CN102992954A - 一种高收率制备无水乙醇的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高收率制备无水乙醇的工艺，包括如下步骤：A．将乙醇水溶液饱和蒸汽形成乙醇水过热蒸汽；B．将乙醇水过热蒸汽送入乙醇脱水塔吸附脱水，在任意一个乙醇脱水塔中的水浓度饱和前，停止向乙醇脱水塔中送入乙醇水过热蒸汽；C．将乙醇脱水塔与逆放缓冲罐均压，将逆放缓冲罐中的乙醇溶液蒸汽冷却至液态后送入精馏塔；D．抽真空，保持乙醇脱水塔内的真空度为-0.091Mpa~-0.094Mpa，完成分子筛的再生；E．将精馏塔中精馏后的乙醇水饱和蒸汽加热形成乙醇水过热蒸汽后送入乙醇脱水塔。本发明的优点在于，充分利用乙醇溶液、无水乙醇收率高、能耗低、成本低。

Description

一种高收率制备无水乙醇的工艺

技术领域                         

本发明涉及一种无水乙醇的制造工艺，具体涉及一种高收率制备无水乙醇的工艺。

背景技术

无水乙醇是重要的有机溶剂，广泛用于医药、涂料、卫生用品、化妆品、油脂等各个方面。同时，无水乙醇还是重要的基本化工原料，用于制造乙醛、乙二烯、乙胺、乙酸乙酯、乙酸、氯乙烷等化学物质，并衍生出医药、染料、涂料、香料、合成橡胶、洗涤剂、农药等产品的许多中间体，其制品多达300种以上。

由于无水乙醇应用广泛，需求量大，如何实现以较高的收率获得无水乙醇成为本领域研究的热点问题。

传统的无水乙醇制造方法有共沸精馏法、萃取精馏法和膜分离法等，但是这些方法都会不可避免地带入部分杂质，且投资大、能耗高。

随着高分子技术的发展，分子筛逐渐以其对高极性分子具有很强的亲和力，尤其是对水，在低分压、低浓度或者高温等十分苛刻的情况下也能保持极高的吸附率的特性，越来越广泛的应用于无水酒精的制造中。

分子筛在含水量达到饱和后会失去吸附能力，此时，乙醇脱水塔内的乙醇溶液蒸汽将无法再进行脱水。在传统的分子筛吸附脱水工艺中，通常将乙醇脱水塔内残留的乙醇溶液蒸汽冷却后直接排除，这导致乙醇溶液无法得到充分利用，降低了无水乙醇的收率。

另外，传统的分子筛吸附脱水工艺，包括低温吸附和高温再生两个主要步骤，再生温度比吸附温度高10℃~50℃，主要采用抽真空和冲洗配合的方式使分子筛再生。冲洗即是将无水乙醇产品蒸汽加热至比分子筛的温度高10℃~50℃，然后对乙醇脱水塔中的分子筛进行冲洗，促使水与分子筛脱离，最后再对乙醇脱水塔进行抽真空再生，真空度通常为-0.08Mpa~-0.09Mpa，达到降低分子筛的残余水量的目的。这种方式的缺点在于，需要使用得到的无水乙醇产品对分子筛进行冲洗，冲洗完成后，无水乙醇产品会被稀释成低浓度乙醇溶液，导致无水乙醇的收率大大降低，现有的分子筛吸附法的收率在60%~65%之间；需要对无水乙醇产品蒸汽加热至比分子筛的温度高10℃~50℃，能量消耗大，提高了无水乙醇制造的成本。

发明内容

本发明的目的即在于克服现有的针对乙醇溶液的分子筛吸附脱水工艺无法充分利用乙醇溶液、无水乙醇收率低、能耗大、成本高的不足，提供一种高收率制备无水乙醇的工艺。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高收率制备无水乙醇的工艺，包括如下步骤：

A．将乙醇水饱和蒸汽加热形成乙醇水过热蒸汽；

B．将乙醇水过热蒸汽送入乙醇脱水塔吸附脱水，得到无水乙醇蒸汽，在任意一个乙醇脱水塔中的水浓度饱和前，停止向乙醇脱水塔中送入乙醇水过热蒸汽，乙醇脱水塔的数量可以根据实际情况进行设定；

