CN104016833B - 三塔热集成精馏乙醇的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三塔热集成精馏乙醇的工艺方法，主要解决现有技术能耗高、热量集成不合理的问题。本发明通过采用一种三塔热集成精馏乙醇的工艺方法，主要包括以下步骤：(1)包括乙醇的原料液经预热后一部分进入精馏塔Ⅰ，一部分进入精馏塔Ⅱ，精馏塔Ⅰ的塔顶得到粗酒物流Ⅰ，塔釜得到废醪液Ⅰ，精馏塔Ⅱ的塔顶得到粗酒物流Ⅱ，塔釜得到废醪液Ⅱ；(2)粗酒物流Ⅰ和粗酒物流Ⅱ混合后进入精馏塔Ⅲ，在精馏塔Ⅲ的塔顶得到共沸乙醇物流，塔釜得到精塔釜液的技术方案较好地解决了上述问题，可用于乙醇的精馏中。
Description
技术领域
本发明涉及一种三塔热集成精馏乙醇的工艺方法。
背景技术
随着石油资源的日益短缺、环境污染、温室效应等问题的日益严重，燃料乙醇作为一种对环境污染小，可替代石油的能源受到广泛的关注。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，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。目前从发酵成熟醪液生产燃料乙醇的生产方法虽然有了很大改进，仍然存在着能耗高的缺点。
CN101157890A提供了一种燃料乙醇生产装备及方法，是将两塔流程的粗馏塔和精馏塔分别拆分为两个粗馏塔和两个精馏塔，组成由醪塔、精馏塔、回收塔三塔工艺生产燃料乙醇。此流程中虽然仅有回收塔一塔使用新鲜蒸汽加热，但回收塔处理的粗酒量太大，导致回收塔使用的新鲜蒸汽量过大；此外，经过吸附塔脱水后的无水乙醇蒸汽的热量没有得到利用，故而整个系统的未达到最优化，能耗依然很高。
CN102126920提供了一种制共沸乙醇的三塔加热方法：采用粗馏塔、低压精馏塔、高压精馏塔三塔工艺生产燃料乙醇。此流程中粗馏塔塔顶粗酒进入低压精馏塔下部，低压精馏塔顶部采出共沸乙醇、底部物料进入高压精馏塔，高压精馏塔顶部出料一部分作为回流，另一部分进入低压精馏塔顶部。压力较高的新鲜蒸汽作为一效蒸汽给高压精馏塔加热，高压精馏塔塔顶气给低压精馏塔加热，粗馏塔热量由分子筛脱水单元的无水乙醇气和低压精馏塔塔顶气提供。工艺中只在精塔上外加热量，粗馏塔的能耗需要后续工艺提供，故总能耗大小将直接受限于粗馏塔的能耗，而进料组成对于粗馏塔的能耗影响甚大。该工艺方法在乙醇进料浓度为8～12重量％时，可以取得较低能耗，而一般生物燃料乙醇浓度较低，为3～6重量％，在此浓度下能耗将大大上升。
本发明有针对性的解决了该问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术能耗高、热量集成不合理的问题，提供一种新的三塔热集成精馏乙醇的工艺方法。