CN101088975A - 燃料乙醇脱水装置及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料乙醇脱水装置，它包括串联设置的精馏塔和汽提塔、并联设置的两个分子筛、过热器、产品冷却器、进料预热器、进料泵、废水泵和真空泵，其中两个分子筛顶部和底部分别并联设置有入口阀、出口阀和再生入口阀、出口阀，精馏塔顶部经过热器管侧连接分子筛入口，分子筛再生出口连接真空泵的入口，外界酒精通过进料预热器壳侧进入精馏塔上部进料层，进料预热器管侧的一端连接分子筛出口，另一端经产品冷却器连接成品酒精出口，汽提塔底部经废水泵连通外界废水系统。本发明生产时能量消耗小，热量的回收利用率高，生产过程无污染，整体效率高。

Description

燃料乙醇脱水装置及其工艺

技术领域

本发明涉及一种乙醇的脱水装置及其工艺，尤其是涉及蒸馏后直接生产燃料乙醇的脱水装置及工艺。

技术背景

随着全球石油资源的紧俏以及不确定因素的增加，以燃料乙醇为代表的可再生能源日益引起了广泛的重视，通过对谷物、薯类以及糖质原料的发酵、蒸馏能够连续生产乙醇。但通过蒸馏产生的乙醇浓度不超过96％(v/v)，而作为汽油、柴油有效添加剂的燃料乙醇中的燃料乙醇之乙醇含量须不低于99.5％(w/w)，乙醇脱水的方法大致有以下几种：

(1)化学反应脱水，其一为Meiek法。采用生石灰、氯化钙为脱水剂，每公斤乙醇加0.55公斤氯化钙，经6小时或加压反应让脱水剂吸掉乙醇的水，再精馏而制得。此法乙醇损耗较大。过去我国湖南、山东一些小型厂用此法。其二为Hiag法，利用醋酸钾与醋酸钠混合液具有脱水性的特点，在脱水精馏塔中逆向交换吸收脱水，可制得99.8％无水乙醇，此法能耗较大。

(2)分子筛脱水：用A3型分子筛将96％的乙醇通过后，分子筛可把乙醇中的水份吸附，从而使乙醇的纯度得到提高。传统的分子筛脱水工艺存在者能耗较大及能量回收利用率较低的问题。

(3)、三元共沸物蒸馏脱水(称Melle法)是大规模生产无水乙醇的通用方法。一般用苯或环己烷作脱带剂，乙醇与水中加入第三种组份一苯，构成三元共沸物，其沸点比三种组分的沸点都低，当在苯脱水塔加热至64～85℃时，逐步蒸馏出带了水的苯、乙醇液，塔底得到的便是无水乙醇，纯度可达99.8～99.95％；塔顶蒸汽经苯塔回收苯，循环再作脱带剂。若用于医药、化妆品、香精等的无水乙醇时，因苯有毒，则改用环己烷、乙二醇醋酸钾为脱带剂。此方法在使用苯做脱带剂时易造成环境污染。

(4)、萃取蒸馏

常用萃取剂有甘油、乙二醇、醋酸钾乙一醇等。在蒸馏塔中乙醇汽向上升，而溶剂向下降的逆流萃取，溶剂把乙醇汽中的水份带走，无水乙醇在塔顶退出，塔底排出的为带有水份的溶剂，溶剂再生后可复用。但溶剂再生耗能较多。

发明内容

本发明的目的是提供一种环保高效、能耗较低的燃料乙醇脱水装置及其生产工艺。

为实现上述发明目的，本发明的燃料乙醇脱水装置它包括上下串联设置的精馏塔和汽提塔、并联设置的第一分子筛和第二分子筛、过热器、产品冷却器、进料预热器、进料泵、废水泵和真空泵，其中第一分子筛和第二分子筛顶部通过并联设置的分别顺次串联的第一入口阀和第二入口阀以及第一再生出口阀和第二再生出口阀连通，第一分子筛和第二分子筛底部通过并联设置的分别顺次串联的第一出口阀和第二出口阀以及第一再生入口阀和第二再生入口阀连通，精馏塔顶部经管道通过过热器管侧连接在第一入口阀和第二入口阀之间，真空泵的入口通过管道连接在第一再生出口阀和第二再生出口阀之间，汽提塔塔釜与外界蒸汽相通，外界酒精入口通过管道经进料泵通过进料预热器壳侧连通精馏塔上部进料层，进料预热器管侧的一端经过出口阀连接在第一出口阀和第二出口阀之间，另一端通过管道经产品冷却器管侧连接成品酒精出口，汽提塔底部通过管道经废水泵连通外界废水系统。

