[发明专利]一种低碳酯加氢制备乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明属于催化化学领域，涉及一种催化剂多段装填、低碳酯分段进料的固定床催化新工艺及其应用。

背景技术

随现代工业的迅速发展，能源供需矛盾日趋突出。我国作为能源消费大国，同时又是能源短缺大国，迫切需要寻找可替代能源。乙醇作为一种清洁能源，具有很好的互溶性，可以作为调和组分掺加到汽油中，部分替代汽油，并提高汽油的辛烷值及含氧量，有效促进汽油的充分燃烧，减少汽车尾气中C0、HC的排放量。乙醇作为车用燃料的部分替代品，可使我国的车用燃料呈现多元化的结构特征。目前我国主要以粮食尤其是玉米为原料发展燃料乙醇，已成为仅次于巴西、美国的第三大燃料乙醇生产和消费国，但根据我国国情，以粮食为原料进行乙醇生产存在诸多的不利因素，未来我国燃料乙醇发展更多的是非粮食路线。

从煤炭资源出发，经合成气生产乙醇是我国新型煤化工产业发展的一个重要方向，具有广阔的市场前景。这对煤炭资源清洁利用，缓解石油资源紧缺的矛盾，提高我国能源安全，具有重要的战略意义和深远影响。

目前，煤制乙醇的工艺路线主要分为2种：一是合成气直接制乙醇，但需贵金属铑催化剂，催化剂的成本较高并且铑的产量有限；二是合成气经醋酸加氢制乙醇，合成气先经甲醇液相羰基化制乙酸，进而加氢合成乙醇。此路线工艺成熟，但设备需要抗腐蚀的特种合金，成本较高。

以二甲醚为原料，通过羰基化直接合成乙酸甲酯，进而加氢制乙醇的路线尚处于研究阶段，但是一条很有应用前景的全新路线。

由于酯类加氢反应是一强放热过程，在工业实施中，对于强放热反应一般采用以下的固定床反应器：绝热反应器；内换热反应器；列管式反应器；气相冷激反应器；气相急冷反应器。以上反应器在工业化的过程中存在催化剂床层温度分布不均并较难控制，难于进行大规模的工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在铜基催化剂上进行低碳酯加氢制取乙醇的方法。目前，常规的固定床催化剂床层温度难于控制，易出现热点，从而增加副反应，降低目标产物的选择性，影响催化剂寿命。

本发明将催化剂多段装填，原料低碳酯分段进料，从而分散了反应热，有效控制催化剂床层的温度分布，提高了原料转化率及催化剂寿命。

为实现上述目的，本发明提供了一种低碳酯加氢制备乙醇的方法，包括将含有低碳酯和氢气的原料气通过装有铜基催化剂的反应器，在反应温度200～320℃、反应压力0.5～20.0Mpa、体积空速1000～40000h^-1下进行加氢反应，制备乙醇；其中，所述铜基催化剂采用分段装填，原料中的低碳酯采用分段进料；原料气中低碳酯与氢气的摩尔比为1/2～1/100。

在本发明中，所述低碳酯为碳原子数为3≤C≤5的酯，优选选自乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、甲酸乙酯、丙酸乙酯中的一种或任意几种的混合物。

在本发明的一个实施方案中，所述反应器为固定床反应器，包含2～20个催化剂床层，低碳酯分段进料入口在相邻的催化剂床层之间。

在本发明的一个实施方案中，所述反应器为固定床反应器，包含2～6个催化剂床层，低碳酯分段进料入口在相邻的催化剂床层之间。

在本发明中，所述反应器可以为单个反应器，或多个反应器串联，低碳酯分段进料入口在相邻的反应器之间。

在本发明的一个实施方案中，所述反应器为2～20个反应器串联组成，低碳酯分段进料入口在相邻的反应器之间。

在本发明的一个实施方案中，所述反应器为2～6个反应器串联组成，低碳酯分段进料入口在相邻的反应器之间。

在本发明的一个优选实施方案中，所述反应温度为220～280℃，反应压力为2.0～10.0MPa，体积空速为2000～20000h^-1，低碳酯和氢气的摩尔比为＝1/5～1/50。

在本发明中，所述铜基催化剂除活性组分铜外，还可以任选含有助剂A和/或B，以金属元素计，三者质量百分含量之和为100％，其中：

活性组分Cu，以金属元素计，在催化剂中的重量百分含量为10.0～50.0wt％；

助剂A为选自Zn，Cr，M，Al，Fe氧化物中的一种或几种的混合，以金属元素计，在催化剂中的含量为0.0～50.0wt％；

助剂B为选自Zr、B、Ce，Si，Ti氧化物中的一种或几种的混合，以金属元素计，在催化剂中的含量为0.0～50.0wt％。