C．将乙醇脱水塔与逆放缓冲罐均压，乙醇脱水塔中的低浓度乙醇溶液蒸汽流入逆放缓冲罐中，将流入逆放缓冲罐中的低浓度乙醇溶液蒸汽冷却至液态后送入精馏塔；

D．采用抽真空装置对乙醇脱水塔抽真空，保持乙醇脱水塔内的真空度为-0.091Mpa~-0.094Mpa，完成分子筛的再生；

E．将精馏塔中精馏后得到的乙醇水饱和蒸汽加热形成乙醇水过热蒸汽后送入乙醇脱水塔吸附脱水。

优选的，在所述的步骤C之后，所述的步骤D之前还包括释放乙醇脱水塔内分子筛吸附的水分的步骤。

优选的，所述的步骤A中，乙醇水饱和蒸汽的质量浓度为90~99%。

优选的，所述的步骤B中，乙醇脱水塔内压力为0.1~2.5Mpa。

优选的，所述的步骤B中，得到无水乙醇蒸汽经换热至常温液态，得到无水乙醇产品。

优选的，所述的步骤C中，乙醇脱水塔与逆放缓冲罐均压前，逆放缓冲罐中压力为-0.02~0.05MPa。

优选的，所述的步骤C中，采用设置于逆放缓冲罐中的换热管将逆放缓冲罐中的乙醇溶液蒸汽冷却至液态。

优选的，使用逆放缓冲罐中液态的乙醇溶液与无水乙醇蒸汽换热，得到无水乙醇产品。

优选的，所述的步骤D中，保持乙醇脱水塔内的真空度为-0.093Mpa。

优选的，所述的步骤A中，乙醇水过热蒸汽的温度为115℃~135℃，所述的步骤E中，乙醇水过热蒸汽的温度为115℃~135℃。

乙醇脱水塔与逆放缓冲罐均压表示乙醇脱水塔与逆放缓冲罐连通，打开乙醇脱水塔与逆放缓冲罐上的阀门，由于乙醇脱水塔内的压力大于逆放缓冲罐内的压力，乙醇脱水塔中的乙醇溶液蒸汽会自动流入逆放缓冲罐内，实现乙醇脱水塔与逆放缓冲罐内部的压力均衡。

申请人通过研究发现，在乙醇脱水塔内真空度为-0.091Mpa~-0.094Mpa的条件下进行分子筛再生，不需要加热，不需要冲洗，分子筛也能取得很好的再生效果，在相同的再生时间下，分子筛的残余水量比传统工艺下降了40%~70%。

申请人通过研究还发现，将乙醇脱水塔内真空度设定为-0.091Mpa~-0.094Mpa，能够取得成本与收益上的平衡。从理论上讲，相对真空的压力为-0.1Mpa，相当于绝对压力为0，这在实际中是不可能达到的。要将真空度保持在高于-0.094Mpa，需要采用尺寸更精确、材料性能更优异的零部件，于是生产成本就大幅度提高了，而且成本的增幅远远大于真空度指标的增幅和因无水乙醇收率提高降低的成本。在能够在-0.091Mpa~-0.094Mpa的条件下通过抽真空实现分子筛的完全再生的情况下，无需进一步提高真空度。

本发明的优点和有益效果在于：

1．可以在吸附过程停止后，将残余在乙醇脱水塔内的乙醇溶液蒸汽通过逆放缓冲罐回收，然后送入精馏塔精馏后再作为原料进行无水乙醇的制备，最大程度上实现了乙醇溶液的充分利用，提高了无水乙醇的收率，降低了生产成本；

2．采用逆放缓冲罐中的液态乙醇溶液对无水乙醇蒸汽进行换热，不但能将无水乙醇蒸汽冷却成液态成品，也能提高来自逆放缓冲罐的液态乙醇溶液的温度，使其在精馏时无需再进行升温，实现了热能的充分利用；

3．不需要冲洗，仅采用抽真空方式对分子筛进行再生，即可使分子筛的残余水量比传统工艺能够达到的水平低40%~70%，取得了更好的再生效果，相比于传统工艺，节省了用于冲洗分子筛的无水乙醇产品，大大提高了无水乙醇的收率，使无水乙醇的收率能够达到75%~80%；

4．无需在分子筛再生时对分子筛进行加热，节省了能源；

5．省略了传统分子筛再生时用于将分子筛降温到吸附温度的冷吹步骤，节省了再生时间，提高了生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对描述本发明实施例中所需要用到的附图作作简单的说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据下面的附图，得到其它附图。

