CN102126921A - 制共沸乙醇的三塔加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制共沸乙醇的三塔加热方法，主要解决现有技术中存在能耗高、塔内物料易结焦、堵塞塔板的问题。本发明通过采用包括以下步骤：a)发酵醪液进入粗馏塔上部，塔釜得到废醪液，塔顶得到粗酒；b)粗酒进入精塔I下部，塔釜得到物流10；塔顶得到共沸乙醇气，共沸乙醇气分为物流7和物流8；c)物流10进入精塔II下部，塔釜得到精塔废水；塔顶得到物流11；粗馏塔塔釜第一再沸器由来自分子筛脱水单元的无水乙醇气加热，粗馏塔塔釜第二再沸器由物流7加热，精塔I塔釜再沸器由物流11加热，精塔II塔釜再沸器由来自界外的一次蒸汽加热的技术方案较好地解决了该问题，可应用于三塔差压蒸馏制备共沸乙醇的工业生产中。

Description

制共沸乙醇的三塔加热方法

技术领域

本发明涉及一种制共沸乙醇的三塔加热方法。

背景技术

石油资源的日益短缺，自然环境恶化的亟待改善，燃料乙醇作为一种对环境污染小，可替代石油的能源受到各国的关注。燃料乙醇作为汽油的一种替代燃料，燃烧放出的能量是一定的，生产燃料乙醇的能耗必须远远小于燃烧放出的能量，否则燃料乙醇的推广使用就要受到制约，因此，燃料乙醇的生产节能问题越来越突出。然而生产燃料乙醇的能耗主要集中在蒸馏脱水工段，降低蒸馏脱水工段的能耗是关键。

文献CN101085717A公开了一种采用三塔热集成装置进行乙醇蒸馏的工艺方法：采用粗塔、低压共沸精馏塔、高压共沸精馏塔三塔工艺生产燃料乙醇和食用乙醇。此流程中从粗馏塔侧线以气相形式采出粗酒进入低压共沸精馏塔，由低压共沸精馏塔上部侧线采出一部分共沸酒精进入高压共沸精馏塔回流罐，与高压共沸精馏塔塔顶气相的凝液一起作为高压共沸精馏塔的回流液，低压共沸精馏塔塔釜物料进入高压共沸精馏塔的中部。压力较高的新鲜蒸汽给高压共沸精馏塔塔釜加热，高压共沸精馏塔的塔顶气给粗馏塔塔釜加热，新鲜蒸汽两效利用，仍然存在能耗高的问题。此外，虽然该文献在说明书中公开粗塔的操作压力为10～300kPa，低压共沸精馏塔的操作压力为10～280kPa，高压共沸精馏塔的操作压力为200～1200kPa。但是在实施例中，粗塔、低压共沸精馏塔和高压共沸精馏塔的操作压力分别为140kPa、110kPa和580kPa。由此可见，在该文献中三塔、特别是粗塔都是在加压下操作，而且粗塔操作压力高于低压共沸精馏塔的操作压力，粗塔操作压力高，塔内容易结焦，堵塞塔板，不利于装置的长周期稳定运转。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在能耗高、粗馏塔内物料易结焦、堵塞塔板的问题，提供一种新的制共沸乙醇的三塔加热方法。该方法具有能耗低，粗馏塔内温度低，塔板不易堵塞的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种制共沸乙醇的三塔加热方法，包括以下步骤：

a)发酵醪液进入粗馏塔的上部，经粗馏后，塔釜得到废醪液，塔顶得到粗酒；

b)粗酒进入精塔I的下部，经精馏后，塔釜得到物流10；塔顶得到共沸乙醇气，共沸乙醇气分为物流7和物流8，物流7经冷凝后，回流入精塔I上部；物流8进入分子筛脱水单元，脱水后得到共沸乙醇产品；

c)物流10进入精塔II的下部，经精馏后，塔釜得到精塔废水；塔顶得到物流11，物流11经冷凝后分为物流13和物流14，物流13进入精塔I的上部，物流14回流入精塔II上部；