这样通过设置进料预热器，既提高了进料酒精的温度，又使成品燃料酒精的温度得到初步的降低，节约了加热和降温的能量，降低了系统的能耗。

作为一种优化方式，它还设有淡酒罐、再生冷凝器、淡酒泵和再生调节器，其中再生冷凝器的管侧一端通过管道连接在第一再生出口阀和第二再生出口阀之间，另一端通过管道连接在淡酒罐顶部，淡酒罐底部通过管道经淡酒泵与精馏塔釜连通，再生调节器的一端通过管道连接在第一再生入口阀和第二再生入口阀之间，另一端经过再生反吹阀连接在出口阀前。这样可以提高分子筛的再上效率，同时回收了所吸附的酒精，进一步降低了酒精的损耗。

作为进一步的优化方式，它还设有淡酒预热器，其管侧分别与淡酒泵和精馏塔釜连通，其壳侧分别与所述废水泵出口和外界废水系统连通。这样可以回收利用废水中的余热，进一步降低系统能耗。

所述的第一入口阀、第二入口阀、第一再生出口阀、第二再生出口阀、第一出口阀、第二出口阀、第一再生入口阀、第二再生入口阀、出口阀和再生反吹阀均为电动阀，它还设有自动控制上述各阀定时自动开关的自动控制系统。

本发明的生产工艺为：

来自外界的原料酒精经进料泵抽吸经过进料预热器壳侧预热后送至精馏塔顶进料层，蒸汽经汽提塔塔釜进入上升为精馏塔提供热量，使内部的酒精蒸发，精馏塔顶部出来的酒汽经过热器、第一入口阀进入第一分子筛，除去水分后，经第一出口阀、出口阀，依次通过进料预热器管侧、产品冷却器管侧将温度降至常温，得到成品酒精，排至外界成品罐；

当第一分子筛吸水饱和后，打开第二入口阀、第二出口阀，经过热器来的含水酒精蒸汽经过第二入口阀进入第二分子筛，除去水分后，经第二出口阀、出口阀，依次通过进料预热器管侧、产品冷却器管侧将温度降至常温，排至外界成品罐；

汽提塔塔底的废水由废水泵经热交换器换热后排出；

当切换至第二分子筛在线时，第一分子筛切出进行再生：关闭第一出口阀、第一再生入口阀、第一入口阀、第二再生出口阀，真空泵通过第一再生出口阀将第一分子筛内的水分吸出后离线备用；

当第二分子筛吸水饱和后，打开第一入口阀和第一出口阀，第一分子筛并入，并切出第二分子筛进行再生。

第一分子筛再生后期，部分开启再生反吹阀，打开第一再生入口阀，并保证此时第二再生入口阀处于关闭状态，产品无水乙醇经再生调节器、第一再生入口阀进入第一分子筛对其进行逆向冲洗，含有部分酒精的混合液体经第一再生出口阀、再生汽冷凝器管侧被吸至淡酒罐内，其罐内部的淡酒再经淡酒泵输送返回精馏塔；

第二分子筛再生后期，部分开启再生反吹阀，打开第二再生入口阀，并保证此时第一再生入口阀处于关闭状态，产品无水乙醇经再生调节器、第二再生入口阀进入第二分子筛对其进行逆向冲洗，含有部分酒精的混合液体经第二再生出口阀、再生汽冷凝器管侧被吸至淡酒罐内，其罐内部的淡酒再经淡酒泵输送返回精馏塔。