图1为实现本发明实施例1、实施例2和实施例3的无水乙醇制造装置的结构示意图；

图2为实现本发明实施例4的无水乙醇制造装置的结构示意图；

其中，附图标记对应的零部件名称如下：

1-乙醇脱水塔A，2-乙醇脱水塔B，3-真空缓冲罐，4-淡酒储罐，5-真空泵，61-换热器A，62-换热器B，63-换热器C，71-阀门A，72-阀门B，73-阀门C，74-阀门D，75-阀门E，76-阀门F，77-阀门G，78-阀门H，8-逆放缓冲罐，9-换热管，10-精馏塔，11-输送泵。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本发明保护的范围内。

下面的实施例，都需要配合无水乙醇制造装置进行。

实施例1：

如图1所示，一种高收率制备无水乙醇的工艺，包括如下步骤：

A．将质量浓度为92%的乙醇水饱和蒸汽通过换热器A61加热至115℃形成乙醇水过热蒸汽。

B．打开阀门A71和阀门E75，关闭阀门B72，将乙醇水过热蒸汽送入乙醇脱水塔A1内进行吸附脱水，乙醇脱水塔A1的压力为0.1Mpa，乙醇溶液蒸汽从乙醇脱水塔A1的顶部进入，穿过吸附床层后，水分被分子筛吸收，得到无水乙醇蒸汽。打开阀门E75，将无水乙醇蒸汽从乙醇脱水塔A1的底部放出，经过换热器B62换热至常温液态后储存，即得到无水乙醇产品，该无水乙醇产品的质量浓度大于99.85%。在乙醇脱水塔A1中的水浓度接近饱和前，停止向乙醇脱水塔A1中送入乙醇水过热蒸汽。

C．逆放缓冲罐8内压力保持-0.02MPa，关闭阀门A71和阀门E75，打开阀门B72和阀门G77，乙醇脱水塔A1的内部与逆放缓冲罐8的内部连通，由于逆放缓冲罐8内的压力小于乙醇脱水塔A1内的压力，乙醇脱水塔A1内的乙醇溶液蒸汽自动流入逆放缓冲罐8内，直至乙醇脱水塔A1和逆放缓冲罐8的内部压力相等。逆放缓冲罐8内设置有换热管9，乙醇溶液蒸汽通过换热管9冷却至液态，液态的乙醇溶液在输送泵11的作用下被送至精馏塔10中。

D．关闭阀门A71和阀门E75，打开阀门B72和阀门H78，使乙醇脱水塔A1中的水分逆向流出，释放分子筛吸附的水分。上述水分通过换热器C63换热至液态后进入真空缓冲罐3，随后排入淡酒储罐4储存。将乙醇脱水塔A1内的温度维持在120℃，采用真空泵5对乙醇脱水塔A1抽真空，抽真空时间为50s，使乙醇脱水塔A1内的真空度保持为-0.091Mpa，完成分子筛的再生，分子筛的残余水量比传统工艺降低了43%。在抽真空时，抽取的乙醇溶液蒸汽被换热器C63换热至液态后进入真空缓冲罐3，随后排入淡酒储罐4储存。

E．将精馏塔10中精馏后的乙醇水饱和蒸汽加热形成温度为120℃的乙醇水过热蒸汽后送入乙醇脱水塔A1和乙醇脱水塔B2中吸附脱水。

在本实施例中，乙醇脱水塔A1和乙醇脱水塔B2分别进行吸附和再生，当乙醇脱水塔A1在进行吸附时，乙醇脱水塔B2在进行再生；当乙醇脱水塔B2在进行吸附时，乙醇脱水塔A1在进行再生，保证装置的连续性。

乙醇脱水塔B2进行吸附和再生的过程与乙醇脱水塔A1相同，乙醇脱水塔B2通过阀门C73、阀门D74和阀门F76控制乙醇脱水塔B2与其它设备的通断。

在本实施例中，无水乙醇的收率为75%。

实施例2：

如图1所示，一种高收率制备无水乙醇的工艺，包括如下步骤：

A．将质量浓度为92%的乙醇水饱和蒸汽通过换热器A61加热至131℃形成乙醇水过热蒸汽。

B．打开阀门A71和阀门E75，关闭阀门B72，将乙醇水过热蒸汽送入乙醇脱水塔A1内进行吸附脱水，乙醇脱水塔A1的压力为0.1Mpa，乙醇溶液蒸汽从乙醇脱水塔A1的顶部进入，穿过吸附床层后，水分被分子筛吸收，得到无水乙醇蒸汽。打开阀门E75，将无水乙醇蒸汽从乙醇脱水塔A1的底部放出，经过换热器B62换热至常温液态后储存，即得到无水乙醇产品，该无水乙醇产品的质量浓度大于99.85%。在乙醇脱水塔A1中的水浓度接近饱和前，停止向乙醇脱水塔A1中送入乙醇水过热蒸汽。