其中，粗馏塔塔釜第一再沸器由来自分子筛脱水单元的无水乙醇气加热，粗馏塔塔釜第二再沸器由物流7加热，精塔I塔釜再沸器由物流11加热，精塔II塔釜再沸器由来自界外的一次蒸汽加热。

上述技术方案中，粗馏塔的操作条件优选范围为：塔板数优选范围为20～30，更优选范围为22～28；塔顶温度优选范围为50～70℃，更优选范围为53～65℃；塔釜温度优选范围为70～100℃，更优选范围为75～90℃；操作压力P优选范围为10kPa＜P＜101.3kPa，，更优选范围为10kPa＜P＜50kPa，或者50kPa＜P＜101.3kPa，最优选范围为20kPa＜P＜50kPa，或者50kPa＜P＜70kPa，特别优选范围为30kPa＜P＜50kPa，或者50kPa＜P＜60kPa；进料板位置优选方案为位于从上至下第2～10块塔板处。精塔I的操作条件优选范围为：塔板数优选范围为40～70，更优选范围为50～65；塔顶温度优选范围为75～100℃，更优选范围为80～90℃；塔釜温度优选范围为80～110℃，更优选范围为85～100℃；操作压力优选范围为50～500kPa，更优选范围为60～400kPa，最优选范围为100～200kPa；进料板位置位于从上至下第40～50块塔板处。精塔II的操作条件优选范围为：塔板数优选范围为50～80，更优选范围为65～75；塔顶温度优选范围为110～140℃，更优选范围为110～130℃；塔釜温度优选范围为120～160℃，更优选范围为125～145℃；操作压力优选范围为100～800kPa，更优选范围为200～700kPa，最优选范围为350～550kPa；进料板位置位于从上至下第55～65块塔板处。粗馏塔I、精塔II和精塔III的操作压力优选方案为压力依次增加。粗馏塔塔釜第一再沸器的操作条件：出口温度优选范围为70～100℃，更优选范围为80～90℃；压力优选范围为30～90kPa，更优选范围为40～80kPa。粗馏塔塔釜第二再沸器的操作条件：出口温度优选范围为70～100℃，更优选范围为80～90℃；压力优选范围为30～90kPa，更优选范围为40～80kPa。精塔I塔釜再沸器的操作条件：出口温度优选范围为80～110℃，更优选范围为90～100℃；压力优选范围为110～250kPa，更优选范围为110～200kPa。精塔II塔釜再沸器的操作条件：出口温度优选范围为125～175℃，更优选范围为135～155℃；压力优选范围为210～610kPa，更优选范围为410～580kPa。物流7与物流8的重量比优选范围为1/4～2∶1，更优选范围为1/3～1∶1；物流13和物流14的重量比优选范围为1/4～1∶1，更优选范围为1/3～1/2∶1。

本发明中，所述压力均为绝对压力。

本发明方法，采用压力依次递增和逐级加热的方式：即三塔中粗馏塔在负压下操作，精塔I在常压或加压下操作，精塔II在高压下操作，所以精塔II塔顶蒸汽温度较高，有利于给低压塔加热，因此仅需一次蒸汽给精塔II塔釜再沸器E104加热，然后精塔II塔顶的高度酒气(物流11)给精塔I塔釜再沸器E103加热，精塔I塔顶的共沸乙醇气(物流7)给粗馏塔塔釜第二再沸器E102加热，实现了新鲜蒸汽的三效利用。同时，来自分子筛脱水单元的无水乙醇气给粗馏塔塔釜第一再沸器E101加热，实现了分子筛脱水单元与精馏单元热能的综合利用。与现有技术相比，最高可节省能耗32.5％。此外，本发明方法中，只有粗馏塔I一个塔含醪，并且在负压下操作，塔中含醪部分温度低，可低至76℃，而现有技术中粗馏塔塔釜温度高至112℃，所以采用本发明方法可以避免物料结焦而堵塞塔板，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为文献CN101085717A的流程示意图。

