CN105439816A - 醋酸酯加氢生产乙醇的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种醋酸酯加氢生产乙醇的工艺方法，包括进出料高效换热器、进料预热器、反应产物冷却器、一级气液分离罐、循环氢压缩机、反应产物深冷器、二级气液分离罐以及氢回收装置。本发明有以下优势：(1)采用循环氢部分驰放及两级冷凝的方法，既减小了反应产物损失，又降低了氢回收装置的规模，节省了投资；(2)将氢回收装置置于循环氢压缩机出口处，使驰放氢利用压缩机进出口压差进入氢回收装置，并在回收其中的氢气之后返回压缩机的入口，该方法利用现有系统内的压差，从而有效减小了压缩机的总负荷，降低了生产能耗。全工艺流程简单、经济实用，可用于醋酸甲酯加氢制乙醇并联产甲醇的工业应用。

Description

醋酸酯加氢生产乙醇的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种醋酸酯加氢生产乙醇的工艺方法，具体为一种优化的醋酸酯加氢制乙醇的生产工艺。
背景技术
乙醇(CH3CH2OH)是一种重要的基本化工原料，可用于制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是染料、涂料、洗涤剂等产品的原料；乙醇也可以调入汽油，作为车用燃料，燃料乙醇是清洁的高辛烷值燃料，其具有辛烷值高、抗爆性能好、对大气污染小等特点。
当前我国化工行业每年消耗工业级乙醇约300万t，市场需求年增长率为8％～10％。根据国家相关规划，2020年我国燃料乙醇利用量将达到1000万t。目前，我国乙醇生产以粮食发酵法为主(95％以上)，每年耗粮量巨大；而聚乙烯醇(PVA)等生产过程中有大量的副产品醋酸酯生成，而该副产物工业用途较小。因此开展醋酸酯加氢制乙醇技术对替代传统的粮食发酵路线，保障我国粮食安全具有重要的战略意义。
专利CN101934228A申请公开了一种醋酸酯加氢制乙醇的催化剂及其制备方法，该方法采用铜或铜的氧化物作为催化剂，使醋酸酯转化为乙醇的转化率≥80％，乙醇的选择性≥95％。
专利CN102942446A申请公开了一种回收氢再循环的醋酸酯加氢制乙醇的方法，该方法采用变压吸附装置回收产品气相中氢气再升压循环，并利用反应热分别预热醋酸酯和氢气，在催化剂作用下实现醋酸酯加氢，反应产物经气液分离得到乙醇产品。但是该方法采用反应产物一级冷却且循环氢全部经变压吸附回收的工艺过程，不仅增加了变压吸附装置的负荷和投资，而且增加了反应产物的损失。
发明内容
为解决上述工艺中出现的技术问题，本发明提出一种优化的醋酸酯加氢生产乙醇的工艺方法，该方法既降低了氢回收装置的负荷，也减少了反应产物的损失。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种优醋酸酯加氢生产乙醇的工艺方法，包括以下步骤：
i)将醋酸酯(S1)和循环氢(S2)混合后进入进出料换热器(1)，预热后得到温度为160-250℃的酯/氢混合物(S3)；
ii)将步骤i)得到的酯/氢混合物(S3)经进料预热器(2)加热后的加氢反应器进料(S4)进入反应器(3)进行加氢反应，得到温度为230-290℃的反应产物(S5)；
iii)将步骤ii)得到的反应产物(S5)经进出料换热器(1)和反应产物冷却器(4)后，进入一级气液分离罐(5)进行一级气液分离，得到的循环氢气相(S8)和补充氢(S17)混合后由循环氢压缩机(6)增压至3-5MPa得到压缩机出口总氢(S9)，将其分为两股，一股作为循环氢(S2)直接循环至进出料换热器(1)进口与醋酸酯(S1)混合；另一股作为驰放氢(S10)经反应产物深冷器(7)和二级气液分离罐(8)进行气液分离，得到的气相氢(S12)和新鲜氢(S16)同时进入氢回收装置(9)进行氢气的纯化，回收得到的氢气(S17)利用系统压差返回循环氢压缩机(6)进口；
iv)一级气液分离罐(5)和二级气液分离罐(8)得到的液相产物即为产品(S15)。
上述技术方案中，优选地，所述加氢反应器(3)为固定床反应器，所述加氢反应器(3)中的催化剂为Cu基催化剂；
优选地，所述循环氢(S2)的摩尔纯度为90％-100％，更优选为96％-100％；
优选地，所述加氢反应器进料(S4)温度为150-230℃，更优选为190-230℃；
优选地，所述加氢反应器压力为2.0-4.0MPa，更优选为2.5-3.5MPa。
优选地，所述循环氢压缩机(6)进口压力为2.5-3.3MPa，出口压力为3.3-4.0MPa。
优选地，所述反应产物冷却器冷却温度为25-45℃，反应产物深冷器冷却温度为5-20℃。
优选地，所述驰放氢(S10)占压缩机出口总氢(S9)的比值为0.005-0.20，更优选为0.01-0.10。
