CN104529704B - 低碳混合醇合成与分离的联合生产系统及其联合生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低碳混合醇合成与分离的联合生产系统及其联合生产工艺。该低碳混合醇合成与分离的联合生产系统包括：低碳混合醇合成子系统和低碳混合醇分离子系统；低碳混合醇合成子系统包括顺次连通的原料气处理模块、低碳醇合成模块和产品处理模块；其中，产品处理模块包括低碳醇分离部，低碳醇分离部包括低碳醇分离器，低碳醇分离部具有用于引流低碳混合醇产品的低碳混合醇出口；低碳混合醇分离子系统包括：甲醇精馏塔，乙醇精馏塔，萃取精馏塔，正丙醇精馏塔。本发明解决了现有技术中应用原料合成气合成低碳混合醇的生产技术困难的问题，并同时解决了低碳混合醇分离效果差的问题。

Description

低碳混合醇合成与分离的联合生产系统及其联合生产工艺

技术领域

本发明涉及煤制醇化工领域，具体而言，涉及一种低碳混合醇合成与分离的联合生产系统及其联合生产工艺。

背景技术

近年来，原油供应日趋紧张，而原油的替代燃料甲醇在使用性能上有很多不足，C₂₊低碳醇，即指由C1～C6的醇类形成的低碳混合醇，其主要是将煤基合成气合成的粗混合醇进行脱水处理后形成的，低碳混合醇具有较高的辛烷值以及与汽油良好的掺混性能，可以代替甲基叔丁基醚(MTBE)作为汽油添加剂使用。同时，低碳混合醇本身也是一种良好的洁净燃料，可以替代汽油作为燃料。其实，若将混合低碳醇进行分离，可以得到甲、乙、丙、丁、戊醇等高级化工醇，这些单醇产品是制备医药产品、聚合物产品等大宗化学品的重要中间体，具有较高的经济价值。因此，开展低碳混合醇分离工艺技术的研发具有重要的现实意义。

在现有技术中，甲醇燃料的生产技术虽然较为成熟，但它作为车用燃料却存在重要缺陷。

(1)甲醇燃料与汽油的混溶性较差，相分离严重。

(2)甲醇燃料对金属、橡胶、合成塑料等材料有腐蚀作用。

(3)甲醇燃料与现行的车用燃料系统不相匹配。

尤其是最后一点，其是普及应用甲醇燃料的主要障碍。而低碳混合醇则不存在上述问题。

因此，开发替代甲醇的燃料，例如高附加值的低碳混合醇的合成技术日益引起人们的关注，低碳混合醇的合成技术有望成为降低人们对石油的依赖程度，实现合成气高效转化，以及洁净利用煤炭资源的主要途径之一。

发明人在研究如何合成低碳混合醇的过程，同时也遇到了如何分离低碳混合醇的问题。由于低碳混合醇中醇类组分较多，这些不同碳链的醇类组分之间存在较多的共沸物，利用传统的精馏系统进行精馏分离时，很难将这些共沸物分离开来。此外，由于组分较多，使低碳混合醇的沸程较宽，且其相平衡常数受温度、压力及浓度的影响较大。导致汽-液平衡关系、物料衡算复杂化。以上这些因素均会影响低碳混合醇分离形成单醇的分离效果，限制了分离形成的单醇的纯度。并且，国内外也并未见有关将低碳混合醇按照碳链长短进行单醇分离的专利和报道。

为了实现低碳混合醇的合成与分离的生产工艺，，急需一种新的低碳混合醇合成分离的联合生产系统，以提高低碳混合醇的合成与分离的生产效率以及提高低碳混合醇的产品质量，并提高低碳混合醇被分离后的单醇产品的纯度。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种低碳混合醇合成与分离的联合生产系统及其联合生产工艺，以解决现有技术中应用原料合成气合成低碳混合醇的生产技术困难的问题，并同时解决了低碳混合醇分离效果差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种低碳混合醇合成与分离的联合生产系统，包括：低碳混合醇合成子系统和低碳混合醇分离子系统；其中，低碳混合醇合成子系统包括顺次连通的原料气处理模块、低碳醇合成模块和产品处理模块；原料气处理模块包括用于对原料气进行增压的原料气压缩机组和用于加热原料气的原料气加热单元，原料气压缩机组的出气口连通至原料气加热单元的进气口；低碳醇合成模块包括低碳醇合成器，低碳醇合成器的进气口与原料气加热单元的出气口连通；产品处理模块包括低碳醇分离部，低碳醇分离部包括低碳醇分离器，其中，低碳醇分离器包括低碳醇分离器入口，低碳醇分离器入口连通至低碳醇合成器的出气口，低碳醇分离部具有用于引流低碳混合醇产品的低碳混合醇出口；低碳混合醇分离子系统包括：甲醇精馏塔，具有与低碳混合醇出口相连的甲醇塔进料口、甲醇塔顶出料口和甲醇塔底出料口；甲醇塔顶出料口与甲醇储罐相连；乙醇精馏塔，具有与甲醇塔底出料口相连的乙醇塔进料口，以及乙醇塔顶出料口和乙醇塔底出料口；萃取精馏塔，具有与乙醇塔顶出料口相连的萃取塔进料口，以及萃取剂进料口、萃取塔顶出料口和萃取塔底出料口；其中萃取塔进料口位于萃取剂进料口的下方；萃取塔顶出料口与乙醇储罐相连；正丙醇精馏塔，具有与乙醇塔底出料口相连的正丙醇塔进料口，以及正丙醇塔顶出料口和正丙醇塔底出料口；正丙醇塔顶出料口与正丙醇储罐相连；正丙醇塔底出料口与混合丁醇储罐相连。

进一步地，原料气加热单元包括原料气加热器，原料气加热器的进气口连通至原料气压缩机组的出气口，原料气加热器的出气口连通至低碳醇合成器的进气口。

进一步地，原料气加热单元还包括气气换热装置，气气换热装置包括第一连通口、第二连通口、第三连通口和第四连通口，第一连通口与原料气加热器的出气口连通，第二连通口与低碳醇合成器的进气口连通，第三连通口与低碳醇合成器的出气口连通，第四连通口连通至产品处理模块上，气气换热装置用于使低碳醇合成器输出的热的合成混合物与原料气换热。

进一步地，原料气处理模块还包括脱硫槽，脱硫槽的进气口与原料气压缩机组的出气口连通，脱硫槽的出气口与原料气加热器的进气口连通。

进一步地，低碳醇合成模块还包括蒸汽调节装置，蒸汽调节装置根据低碳醇合成器内的温度与压力自动调节蒸汽放空量以调节低碳醇合成器内的温度和压力。

进一步地，低碳醇分离部还包括一级分离器，一级分离器包括分离器进气口、分离器第一出口和分离器第二出口，分离器进气口与低碳醇合成器的出气口连通，分离器第一出口连通至低碳醇分离器的入口，分离器第二出口连通至联合生产系统的蜡产品装置。

进一步地，产品处理模块还包括轻油产品分离部，轻油产品分离部连通至低碳醇分离部。

进一步地，低碳醇分离器还包括低碳醇分离器第一出口和低碳醇分离器第二出口，低碳醇分离器的入口连通至一级分离器的分离器第一出口，低碳醇分离器第一出口与轻油产品分离部的入口连通，低碳醇分离器第二出口用于输出低碳醇产品。

进一步地，轻油产品分离部包括轻油分离器，轻油分离器包括轻油分离器入口、轻油分离器第一出口和轻油分离器第二出口，轻油分离器入口连通至低碳醇分离器第一出口，轻油分离器第一出口用于输出剩余原料气，轻油分离器第二出口用于输出轻油副产品。

进一步地，轻油产品分离部还包括第三冷却器，第三冷却器的产品入口与低碳醇分离器第一出口连通，第三冷却器的产品出口与轻油分离器入口连通，第三冷却器的冷却剂输入口与用于输送冷却剂的进冷却剂管道连通，第三冷却器的冷却剂出口与用于回流冷却剂的出冷却剂管道连通。

进一步地，联合生产系统还包括循环气压缩机组，循环气压缩机组的进气口与轻油分离器第一出口连通，循环气压缩机组的出气口与原料气加热单元的原料气管道连通。

进一步地，低碳醇分离部还包括冷却装置，冷却装置包括冷却入口和冷却出口，冷却入口与一级分离器的分离器第一出口连通，冷却出口与低碳醇分离器的入口连通。

进一步地，冷却装置包括依次连通的第一冷却器和第二冷却器，第一冷却器上设置有用于输入冷却循环水的循环水进水管道，第一冷却器上还设置有用于回流冷却循环水的循环水回水管道，第二冷却器的冷却剂输入口与用于输送冷却剂的进冷却剂管道连通，第二冷却器的冷却剂出口与用于回流冷却剂的出冷却剂管道连通。