图2为本发明流程示意图。

图1中，20为低压共沸精馏塔，21为粗馏塔，22为高压共沸精馏塔，23和24为换热器，25为发酵醪液，26为粗酒气，27为废醪液，28和29为共沸乙醇，30为淡酒液，31高度酒气，32为高压共沸精馏塔塔顶回流液，33和34为精塔废水，35为新鲜蒸汽，36为高压共沸精馏塔塔顶气凝液。

图2中，T101为粗馏塔，T102为精塔I，T103为精塔II，1为发酵醪液，2为粗酒，3为废醪液，4为来自分子筛脱水单元的无水乙醇气，6、7、8为共沸乙醇气，9为共沸乙醇液，10为淡酒液，11为高度酒气，12，13，14为高度酒，15为精塔II废水，16为新鲜蒸汽。

图1中，发酵醪液25进入粗馏塔21的上部，经精馏后，塔顶得到粗酒气26，塔釜得到废醪液27。粗酒26进入低压共沸精馏塔20的下部，精馏后，塔顶得到共沸乙醇28，塔釜得到淡酒液30。共沸乙醇28和高压共沸精馏塔塔顶气凝液36一起作为高压共沸精馏塔的塔顶回流液32。淡酒液30进入高压共沸精馏塔的中部，经精馏后，在高压共沸精馏塔的塔顶得到高度酒气31，在高压共沸精馏塔的塔釜得到精塔废水33。精塔废水33通过换热器23给低压共沸精馏塔加热，冷却后得到精塔废水34。流程中，高压共沸精馏塔塔顶酒气31给粗馏塔塔釜加热，粗馏塔塔顶粗酒气26进入低压共沸精馏塔的下部，直接给低压共沸精馏塔提供热量。其中，粗馏塔、低压共沸精馏塔和高压共沸精馏塔都为加压操作。

图2中，发酵醪液1进入粗馏塔(T101)的上部，经粗馏后，塔釜得到废醪液3，塔顶得到粗酒2。粗酒2进入精塔I(T102)的下部，经精馏后，塔釜得到物流10；塔顶得到共沸乙醇气6，共沸乙醇气6分为物流7和物流8，物流7经冷凝后，回流入精塔I上部；物流8进入分子筛脱水单元，脱水后得到共沸乙醇产品。物流10进入精塔II(T103)的下部，经精馏后，塔釜得到精塔废水15；塔顶得到物流11，物流11经冷凝后分为物流13和物流14，物流13进入精塔I的上部，物流14回流入精塔II上部。粗馏塔塔釜第一再沸器(E101)由来自分子筛脱水单元的无水乙醇气4加热，粗馏塔塔釜第二再沸器(E102)由物流7加热，精塔I塔釜再沸器(E103)由物流11加热，精塔II塔釜再沸器(E104)由来自界外的新鲜蒸汽16加热。其中，粗馏塔为负压操作，精塔I为低压操作，精塔II为高压操作。

下面通过实施例对本发明作进一步阐述。

具体实施方式

【比较例1】

采用图1所示流程，发酵醪液25进入粗馏塔21的上部，经精馏后，塔顶得到粗酒气26，塔釜得到废醪液27。粗酒26进入低压共沸精馏塔20的下部，精馏后，塔顶得到共沸乙醇28，塔釜得到淡酒液30。共沸乙醇28和高压共沸精馏塔塔顶气凝液36一起作为高压共沸精馏塔的塔顶回流液32。淡酒液30进入高压共沸精馏塔的中部，经精馏后，在高压共沸精馏塔的塔顶得到高度酒气31，在高压共沸精馏塔的塔釜得到精塔废水33。精塔废水33通过换热器23给低压共沸精馏塔加热，冷却后得到精塔废水34。流程中，高压共沸精馏塔塔顶酒气31给粗馏塔塔釜加热，粗馏塔塔顶粗酒气26进入低压共沸精馏塔的下部，直接给低压共沸精馏塔提供热量。

