CN101712592B - 一种利用低品位热源生产无水乙醇的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无水乙醇的生产方法，目的是提供一种利用低品质热源高效节能地生产无水乙醇的新工艺及装置。本发明采用的主要设备是常压精馏塔、回流罐、换热器、压缩式热泵和减压精馏塔等，将原料3～90％的料液经常压精馏塔增浓后再经减压精馏塔精馏，得到质量浓度大于99.5％的无水乙醇，在此过程中，充分利用两塔塔顶蒸气中的热量和塔底废热(低品质热量)作为再沸器热源并预热原料，减压精馏塔不需要额外添加热源，使得生产单位质量的无水乙醇所耗蒸汽量减少30～50％，且乙醇损失小于0.005～0.15％。本工艺具有能耗低，效率高，无污染等优点。
Description
发明领域
本发明涉及一种利用低品位热源高效节能地生产无水乙醇的新工艺。
背景技术
无水乙醇又称绝对乙醇，它是指含水量很少的乙醇，其相对密度0.7893(20℃)，熔点-117.3℃，沸点78.32℃，折射率1.3614，闪点14℃。无水乙醇广泛用于化学试剂、医学、农药、油漆、颜料、化妆品、香料、国防工业、电子工业、航天工业等许多行业，尤其在当前石油资源逐渐减少的情况下，人们已把无水乙醇加到汽油中，做成汽油醇，用作内燃机的燃料。由于乙醇燃烧不会产生有害气体，同时这种汽油醇不含铅，使用这种燃料会使城市空气污染大大改善。
无水乙醇在上世纪20年代就开始研制生产，最初是用CaO吸附水以制取无水乙醇，后来又应用CaCl2等盐类对乙醇、水汽液平衡影响，即所谓盐效应来制备无水乙醇。目前制备无水乙醇的方法主要有生石灰脱水法、萃取蒸馏法、减压蒸馏法、离子交换法(电渗析法)、恒沸精馏法、盐溶精馏法、无水硫酸钙法、作物吸附法、分子筛法以及膜分离法等。其中，较成熟的方法是恒沸精馏和萃取精馏，而作物吸附法、分子筛法和膜分离法作为新型的方法，具有良好的发展前景，已经在实践中得到了应用。由于乙醇与水存在着共沸点，采用普通精馏法无法得到浓度达到99％以上的无水乙醇。一般说来，将发酵液中的乙醇制成无水乙醇的能耗要占据整个无水乙醇生产过程中总能耗的50～80％。采用苯恒沸精馏法时，每生产80kg无水乙醇，消耗175kg蒸汽和370kg水，每生产一吨无水乙醇，附价值约2000元，大大失去与汽油的竞争能力。随着燃料乙醇计划的实施，如何高效节能地制备燃料乙醇已成为一个迫切需要的课题。因此，必须寻求新的生产工艺方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用低品质热源高效节能地生产无水乙醇的新工艺及装置。本发明采用双塔差压精馏，结合热泵技术，利用塔顶蒸气中的热量和塔底废热(低品质热量)作为再沸器热源并预热原料，从而实现节能降耗的目的。
本发明的目的可通过以下技术解决方案来实现：
一种利用低品位热源生产无水乙醇的工艺，它包括下列步骤：
步骤1.从储罐G-01将原料3～90％的乙醇料液用泵P-01输送到换热器H-03换热至30～50℃，加热介质为精馏塔T-02再沸器H-04排出液，然后将乙醇料液输送到换热器H-01与精馏塔T-01再沸器H-02排出液换热，进一步预热至60～80℃后，从精馏塔T-01的进料口进入塔内，进行增浓提纯；
步骤2.精馏塔T-01操作压力为1～1.2个大气压，回流比选择1～3.5，塔顶温度75～80℃，塔釜温度95～105℃，塔顶采出为质量浓度90～95％的乙醇水溶液；
步骤3.精馏塔T-01塔顶气相经压缩式热泵S-01压缩升温后进入精馏塔T-01再沸器H-02，冷凝放热作为再沸器H-02热源，冷凝液通过换热器H-01加热原料乙醇料液后，经节流阀J-01减压后进入回流罐V-01回流，当乙醇水溶液质量浓度达90～95％后采出并作为精馏塔T-02进料；
步骤4.精馏塔T-01釜液经管道15输送至精馏塔T-02再沸器H-04，作为其加热介质，同时，精馏塔T-01再沸器H-02加热蒸汽的冷凝液亦可作为精馏塔T-02再沸器H-04或原料料液预热的热源；