进一步地，低碳醇合成器的进气口处设置有用于保护低碳醇合成器的自动压力安全阀。

进一步地，乙醇塔底出料口与正丙醇塔进料口之间的流路上还设置有膜分离装置，膜分离装置具有膜分离进料口、膜分离油相出料口和膜分离水相出料口，其中，膜分离进料口与乙醇塔底出料口相连；膜分离油相出料口与正丙醇塔进料口相连。

进一步地，乙醇塔底出料口与膜分离进料口之间的流路上还设置有第一分相器，第一分相器具有第一分相进料口、第一水相出料口和第一油相出料口，其中，第一分相进料口与乙醇塔底出料口相连；第一油相出料口与膜分离进料口相连。

进一步地，联合生产系统还包括设置在低碳醇分离器与甲醇精馏塔之间的第一脱水精馏塔，第一脱水精馏塔具有第一脱水塔进料口、第一脱水塔顶出料口和第一脱水塔底出料口，其中，第一脱水塔进料口与低碳混合醇出口相连，第一脱水塔顶出料口与甲醇塔进料口相连。

进一步地，联合生产系统还包括：不凝气脱除塔，设置在低碳醇分离器与第一脱水精馏塔之间，具有脱除塔进料口、脱除塔顶出料口和脱除塔底出料口，其中脱除塔底出料口与第一脱水塔进料口相连；闪蒸罐，设置在低碳醇分离器与不凝气脱除塔之间，具有闪蒸罐进料口和闪蒸罐出料口，其中闪蒸罐进料口与低碳混合醇出口相连，闪蒸罐出料口与脱除塔进料口相连。

进一步地，联合生产系统还包括萃取剂回收塔，萃取剂回收塔具有回收塔进料口、回收塔顶出料口和回收塔底出料口，其中，回收塔进料口与萃取塔底出料口相连；回收塔底出料口与萃取剂进料口相连。

进一步地，联合生产系统还包括：第二脱水精馏塔，具有第二脱水塔进料口、第二脱水塔顶出料口和第二脱水塔底出料口；第二分相器，具有第二分相进料口、第二水相出料口和第二油相出料口；第二分相进料口与第二脱水塔顶出料口相连，第二油相出料口与膜分离进料口相连，其中，第二脱水塔进料口分别与膜分离水相出料口、第一水相出料口和第二水相出料口相连。

进一步地，联合生产系统还包括正丙醇提纯精馏塔，正丙醇提纯精馏塔具有提纯塔进料口、提纯塔顶出料口和提纯塔底出料口，其中，提纯塔进料口与正丙醇塔顶出料口相连；提纯塔底出料口与正丙醇储罐相连。

进一步地，联合生产系统还包括冷却装置，冷却装置包括：第一冷却器，具有第一冷凝进料口、第一回流液出口与第一冷凝液出口；第一冷凝进料口与甲醇塔顶出料口相连，第一回流液出口与甲醇精馏塔的塔顶循环液进口相连，第一冷凝液出口与甲醇储罐相连；第二冷却器，具有第二冷凝进料口、第二回流液出口与第二冷凝液出口；第二冷凝进料口与乙醇塔顶出料口相连，第二回流液出口与乙醇精馏塔的塔顶循环液进口相连，第二冷凝液出口与萃取塔进料口相连；第三冷却器，具有第三冷凝进料口、第三回流液出口与第三冷凝液出口；第三冷凝进料口与萃取塔顶出料口相连，第三回流液出口与萃取精馏塔的塔顶循环液进口相连，第三冷凝液出口与乙醇储罐相连；第四冷却器，具有第四冷凝进料口、第四回流液出口与第四冷凝液出口；第四冷凝进料口与正丙醇塔顶出料口相连，第四回流液出口与正丙醇精馏塔的塔顶循环液进口相连，第四冷凝液出口与提纯塔进料口相连；第五冷却器，具有第五冷凝进料口、第五回流液出口与第五冷凝液出口；第五冷凝进料口与第一脱水塔顶出料口相连，第五回流液出口与第一脱水精馏塔的塔顶循环液进口相连，第五冷凝液出口与甲醇塔进料口相连；第六冷却器，具有第六冷凝进料口、第六回流液出口与不凝气出口；第六冷凝进料口与脱除塔顶出料口相连，第六回流液出口与不凝气脱除塔的塔顶循环液进口相连；第七冷却器，具有第七冷凝进料口、第七回流液出口与第七冷凝液出口；第七冷凝进料口与回收塔顶出料口相连，第七回流液出口与萃取剂回收塔的塔顶循环液进口相连；第八冷却器，具有第八冷凝进料口与第八冷凝液出口；第八冷凝进料口与第二脱水塔顶出料口相连，第八冷凝液出口与第二分相进料口相连；第九冷却器，具有第九冷凝进料口、第九回流液出口与第九冷凝液出口；第九冷凝进料口与提纯塔顶出料口相连，第九回流液出口与正丙醇提纯塔的塔顶循环液进口相连。

进一步地，冷却装置还包括：第十冷却器，设置在乙醇塔底出料口和第一分相进料口之间的流路上；第十一冷却器，设置在回收塔底出料口与萃取剂进料口之间的流路上。

根据本发明的另一方面，提供了一种低碳混合醇合成与分离的联合生产工艺，包括采用前述的低碳混合醇合成与分离的联合生产系统中的低碳混合醇合成子系统进行低碳混合醇合成工艺过程，以及采用联合生产系统中的低碳混合醇分离子系统进行低碳混合醇分离工艺过程。

进一步地，低碳混合醇合成工艺过程包括以下步骤：

步骤S1：对输入低碳醇合成系统的原料气进行加压处理，使原料气的加压压力处于预定压力范围内；

步骤S2：对加压完成后的原料气进行加热处理，使原料气的加热温度处于第一预定温度范围内；

步骤S3：将加热完成后的原料气进行低碳醇合成加工以生成合成混合物，使低碳醇合成加工过程中的反应温度保持在预定反应温度范围内，并使低碳醇合成加工过程中的反应压力保持在预定反应压力范围内；

步骤S4：从合成混合物中分离出低碳醇产品。

进一步地，低碳混合醇分离工艺过程采用低碳混合醇分离子系统分离低碳混合醇时，萃取精馏塔采用的萃取剂为乙二醇，膜分离装置采用的油水分离膜为渗透汽化膜，更优选为陶瓷渗透汽化膜。

应用本发明的技术方案，通过低碳混合醇合成子系统能够实现以煤基生产的原料合成气体来合成低碳混合醇的目的，并通过低碳混合醇分离子系统对低碳混合醇产品进行提纯分离，从而实现以高效的低碳醇燃料替代甲醇燃料的目的，继而降低了人们对石油的依赖程度，并实现了煤基混合气高效转化为低碳醇产品的目的，以及实现洁净利用煤炭资源的目的，并且，提纯分离得到的单醇产品在化工生产及化工市场中具有显著的经济效益。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的第一实施例的低碳混合醇合成与分离的联合生产系统的结构示意图；

图2示出了根据本发明的第二实施例的低碳混合醇合成与分离的联合生产系统的结构示意图；

图3示出了根据本发明的第三实施例的低碳混合醇合成与分离的联合生产系统的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，根据本发明的第一实施例，提供了一种低碳混合醇合成与分离的联合生产系统，该联合生产系统包括低碳混合醇合成子系统和低碳混合醇分离子系统。其中，低碳混合醇合成子系统包括顺次连通的原料气处理模块、低碳醇合成模块和产品处理模块，应用三大模块，将利用煤基产生的原料气反应生成低碳醇产品、副产品蜡和副产品轻油，然后对反应生成的合成混合物进行分离而得到向低碳混合醇分离子系统输出，然后由低碳混合醇分离子系统进行分离而获得低碳单醇的低碳混合醇产品。在低碳混合醇合成子系统中，原料气处理模块包括用于对原料气进行增压的原料气压缩机组11和用于加热原料气的原料气加热单元，原料气压缩机组11的出气口连通至原料气加热单元的进气口；低碳醇合成模块包括低碳醇合成器21，低碳醇合成器21的进气口与原料气加热单元的出气口连通；产品处理模块包括低碳醇分离部，低碳醇分离部包括低碳醇分离器311，其中，低碳醇分离器311包括低碳醇分离器入口，低碳醇分离器入口连通至低碳醇合成器21的出气口，低碳醇分离部具有用于引流低碳混合醇产品的低碳混合醇出口。原料气(即一氧化碳和氢气)以特定的比例(H/C比约为2)从原料气压缩机组11的进气口进入到原料气压缩机组11内进行有效地压缩，从而达到增压的目的，原料气压缩机组11将原料气压缩至气压力约为6.5MPa，从而使得原料气在系统内输送过程中的气体压力符合该系统的压力要求。在原料气进入低碳醇合成器21进行合成反应之前，必须对原料气进行加热升温，使进入到低碳醇合成器21的原料气的温度达到进入低碳醇合成器21前所要求的反应温度190℃左右，然后原料气在低碳醇合成器21内进行合成反应。合成后的合成混合物由产品处理模块中的低碳醇分离部的低碳醇分离器311进行低碳醇分离，从而得到预期的低碳醇产品。在低碳混合醇分离子系统中，其包括甲醇精馏塔100、乙醇精馏塔200、萃取精馏塔300及正丙醇精馏塔400；甲醇精馏塔100具有与上述的低碳醇分离器的低碳混合醇出口相连的甲醇塔进料口、甲醇塔顶出料口和甲醇塔底出料口；甲醇塔顶出料口与甲醇储罐110相连；乙醇精馏塔200具有与甲醇塔底出料口相连的乙醇塔进料口、乙醇塔顶出料口和乙醇塔底出料口；萃取精馏塔300具有与乙醇塔顶出料口相连的的萃取塔进料口，以及萃取剂进料口、萃取塔顶出料口和萃取塔底出料口；其中萃取塔进料口位于萃取剂进料口的下方；萃取塔顶出料口与乙醇储罐310相连；正丙醇精馏塔400具有与乙醇塔底出料口相连的正丙醇塔进料口、正丙醇塔顶出料口和正丙醇塔底出料口；正丙醇塔顶出料口与正丙醇储罐410相连；正丙醇塔底出料口与混合丁醇储罐420相连。