淡酒罐内部的淡酒经淡酒泵输送，通过淡酒预热器的管侧返回精馏塔内，汽提塔底的废水经废水泵通过淡酒预热器壳侧排至外界废水系统。

所述的进料预热器和淡酒预热器中的操作压力为2～4大气压，温度为100～400℃。

所述的第一分子筛和第二分子筛内的吸附压力为3～4大气压，温度为200～400℃。这样的操作参数下，能量的回收利用可达最大最优化。

本发明的优点是：克服了现有技术能耗大的缺点，生产时能量消耗小，热量的回收利用率高，生产过程无污染，整体效率高。

附图说明

附图1为本发明的工艺流程原理图；

1、产品冷却器，2、汽提塔，3、精馏塔，4、过热器，5A、第一分子筛5A，5B、第二分子筛，6、再生冷凝器，7、淡酒罐，8、淡酒泵，9、真空泵，10、再生调节器，11、废水泵，121、进料预热器，122、淡酒预热器，13、中间罐，14、成品泵，15、进料泵，16、第一再生出口阀，17、第二再生出口阀，18、第一入口阀，19、第二入口阀，20、第一出口阀，21、第二出口阀，22、第一再生入口阀，23、第二再生入口阀，24、出口阀，25、再生反吹阀。

具体实施方式

实施例：如图1所示，年产5万吨的燃料乙醇脱水装置，它包括上下串联设置的精馏塔3和汽提塔2、并联设置的第一分子筛5A和第二分子筛5B、过热器4、产品冷却器1、进料预热器121、进料泵15、淡酒罐7、再生冷凝器6、淡酒泵8、再生调节器废水泵11、淡酒预热器122、中间罐13、成品泵14和真空泵9，其中第一分子筛5A和第二分子筛5B顶部通过并联设置的分别顺次串联的第一入口阀18和第二入口阀19以及第一再生出口阀16和第二再生出口阀17连通，第一分子筛5A和第二分子筛5B底部通过并联设置的分别顺次串联的第一出口阀20和第二出口阀21以及第一再生入口阀22和第二再生入口阀23连通，精馏塔3顶部经管道通过过热器4管侧连接在第一入口阀18和第二入口阀19之间，再生冷凝器6的管侧一端通过管道连接在第一再生出口阀16和第二再生出口阀17之间，另一端通过管道连接在淡酒罐7顶部，淡酒罐7底部通过管道经淡酒泵8和淡酒预热器122管侧与精馏塔3塔釜连通，再生调节器10的一端通过管道连接在第一再生出口阀22和第二再生出口阀23之间，另一端经过再生反吹阀25连接在出口阀24前；真空泵9的入口通过管道连接在淡酒罐7顶部，汽提塔2塔釜与外界蒸汽相通，外界酒精入口通过管道经进料泵15通过进料预热器121壳侧连通精馏塔3上部进料层，进料预热器121管侧的一端经过出口阀24连接在第一出口阀20和第二出口阀21之间，另一端通过管道经产品冷却器1管侧连接，二者的管侧分别连接中间罐13的顶部，中间罐13的底部连接成品泵14入口，成品泵14出口连接外界成品酒精库，汽提塔2底部通过管道经废水泵11和淡酒预热器122壳侧连通外界废水系统。

所述的第一入口阀18、第二入口阀19、第一再生出口阀16、第二再生出口阀17、第一出口阀20、第二出口阀21、第一再生入口阀22、第二再生入口阀23、出口阀24和再生反吹阀25均为电动阀，它还设有自动控制上述各阀定时自动开关的自动控制系统。

来自外界的96％(v/v)酒精经进料泵15抽吸经过进料预热器121壳侧预热后送至精馏塔3顶进料层，蒸汽经汽提塔2塔釜进入上升为精馏塔3提供热量，使内部的酒精蒸发，精馏塔3顶部出来的酒汽经过热器4、第一入口阀18进入第一分子筛5A，除去水分后，经第一出口阀20、出口阀24，依次通过进料预热器121管侧、产品冷却器1管侧将温度降至常温，得到成品酒精，由中间罐13临时储存，通过成品泵14排至外界成品罐；

当第一分子筛5A吸水饱和后，打开第二入口阀19、第二出口阀21，经过热器4来的含水酒精蒸汽经过第二入口阀19进入第二分子筛5B，除去水分后，经第二出口阀21、出口阀24，依次通过进料预热器121管侧、产品冷却器1管侧将温度降至常温，由中间罐13临时储存，通过成品泵14排至外界成品罐；