C．逆放缓冲罐8内压力保持0.02MPa，关闭阀门A71和阀门E75，打开阀门B72和阀门G77，乙醇脱水塔A1的内部与逆放缓冲罐8的内部连通，由于逆放缓冲罐8内的压力小于乙醇脱水塔A1内的压力，乙醇脱水塔A1内的乙醇溶液蒸汽自动流入逆放缓冲罐8内，直至乙醇脱水塔A1和逆放缓冲罐8的内部压力相等。逆放缓冲罐8内设置有换热管9，乙醇溶液蒸汽通过换热管9冷却至液态，液态的乙醇溶液在输送泵11的作用下被送至精馏塔10中。

D．关闭阀门A71和阀门E75，打开阀门B72和阀门H78，使乙醇脱水塔A1中的水分逆向流出，释放分子筛吸附的水分。上述水分通过换热器C63换热至液态后进入真空缓冲罐3，随后排入淡酒储罐4储存。将乙醇脱水塔A1内的温度维持在131℃，采用真空泵5对乙醇脱水塔A1抽真空，抽真空时间为50s，使乙醇脱水塔A1和乙醇脱水塔B2内的真空度保持为-0.093Mpa，完成分子筛的再生，分子筛的残余水量比传统工艺降低了68%。在抽真空时，抽取的乙醇溶液蒸汽被换热器C63换热至液态后进入真空缓冲罐3，随后排入淡酒储罐4储存。

E．将精馏塔10中精馏后的乙醇水饱和蒸汽加热形成温度为131℃的乙醇水过热蒸汽后送入乙醇脱水塔A1和乙醇脱水塔B2中吸附脱水。

在本实施例中，乙醇脱水塔A1和乙醇脱水塔B2分别进行吸附和再生，当乙醇脱水塔A1在进行吸附时，乙醇脱水塔B2在进行再生；当乙醇脱水塔B2在进行吸附时，乙醇脱水塔A1在进行再生，保证装置的连续性。

乙醇脱水塔B2进行吸附和再生的过程与乙醇脱水塔A1相同，乙醇脱水塔B2通过阀门C73、阀门D74和阀门F76控制乙醇脱水塔B2与其它设备的通断。

在本实施例中，无水乙醇的收率为79%。

实施例3：

如图1所示，一种高收率制备无水乙醇的工艺，包括如下步骤：

A．将质量浓度为92%的乙醇水通过换热器A61加热至135℃形成乙醇溶液蒸汽。

B．打开阀门A71和阀门E75，关闭阀门B72，将乙醇水过热蒸汽送入乙醇脱水塔A1内进行吸附脱水，乙醇脱水塔A1的压力为2.5Mpa，乙醇溶液蒸汽从乙醇脱水塔A1的顶部进入，穿过吸附床层后，水分被分子筛吸收，得到无水乙醇蒸汽。打开阀门E75，将无水乙醇蒸汽从乙醇脱水塔A1的底部放出，经过换热器B62换热至常温液态后储存，即得到无水乙醇产品，该无水乙醇产品的质量浓度大于99.85%。在乙醇脱水塔A1中的水浓度接近饱和前，停止向乙醇脱水塔A1中送入乙醇水过热蒸汽。

C．逆放缓冲罐8内压力保持0.05MPa，关闭阀门A71和阀门E75，打开阀门B72和阀门G77，乙醇脱水塔A1的内部与逆放缓冲罐8的内部连通，由于逆放缓冲罐8内的压力小于乙醇脱水塔A1内的压力，乙醇脱水塔A1内的乙醇溶液蒸汽自动流入逆放缓冲罐8内，直至乙醇脱水塔A1和逆放缓冲罐8的内部压力相等。逆放缓冲罐8内设置有换热管9，乙醇溶液蒸汽通过换热管9冷却至液态，液态的乙醇溶液在输送泵11的作用下被送至精馏塔10中。

D．关闭阀门A71和阀门E75，打开阀门B72和阀门H78，使乙醇脱水塔A1中的水分逆向流出，释放分子筛吸附的水分。上述水分通过换热器C63换热至液态后进入真空缓冲罐3，随后排入淡酒储罐4储存。将乙醇脱水塔A1内的温度维持在135℃，采用真空泵5对乙醇脱水塔A1抽真空，抽真空时间为50s，使乙醇脱水塔A1和乙醇脱水塔B2内的真空度保持为-0.094Mpa，完成分子筛的再生，分子筛的残余水量比传统工艺降低了68%。在抽真空时，抽取的乙醇溶液蒸汽被换热器C63换热至液态后进入真空缓冲罐3，随后排入淡酒储罐4储存。