术语“混合丁醇”是指低碳混合醇中除甲醇、乙醇和正丙醇以外的组分的混合物，其主要成分为正丁醇、仲丁醇和仲戊醇。

上述“低碳混合醇出口”可以是低碳混合醇储存装置的出口，也可以是指前段低碳混合醇合成工序中低碳醇分离器的最终出口。

本发明所应用的低碳醇合成器21是一种特殊结构的管壳式反应器，原料气进入低碳醇合成器21，在催化剂的作用下进行合成反应，生成低碳醇、水及循环其的混合物，同时放出大量的热。

在本发明的技术方案中，利用煤基产生的一氧化碳与氢气混合的混合气，即原料气(氢气和一氧化碳)，其被输送到低碳醇合成系统中，原料气经过原料气压缩机组增压后被输送到原料气加热器内加热，使得原料气达到符合在低碳醇合成器内进行合成工艺的压力和温度的工艺要求，然后原料气在低碳醇合成器中反应合成低碳醇产品，但在合成低碳醇产品的过程中，也会伴随有其他副产品合成，因此，在低碳醇合成器中完成合成工艺后，还需要经过产品处理模块将合成的合成混合物进一步分离而得到低碳醇产品，其中，合成混合物在低碳醇分离装置中被分离后获得低碳醇产品。

低碳混合醇产品被输送至低碳混合醇分离子系统后，低碳混合醇首先经过了甲醇精馏塔100，利用甲醇的沸点较其他组分沸点低的特性，该甲醇精馏塔100能够将甲醇转化为气态，从甲醇塔顶出料口进入甲醇储罐110。而甲醇精馏塔100塔底得到的液体经乙醇塔进料口进入乙醇精馏塔200。

类似地，乙醇气体通过乙醇塔顶出料口进入萃取精馏塔300。需要说明的是，由于乙醇和水具有一定的共沸性，在乙醇转变为气态的同时，少量的水也会随乙醇气体进入萃取精馏塔300。此时，向萃取精馏塔300的萃取剂进料口提供萃取剂，能够将水从乙醇中萃取出来。从而有利于提高乙醇产品的纯度。特别地，上述萃取精馏塔300中，将萃取剂进料口设置在萃取塔进料口的上方，能够减少萃取剂和液态的乙醇接触的时间，使萃取剂直接与乙醇气体进行传质。这有利于将乙醇气体中的水充分萃取出来，也有利于减少萃取剂本身对乙醇液体的二次污染。

待乙醇通过乙醇塔顶出料口出料后，乙醇精馏塔200的塔底液通过正丙醇精馏塔400进行再次提纯分离。其中正丙醇因自身沸点较小，能够在正丙醇精馏塔400的精馏作用下转化为气态，从正丙醇塔顶出料口进入正丙醇储罐410。而丁醇及C4以上的醇类则会通过正丙醇塔底出料口进入至混合丁醇储罐420。

相比于传统的精馏系统，本发明所提供的上述低碳混合醇分离子系统中，采用了精馏系统和萃取系统相结合的提纯模式。同时利用精馏提纯和萃取提纯将低碳混合醇分离为单醇，所得到的单醇具有更高的纯度，更适合作为化工、制药等领域的原料使用。

应用本发明的技术方案，通过低碳混合醇合成子系统能够实现以煤基生产的原料合成气体来合成低碳混合醇的目的，并通过低碳混合醇分离子系统对低碳混合醇产品进行提纯分离，从而实现以高效的低碳醇燃料替代甲醇燃料的目的，继而降低了人们对石油的依赖程度，并实现了煤基混合气高效转化为低碳醇产品的目的，以及实现洁净利用煤炭资源的目的，并且，提纯分离得到的单醇产品在化工生产及化工市场中具有显著的经济效益。

如图1所示，原料气加热单元包括原料气加热器12，原料气加热器12的进气口连通至原料气压缩机组11的出气口，原料气加热器12的出气口连通至低碳醇合成器21的进气口。原料气加热器可以是电加热器，还可以是利用热蒸汽或其他热源物质与原料气进行换热而对原料气进行加热的换热器(如图1所示F为热蒸汽或其他热源物质输入管路，F′为换热后冷凝液输出管路)。进一步地，原料气加热单元还包括气气换热装置14，气气换热装置14包括第一连通口、第二连通口、第三连通口和第四连通口，第一连通口与原料气加热器12的出气口连通，第二连通口与低碳醇合成器21的进气口连通，第三连通口与低碳醇合成器21的出气口连通，第四连通口连通至产品处理模块上，气气换热装置14用于使低碳醇合成器21输出的热的合成混合物与原料气换热。原料气在经过原料气压缩机组11压缩后，从原料气压缩机组11的出气口输出，并输送到原料气加热器12内，在原料气加热器12进行第一次加热，从而使原料气的温度升高，紧接着将原料气由原料气加热器12的出气口输送至后续的加热装置中进行第二次加热。在进行第二次加热的过程中，在系统正常运行的情况下，原料气从原料气加热器12的出气口经气气换热装置14的第一连通口进入气气换热装置14内，然后低碳醇合成器21将合成的热的气相合成混合物从第三连通口输入气气换热装置14内，然后与原料气进行热量交换，使原料气继续升温至所要求的反应温度。换热完成后的原料气从第二连通口输出，并进入低碳醇合成器21内，在催化剂的作用下进行低碳醇合成反应。换热降温后的合成混合物从第四连通口输出，并进行系统中后续的加工工序。在低碳醇合成系统刚开始运行的初始阶段，由于系统内的设备均处于冷机状态，在原料气经过第一次预热后，气气换热装置14并没有热的气相合成混合物，因而，原料气无法在气气换热装置14进行第二次加热。这时，工作人员开启与气气换热装置14并列设置的电加热器(此处的电加热器选择一般的电加热设备即可，前提是必须要满足将原料气加热至反应温度，即260℃左右)对原料气进行第二次加热。直到系统内的各个设备都正常运行之后，工作人员将电加热器关闭，然后开启气气换热装置14对原料气进行加热。这样，系统中对原料气分别进行两次加热，并充分利用低碳醇合成器21内原料气反应放出的大量热量对原料气进行加热，不仅提高了原料气加热单元的加热效率，而且合理地利用了系统本身产生的热量，节约了能源。

如图1所示，为了保证利用煤基产生的原料气进行合成的低碳醇产品达到清洁的标准，不污染环境，因而系统需要对原料气进行脱硫处理。因此，原料气处理模块还包括脱硫槽13，脱硫槽13的进气口与原料气压缩机组11的出气口连通，脱硫槽13的出气口与原料气加热器12的进气口连通。也就是说，在原料气压缩机组11对原料气进行压缩完成后，随即把原料气输送至脱硫槽13内进行精脱硫加工，使原料气含有的硫被充分去除，再在原料气加热单元中对原料气进行加热。