汽提塔2塔底的废水由废水泵经淡酒预热器122壳侧换热后排出；

当切换至第二分子筛5B在线时，第一分子筛5A切出进行再生：关闭第一出口阀20、第一再生入口阀22、第一入口阀18、第二再生出口阀17，真空泵9通过第一再生出口阀16将第一分子筛内的水分吸出后离线备用；

当第二分子筛5B吸水饱和后，打开第一入口阀18和第一出口阀20，第一分子筛5A并入，并切出第二分子筛5B进行再生。

第一分子筛5A再生后期，部分开启再生反吹阀25，打开第一再生入口阀22，并保证此时第二再生入口阀23处于关闭状态，产品无水乙醇经再生调节器10、第一再生入口阀20进入第一分子筛5A对其进行逆向冲洗，含有部分酒精的混合液体经第一再生出口阀16、再生汽冷凝器6管侧被吸至淡酒罐7内，淡酒罐7内部的淡酒经淡酒泵8输送，通过淡酒预热器122的管侧返回精馏塔3内，汽提塔2底的废水经废水泵11通过淡酒预热器122壳侧排至外界废水系统。

第二分子筛5B再生后期，部分开启再生反吹阀25，打开第二再生入口阀23，并保证此时第一再生入口阀22处于关闭状态，产品无水乙醇经再生调节器10、第二再生入口阀23进入第二分子筛5B对其进行逆向冲洗，含有部分酒精的混合液体经第二再生出口阀17、再生汽冷凝器6管侧被吸至淡酒罐7内，淡酒罐7内部的淡酒经淡酒泵8输送，通过淡酒预热器122的管侧返回精馏塔3内。

所述的进料预热器121和淡酒预热器12中的操作压力为2～4大气压，温度为100～400℃。

所述的第一分子筛5A和第二分子筛5B内的吸附压力为3～4大气压，温度为200～400℃。这样的操作参数下，吨燃料乙醇的能耗为0.8吨蒸汽。

Claims (9)

1、一种燃料乙醇脱水装置，它包括上下串联设置的精馏塔(3)和汽提塔(2)、并联设置的第一分子筛(5A)和第二分子筛(5B)、过热器(4)、产品冷却器(1)、进料泵(15)、废水泵(11)和真空泵(9)，其中第一分子筛(5A)和第二分子筛(5B)顶部通过并联设置的分别顺次串联的第一入口阀(18)和第二入口阀(19)以及第一再生出口阀(16)和第二再生出口阀(17)相连通，第一分子筛(5A)和第二分子筛(5B)底部通过并联设置的分别顺次串联的第一出口阀(20)和第二出口阀(21)以及第一再生入口阀(22)和第二再生入口阀(23)连通，精馏塔(3)顶部经管道通过过热器(4)管侧连接在第一入口阀(18)和第二入口阀(19)之间，真空泵(9)的入口通过管道连接在第一再生出口阀(16)和第二再生出口阀(17)之间，汽提塔(2)塔釜与外界蒸汽相通，外界酒精入口通过管道经进料泵(15)连通精馏塔(3)上部进料层，产品冷却器(1)管侧一端通过管道经出口阀(24)连接在第一出口阀(20)和第二出口阀(21)之间，另一端通过管道连接成品酒精出口，汽提塔(2)底部通过管道经废水泵(11)连通外界废水系统，其特征在于：它还设有进料预热器(121)，其壳侧分别连通所述精馏塔(3)上部进料层和所述进料泵(15)出口，其管侧分别连通所述产品冷却器(1)管侧和出口阀(24)。

2、根据权利要求1所述的燃料乙醇脱水装置，其特征在于：它还设有淡酒罐(7)、再生冷凝器(6)、淡酒泵(8)和再生调节器(10)，其中再生冷凝器(6)的管侧一端通过管道连接在第一再生出口阀(16)和第二再生出口阀(17)之间，另一端通过管道连接在淡酒罐(7)顶部，淡酒罐(7)底部通过管道经淡酒泵(8)与精馏塔(3)塔釜连通，再生调节器(10)的一端通过管道连接在第一再生入口阀(22)和第二再生入口阀(23)之间，另一端经过再生反吹阀(25)连接在出口阀(24)前。