该方法用于乙醇的精馏中，具有能耗低、热量集成合理的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种三塔热集成精馏乙醇的工艺方法，主要包括以下步骤：(1)包括乙醇的原料液经一级预热器、二级预热器预热后一部分进入精馏塔Ⅰ，一部分进入精馏塔Ⅱ，在精馏塔Ⅰ的塔顶得到粗酒物流Ⅰ，塔釜得到废醪液Ⅰ，在精馏塔Ⅱ的塔顶得到粗酒物流Ⅱ，塔釜得到废醪液Ⅱ；废醪液Ⅰ和废醪液Ⅱ混合后进入一级预热器与所述原料换热，所述粗酒物流Ⅰ进入二级预热器与所述原料换热，所述粗酒物流Ⅱ进入精馏塔Ⅰ塔釜第二再沸器换热；(2)分别换热后的粗酒物流Ⅰ和粗酒物流Ⅱ混合后进入精馏塔Ⅲ，在精馏塔Ⅲ的塔顶得到共沸乙醇物流，塔釜得到精塔釜液，所述精塔釜液进入闪蒸罐Ⅱ，闪蒸罐Ⅱ的闪蒸汽进入精馏塔Ⅱ下部供热；所述共沸乙醇物流一部分进入精馏塔Ⅱ塔釜第二再沸器换热后回流至精馏塔Ⅲ；其中，精馏塔Ⅰ塔釜第一再沸器由无水乙醇气加热，精馏塔Ⅲ塔釜再沸器由蒸汽加热，精馏塔Ⅲ塔釜再沸器的蒸汽凝液进入闪蒸罐Ⅰ，闪蒸罐Ⅰ的闪蒸汽进入精馏塔Ⅱ塔釜第一再沸器换热；精馏塔Ⅰ的操作压力为20～90kPa，精馏塔Ⅱ的操作压力为120～180kPa，精馏塔Ⅲ的操作压力为400～600kPa。
上述技术方案中，优选地，所述精馏塔Ⅱ塔釜第一再沸器的蒸汽凝液返回闪蒸罐Ⅰ，闪蒸罐Ⅰ的蒸汽凝液与混合后的粗酒物流Ⅰ和粗酒物流Ⅱ换热。
上述技术方案中，优选地，所述用于加热精馏塔Ⅰ塔釜第一再沸器的无水乙醇气来自分子筛脱水单元。
上述技术方案中，优选地，所述精馏塔Ⅰ的操作条件：塔板数为20～30，塔顶温度为60～80℃，塔釜温度为80～100℃，操作压力为30～70kPa，进料板位置从上至下数位于第2～6块塔板处；精馏塔Ⅱ的操作条件：塔板数为20～30，塔顶温度为90～110℃，塔釜温度为100～120℃，操作压力为130～170kPa，进料板位置从上至下数位于第2～6块塔板处；精馏塔Ⅲ的操作条件：塔板数为40～70，塔顶温度为110～130℃，塔釜温度为140～160℃，操作压力为450～550kPa，进料板位置从上至下数位于第35～65块塔板处。
上述技术方案中，更优选地，所述精馏塔Ⅰ的操作条件：塔板数为23～27，塔顶温度为65～78℃，塔釜温度为85～98℃；精馏塔Ⅱ的操作条件：塔板数为23～27，塔顶温度为95～108℃，塔釜温度为105～118℃；精馏塔Ⅲ的操作条件：塔板数为50～60，塔顶温度为115～128℃，塔釜温度为145～158℃。
上述技术方案中，优选地，包括乙醇的原料液经预热后进入精馏塔Ⅰ与进入精馏塔Ⅱ的质量比为0.7～1:1；所述精馏塔Ⅲ塔顶的共沸乙醇物流以重量计，60～80％用于加热精馏塔Ⅱ塔釜第二再沸器。
上述技术方案中，优选地，所述原料液中乙醇浓度以重量计为1～8％，更优选地，为3～6％。
本专利中，采用三个精馏塔，而且三塔压力依次递增，精馏塔Ⅰ在负压下操作，精馏塔Ⅱ在常压附近操作，精馏塔Ⅲ在较高压下操作，从而实现分级加热。另外，精馏塔Ⅰ塔釜第一再沸器由无水乙醇气加热，精馏塔Ⅰ塔釜第二再沸器由来自精馏塔Ⅱ塔顶的粗酒物流Ⅱ加热，精馏塔Ⅱ塔釜第二再沸器由来自精馏塔Ⅲ塔顶的一部分共沸乙醇物流加热，精馏塔Ⅲ塔釜再沸器由蒸汽加热，精馏塔Ⅲ塔釜物流经过闪蒸，产生低压气相工艺物流直接进入精馏塔Ⅱ加热。另外，蒸汽凝液进入闪蒸罐进行闪蒸，产生低压蒸汽为精馏塔加热，充分地回收了热量。因此，仅精馏塔Ⅲ塔釜需要蒸汽，实现了新鲜蒸汽的三效利用，有效地节省了能耗。与现有技术相比，可节省近30％左右的能耗，取得了较好的技术效果。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【比较例】