再次如图1所示，原料气在低碳醇合成器21进行合成低碳醇反应的过程中，由于合成反应会放出大量的热，因而低碳醇合成器21内的温度在不断地变化，继而使低碳醇合成器21内的压力也在不断地变化，这就需要对低碳醇合成器21的温度与压力进行有效的控制。因此，低碳醇合成模块还包括蒸汽调节装置22，蒸汽调节装置22根据低碳醇合成器21内的温度与压力自动调节蒸汽放空量，从而调节低碳醇合成器21内的温度和压力。原料气在低碳醇合成器21内的反应温度需控制在260℃左右，因而在低碳醇合成器21内采用水冷的方式进行温度调节，利用合成反应放出的热量使水转化为蒸汽。水由蒸汽调节装置22输入低碳醇合成器21内，在低碳醇合成器21内转化为蒸汽后，蒸汽又储存在蒸汽调节装置22中。如果低碳醇合成器21内的温度较高或者升温速度较快，这时蒸汽调节装置22上的蒸汽调节装置(蒸汽调节装置可以是自动放空阀)根据低碳醇合成器21内的温度或压力，自动增大蒸汽出口以增加蒸汽的调节量(对于蒸汽的排放处理，也可以通过管线将蒸汽引流至工厂生产的其它有需要的地方，以充分利用系统产生的蒸汽能源)，从而降低低碳醇合成器21内的温度或降低低碳醇合成器21内的升温速度，同时降低低碳醇合成器21和蒸汽调节装置22的压力。如果低碳醇合成器21内的温度较低或者升温速度较慢，这时蒸汽调节装置的蒸汽出口自动关小，以减少蒸汽的调节量，从而慢慢升高蒸汽调节装置22压力，使低碳醇合成器21内的温度升高或者降温速度变小。这时，如果低碳醇合成器21内的温度仍然偏低或者温度降低速度过大，可以通过开启与气气换热装置14并列设置的电加热器来升高低碳醇合成器21的进气口处原料气的温度，从而保证低碳醇合成器21内的反应温度与压力，优选地，反应温度T_反的预定反应温度范围为220℃≤T_反≤300℃，并且，反应压力P_反的预定反应温度范围为5.5Mpa≤P_反≤7.5Mpa。

具体地，低碳醇分离部还包括一级分离器23，一级分离器23包括分离器进气口、分离器第一出口和分离器第二出口，分离器进气口与低碳醇合成器21的出气口连通，分离器第一出口连通至低碳醇分离器311的入口，分离器第二出口连通至低碳醇合成系统的蜡产品装置上。在低碳醇合成器21中，合成的合成混合物在经过气气换热装置14换热降温之后(合成混合物的温度换热冷却至130℃左右)，被输送至一级分离器23中进行第一次产品分离。在一级分离器23的分离过程中，被分离出来气相混合物为包含低碳醇产品的一次分离合成混合物，液相为蜡水混合物。一次分离合成混合物从一级分离器23上部的分离器第一出口输送到系统的后续的低碳醇分离部继续被分离，以得到低碳醇产品；液相的蜡水混合物从一级分离器23下部的分离器第二出口输送到系统中内，在蜡产品装置中进行蜡产品的进一步加工(蜡产品装置为蜡闪蒸槽，蜡水混合物在蜡闪蒸槽内进行闪蒸分离蜡产品)。

优选地，在一次分离合成混合物进入低碳醇分离器311进行低碳醇分离之前，一次分离合成混合物需要被冷却降温，因此，低碳醇分离部还包括冷却装置312，冷却装置312包括冷却入口和冷却出口，冷却入口与一级分离器23的分离器第一出口连通，冷却出口与低碳醇分离器311的入口连通。具体地，冷却装置312包括依次连通的第一冷却器3121和第二冷却器3122，第一冷却器3121上设置有用于输入冷却循环水的循环水进水管道(如图1中所示的H)，第一冷却器3121上还设置有用于回流冷却循环水的循环水回水管道(如图1中所示的H′)，第二冷却器3122的冷却剂输入口与用于输送冷却剂的进冷却剂管道连通，第二冷却器3122的冷却剂出口与用于回流冷却剂的出冷却剂管道连通。一次分离合成混合物进入第一冷却器3121内，利用冷却循环水对一次分离合成混合物进行冷却降温。冷却循环水从循环水进水管道进入第一冷却器3121，然后与一次分离合成混合物换热，使一次分离合成混合物降温。换热后的冷却循环水从循环水回水管道流出第一冷却器3121并回流。在第一冷却器3121中，冷却循环水自下而上地流经第一冷却器3121，然后与一次分离合成混合物进行换热，这样使第一冷却器3121的换热效果更好。一次分离合成混合物在经过第一冷却器3121冷却降温之后，再将一次分离合成混合物输入第二冷却器3122内，继续进行冷却降温，并使一次分离合成混合物的温度降至25℃左右，然后将一次分离合成混合物输送到低碳醇分离器311进行低碳醇产品分离。在第二冷却器3122的冷却过程中，系统利用进冷却剂管道输入的冷却剂对一次分离合成混合物进行冷却降温。一次分离合成混合物输入第二冷却器3122内，然后通过进冷却剂管道将冷却剂自下而上地输入第二冷却器3122内对一次分离合成混合物进行冷却，并通过出冷却剂管道回流冷却剂，然后对冷却剂进行循环利用。一次分离合成混合物经过第一冷却器3121和第二冷却器3122冷却后，其温度达到在25℃左右，然后输入低碳醇分离器311中进行低碳醇分离。

再次参见如图1所示，为了将合成混合物所包含的各类合成产品充分分离出来，因而产品处理模块还包括轻油产品分离部，轻油产品分离部连通至低碳醇分离部上。进一步地，低碳醇分离器311还包括低碳醇分离器第一出口和低碳醇分离器第二出口，低碳醇分离器311的入口连通至一级分离器23的分离器第一出口，低碳醇分离器第一出口与轻油产品分离部的入口连通，低碳醇分离器第二出口用于输出低碳醇产品。一次分离合成混合物分离出低碳醇产品之后，低碳醇产品由低碳醇分离器第二出口流出，而且，分离出低碳醇产品后的剩余混合物以气相形式从低碳醇分离器第一出口输送至轻油产品分离部。

气相剩余混合物流出低碳醇分离器311之后，还需要进行冷却降温后才能进行轻油副产品的分离。优选地，轻油产品分离部还包括第三冷却器322，第三冷却器322的产品入口与低碳醇分离器第一出口连通，第三冷却器322的产品出口与轻油分离器入口连通，第三冷却器322的冷却剂输入口与用于输送冷却剂的进冷却剂管道连通，第三冷却器322的冷却剂出口与用于回流冷却剂的出冷却剂管道连通。第三冷却器322对剩余混合物的冷却降温方式与第二冷却器3122对一次分离合成混合物的冷却降温方式相同，但是，剩余混合物在经第三冷却器322冷却降温后，剩余混合物的温度降低至-5℃左右，然后进入轻油分离器321进行轻油副产品的分离。

冷却降温后的剩余混合物被输送至轻油产品分离部中，进行轻油副产品的分离工作。其中，轻油产品分离部包括轻油分离器321，轻油分离器321包括轻油分离器入口、轻油分离器第一出口和轻油分离器第二出口，轻油分离器入口与第三冷却器322的产品出口连通，轻油分离器第一出口用于输出剩余原料气，轻油分离器第二出口用于输出轻油副产品。剩余混合物在分离出轻油副产品后，剩余原料气从轻油分离器321上部的轻油分离器第一出口输出并加以循环利用。一部分剩余原料气被作为燃料气输送到需要工厂中燃烧加热的地方或者直接在火炬口E燃烧掉，另一部分剩余原料气作为原料气输入循环气压缩机组40进行压缩增压，然后输入原料气处理模块中作为原料气循环利用。因此，低碳醇合成系统还包括循环气压缩机组40，循环气压缩机组40的进气口与轻油分离器第一出口连通，循环气压缩机组40的出气口与原料气加热单元的原料气管道连通。

此外，为了更好、更有效地控制低碳醇合成器21内的压力，在原料气以预定的6.5MPa压力进入气气换热装置14，因而在低碳醇合成器21的进气口处设置有用于保护低碳醇合成器21的自动压力安全阀211，优选地，该自动压力安全阀211设置在气气换热装置14的进气口处，这样可以同时控制由原料气加热器12和循环气压缩机组40输入的原料气引起的气体压力的变化。这样，当系统压力高于6.5MPa的时候，自动压力安全阀211自动打开以降低压力；当系统压力降回6.5MPa以下的时候，自动压力安全阀211自动关闭，从而保证了系统压力不至于过高。

具体地，在原料气进气口与脱硫槽13的入口之间直接连接有备临时管线，且临时管线上设置有自动控制阀。在原料气压缩机组11输出的原料气的量过大的时候，可以将自动控制阀打开，并控制自动阀的开度，这样以控制进入脱硫槽13的原料气的量。

优选地，在蜡副产品的输出管路上、低碳醇产品的输出管路上以及轻油副产品的输出管路上均设置有流量自动控制阀门，以控制相应的产品输出量，从而保证以预定的生产速率进行生产。