步骤5.精馏塔T-02塔顶气相经压缩式热泵S-02压缩升温后进入精馏塔T-02再沸器H-04，冷凝放热作为再沸器H-04热源，冷凝液通过换热器H-03加热原料液后，经节流阀J-02减压后进入回流罐V-02回流，当乙醇水溶液质量浓度达99.5％后采出；
步骤6.精馏塔T-02采取真空操作，操作压力3～13KPa，回流比选择0.5～5，塔顶温度10～35℃，塔釜温度30～55℃，塔顶采出为质量浓度大于99.5％的无水乙醇，塔釜残液中乙醇含量小于0.005～0.15％。
本发明对无水乙醇的生产过程进行了优化，精馏塔T-01通过热泵提取自身塔顶蒸气中的低品位热量补偿其再沸器H-02的加热蒸汽消耗，精馏塔T-02充分利用了精馏塔T-01废热及自身塔顶的低品位热量，使得整个流程消耗的热量大大降低，与以往的技术相比，本工艺具有能耗低，效率高，无污染等优点。
本发明工艺具有以下优点：(1)充分利用了精馏塔T-01、T-02塔顶蒸气中的热量和塔底废热(低品质热量)；(2)热泵技术的使用不但节省塔顶冷却水的用量，减少热量的散失，更降低了塔底加热蒸汽的消耗，达到节能的目的；(3)真空体系的应用使精馏塔T-02操作温度大大降低，为精馏塔T-01废热的利用提供了可能；(4)经核算，精馏塔T-02不需要额外添加热源，使得生产单位质量的无水乙醇所耗蒸汽量比现有减少30～50％，且乙醇损失小，无污染。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。其中：
G-01为原料料液储罐，T-01、T-02为精馏塔，J-01、J-02为节流阀，H-01、H-02、H-03、H-04为换热器，S-01、S-02为压缩式热泵，V-01、V-02为回流罐，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28为管道。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明。
实施例1：减压热泵精馏法生产100吨/年无水乙醇
无水乙醇的生产方法操作步骤如图1所示，主要由常压精馏塔、回流罐、换热器、压缩式热泵和减压精馏塔等组成，在各设备间设有阀门和对应管道。将原料90％的料液经换热器H-03预热至45℃，再通过换热器H-01加热至72℃后进入精馏塔T-01，精馏塔T-01塔高12米，塔径0.2米，采用规整填料，操作压力为常压，回流比为1.1，精馏塔T-01塔顶气相经压缩式热泵S-01压缩升温至103℃后进入精馏塔T-01再沸器H-02，冷凝放热作为再沸器H-02热源，冷凝液通过换热器H-01加热原料料液后，经节流阀J-01减压后进入回流罐V-01回流，塔顶采出的乙醇质量浓度为94.2％。精馏塔T-01釜液经管道15输送至精馏塔T-02再沸器H-04，作为其加热介质。同时，精馏塔T-01再沸器加热蒸汽的冷凝液亦作为精馏塔T-02再沸器热源。精馏塔T-02采用规整填料，塔高28米，塔径0.3米，操作压力为10.7KPa，回流比为1.5，塔顶温度33℃，塔釜温度48℃，塔顶气相经压缩式热泵S-02压缩升温至56℃后进入精馏塔T-02再沸器H-04，冷凝放热作为再沸器H-04热源，冷凝液通过换热器H-03加热原料料液后，经节流阀J-02减压后进入回流罐V-02回流，塔顶采出为12.5kg/hr质量浓度99.87％的无水乙醇，塔釜残液中乙醇含量小于0.01％。
实施例2：减压热泵精馏法生产1000吨/年无水乙醇
将原料15％的料液经换热器H-03预热至35℃，再通过换热器H-01加热至68℃后进入精馏塔T-01，精馏塔T-01塔高24米，塔径0.6米，采用规整填料，操作压力为常压，回流比为1.8，精馏塔T-01塔顶气相经压缩式热泵S-01压缩升温至103℃后进入精馏塔T-01再沸器H-02，冷凝放热作为再沸器H-02热源，冷凝液通过换热器H-01加热原料料液后，经节流阀J-01减压后进入回流罐V-01回流，塔顶采出的乙醇质量浓度为94.1％。精馏塔T-01釜液经管道15输送至精馏塔T-02再沸器H-04，作为其加热介质。同时，精馏塔T-01再沸器加热蒸汽的冷凝液亦作为精馏塔T-02再沸器热源。精馏塔T-02采用规整填料，塔高35米，塔径0.9米，操作压力为9.8KPa，回流比为1.6，塔顶温度29.2℃，塔釜温度47.3℃，塔顶气相经压缩式热泵S-02压缩升温至52℃后进入精馏塔T-02再沸器H-04，冷凝放热作为再沸器H-04热源，冷凝液通过换热器H-03加热原料料液后，经节流阀J-02减压后进入回流罐V-02回流，塔顶采出为127kg/hr质量浓度99.53％的无水乙醇，塔釜残液中乙醇含量小于0.012％。