粗馏塔塔板数为26，进料位置为从上至下第2块塔板，塔顶操作压力140kPa，塔顶操作温度101℃，塔釜操作温度112℃。

低压共沸精馏塔塔板数为50，进料位置为从上至下第48块塔板，塔顶操作压力110kPa，塔顶操作温度77℃，塔釜操作温度94℃。

高压共沸精馏塔塔板数为68，进料位置为从上至下第35块塔板，塔顶操作压力580kPa，塔顶操作温度128℃，塔釜操作温度158℃。

粗馏塔内出现堵塞塔板现象。蒸汽消耗量为1.6吨蒸汽/吨共沸乙醇产品。

【实施例1】

采用图2所示流程，乙醇含量为9重量％的发酵醪液1进入粗馏塔(T101)的上部，经粗馏后，塔釜得到乙醇含量小于0.005重量％的废醪液3，塔顶得到乙醇含量为48重量％的粗酒2。粗酒2进入精塔I(T102)的下部，经精馏后，塔釜得到乙醇含量为40重量％的淡酒液(物流10)；塔顶得到共沸乙醇气6，共沸乙醇气6分为物流7和物流8(物流7和物流8的重量比为3∶5)，物流7经冷凝后，回流入精塔I上部；物流8进入分子筛脱水单元，脱水后得到共沸乙醇产品。淡酒液(物流10)进入精塔II(T103)的下部，经精馏后，塔釜得到精塔废水15；塔顶得到乙醇含量接近共沸组成的高度酒气(物流11)，物流11经冷凝后为高度酒12，高度酒12分为物流13和物流14(物流13和物流14的重量比为2∶5)，物流13进入精塔I的上部，物流14回流入精塔II上部。粗馏塔塔釜第一再沸器(E101)由来自分子筛脱水单元的无水乙醇气4加热，粗馏塔塔釜第二再沸器(E102)由物流7加热，精塔I塔釜再沸器(E103)由物流11加热，精塔II塔釜再沸器(E104)由来自界外的一次蒸汽16加热。

粗馏塔塔板数为26，进料位置为从上至下第2块塔板，操作压力为40kPa，塔顶温度为60℃，塔釜温度为81℃。精塔I塔板数为50，进料位置为从上至下第48块塔板，操作压力为130kPa，塔顶温度为85℃，塔釜温度为92℃。精塔II塔板数为68块塔板，进料位置为从上至下第60块塔板，操作压力为500kPa，塔顶温度为125℃，塔釜温度为153℃。粗馏塔塔釜第一再沸器(E101)出口温度为82.1℃，压力为52kPa。粗馏塔塔釜第二再沸器(E102)出口温度为82.1℃，压力为52kPa。精塔I塔釜再沸器(E103)出口温度为92.5，压力为141kPa。精塔II塔釜再沸器(E104)出口温度为154℃，压力为511kPa。蒸汽消耗量为1.2吨蒸汽/吨共沸乙醇产品，每吨共沸乙醇产品与【比较例1】相比可节省25％的能耗。

【实施例2～4】

采用图2所示流程，只是改变各塔的操作条件。具体的操作条件及蒸汽消耗量见表1。

表1

*粗馏塔塔釜第一再沸器和第二再沸器的操作条件相同。

Claims (8)