如图1至图3所示，A为原料气输入口；D为将锅炉水输入蒸汽调节装置22的锅炉给水管路的进水口，D′为将换热后形成的水蒸汽输出蒸汽调节装置22的副产蒸汽管道的出口，蒸汽调节装置22内发生的副产蒸汽从D′口输出，然后被循环利用；E为火炬口；G为进冷却剂管道入口，G’为出冷却剂管道的出口，S为低碳混合醇出口，S′为与低碳混合醇出口S连接的低碳混合醇分离子系统的甲醇精馏塔的低碳混合醇入口。

本发明的上述低碳混合醇分离子系统中，只要将精馏系统和萃取系统同时使用，就能够提高单醇产品的纯度，提高低碳混合醇的分离效果。在本发明的第二实施例中，如图2所示，上述乙醇塔底出料口与正丙醇塔进料口之间的流路上还设置有膜分离装置430，膜分离装置430具有膜分离进料口、膜分离油相出料口和膜分离水相出料口；其中，膜分离进料口与乙醇塔底出料口相连；膜分离油相出料口与正丙醇塔进料口相连。

“膜分离装置”通常由容器和位于容器内部的油水分离膜组成。其原理是利用油水分离膜对油相和水相的分流作用，达到将油水两相分开的目的。在本发明低碳混合醇分离子系统所欲分离提纯的低碳混合醇中，正丙醇和水沸点相差约2.8℃左右，容易形成共沸，单纯采用正丙醇精馏塔400进行正丙醇分离提纯时，得到的正丙醇产品中含有一定的水分。在乙醇精馏塔200塔底液进入正丙醇精馏塔400之前，先使其进入膜分离装置430。该膜分离装置中含有渗透汽化膜，在渗透汽化膜的作用下，能够实现油水分离，从而能够减少后期进入正丙醇精馏塔400中的水分，进而减少正丙醇产品中的水含量，提高正丙醇产品的纯度。同时，采用膜分离装置430进行提纯，还有利于减少能耗，节约成本。

在正丙醇精馏塔400之前增设膜分离装置430，就能够在一定程度上减少进入正丙醇精馏塔400中的水量。在一种优选的实施方式中，上述乙醇塔底出料口与膜分离进料口之间的流路上还设置有第一分相器440，第一分相器440具有第一分相进料口、第一水相出料口和第一油相出料口；其中，第一分相进料口与乙醇塔底出料口相连；第一油相出料口与膜分离进料口相连。

乙醇精馏塔200的塔底液中的主要成分为正丙醇、混合丁醇及水。利用正丙醇和混合丁醇在水中溶解度较小的特性，通过第一分相器440对该塔底液进行分相处理，能够在一定程度上实现油水两相的分离。从而能够进一步减少进入正丙醇精馏塔400的水量，提高正丙醇的纯度。

本发明的上述低碳混合醇分离子系统中，利用第一分相器440和膜分离装置430进行油水分离处理，就能够减少水分对正丙醇纯度的影响。

如图2和图3所示，在第二实施例与第三实施例中，上述的低碳混合醇分离子系统还包括设置在低碳醇分离器与甲醇精馏塔100之间的第一脱水精馏塔500，第一脱水精馏塔500具有第一脱水塔进料口、第一脱水塔顶出料口和第一脱水塔底出料口；其中，第一脱水塔进料口与低碳混合醇出口相连，第一脱水塔顶出料口与甲醇塔进料口相连；第一脱水塔进料口为低碳混合醇进料口。将低碳混合醇投入甲醇精馏塔100进行甲醇分离之前，先使低碳混合醇进入第一脱水精馏塔500进行脱水处理，有利于进一步减少水含量，提高各单醇产品的纯度。

更优选地，上述低碳混合醇分离子系统还包括不凝气脱除塔600和闪蒸罐610；不凝气脱除塔600设置在低碳醇分离器与第一脱水精馏塔500之间，具有脱除塔进料口、脱除塔顶出料口和脱除塔底出料口，其中脱除塔底出料口与第一脱水塔进料口相连；闪蒸罐610设置在低碳醇分离器与不凝气脱除塔600之间，具有闪蒸罐进料口和闪蒸罐出料口，其中闪蒸罐进料口与低碳混合醇出口相连，闪蒸罐出料口与脱除塔进料口相连。从前段合成工序中产出的低碳混合醇产品，除了还有一定量的水分之外，还存在少量的不凝气(如烷烃类气体、一氧化碳、氮气等)及一些低沸点杂质(如乙醛、丙酮等醛酮类、甲酸甲酯、乙酸甲酯等酯类)。在第一脱水精馏塔500之前设置闪蒸罐610和不凝气脱除塔600，有利于去除上述这些不凝气和低沸点杂质，使单醇产品的纯度得到进一步提高。在实际操作的过程中，为了减少环境污染，优选将闪蒸罐出料口和脱除塔顶出料口采出的不凝气和低沸点杂质通过火炬进行焚烧处理。

本发明的上述低碳混合醇分离子系统中，可以将萃取精馏塔300的萃取剂进料口连接在萃取剂储罐380处，以向萃取精馏塔300提供萃取剂。相应将萃取精馏塔300的塔底萃取液回收至萃取剂回收罐390中即可。优选地，出于减少萃取剂耗量、降低生产成本的目的，上述低碳混合醇分离子系统还包括萃取剂回收塔700，萃取剂回收塔700具有回收塔进料口、回收塔顶出料口和回收塔底出料口；其中，回收塔进料口与萃取塔底出料口相连；回收塔底出料口与萃取剂进料口相连。在实际操作的过程中，为了减少环境污染，优选将回收塔顶出料口采出的气体通入火炬进行焚烧处理。

本发明的上述低碳混合醇分离子系统中，第一脱水精馏塔500、第一分相器440及膜分离装置430中采出的水相可以直接输送至废水处理装置中进行废水处理。

如图2所示，在第二实施例中，上述低碳混合醇分离子系统还包括第二脱水精馏塔800和第二分相器810；第二脱水精馏塔800具有第二脱水塔进料口、第二脱水塔顶出料口和第二脱水塔底出料口；第二分相器810具有第二分相进料口、第二水相出料口和第二油相出料口；其中，第二脱水塔进料口分别与膜分离水相出料口、第一水相出料口和第二水相出料口相连；第二分相进料口与第二脱水塔顶出料口相连，第二油相出料口与膜分离进料口相连。将第一分相器440和膜分离装置430中采出的水相进一步通过第二脱水精馏塔800进行脱水处理，有利于将这些水相中携带的正丙醇、丁醇等油相进一步回收，从而提高单醇产品的产量、减少单醇流失量。此外，在第二脱水精馏塔800塔顶处设置第二分相器810，有利于进一步减少醇类的流失量。然后，可以将第一脱水精馏塔500和第二脱水精馏塔800塔底脱除的废水回收至废水储罐850中以作他用。

本发明的上述低碳混合醇分离子系统中，在正丙醇精馏塔400的正丙醇塔顶出料口采出的正丙醇产品，就具有较高的纯度。

如图2所示，在第二实施例中，上述低碳混合醇分离子系统还包括正丙醇提纯精馏塔900，正丙醇提纯精馏塔900具有提纯塔进料口、提纯塔顶出料口和提纯塔底出料口；其中，提纯塔进料口与正丙醇塔顶出料口相连；提纯塔底出料口与正丙醇储罐410相连。进一步对正丙醇进行精馏提纯，能够进一步减少正丙醇产品中的低沸点杂质。这些低沸点杂质可以直接排放至大气中，更优选地，可以将这些低沸点杂质通过火炬进行焚烧分解。

本发明的上述低碳混合醇分离子系统中，如图1至图3所示，在第一至第三各实施例中，在各个精馏塔塔顶分别设置一个冷却器。具体地，上述低碳混合醇分离子系统还包括冷却装置，冷却装置包括：第一冷却器120具有第一冷凝进料口、第一回流液出口与第一冷凝液出口；第一冷凝进料口与甲醇塔顶出料口相连，第一回流液出口与甲醇精馏塔100的塔顶循环液进口相连，第一冷凝液出口与甲醇储罐110相连；第二冷却器210具有第二冷凝进料口、第二回流液出口与第二冷凝液出口；第二冷凝进料口与乙醇塔顶出料口相连，第二回流液出口与乙醇精馏塔200的塔顶循环液进口相连，第二冷凝液出口与萃取塔进料口相连；第三冷却器320具有第三冷凝进料口、第三回流液出口与第三冷凝液出口；第三冷凝进料口与萃取塔顶出料口相连，第三回流液出口与萃取精馏塔300的塔顶循环液进口相连，第三冷凝液出口与乙醇储罐310相连；第四冷却器450具有第四冷凝进料口、第四回流液出口与第四冷凝液出口；第四冷凝进料口与正丙醇塔顶出料口相连，第四回流液出口与正丙醇精馏塔400的塔顶循环液进口相连，第四冷凝液出口与提纯塔进料口相连。

