CN104829429A - 利用生物质吸附—精馏耦合装置进行异丙醇精制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开利用生物质吸附—精馏耦合装置进行异丙醇精制的方法，在原有的精馏管路流程的前面设置生物质吸附系统，进料加热后产生的蒸汽通过装填吸附剂的固定床后，大部分水分被吸附，与此同时另外一个固定床进行再生，每半个小时更换一次固定床。脱除水分后的进料气冷凝后进入异丙醇脱轻塔。异丙醇脱轻塔塔顶流股进入丙酮回收塔，塔底流股进入异丙醇精制塔。本发明利用生物质吸附选择性高、易再生的特点对进料中的水分进行提前脱除，然后再将脱水后的进料精馏分离，对精馏操作的影响降低，使异丙醇精制能耗降低，同时丙酮回收塔在回收丙酮的同时也可以得到异丙醇产品，从而增加异丙醇产量，同理可将本发明技术方案用于低级醇和水的分离。

Description

利用生物质吸附—精馏耦合装置进行异丙醇精制的方法

本发明申请是母案申请“异丙醇精制生物质吸附-精馏耦合装置及方法和应用”的分案申请，母案申请的申请日为2013年9月3日，申请号为2013103953457。

技术领域

本发明属于化工产品纯化技术领域，更加具体地说，特别涉及利用生物质吸附和精馏耦合装置及方法和应用，属于节能技术领域。

背景技术

异丙醇是重要的溶剂和有机合成原料。其生产方法主要是水合法，通常目标产物中含有水、丙酮以及其他有机物。在异丙醇精制时，若采用普通精馏方法，异丙醇与水的相平衡线与操作线非常接近，达到分离要求需要的回流比高，因此再沸器冷凝器负荷大，能耗高。

吸附分离方法与被分离物系相对挥发度无关。淀粉质吸附剂可用于醇、酮等有机物脱水，有机物极性越弱，分子量越大，淀粉质吸附剂对其脱水效果就越好。中国发明专利“用于低级醇的脱水吸附剂及制备方法”(申请日2008年10月21日，申请号2008101524051，公开日2009年3月25日，公开号CN1O1391204A)公开了一种用于低级醇脱水的淀粉质吸附剂，其对异丙醇和水的分离因数在大于10⁴，对水的吸附选择性很高。该类淀粉质吸附剂相对于其他常用吸附剂如分子筛、硅胶、氯化锂等，具有吸附选择性高、可降解、再生温度低、对环境友好的特点。但是吸附方法并不适合化工分离整个系统，只有对少量吸附质或与其他分离操作结合起来时才合理。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，为了克服异丙醇精制中普通精馏方法能耗过高的问题，利用生物质吸附的特点，提出了一种将生物质吸附方法与精馏方法结合在一起的节能环保的异丙醇精制装置及其方法。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

异丙醇精制生物质吸附-精馏耦合装置，在异丙醇脱轻塔塔顶设置第二冷凝器和第四进料泵，在异丙醇脱轻塔塔底设置第三换热器，第三换热器与第二储罐管路相连，在异丙醇脱轻塔塔底设置第一再沸器和第三进料泵；第四进料泵与丙酮回收塔管路连接，丙酮回收塔塔顶设置第四冷凝器，丙酮回收塔塔底设置第三再沸器和第四换热器，并通过管路与第二储罐相连；第三进料泵与异丙醇精制塔管路连接，在异丙醇精制塔塔底设置第二再沸器，塔底物料进入其他系统进行进一步分离，在异丙醇精制塔塔顶设置第三冷凝器，并通过管路与第二储罐相连。

在装置中，选择在在异丙醇脱轻塔塔底第45块塔板处侧线出料并设置第三换热器。

在进料进入异丙醇脱轻塔之前先通过生物质吸附系统，对原始进料进行生物质吸附分离：第一进料泵与第一换热器管路相连，第一换热器管路通过管路分别与第一吸附固定床和第二吸附固定床的底部相连，在与第一吸附固定床相连的管路上设置第三阀门，在与第二吸附固定床相连的管路上设置第四阀门，在第一吸附固定床和第二吸附固定床的顶部连接管路合并后与第一冷凝器相连，第一冷凝器与第一储罐相连，第一储罐与第二进料泵相连，第二进料泵与异丙醇脱轻塔管路相连；第二换热器通过管路分别与第一吸附固定床和第二吸附固定床的顶部相连，在与第一吸附固定床相连的管路上设置第一阀门，在与第二吸附固定床相连的管路上设置第二阀门，在第一吸附固定床和第二吸附固定床的底部连接管路合并。