E．将精馏塔10中精馏后的乙醇水饱和蒸汽加热形成温度为135℃的乙醇水过热蒸汽后送入乙醇脱水塔A1和乙醇脱水塔B2中吸附脱水。

在本实施例中，乙醇脱水塔A1和乙醇脱水塔B2分别进行吸附和再生，当乙醇脱水塔A1在进行吸附时，乙醇脱水塔B2在进行再生；当乙醇脱水塔B2在进行吸附时，乙醇脱水塔A1在进行再生，保证装置的连续性。

乙醇脱水塔B2进行吸附和再生的过程与乙醇脱水塔A1相同，乙醇脱水塔B2通过阀门C73、阀门D74和阀门F76控制乙醇脱水塔B2与其它设备的通断。

在本实施例中，无水乙醇的收率为79%。

实施例4：

如图2所示，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，逆放缓冲罐8内的乙醇溶液经过换热器B62后进入精馏塔10。这种方法的优点在于，在换热器B62中，无水乙醇蒸汽能够与低浓度乙醇溶液进行热交换，无水乙醇蒸汽温度降低得到无水乙醇成品，低浓度乙醇溶液温度升高，使其在精馏时无需再进行升温，实现了热能的充分利用。

如上所述，便可较好的实现本发明。

需要说明的是，分子筛的残余水量的测量为本领域技术人员的公知常识，此处不再赘述。

抽真空时间可以根据实际情况设定，抽真空时间越长，分子筛的残余水量越低。

Claims (10)

1.一种高收率制备无水乙醇的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

A．将乙醇水饱和蒸汽加热形成乙醇水过热蒸汽；

B．将乙醇水过热蒸汽送入乙醇脱水塔吸附脱水，得到无水乙醇蒸汽，在任意一个乙醇脱水塔中的水浓度饱和前，停止向乙醇脱水塔中送入乙醇水过热蒸汽；

C．将乙醇脱水塔与逆放缓冲罐均压，乙醇脱水塔中的低浓度乙醇溶液蒸汽流入逆放缓冲罐中，将逆放缓冲罐中的低浓度乙醇溶液蒸汽冷却至液态后送入精馏塔；

D．采用抽真空装置对乙醇脱水塔抽真空，保持乙醇脱水塔内的真空度为-0.091Mpa~-0.094Mpa，完成分子筛的再生；

E．将精馏塔中精馏后得到的乙醇水饱和蒸汽加热形成乙醇水过热蒸汽后送入乙醇脱水塔吸附脱水。

2.根据权利要求1所述的一种高收率制备无水乙醇的工艺，其特征在于：在所述的步骤C之后，所述的步骤D之前还包括释放乙醇脱水塔内分子筛吸附的水分的步骤。

3.根据权利要求1所述的一种高收率制备无水乙醇的工艺，其特征在于：所述的步骤A中，乙醇水饱和蒸汽的质量浓度为90~99%。

4.根据权利要求1所述的一种高收率制备无水乙醇的工艺，其特征在于：所述的步骤B中，乙醇脱水塔内压力为0.1~2.5Mpa。

5.根据权利要求1所述的一种高收率制备无水乙醇的工艺，其特征在于：所述的步骤B中，得到无水乙醇蒸汽经换热至常温液态，得到无水乙醇产品。

6.根据权利要求1所述的一种高收率制备无水乙醇的工艺，其特征在于：所述的步骤C中，乙醇脱水塔与逆放缓冲罐均压前，逆放缓冲罐中压力为-0.02~0.05MPa。

7.根据权利要求1所述的一种高收率制备无水乙醇的工艺，其特征在于：所述的步骤C中，采用设置于逆放缓冲罐中的换热管将逆放缓冲罐中的低浓度乙醇溶液蒸汽冷却至液态。

8.根据权利要求5所述的一种高收率制备无水乙醇的工艺，其特征在于：使用逆放缓冲罐中液态的乙醇溶液与无水乙醇蒸汽换热，得到无水乙醇产品。

9.根据权利要求1所述的一种高收率制备无水乙醇的工艺，其特征在于：所述的步骤D中，保持乙醇脱水塔内的真空度为-0.093Mpa。

10.根据权利要求1所述的一种高收率制备无水乙醇的工艺，其特征在于：所述的步骤A中，乙醇水过热蒸汽的温度为115℃~135℃，所述的步骤E中，乙醇水过热蒸汽的温度为115℃~135℃。

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