如图2和图3所示，在第二和第三实施例中，第五冷却器510具有第五冷凝进料口、第五回流液出口与第五冷凝液出口；第五冷凝进料口与第一脱水塔顶出料口相连，第五回流液出口与第一脱水精馏塔500的塔顶循环液进口相连，第五冷凝液出口与甲醇塔进料口相连；第六冷却器620具有第六冷凝进料口、第六回流液出口与不凝气出口；第六冷凝进料口与脱除塔顶出料口相连，第六回流液出口与不凝气脱除塔600的塔顶循环液进口相连。

如图2所示，在第二实施例中，第七冷却器710具有第七冷凝进料口、第七回流液出口与第七冷凝液出口；第七冷凝进料口与回收塔顶出料口相连，第七回流液出口与萃取剂回收塔700的塔顶循环液进口相连；第八冷却器820具有第八冷凝进料口与第八冷凝液出口；第八冷凝进料口与第二脱水塔顶出料口相连，第八冷凝液出口与第二分相进料口相连；第九冷却器910具有第九冷凝进料口、第九回流液出口与第九冷凝液出口；第九冷凝进料口与提纯塔顶出料口相连，第九回流液出口与正丙醇提纯塔的塔顶循环液进口相连。

在每一个精馏塔塔顶设置冷却器，有利于对塔顶出料口采出的气体进行冷凝和循环提纯处理，能够进一步提高各单醇产品的纯度。

如图2和图3所示，在乙醇塔底出料口和第一分相进料口之间的流路上还设置有第十冷却器230；在回收塔底出料口与萃取剂进料口之间的流路上还设置有第十一冷却器340。这样的设置能够促使各将乙醇精馏塔200塔底液和萃取剂回收塔700塔底也进行降温，防止高温影响后期的提纯过程。在实际操作过程中，优选在第十一冷却器340和萃取剂进料口之间的流路上设置萃取剂储罐380，以控制所回收的萃取剂再次进入萃取精馏塔300时的流速。另外，还可以在第二脱水精馏塔800的第二脱水塔底出料口与废水储罐850之间的流路上增设第十二冷却器840，第一脱水精馏塔500的第一脱水塔底出料口与废水储罐850之间的流路上增设第十三冷却器530，以对第一脱水精馏塔500与第二脱水精馏塔800中脱出的废水进行降温。

此外，各精馏塔都具有塔底再沸器(甲醇塔底再沸器130、乙醇塔底再沸器220、萃取塔底再沸器330、正丙醇塔底再沸器460、回收塔底再沸器720、提纯塔底再沸器920、第一脱水塔底再沸器520、第二脱水塔底再沸器830及不凝气脱除塔底再沸器630)，用以控制对各进料口进入液料的加热温度。本领域技术人员均知晓关于再沸器的设置，在此不再赘述。

根据本发明的另一个方面，提供了一种低碳混合醇合成与分离的联合生产工艺。该联合生产工艺包括采用前述的联合生产系统中的低碳混合醇合成子系统进行低碳混合醇合成工艺过程，以及采用所述联合生产系统中的低碳混合醇分离子系统进行所述低碳混合醇分离工艺过程。

其中，低碳混合醇合成工艺过程包括以下步骤：

步骤S1：对输进低碳醇合成系统的原料气进行加压处理，使所述原料气的加压压力处于预定压力范围内；

步骤S2：对加压完成后的所述原料气进行加热处理，使所述原料气的加热温度处于第一预定温度范围内(第一预定温度范围为170℃到210℃之间)；

步骤S3：将加热完成后的所述原料气进行低碳醇合成加工生成合成混合物(原料气在低碳醇合成器21内在催化剂的作用下，反应生成甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、蜡和轻油等混合物，其中，反应生成的戊醇的含量相对较少)；

步骤S4：从所述合成混合物中分离出低碳醇产品。

其中，在步骤S4中，原料气在低碳醇合成器21生成合成混合物后，生成的合成混合物经过至少一次分离工艺获得低碳醇产品。分离工艺包括一次分离工艺和二次分离工艺，一次分离工艺将合成混合物分离以获得包含低碳醇产品的一次分离合成混合物和蜡产品。一次分离合成混合物经二次分离工艺以获得低碳醇产品和剩余混合物。一次分离工艺在系统的一级分离器23内进行，二级分离工艺则由低碳醇分离器311将低碳醇产品和剩余混合物分离出来。剩余混合物还要继续经过轻油分离工艺，从而得到轻油副产品。因而分离工艺还包括三次分离工艺，三次分离工艺对经过二次分离工艺而获得低碳醇产品后的剩余混合物进行分离加工，从而获得轻油副产品，然后将分离获得的轻油副产品输出，再将分离获得的部分剩余原料气作为步骤S2的原料气循环利用。这样，合成混合物经过三次分离工艺之后，依次分离获得蜡产品、低碳醇产品和轻油副产品，最后将剩余原料气输出，一部分剩余原料气作为燃料气输出，另一部分剩余原料气作为在低碳醇合成器21内继续进行合成反应的原料气循环利用。

在进行二次分离工艺前，对一次分离合成混合物进行冷却处理，使一次分离合成混合物的温度处于第二预定温度范围内(第二预定温度范围为20℃到30℃之间，优选为25℃)，然后对一次分离合成混合物进行二次分离加工。其中，在进行冷却的过程中，通过输入冷却剂(冷却剂的输送管线，包括进冷却剂管路和出冷却剂管路，其是独立循环的输送管线，冷却剂在对系统中需要进行冷却的部分进行冷却完毕后，冷却剂回流并循环利用)对一次分离合成混合物进行冷却，更加快速地使一次分离合成混合物的温度达到25℃左右的要求。进一步地，在轻油产品分离部中对分离完成低碳醇产品的剩余混合物进行冷却降温时，同样使用冷却剂进行冷却降温，从而使剩余混合物降温到-5℃左右，然后进入轻油分离器321进行轻油副产品的分离工艺。

上述的冷却剂可以选择丙烯制冷剂，也可以选择其他的能够满足冷却效果的制冷剂。

另外，低碳混合醇分离工艺过程是采用上述的低碳混合醇分离子系统分离低碳混合醇，以制备相应的单醇产品。上述低碳混合醇分离子系统中，将精馏提纯和萃取提纯结合应用，能够改善因低碳混合醇中共沸体系较多导致的单醇产品纯度较低的问题，使单醇产品获得较高的纯度。同时，采用萃取分离的方式还能够减少常规精馏提纯工艺中产品的汽化次数，有利于降低能耗，节约成本。

本发明的上述分离方法中，萃取精馏塔300中采用的萃取剂只要具有对水的选择溶解性，就能够将水分从乙醇中脱除。上述萃取精馏塔300采用的萃取剂为乙二醇。将乙醇进行气化后，将乙醇气体与乙二醇液体相接触，能够使气体中携带的水分溶解于乙二醇中，达到脱水的效果。同时，乙二醇的沸点远高于乙醇，这能够防止乙二醇气化会乙醇气体造成二次污染。另外，本发明上述膜分离装置430采用的油水分离膜可以是本领域技术人员所熟知的油水分离膜，优选该油水分离膜为渗透汽化膜，更优选为陶瓷渗透汽化膜。

在实际操作的过程中，本领域技术人员根据本发明上述各提纯单元的功能描述，有能力选择各单元的具体操作工艺。在第一至第三各实施例中，采用上述低碳混合醇分离子系统对低碳混合醇进行分离提纯时，

甲醇精馏塔100的操作压力为-0.1～0Mpa(G)，优选为-0.05Mpa(G)、操作温度为48～67.8℃；

乙醇精馏塔200的操作压力为0～0.2Mpa(G)，优选为0.101Mpa(G)、操作温度为97～109.1℃；

萃取精馏塔300的操作压力为-0.1～0Mpa(G)，优选为-0.051Mpa(G)、操作温度为61.9～88.16℃；

正丙醇精馏塔400的操作压力为-0.1～0Mpa(G)，优选为-0.051Mpa(G)、操作温度为79～97.1℃；

萃取剂回收塔700的操作压力为-0.1～0Mpa(G)，优选为-0.081Mpa(G)、操作温度为58.1～159℃；

正丙醇提纯精馏塔900的操作压力为-0.1～0Mpa(G)，优选为-0.071Mpa(G)、操作温度为57.4～70.2℃；

第一脱水精馏塔500的操作压力为0～0.1Mpa(G)，优选为0.081Mpa(G)、操作温度为99.9～117.9℃；

第二脱水精馏塔800的操作压力为0～0.1Mpa(G)，优选为0Mpa(G)、操作温度为92.9～100.9℃；

不凝气脱除塔600的操作压力为0～0.3Mpa(G)，优选为0.203Mpa(G)、操作温度为84.5～112.4℃。

以下结合具体实施例(将第二实施例与第三实施例进行对比)对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。