采用CN102126920中所述的流程，包括乙醇的原料液进入粗馏塔的上部，经粗馏后，塔顶得到粗酒，塔釜得到废醪液。粗酒进入低压精馏塔下部，经精馏后，塔顶得到的共沸乙醇酒气一部分经冷凝后，回流至低压精塔上部，另一部分进入分子筛脱水单元。低压精馏塔的塔釜液进入高压精馏塔的下部，经精馏后，塔釜得到废水，塔顶得到的物流经冷凝后一部分进入低压精馏塔上部，一部分回流至高压精馏塔上部。粗馏塔塔釜第一再沸器由无水乙醇酒气供热，粗馏塔塔釜第二再沸器由低压精馏塔塔顶得到的共沸乙醇酒气加热，低压精馏塔塔釜再沸器由高压精馏塔塔顶得到的物流加热，高压精馏塔塔釜再沸器由界外新鲜蒸汽供热。
粗馏塔塔板数为26，进料位置为从上至下第2块塔板处，操作压力为40kPa，塔顶温度为60℃，塔釜温度为81℃。低压精馏塔塔板数为50，进料位置为从上至下第48块塔板处，操作压力为130kPa，塔顶温度为85℃，塔釜温度为92℃。高压精馏塔塔板数为68，进料位置为从上至下第60块塔板处，操作压力为500kPa，塔顶温度为125℃，塔釜温度为153℃。能耗衡算结果表明：蒸汽总消耗量为2.6吨蒸汽/吨共沸乙醇产品。
【实施例1】
乙醇含量为5重量％的原料液经预热后分为第一、第二部分，第一、第二部分的重量比为0.95：1，第一部分进入精馏塔Ⅰ的上部，经粗馏后，塔釜得到废醪液Ⅰ，塔顶得到乙醇质量含量为40％的粗酒物流Ⅰ，粗酒物流Ⅰ经二级预热器换热冷凝；第二部分原料液进入精馏塔Ⅱ的上部，经粗馏后，塔釜得到废醪液Ⅱ，塔顶得到乙醇质量含量为40％的粗酒物流Ⅱ，粗酒物流Ⅱ进入精馏塔Ⅰ塔釜第二再沸器换热冷凝。冷凝后的粗酒物流Ⅰ和粗酒物流Ⅱ汇合后进入精馏塔Ⅲ下部，经精馏后，塔釜得到水质量含量大于99.99％的精塔釜液，塔顶得到共沸乙醇物流，共沸乙醇物流分为两部分，第一部分占比重为71.4％，该物流进入精馏塔Ⅱ塔釜第二再沸器换热冷凝后回流至精馏塔Ⅲ塔顶，第二部分占比重为28.6％，该物流作为出料物流进入分子筛脱水单元。精馏塔Ⅰ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。
废醪液Ⅰ和废醪液Ⅱ混合后进入一级预热器与所述原料换热，所述精塔釜液进入闪蒸罐Ⅱ，闪蒸罐Ⅱ的闪蒸汽进入精馏塔Ⅱ下部供热，精馏塔Ⅲ塔釜再沸器由蒸汽加热，精馏塔Ⅲ塔釜再沸器的蒸汽凝液进入闪蒸罐Ⅰ，闪蒸罐Ⅰ的闪蒸汽进入精馏塔Ⅱ塔釜第一再沸器换热，蒸汽凝液返回闪蒸罐Ⅰ，闪蒸罐Ⅰ的蒸汽凝液与混合后的粗酒物流Ⅰ和粗酒物流Ⅱ换热。
精馏塔Ⅰ塔板数为25，进料位置为从上至下数第2块塔板处，操作压力为31kPa，塔顶温度为66℃，塔釜温度为81℃。精馏塔Ⅱ塔板数为26，进料位置为从上至下第2块塔板处，操作压力为131kPa，塔顶温度为101℃，塔釜温度为110℃，精馏塔Ⅲ塔板数为60，进料位置为从上至下数第55块塔板处，操作压力为461kPa，塔顶温度为122℃，塔釜温度为152℃。能耗衡算结果表明：蒸汽消耗量为1.98吨蒸汽/吨共沸乙醇产品。