1.一种制共沸乙醇的三塔加热方法，包括以下步骤：

a)发酵醪液进入粗馏塔的上部，经粗馏后，塔釜得到废醪液，塔顶得到粗酒；

b)粗酒进入精塔I的下部，经精馏后，塔釜得到物流10；塔顶得到共沸乙醇气，共沸乙醇气分为物流7和物流8，物流7经冷凝后，回流入精塔I上部；物流8进入分子筛脱水单元，脱水后得到共沸乙醇产品；

c)物流10进入精塔II的下部，经精馏后，塔釜得到精塔废水；塔顶得到物流11，物流11经冷凝后分为物流13和物流14，物流13进入精塔I的上部，物流14回流入精塔II上部；

其中，粗馏塔塔釜第一再沸器由来自分子筛脱水单元的无水乙醇气加热，粗馏塔塔釜第二再沸器由物流7加热，精塔I塔釜再沸器由物流11加热，精塔II塔釜再沸器由来自界外的一次蒸汽加热。

2.根据权利要求1所述制共沸乙醇的三塔加热方法，其特征在于粗馏塔的操作条件：塔板数为20～30，塔顶温度为50～70℃，塔釜温度为70～100℃，操作压力P为10kPa＜P＜101.3kPa，进料板位置位于从上至下第2～10块塔板处；

精塔I的操作条件：塔板数为40～70，塔顶温度为75～100℃，塔釜温度为80～110℃，操作压力为50～500kPa，进料板位置位于从上至下第40～50块塔板处；

精塔II的操作条件：塔板数为50～80，塔顶温度为100～140℃，塔釜温度为120～160℃；操作压力为100～800kPa，进料板位置位于从上至下第55～65块塔板处；

粗馏塔塔釜第一再沸器的操作条件：出口温度为70～100℃，压力为30～90kPa；

粗馏塔塔釜第二再沸器的操作条件：出口温度为70～100℃，压力为30～90kPa；

精塔I塔釜再沸器的操作条件：出口温度为80～110℃，压力为110～250kPa；

精塔II塔釜再沸器的操作条件：出口温度为125～175℃，压力为210～610kPa。

3.根据权利要求2所述制共沸乙醇的三塔加热方法，其特征在于粗馏塔的操作条件：塔板数为22～28，塔顶温度为53～65℃，塔釜温度为75～90℃，操作压力P为10kPa＜P＜50kPa，或者50kPa＜P＜101.3kPa；

精塔I的操作条件：塔板数为50～65，塔顶温度为80～90℃，塔釜温度为85～100℃，操作压力为60～400kPa；

精塔II的操作条件：塔板数为65～75，塔顶温度为110～130℃，塔釜温度为125～145℃；操作压力为200～700kPa；

粗馏塔塔釜第一再沸器的操作条件：出口温度为80～90℃，压力为40～80kPa；

粗馏塔塔釜第二再沸器的操作条件：出口温度为80～90℃，压力为40～80kPa；

精塔I塔釜再沸器的操作条件：出口温度为90～100℃，压力为110～200kPa；

精塔II塔釜再沸器的操作条件：出口温度为135～155℃，压力为410～580kPa。

4.根据权利要求3所述制共沸乙醇的三塔加热方法，其特征在于粗馏塔的操作压力P为20kPa＜P＜50kPa，或者50kPa＜P＜70kPa；精塔I的操作压力为100～200kPa；精塔II的操作压力为350～550kPa。

5.根据权利要求4所述制共沸乙醇的三塔加热方法，其特征在于粗馏塔的操作压力P为30kPa＜P＜50kPa，或者50kPa＜P＜60kPa。

6.根据权利要求1所述制共沸乙醇的三塔加热方法，其特征在于粗馏塔、精塔I和精塔II的操作压力依次增加。

7.根据权利要求1所述制共沸乙醇的三塔加热方法，其特征在于物流7与物流8的重量比为1/4～2∶1，物流13和物流14的重量比为1/4～1∶1。

8.根据权利要求7所述制共沸乙醇的三塔加热方法，其特征在于物流7与物流8的重量比为1/3～1∶1，物流13和物流14的重量比为1/3～1/2∶1。

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