第三实施例

第三实施例采用本发明的低碳混合醇分离子系统进行低碳混合醇分离，低碳混合醇分离子系统如图3所示。

低碳混合醇分离子系统包括：闪蒸罐、不凝气脱除塔、第一脱水精馏塔、甲醇精馏塔、乙醇精馏塔、萃取精馏塔、正丙醇精馏塔、第一分相器及相应的冷却器。

各塔操作条件如下：

不凝气脱除塔的操作压力为0.203Mpa(G)、操作温度为112.4℃；

第一脱水精馏塔的操作压力为0.081Mpa(G)、操作温度为117.9℃；

甲醇精馏塔的操作压力为-0.05Mpa(G)、操作温度为67.8℃；

乙醇精馏塔的操作压力为0.101Mpa(G)、操作温度为109.1℃；

萃取精馏塔的操作压力为-0.051Mpa(G)、操作温度为88.16℃；

正丙醇精馏塔的操作压力为-0.047Mpa(G)、操作温度为106.6℃；

经计算，分离得到的甲醇的纯度为99.4％、乙醇的纯度为99.8％、正丙醇的纯度为54.5％。

第二实施例

第二实施例采用本发明的低碳混合醇分离子系统进行低碳混合醇分离，低碳混合醇分离子系统如图2所示。

低碳混合醇分离子系统包括：甲醇精馏塔、乙醇精馏塔、萃取精馏塔、正丙醇精馏塔、萃取剂回收塔、正丙醇提纯精馏塔、第一脱水精馏塔、第二脱水精馏塔和不凝气脱除塔；还包括第一分相器、第二分相器、膜分离装置及相应的冷却器。其中萃取剂为乙二醇，膜分离装置中的油水分离膜为陶瓷渗透汽化膜。

各塔操作条件如下：

甲醇精馏塔的操作压力为-0.05Mpa(G)、操作温度为67.8℃；

乙醇精馏塔的操作压力为0.101Mpa(G)、操作温度为109.1℃；

萃取精馏塔的操作压力为-0.051Mpa(G)、操作温度为88.16℃；

正丙醇精馏塔的操作压力为-0.051Mpa(G)、操作温度为97.1℃；

萃取剂回收塔的操作压力为-0.081Mpa(G)、操作温度为159℃；

正丙醇提纯精馏塔的操作压力为-0.071Mpa(G)、操作温度为70.2℃；

第一脱水精馏塔的操作压力为0.081Mpa(G)、操作温度为117.9℃；

第二脱水精馏塔的操作压力为0Mpa(G)、操作温度为100.9℃；

不凝气脱除塔的操作压力为0.203Mpa(G)、操作温度为112.4℃。

经计算，分离得到的甲醇的纯度为99.4％、乙醇的纯度为99.8％、正丙醇的纯度为99.4％。

从第二实施例中低碳醇分离的效果可以看出，采用本发明中所提供的低碳混合醇分离子系统，采用精馏提纯和萃取提纯相结合将低碳混合醇进行分离提纯，所制备的单醇产品具有较高的纯度。对比第二实施例和第三实施例，技术人员可以知道，从第二实施例中低碳醇分离的效果可以看出，采用精馏提纯、萃取提纯、膜分离提纯并结合分相处理，所制备的单醇产品具有更高的纯度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (24)

1.一种低碳混合醇合成与分离的联合生产装置，其特征在于，包括：低碳混合醇合成子系统和低碳混合醇分离子系统；其中，

所述低碳混合醇合成子系统包括顺次连通的原料气处理模块、低碳醇合成模块和产品处理模块；

所述原料气处理模块包括用于对原料气进行增压的原料气压缩机组(11)和用于加热所述原料气的原料气加热单元，所述原料气压缩机组(11)的出气口连通至所述原料气加热单元的进气口；

所述低碳醇合成模块包括低碳醇合成器(21)，所述低碳醇合成器(21)的进气口与所述原料气加热单元的出气口连通；

所述产品处理模块包括低碳醇分离部，所述低碳醇分离部包括低碳醇分离器(311)，其中，所述低碳醇分离器(311)包括低碳醇分离器入口，所述低碳醇分离器入口连通至所述低碳醇合成器(21)的出气口，所述低碳醇分离部具有用于引流低碳混合醇产品的低碳混合醇出口；

所述低碳混合醇分离子系统包括：

甲醇精馏塔(100)，具有与所述低碳混合醇出口相连的甲醇塔进料口、甲醇塔顶出料口和甲醇塔底出料口；所述甲醇塔顶出料口与甲醇储罐(110)相连；

乙醇精馏塔(200)，具有与所述甲醇塔底出料口相连的乙醇塔进料口，以及乙醇塔顶出料口和乙醇塔底出料口；

萃取精馏塔(300)，具有与所述乙醇塔顶出料口相连的萃取塔进料口，以及萃取剂进料口、萃取塔顶出料口和萃取塔底出料口；其中所述萃取塔进料口位于所述萃取剂进料口的下方；所述萃取塔顶出料口与乙醇储罐(310)相连；

正丙醇精馏塔(400)，具有与所述乙醇塔底出料口相连的正丙醇塔进料口，以及正丙醇塔顶出料口和正丙醇塔底出料口；所述正丙醇塔顶出料口与正丙醇储罐(410)相连；所述正丙醇塔底出料口与混合丁醇储罐(420)相连，

所述低碳醇分离部还包括一级分离器(23)，所述一级分离器(23)包括分离器进气口、分离器第一出口和分离器第二出口，所述分离器进气口与所述低碳醇合成器(21)的出气口连通，所述分离器第一出口连通至所述低碳醇分离器(311)的入口，所述分离器第二出口连通至所述联合生产装置的蜡产品装置，

所述产品处理模块还包括轻油产品分离部，所述轻油产品分离部连通至所述低碳醇分离部，

所述低碳醇分离器(311)还包括低碳醇分离器第一出口和低碳醇分离器第二出口，所述低碳醇分离器(311)的入口连通至所述一级分离器(23)的所述分离器第一出口，所述低碳醇分离器第一出口与所述轻油产品分离部的入口连通，所述低碳醇分离器第二出口用于输出低碳醇产品。

2.根据权利要求1所述的联合生产装置，其特征在于，所述原料气加热单元包括原料气加热器(12)，所述原料气加热器(12)的进气口连通至所述原料气压缩机组(11)的出气口，所述原料气加热器(12)的出气口连通至所述低碳醇合成器(21)的进气口。

3.根据权利要求2所述的联合生产装置，其特征在于，所述原料气加热单元还包括气气换热装置(14)，所述气气换热装置(14)包括第一连通口、第二连通口、第三连通口和第四连通口，所述第一连通口与所述原料气加热器(12)的出气口连通，所述第二连通口与所述低碳醇合成器(21)的进气口连通，所述第三连通口与所述低碳醇合成器(21)的出气口连通，所述第四连通口连通至所述产品处理模块上，所述气气换热装置(14)用于使所述低碳醇合成器(21)输出的热的合成混合物与所述原料气换热。

4.根据权利要求2所述的联合生产装置，其特征在于，所述原料气处理模块还包括脱硫槽(13)，所述脱硫槽(13)的进气口与所述原料气压缩机组(11)的出气口连通，所述脱硫槽(13)的出气口与所述原料气加热器(12)的进气口连通。

5.根据权利要求1所述的联合生产装置，其特征在于，所述低碳醇合成模块还包括蒸汽调节装置(22)，所述蒸汽调节装置(22)根据所述低碳醇合成器(21)内的温度与压力自动调节蒸汽放空量以调节所述低碳醇合成器(21)内的温度和压力。

6.根据权利要求1所述的联合生产装置，其特征在于，所述轻油产品分离部包括轻油分离器(321)，所述轻油分离器(321)包括轻油分离器入口、轻油分离器第一出口和轻油分离器第二出口，所述轻油分离器入口连通至所述低碳醇分离器第一出口，所述轻油分离器第一出口用于输出剩余原料气，所述轻油分离器第二出口用于输出轻油副产品。

7.根据权利要求6所述的联合生产装置，其特征在于，所述轻油产品分离部还包括第三冷却器(322)，所述第三冷却器(322)的产品入口与所述低碳醇分离器第一出口连通，所述第三冷却器(322)的产品出口与所述轻油分离器入口连通，所述第三冷却器(322)的冷却剂输入口与用于输送冷却剂的进冷却剂管道连通，所述第三冷却器(322)的冷却剂出口与用于回流冷却剂的出冷却剂管道连通。

8.根据权利要求6所述的联合生产装置，其特征在于，所述联合生产装置还包括循环气压缩机组(40)，所述循环气压缩机组(40)的进气口与所述轻油分离器第一出口连通，所述循环气压缩机组(40)的出气口与所述原料气加热单元的原料气管道连通。