【实施例2】
按照实施例1所述的条件和步骤，乙醇含量为5重量％的原料液经预热后分为第一、第二部分，第一、第二部分的重量比为1：1，精馏塔Ⅲ塔顶得到的共沸乙醇物流分为两部分，第一部分占比重为72.2％，第二部分占比重为27.8％。
精馏塔Ⅰ塔板数为25，进料位置为从上至下数第2块塔板处，操作压力为41kPa，塔顶温度为72℃，塔釜温度为86.5℃。精馏塔Ⅱ塔板数为27，进料位置为从上至下第2块塔板处，操作压力为151kPa，塔顶温度为105℃，塔釜温度为115℃，精馏塔Ⅲ塔板数为65，进料位置为从上至下数第60块塔板处，操作压力为481kPa，塔顶温度为123.6℃，塔釜温度为152.6℃。能耗衡算结果表明：蒸汽消耗量为1.92吨蒸汽/吨共沸乙醇产品。
【实施例3】
按照实施例1所述的条件和步骤，乙醇含量为5重量％的原料液经预热后分为第一、第二部分，第一、第二部分的重量比为0.9：1，精馏塔Ⅲ塔顶得到的共沸乙醇物流分为两部分，第一部分占比重为70％，第二部分占比重为30％。
精馏塔Ⅰ塔板数为26，进料位置为从上至下数第2块塔板处，操作压力为51kPa，塔顶温度为77.2℃，塔釜温度为89.7℃。精馏塔Ⅱ塔板数为27，进料位置为从上至下第2块塔板处，操作压力为170kPa，塔顶温度为108.6℃，塔釜温度为117.4℃，精馏塔Ⅲ塔板数为65，进料位置为从上至下数第60块塔板处，操作压力为501kPa，塔顶温度为125℃，塔釜温度为155.2℃。能耗衡算结果表明：蒸汽消耗量为2.14吨蒸汽/吨共沸乙醇产品。
【实施例4】
按照实施例1所述的条件和步骤，乙醇含量为3重量％的原料液经预热后分为第一、第二部分，第一、第二部分的重量比为0.8：1，精馏塔Ⅲ塔顶得到的共沸乙醇物流分为两部分，第一部分占比重为75％，第二部分占比重为25％。
精馏塔Ⅰ塔板数为30，进料位置为从上至下数第5块塔板处，操作压力为31kPa，塔顶温度为67.3℃，塔釜温度为82℃。精馏塔Ⅱ塔板数为30，进料位置为从上至下第5块塔板处，操作压力为151kPa，塔顶温度为106℃，塔釜温度为114℃，精馏塔Ⅲ塔板数为70，进料位置为从上至下数第65块塔板处，操作压力为451kPa，塔顶温度为121.5℃，塔釜温度为150℃。能耗衡算结果表明：蒸汽消耗量为2.43吨蒸汽/吨共沸乙醇产品。
【实施例5】
按照实施例1所述的条件和步骤，乙醇含量为6重量％的原料液经预热后分为第一、第二部分，第一、第二部分的重量比为0.7：1，精馏塔Ⅲ塔顶得到的共沸乙醇物流分为两部分，第一部分占比重为66％，第二部分占比重为34％。
精馏塔Ⅰ塔板数为22，进料位置为从上至下数第2块塔板处，操作压力为61kPa，塔顶温度为80℃，塔釜温度为94℃。精馏塔Ⅱ塔板数为25，进料位置为从上至下第2块塔板处，操作压力为165kPa，塔顶温度为107℃，塔釜温度为118℃，精馏塔Ⅲ塔板数为45，进料位置为从上至下数第40块塔板处，操作压力为471kPa，塔顶温度为123℃，塔釜温度为153℃。能耗衡算结果表明：蒸汽消耗量为1.81吨蒸汽/吨共沸乙醇产品。