3、根据权利要求2所述的燃料乙醇脱水装置，其特征在于：它还设有淡酒预热器(122)，其管侧分别与淡酒泵(8)出口和精馏塔(3)塔釜连通，其壳侧分别与所述废水泵(11)出口和外界废水系统连通。

4、根据权利要求1、2或3所述的燃料乙醇脱水装置，其特征在于：所述的第一入口阀(18)、第二入口阀(19)、第一再生出口阀(16)、第二再生出口阀(17)、第一出口阀(20)、第二出口阀(21)、第一再生入口阀(22)、第二再生入口阀(23)、出口阀(24)和再生反吹阀(25)均为电动阀，它还设有自动控制上述各阀定时自动开关的自动控制系统。

5、一种如权利要求1所述的燃料乙醇脱水装置的生产工艺，其特征在于：来自外界的原料酒精经进料泵(15)抽吸经过进料预热器(121)壳侧预热后送至精馏塔(3)顶进料层，蒸汽经汽提塔(2)塔釜进入上升为精馏塔(3)提供热量，使内部的酒精蒸发，精馏塔顶部出来的酒汽经过热器(4)、第一入口阀(18)进入第一分子筛(5A)，除去水分后，经第一出口阀(20)、出口阀(24)，依次通过进料预热器(121)管侧、产品冷却器(1)管侧将温度降至常温，得到成品酒精，排至外界成品罐；当第一分子筛(5A)吸水饱和后，打开第二入口阀(19)、第二出口阀(21)，经过热器(4)来的含水酒精蒸汽经过第二入口阀(19)进入第二分子筛5B)，除去水分后，经第二出口阀(21)、出口阀(24)，依次通过进料预热器(121)管侧、产品冷却器(1)管侧将温度降至常温，排至外界成品罐；

汽提塔(2)塔底的废水由废水泵(11)排出；

当切换至第二分子筛(5B)在线时，第一分子筛(5A)进行再生：关闭第一出口阀(20)、第一再生入口阀(22)、第一入口阀(18)、第二再生出口阀(17)，真空泵(9)通过第一再生出口阀(16)将第一分子筛(5A)内的水分吸出后离线备用；

当第二分子筛(5B)吸水饱和后，打开第一入口阀(18)和第一出口阀(20)，第一分子筛(5A)并入，并切出第二分子筛(5B)进行再生。

6、根据权利要求5所述的燃料乙醇脱水装置的生产工艺，其特征在于：第一分子筛(5A)再生后期，部分开启再生反吹阀(25)，打开第一再生入口阀(22)，并保证此时第二再生入口阀(23)处于关闭状态，产品无水乙醇经再生调节器(10)、第一再生入口阀(22)进入第一分子筛(5A)对其进行逆向冲洗，含有部分酒精的混合液体经第一再生出口阀(16)、再生汽冷凝器(6)管侧被吸至淡酒罐(7)内，其罐内部的淡酒再经淡酒泵(8)输送返回精馏塔(3)；

第二分子筛(5B)再生后期，部分开启再生反吹阀(25)，打开第二再生入口阀(23)，并保证此时第一再生入口阀(22)处于关闭状态，产品无水乙醇经再生调节器(10)、第二再生入口阀(23)进入第二分子筛(5B)对其进行逆向冲洗，含有部分酒精的混合液体经第二再生出口阀(17)、再生汽冷凝器(6)管侧被吸至淡酒罐(7)内，其罐内部的淡酒再经淡酒泵(8)输送返回精馏塔(3)。

7、根据权利要求6所述的燃料乙醇脱水装置的生产工艺，其特征在于：淡酒罐(7)内部的淡酒经淡酒泵(8)输送，通过淡酒预热器(122)的管侧返回精馏塔(3)内，汽提塔2底的废水经废水泵11通过淡酒预热器(122)壳侧排至外界废水系统。

8、根据权利要求7所述的燃料乙醇脱水装置的生产工艺，其特征在于：所述的进料预热器(121)、淡酒预热器(122)中的压力为2～4大气压，温度为100～400℃。

9、根据权利要求7所述的燃料乙醇脱水装置的生产工艺，其特征在于：所述的第一分子筛(5A)和第二分子筛(5B)内的吸附压力为3～4大气压，温度为200～400℃。