9.根据权利要求1所述的联合生产装置，其特征在于，所述低碳醇分离部还包括冷却装置(312)，所述冷却装置(312)包括冷却入口和冷却出口，所述冷却入口与所述一级分离器(23)的所述分离器第一出口连通，所述冷却出口与所述低碳醇分离器(311)的入口连通。

10.根据权利要求9所述的联合生产装置，其特征在于，所述冷却装置(312)包括依次连通的第一冷却器(3121)和第二冷却器(3122)，所述第一冷却器(3121)上设置有用于输入冷却循环水的循环水进水管道，所述第一冷却器(3121)上还设置有用于回流所述冷却循环水的循环水回水管道，所述第二冷却器(3122)的冷却剂输入口与用于输送冷却剂的进冷却剂管道连通，所述第二冷却器(3122)的冷却剂出口与用于回流所述冷却剂的出冷却剂管道连通。

11.根据权利要求1所述的联合生产装置，其特征在于，所述低碳醇合成器(21)的进气口处设置有用于保护所述低碳醇合成器(21)的自动压力安全阀(211)。

12.根据权利要求1所述的联合生产装置，其特征在于，所述乙醇塔底出料口与所述正丙醇塔进料口之间的流路上还设置有膜分离装置(430)，所述膜分离装置(430)具有膜分离进料口、膜分离油相出料口和膜分离水相出料口，其中，所述膜分离进料口与所述乙醇塔底出料口相连；所述膜分离油相出料口与所述正丙醇塔进料口相连。

13.根据权利要求12所述的联合生产装置，其特征在于，所述乙醇塔底出料口与所述膜分离进料口之间的流路上还设置有第一分相器(440)，所述第一分相器(440)具有第一分相进料口、第一水相出料口和第一油相出料口，其中，所述第一分相进料口与所述乙醇塔底出料口相连；所述第一油相出料口与所述膜分离进料口相连。

14.根据权利要求13所述的联合生产装置，其特征在于，还包括设置在所述低碳醇分离器(311)与所述甲醇精馏塔(100)之间的第一脱水精馏塔(500)，所述第一脱水精馏塔(500)具有第一脱水塔进料口、第一脱水塔顶出料口和第一脱水塔底出料口，其中，所述第一脱水塔进料口与所述低碳混合醇出口相连，所述第一脱水塔顶出料口与所述甲醇塔进料口相连。

15.根据权利要求14所述的联合生产装置，其特征在于，还包括：

不凝气脱除塔(600)，设置在所述低碳醇分离器(311)与所述第一脱水精馏塔(500)之间，具有脱除塔进料口、脱除塔顶出料口和脱除塔底出料口，其中所述脱除塔底出料口与所述第一脱水塔进料口相连；

闪蒸罐(610)，设置在所述低碳醇分离器(311)与所述不凝气脱除塔(600)之间，具有闪蒸罐进料口和闪蒸罐出料口，其中所述闪蒸罐进料口与所述低碳混合醇出口相连，所述闪蒸罐出料口与所述脱除塔进料口相连。

16.根据权利要求14或15所述的联合生产装置，其特征在于，还包括萃取剂回收塔(700)，所述萃取剂回收塔(700)具有回收塔进料口、回收塔顶出料口和回收塔底出料口，其中，所述回收塔进料口与所述萃取塔底出料口相连；所述回收塔底出料口与所述萃取剂进料口相连。

17.根据权利要求16所述的联合生产装置，其特征在于，还包括：

第二脱水精馏塔(800)，具有第二脱水塔进料口、第二脱水塔顶出料口和第二脱水塔底出料口；

第二分相器(810)，具有第二分相进料口、第二水相出料口和第二油相出料口；所述第二分相进料口与所述第二脱水塔顶出料口相连，所述第二油相出料口与所述膜分离进料口相连，其中，所述第二脱水塔进料口分别与所述膜分离水相出料口、所述第一水相出料口和所述第二水相出料口相连。

18.根据权利要求17所述的联合生产装置，其特征在于，还包括正丙醇提纯精馏塔(900)，所述正丙醇提纯精馏塔(900)具有提纯塔进料口、提纯塔顶出料口和提纯塔底出料口，其中，所述提纯塔进料口与所述正丙醇塔顶出料口相连；所述提纯塔底出料口与所述正丙醇储罐(410)相连。

19.根据权利要求18所述的联合生产装置，其特征在于，还包括冷却装置，所述冷却装置包括：

第一冷却器(120)，具有第一冷凝进料口、第一回流液出口与第一冷凝液出口；所述第一冷凝进料口与所述甲醇塔顶出料口相连，所述第一回流液出口与所述甲醇精馏塔(100)的塔顶循环液进口相连，所述第一冷凝液出口与所述甲醇储罐(110)相连；

第二冷却器(210)，具有第二冷凝进料口、第二回流液出口与第二冷凝液出口；所述第二冷凝进料口与所述乙醇塔顶出料口相连，所述第二回流液出口与所述乙醇精馏塔(200)的塔顶循环液进口相连，所述第二冷凝液出口与所述萃取塔进料口相连；

第三冷却器(320)，具有第三冷凝进料口、第三回流液出口与第三冷凝液出口；所述第三冷凝进料口与所述萃取塔顶出料口相连，所述第三回流液出口与所述萃取精馏塔(300)的塔顶循环液进口相连，所述第三冷凝液出口与所述乙醇储罐(310)相连；

第四冷却器(450)，具有第四冷凝进料口、第四回流液出口与第四冷凝液出口；所述第四冷凝进料口与所述正丙醇塔顶出料口相连，所述第四回流液出口与所述正丙醇精馏塔(400)的塔顶循环液进口相连，所述第四冷凝液出口与所述提纯塔进料口相连；

第五冷却器(510)，具有第五冷凝进料口、第五回流液出口与第五冷凝液出口；所述第五冷凝进料口与所述第一脱水塔顶出料口相连，所述第五回流液出口与所述第一脱水精馏塔(500)的塔顶循环液进口相连，所述第五冷凝液出口与所述甲醇塔进料口相连；

第六冷却器(620)，具有第六冷凝进料口、第六回流液出口与不凝气出口；所述第六冷凝进料口与所述脱除塔顶出料口相连，所述第六回流液出口与所述不凝气脱除塔(600)的塔顶循环液进口相连；

第七冷却器(710)，具有第七冷凝进料口、第七回流液出口与第七冷凝液出口；所述第七冷凝进料口与所述回收塔顶出料口相连，所述第七回流液出口与所述萃取剂回收塔(700)的塔顶循环液进口相连；

第八冷却器(820)，具有第八冷凝进料口与第八冷凝液出口；所述第八冷凝进料口与所述第二脱水塔顶出料口相连，所述第八冷凝液出口与所述第二分相进料口相连；

第九冷却器(910)，具有第九冷凝进料口、第九回流液出口与第九冷凝液出口；所述第九冷凝进料口与所述提纯塔顶出料口相连，所述第九回流液出口与所述正丙醇提纯塔的塔顶循环液进口相连。

20.根据权利要求19所述的联合生产装置，其特征在于，所述冷却装置还包括：

第十冷却器(230)，设置在所述乙醇塔底出料口和所述第一分相进料口之间的流路上；

第十一冷却器(340)，设置在所述回收塔底出料口与所述萃取剂进料口之间的流路上。

21.一种低碳混合醇合成与分离的联合生产工艺，其特征在于，包括采用权利要求1至20中任一项所述的低碳混合醇合成与分离的联合生产装置中的低碳混合醇合成子系统进行低碳混合醇合成工艺过程，以及采用所述联合生产装置中的低碳混合醇分离子系统进行所述低碳混合醇分离工艺过程。

22.根据权利要求21所述的联合生产工艺，其特征在于，所述低碳混合醇合成工艺过程包括以下步骤：

步骤S1：对输入低碳醇合成系统的原料气进行加压处理，使所述原料气的加压压力处于预定压力范围内；

步骤S2：对加压完成后的所述原料气进行加热处理，使所述原料气的加热温度处于第一预定温度范围内；

步骤S3：将加热完成后的所述原料气进行低碳醇合成加工以生成合成混合物，使低碳醇合成加工过程中的反应温度保持在预定反应温度范围内，并使低碳醇合成加工过程中的反应压力保持在预定反应压力范围内；

步骤S4：从所述合成混合物中分离出低碳醇产品。

23.根据权利要求21所述的联合生产工艺，其特征在于，所述低碳混合醇分离工艺过程采用所述低碳混合醇分离子系统分离低碳混合醇时，萃取精馏塔(300)采用的萃取剂为乙二醇，膜分离装置(430)采用的油水分离膜为渗透汽化膜。

24.根据权利要求23所述的联合生产工艺，其特征在于，膜分离装置(430)采用的油水分离膜为陶瓷渗透汽化膜。