实施例3：减压热泵精馏法生产10000吨/年无水乙醇
将原料3％的料液经换热器H-03预热至31℃，再通过换热器H-01加热至65℃后进入精馏塔T-01，精馏塔T-01塔高30米，塔径0.8/1.4米，采用规整填料，操作压力为常压，回流比为1.95，精馏塔T-01塔顶气相经压缩式热泵S-01压缩升温至102.5℃后进入精馏塔T-01再沸器H-02，冷凝放热作为再沸器H-02热源，冷凝液通过换热器H-01加热原料料液后，经节流阀J-01减压后进入回流罐V-01回流，塔顶采出的乙醇质量浓度为94.4％。精馏塔T-01釜液经管道15输送至精馏塔T-02再沸器H-04，作为其加热介质。同时，精馏塔T-01再沸器加热蒸汽的冷凝液亦作为精馏塔T-02再沸器热源。精馏塔T-02采用规整填料，塔高38米，塔径1.5米，操作压力为5KPa，回流比为1.2，塔顶温度17.5℃，塔釜温度35.5℃，塔顶气相经压缩式热泵S-02压缩升温至45℃后进入精馏塔T-02再沸器H-04，冷凝放热作为再沸器H-04热源，冷凝液通过换热器H-03加热原料料液后，经节流阀J-02减压后进入回流罐V-02回流，塔顶采出为1280kg/hr质量浓度99.91％的无水乙醇，塔釜残液中乙醇含量小于0.008％。
Claims (1)
1.一种利用低品质热源生产无水乙醇的工艺，其特征包括以下步骤：
步骤1. 从储罐（G-01）将3～90％酒精原料液用泵（P-01）输送到第二换热器（H-03）换热至30～50℃，加热介质为第二精馏塔（T-02）第二再沸器（H-04）排出液，然后将料液输送到第一换热器（H-01）与第一精馏塔（T-01）第一再沸器（H-02）排出液换热，进一步预热至60～80℃后，从第一精馏塔（T-01）的进料口进入塔内，进行增浓提纯；
步骤2. 第一精馏塔（T-01）操作压力1～1.2个大气压，回流比选择1～3.5，塔顶温度75～80℃，塔釜温度95～105℃，塔顶采出为质量浓度90～95％的乙醇水溶液；
步骤3. 第一精馏塔（T-01）塔顶气相经第一压缩式热泵（S-01）压缩升温后进入第一精馏塔（T-01）第一再沸器（H-02），冷凝放热作为第一再沸器（H-02）热源，冷凝液通过第一换热器（H-01）加热原料料液后，经第一节流阀（J-01）减压后进入第一回流罐（V-01）回流，当乙醇水溶液质量浓度达90～95％后采出并作为第二精馏塔（T-02）进料；
步骤4. 第一精馏塔（T-01）釜液经管道（15）输送至第二精馏塔（T-02）第二再沸器（H-04），作为其加热介质，同时，第一精馏塔（T-01）第一再沸器（H-02）加热蒸汽的冷凝液亦可作为第二精馏塔（T-02）第二再沸器（H-04）或原料料液预热的热源；
步骤5. 第二精馏塔（T-02）塔顶气相经第二压缩式热泵（S-02）压缩升温后进入第二精馏塔（T-02）第二再沸器（H-04），冷凝放热作为第二再沸器（H-04）热源，冷凝液通过第二换热器（H-03）加热原料料液后，经第二节流阀（J-02）减压后进入第二回流罐（V-02）回流，当乙醇水溶液质量浓度达99.5％采出；
步骤6. 第二精馏塔（T-02）采取真空操作，操作压力3～13KPa，回流比选择0.5～5，塔顶温度10～35℃，塔釜温度30～55℃，塔顶采出为质量浓度大于99.5％的无水乙醇，塔釜残液中乙醇含量小于0.005～0.15％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20131204 Termination date: 20171125 |