上述生物质吸附系统用于将异丙醇中的水进行脱除，选择第一吸附固定床和第二吸附固定床数量相等，且都为一个，其中一个用于吸附，另一个用于再生，吸附时蒸汽自下而上流动，再生时热空气自上而下流动，吸附再生同时进行。

在具体进行异丙醇精制过程中，选择固定床装填密度为460kg/m³，吸附剂装填质量为2t，床层温度为进料露点。吸附时间与再生时间相同，均为30分钟，30分钟为吸附平台期，此时的吸附剂吸附选择性吸附效率最高。再生条件为120℃空气再生，再生时间为30分钟，吸附脱水速率可达21.544kg/h。

异丙醇脱轻塔理论塔板数为50，进料板位置为12，回流比为1，操作压力为125kPa；异丙醇精制塔理论塔板数为10，进料板位置为6，回流比为1，操作压力为110kPa；丙酮回收塔理论塔板数为26，进料板位置为15，回流比为7，操作压力为110kPa。

本发明的生物质吸附-精馏耦合精制异丙醇的方法，主要包括以下步骤：进料加热后产生的蒸汽通过装填中国专利CN1O1391204A公开的吸附剂的固定床后，大部分水分被吸附，与此同时另外一个固定床进行再生，每半个小时更换一次固定床。脱除水分后的进料气冷凝后进入异丙醇脱轻塔。异丙醇脱轻塔塔顶流股进入丙酮回收塔，塔底流股进入异丙醇精制塔。

与现有技术相比，本发明利用生物质吸附选择性高、易再生的特点对进料中的水分进行提前脱除，然后再将脱水后的进料精馏分离。由于进料中含水量大大减少，对精馏操作的影响降低，使异丙醇精制能耗降低，同时丙酮回收塔在回收丙酮的同时也可以得到异丙醇产品，从而增加异丙醇产量，同理可将本发明技术方案用于低级醇(一般为四个碳以下的醇，例如乙醇、异丙醇、叔丁醇)和水的分离。

附图说明

图1为现有技术常使用的异丙醇精制流程结构示意图，其中P1为第一进料泵、P2为第二进料泵、P3为第三进料泵，H1为第一换热器、H4为第二换热器、H9为第三换热器、H3为第一冷凝器、H6为第二冷凝器、H8为第三冷凝器、H2为第一再沸器、H5为第二再沸器、H7为第三再沸器、T1为异丙醇脱轻塔、T2为异丙醇精制塔、T3为丙酮回收塔、C1为储罐。

图2为本发明的生物质吸附-精馏耦合精制异丙醇的流程结构示意图，其中P-1为第一进料泵、P-2为第二进料泵、P-3为第三进料泵、P-4为第四进料泵、H-1为第一换热器、H-2为第二换热器、H-6为第三换热器、H-11为第四换热器、H-3为第一冷凝器、H-5为第二冷凝器、H-8为第三冷凝器、H-10为第四冷凝器、H-4为第一再沸器、H-7为第二再沸器、H-9为第三再沸器、T-1为异丙醇脱轻塔、T-2为异丙醇精制塔、T-3为丙酮回收塔、C-1为第一储罐、C-2为第二储罐、F-1为第一吸附固定床、F-2为第二吸附固定床、V-1为第一阀门、V-2为第二阀门、V-3为第三阀门、V-4为第四阀门。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

如附图1所示现有技术常使用的异丙醇精制流程示意图，其中P1为第一进料泵、P2为第二进料泵、P3为第三进料泵，H1为第一换热器、H4为第二换热器、H9为第三换热器，H3为第一冷凝器、H6为第二冷凝器、H8为第三冷凝器，H2为第一再沸器、H5为第二再沸器、H7为第三再沸器，T1为异丙醇脱轻塔、T2为异丙醇精制塔、T3为丙酮回收塔，C1为储罐。

第一进料泵与第一换热器管路连接，并与异丙醇脱轻塔管路相连；在异丙醇脱轻塔的塔顶设置第一冷凝器和第三进料泵，第三进料泵与丙酮回收塔管路连接；在异丙醇脱轻塔的塔底与第二换热器管路连接，第二换热器与储罐管路连接；在异丙醇脱轻塔的塔底设置第一再沸器和第二进料泵，第二进料泵与异丙醇精制塔管路连接。