Claims (6)
1.一种三塔热集成精馏乙醇的工艺方法，主要包括以下步骤：
(1)包括乙醇的原料液经一级预热器、二级预热器预热后一部分进入精馏塔Ⅰ，一部分进入精馏塔Ⅱ，在精馏塔Ⅰ的塔顶得到粗酒物流Ⅰ，塔釜得到废醪液Ⅰ，在精馏塔Ⅱ的塔顶得到粗酒物流Ⅱ，塔釜得到废醪液Ⅱ；废醪液Ⅰ和废醪液Ⅱ混合后进入一级预热器与所述原料换热，所述粗酒物流Ⅰ进入二级预热器与所述原料换热，所述粗酒物流Ⅱ进入精馏塔Ⅰ塔釜第二再沸器换热；
(2)分别换热后的粗酒物流Ⅰ和粗酒物流Ⅱ混合后进入精馏塔Ⅲ，在精馏塔Ⅲ的塔顶得到共沸乙醇物流，塔釜得到精塔釜液，所述精塔釜液进入闪蒸罐Ⅱ，闪蒸罐Ⅱ的闪蒸汽进入精馏塔Ⅱ下部供热；所述共沸乙醇物流一部分进入精馏塔Ⅱ塔釜第二再沸器换热后回流至精馏塔Ⅲ；
其中，精馏塔Ⅰ塔釜第一再沸器由无水乙醇气加热，精馏塔Ⅲ塔釜再沸器由蒸汽加热，精馏塔Ⅲ塔釜再沸器的蒸汽凝液进入闪蒸罐Ⅰ，闪蒸罐Ⅰ的闪蒸汽进入精馏塔Ⅱ塔釜第一再沸器换热；精馏塔Ⅰ的操作压力为20～90kPa，精馏塔Ⅱ的操作压力为120～180kPa，精馏塔Ⅲ的操作压力为400～600kPa；所述精馏塔Ⅱ塔釜第一再沸器的蒸汽凝液返回闪蒸罐Ⅰ，闪蒸罐Ⅰ的蒸汽凝液与混合后的粗酒物流Ⅰ和粗酒物流Ⅱ换热；包括乙醇的原料液经预热后进入精馏塔Ⅰ与进入精馏塔Ⅱ的质量比为0.7～1:1；所述精馏塔Ⅲ塔顶的共沸乙醇物流以重量计，60～80％用于加热精馏塔Ⅱ塔釜第二再沸器。
2.根据权利要求1所述三塔热集成精馏乙醇的工艺方法，其特征在于所述用于加热精馏塔Ⅰ塔釜第一再沸器的无水乙醇气来自分子筛脱水单元。
3.根据权利要求1所述三塔热集成精馏乙醇的工艺方法，其特征在于所述精馏塔Ⅰ的操作条件：塔板数为20～30，塔顶温度为60～80℃，塔釜温度为80～100℃，操作压力为30～70kPa，进料板位置从上至下数位于第2～6块塔板处；精馏塔Ⅱ的操作条件：塔板数为20～30，塔顶温度为90～110℃，塔釜温度为100～120℃，操作压力为130～170kPa，进料板位置从上至下数位于第2～6块塔板处；精馏塔Ⅲ的操作条件：塔板数为40～70，塔顶温度为110～130℃，塔釜温度为140～160℃，操作压力为450～550kPa，进料板位置从上至下数位于第35～65块塔板处。
4.根据权利要求3所述三塔热集成精馏乙醇的工艺方法，其特征在于所述精馏塔Ⅰ的操作条件：塔板数为23～27，塔顶温度为65～78℃，塔釜温度为85～98℃；精馏塔Ⅱ的操作条件：塔板数为23～27，塔顶温度为95～108℃，塔釜温度为105～118℃；精馏塔Ⅲ的操作条件：塔板数为50～60，塔顶温度为115～128℃，塔釜温度为145～158℃。
5.根据权利要求1所述三塔热集成精馏乙醇的工艺方法，其特征在于所述原料液中乙醇浓度以重量计为1～8％。
6.根据权利要求5所述三塔热集成精馏乙醇的工艺方法，其特征在于所述原料液中乙醇浓度以重量计为3～6％。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |