vsádzky do kroku a) odparenie pritlaku nižšom, ako je tlak efluentu na výstupe posledného reaktora.Etanolová vsádzka určená na spracovanie spôsobom podľa vynálezu sa prípadne získa spôsobom syntézy alkoholu z fosílnych zdrojov, ako napríklad zuhlia, prírodného plynuUvedená vsádzka môže taktiež výhodne pochádzať znefosílnych zdrojov. Výhodne je vsádzkou určenou na spracovanie spôsobom podľa vynálezu etanolová vsádzka získaná zobnoviteľného zdroja pochádzajúceho z biomasy, ktorá je často označované. ako bioetanol. Uvedená etanolová vsádzka je produkovaná biologickou cestou, výhodne kvasením cukrov pochádzajúcich napríklad zcukomatých rastlinných kultúr, akou je napríklad cukrová trstina (sacharóza, glukóza, fruktóza a sacharóza), cukrovej repy alebo tiež škrobovitých rastlín (škrob) alebo z lignocelulózovej biomasy alebo zhydrolyzovanejcelulózy (prevažne glukóza a xylóza, galaktóza), ktoré obsahujú premenné množstvo vody.Uvedená vsádzka sa výhodne získa fermentáciou troch cukrov l) sacharóza z cukrovej trstiny alebo cukrovej repy, 2) škrob prítomný V obilninách a hľuzách a 3) celulóza a hemícelulóza,ktoré sú prítomné V dreve, trávach a ďalších lígnocelulózových biomasách, pričom škrob, celulóza a hemicelulóza musia byť hydrolyzované na cukry ešte pred ich podrobenímNa získanie úplnejšieho opisu klasických fermentačných spôsobov je možné odkázať na publikáciu Les Biocarburants, Etat des lieux, perspectives et enjeux du développement, Daniel Ballerini, Editions Technip.Uvedená vsádzka sa môže taktiež výhodne získať fermentáciou syntézneho plynu. Uvedená vsádzka sa môže taktiež výhodne získať hydrogenáciou zodpovedajúcich kyselín alebo esterov. V tomto prípade sa výhodne kyselina octová a estery kyseliny octovej hydrogenujú pomocou vodíka na etanol. Kyselina octová sa môže výhodne získať karbonyláciou metanolu alebo fermentáciou uhľohydrátov. Výhodne je etanolovou vsádzkou určenou na spracovanie spôsobom podľa vynálezu etanolová vsádzka vyrobená z obnoviteľného zdroja pochádzajúceho z biomasy. Etanolovou vsádzkou použitou podľa vynálezu je výhodne koncentrovaná hydratovaná etanolová vsádzka. Výrazom koncentrovaná hydratovaná etanolová vsádzka sa rozumie etanolová vsádzka obsahujúca hmotnostný percentuálny podiel etanolu vyšší alebo rovný 35 hmotnosti. Výhodne uvedená koncentrovaná etanolová vsádzka obsahuje hmotnostné percentuálne množstvo etanolu v rozsahu 35 a 99,9 hmotnosti. Výhodne uvedená koncentrovaná etanolová vsádzka obsahuje hmotnostné percentuálne množstvo etanolu v rozsahu 35 a 96 hmotnosti. Uvedená koncentrovaná etanolová vsádzka obsahuje taktiež výhodne okrem vody obsah alkoholov, ktoré sú ine ako etanol a akými sú napríklad metanol, butanol a/alebo izopentanol, nižší ako 10 hmotnosti a výhodne nižší ako 5hmotnosti, ďalej obsah kyslíkových zlúčenín, ktoré sú iné ako alkoholy a ktorými sú

MPK / Značky

MPK: C07C 1/24, C07C 7/04, C07C 11/04

Značky: dehydratácie, energie, charakterizovaný, spôsob, spotřebou, nízkou, etanolu, etylén

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/38-e20291-sposob-dehydratacie-etanolu-na-etylen-charakterizovany-nizkou-spotrebou-energie.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob dehydratácie etanolu na etylén charakterizovaný nízkou spotrebou energie</a>

Podobne patenty