丙酮回收塔的塔顶设置第三冷凝器，塔底设置第三再沸器和第三换热器；异丙醇精制塔的塔顶设置第二冷凝器，并与储罐管路连接，塔底设置第二再沸器。

这样一来，进料经加压加热后进入精馏塔T1，塔顶得到含丙酮与异丙醇较多的流股经泵P3打入丙酮回收塔T3，T1塔第46块塔板(自上而下的第46块塔板)处侧线出料经冷却后作为异丙醇产品的一部分，T1塔底重组分经P2进入异丙醇精制塔T2。丙酮回收塔T3塔顶得到丙酮产品，塔底物料进入其他系统进行进一步分离。异丙醇精制塔T2塔顶得到异丙醇产品，塔底物料进入其他系统进行进一步分离。

如附图2所示本发明的生物质吸附-精馏耦合精制异丙醇的流程结构示意图，其中P-1为第一进料泵、P-2为第二进料泵、P-3为第三进料泵、P-4为第四进料泵、H-1为第一换热器、H-2为第二换热器、H-6为第三换热器、H-11为第四换热器、H-3为第一冷凝器、H-5为第二冷凝器、H-8为第三冷凝器、H-10为第四冷凝器、H-4为第一再沸器、H-7为第二再沸器、H-9为第三再沸器、T-1为异丙醇脱轻塔、T-2为异丙醇精制塔、T-3为丙酮回收塔、C-1为第一储罐、C-2为第二储罐、F-1为第一吸附固定床、F-2为第二吸附固定床、V-1为第一阀门、V-2为第二阀门、V-3为第三阀门、V-4为第四阀门。

与附图1所示的流程示意图相比，精馏部分基本相同：在异丙醇脱轻塔塔顶设置第二冷凝器和第四进料泵，在异丙醇脱轻塔塔底第45块塔板处侧线出料并设置第三换热器，第三换热器与第二储罐管路相连，在异丙醇脱轻塔塔底设置第一再沸器和第三进料泵；第四进料泵与丙酮回收塔管路连接，丙酮回收塔塔顶设置第四冷凝器，丙酮回收塔塔底设置第三再沸器和第四换热器，并通过管路与第二储罐相连；第三进料泵与异丙醇精制塔管路连接，在异丙醇精制塔塔底设置第二再沸器，塔底物料进入其他系统进行进一步分离，在异丙醇精制塔塔顶设置第三冷凝器，并通过管路与第二储罐相连。

与附图1所示的流程示意图相比不同之处在于，在进料进入异丙醇脱轻塔之前先通过生物质吸附系统，对原始进料进行生物质吸附分离：第一进料泵与第一换热器管路相连，第一换热器管路通过管路分别与第一吸附固定床和第二吸附固定床的底部相连，在与第一吸附固定床相连的管路上设置第三阀门，在与第二吸附固定床相连的管路上设置第四阀门，在第一吸附固定床和第二吸附固定床的顶部连接管路合并后与第一冷凝器相连，第一冷凝器与第一储罐相连，第一储罐与第二进料泵相连，第二进料泵与异丙醇脱轻塔管路相连；第二换热器通过管路分别与第一吸附固定床和第二吸附固定床的顶部相连，在与第一吸附固定床相连的管路上设置第一阀门，在与第二吸附固定床相连的管路上设置第二阀门，在第一吸附固定床和第二吸附固定床的底部连接管路合并。

上述生物质吸附系统用于将异丙醇中的水进行脱除，选择第一吸附固定床和第二吸附固定床数量相等，且都为一个，其中一个用于吸附，另一个用于再生，吸附时蒸汽自下而上流动，再生时热空气自上而下流动，吸附再生同时进行。当F-1用于吸附脱水，F-2用于再生时，阀门V-2、V-3打开，阀门V-1、V-4关闭，进料经P-1加压、H-1加热产生蒸汽，蒸汽经F-1固定床吸附脱水后经H-3冷凝，并置于贮罐C-1，进入精馏部分做进一步的分离。精馏部分流程基本与传统异丙醇精制流程相同，不同的是丙酮回收塔塔底产物产品符合异丙醇产品要求，作为异丙醇产品的一部分。

具体来说，自界区来的进料(进料组成及状态见表1)经过程流股加热产生蒸汽，蒸汽通过固定床后水分被吸附脱除。吸附动力学方程从吸附实验中得到：

$q=q_{\∞}-\frac{q_{\∞}}{\mathrm{at}+1}=0.1061-\frac{0.1061}{0.00253t+1}$

q为时间t内吸附水的质量。吸附剂为中国专利CN1O1391204A公开的吸附剂，固定床装填密度为460kg/m³，吸附剂装填质量为2t，床层温度为进料露点。吸附时间与再生时间相同，均为30分钟。30分钟为吸附平台期，此时的吸附剂吸附选择性吸附效率最高。再生条件为120℃空气再生，再生时间为30分钟，吸附剂在该条件下再生后其吸附能力与新鲜吸附剂吸附能力相同。吸附脱水速率为21.544kg/h。脱水后的进料蒸汽冷凝置于储罐中。

表1 进料组成及状态

进料经固定床吸附脱水后进入异丙醇脱轻塔(T-1)，塔顶组成为89wt％异丙醇、11wt％丙酮，而普通方法中塔顶组成为80.7wt％异丙醇、18.4wt％丙酮、0.9wt％水。T-1塔顶流股进入丙酮回收塔(T-3)，塔顶得到99wt％丙酮，塔底得到99.99wt％异丙醇作为异丙醇产品的一部分。T-1塔从第46块塔板处侧线采出组成为99.6wt％异丙醇，作为最终异丙醇产品的一部分。T-1塔重组分从塔底馏出进入异丙醇精制塔(T-2)，在塔顶得到99.9999wt％异丙醇。生物质吸附-精馏耦合方法与传统精馏方法三塔操作参数分别见表2、表3。

表2.普通精馏方法三塔操作参数

表3.生物质吸附-精馏耦合方法三塔操作参数

经计算能耗以及有效能损失，本发明的生物质吸附-精馏耦合流程与传统流程相比，精制单位质量异丙醇产品能耗降低38％，有效能降低20％。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.利用生物质吸附—精馏耦合装置进行异丙醇精制的方法，其特征在于，进行异丙醇精制过程中，选择固定床装填密度为460kg/m³，吸附剂装填质量为2t，床层温度为进料露点；吸附时间与再生时间相同，均为30分钟；再生条件为120℃空气再生，再生时间为30分钟，吸附脱水速率可达21.544kg/h；异丙醇脱轻塔理论塔板数为50，进料板位置为12，回流比为1，操作压力为125kPa；异丙醇精制塔理论塔板数为10，进料板位置为6，回流比为1，操作压力为110kPa；丙酮回收塔理论塔板数为26，进料板位置为15，回流比为7，操作压力为110kPa；

在精制方法中，所述生物质吸附—精馏耦合装置包括在异丙醇脱轻塔塔顶设置第二冷凝器和第四进料泵，在异丙醇脱轻塔塔底设置第三换热器，第三换热器与第二储罐管路相连，在异丙醇脱轻塔塔底设置第一再沸器和第三进料泵；第四进料泵与丙酮回收塔管路连接，丙酮回收塔塔顶设置第四冷凝器，丙酮回收塔塔底设置第三再沸器和第四换热器，并通过管路与第二储罐相连；第三进料泵与异丙醇精制塔管路连接，在异丙醇精制塔塔底设置第二再沸器，塔底物料进入其他系统进行进一步分离，在异丙醇精制塔塔顶设置第三冷凝器，并通过管路与第二储罐相连；在进料进入异丙醇脱轻塔之前先通过生物质吸附系统，对原始进料进行生物质吸附分离：第一进料泵与第一换热器管路相连，第一换热器管路通过管路分别与第一吸附固定床和第二吸附固定床的底部相连，在与第一吸附固定床相连的管路上设置第三阀门，在与第二吸附固定床相连的管路上设置第四阀门，在第一吸附固定床和第二吸附固定床的顶部连接管路合并后与第一冷凝器相连，第一冷凝器与第一储罐相连，第一储罐与第二进料泵相连，第二进料泵与异丙醇脱轻塔管路相连；第二换热器通过管路分别与第一吸附固定床和第二吸附固定床的顶部相连，在与第一吸附固定床相连的管路上设置第一阀门，在与第二吸附固定床相连的管路上设置第二阀门，在第一吸附固定床和第二吸附固定床的底部连接管路合并。

2.根据权利要求1所述的利用生物质吸附—精馏耦合装置进行异丙醇精制的方法，其特征在于，选择在异丙醇脱轻塔塔底第45块塔板处侧线出料并设置第三换热器。

3.根据权利要求1所述的利用生物质吸附—精馏耦合装置进行异丙醇精制的方法，其特征在于，选择第一吸附固定床和第二吸附固定床数量相等。

4.根据权利要求1所述的利用生物质吸附—精馏耦合装置进行异丙醇精制的方法，其特征在于，所述第一吸附固定床和第二吸附固定床数量都为一个，其中一个用于吸附，另一个用于再生，吸附时蒸汽自下而上流动，再生时热空气自上而下流动，吸附再生同时进行。