优选地，所述加氢反应器进料(S4)中氢气与醋酸酯的摩尔比值为10-100，更优选为20-50。
优选地，所述醋酸酯(S1)为醋酸甲酯和醋酸乙酯中一种或多种。
本发明方法中，所述压力均指绝压。
与现有技术相比，本发明有以下优势：(1)采用循环氢部分驰放及两级冷凝的方法，既减小了反应产物损失，又降低了氢回收装置的规模，节省了投资；(2)将氢回收装置置于循环氢压缩机出口处，使驰放氢利用压缩机进出口压差进入氢回收装置，并在回收其中的氢气之后返回压缩机的入口，该方法利用现有系统内的压差，从而有效减小了压缩机的总负荷，降低了生产能耗。采用本发明的技术方案，利用循环氢压缩机进出口间的压差实现氢回收过程的工艺，与常规工艺中将氢气回收过程置于循环氢压缩机前的工艺相比，可节约压缩机总能耗约25％，取得了良好的技术效果。
附图说明
图1为本发明方法的工艺流程简图。
图1中，1为进出料换热器；2为进料预热器；3为加氢反应器；4为反应产物冷却器；5为一级气液分离罐；6为循环氢压缩机；7为反应产物深冷器；8为二级气液分离罐；9为氢回收装置，其余标注为物流管线。
图2为对比例1的工艺流程简图。
图2中，1为进出料换热器；2为进料预热器；3为加氢反应器；4为反应产物冷却器；5为气液分离罐；6为循环氢压缩机；9为氢回收装置，其余标注为物流管线。
图3为对比例2的工艺流程简图。
图3中，1为进出料换热器；2为进料预热器；3为加氢反应器；4为反应产物冷却器；5为气液分离罐；6为循环氢压缩机；9为氢回收装置，其余标注为物流管线。
图4为对比例3的工艺流程简图。
图4中，1为进出料换热器；2为进料预热器；3为加氢反应器；4为反应产物冷却器；5为一级气液分离罐；6为循环氢压缩机；7为反应产物深冷器；8为二级气液分离罐；9为氢回收装置，10为补充氢压缩机，其余标注为物流管线。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。
具体实施方式
【实施例1】
下面结合图1对实施例1进行描述。将25tCu基催化剂加入加氢反应器3中，以醋酸乙酯为原料，加氢反应压力为3.0MPa。
将醋酸酯进料(S1)通过高扬程泵增压至3.5MPa，与由循环氢压缩机出口来的循环氢混合后进入高效换热器1，混合物流的温度为50℃，其中醋酸酯液相进料量为35t/h，循环氢纯度为98.5％，流量为9000m3/h，醋酸酯与循环氢混合原料经高效换热器预热到200℃，再经进料预热器2加热到220℃后进入加氢反应器3，反应压力控制在3.0MPa，此时反应器进料(S4)中氢气与醋酸酯的摩尔比为30:1左右。
反应原料(S4)进入加氢反应器3中在催化剂表面接触反应，得到反应产物(S5)，由于反应为放热反应，因此反应产物的温度升至250℃，反应产物的摩尔组成为：氢气90.4％，醋酸酯0.05％，乙醇9.2％，其他组分0.35％。反应产物经进出料换热器1温度冷却到90℃，再经反应产物冷却器4后温度降至40℃，然后进入一级气液分离罐5，一级气液分离罐压力为2.9MPa，反应产物经气液分离后得到的气相(S8)摩尔组成为：氢气98.5％，乙醇0.9％，醋酸酯0.01％，其他组分0.59％。该气相与氢回收装置得到的回收氢(S17)混合后进入循环氢压缩机6，增压0.3MPa后氢气(S9)按5％/95％的比例分为两股，一股(S2)与醋酸酯进料(S1)混合进入进出料换热器1；另一股(S10)经反应产物深冷器7和二级气液分离罐8进入氢回收装置9，反应产物深冷器温度为15℃，二级气液分离罐压力为3.2MPa。循环氢(S2)的摩尔组成为：氢气98.7％，乙醇0.9％，醋酸酯0.01％，其他组分0.39％；进入氢回收装置的物流S12摩尔组成为：氢气99.3％，乙醇0.2％，其他组分0.5％；回收氢(S17)的摩尔组成为氢气99.9％，其他组分0.1％。两级气液分离罐(5和8)得到的液相产物(S15)质量组成为：乙醇99.0％，醋酸酯0.8％，其他组分0.2％。
根据分析结果醋酸酯的转化率为99％以上。
【实施例2】
下面结合图1对实施例2进行描述。将25tCu基催化剂加入加氢反应器3中，以醋酸乙酯为原料，加氢反应压力为3.5MPa。
将醋酸酯进料(S1)通过高扬程泵增压至4.0MPa，与由循环氢压缩机出口来的循环氢混合后进入高效换热器1，混合物流的温度为50℃，其中醋酸酯液相进料量为35t/h，循环氢纯度为99％，流量为15400m3/h，醋酸酯与循环氢混合原料经高效换热器预热到200℃，再经进料预热器2加热到230℃后进入加氢反应器3，反应压力控制在3.5MPa，此时反应器进料(S4)中氢气与醋酸酯的摩尔比为50:1左右。
反应原料(S4)进入加氢反应器3中在催化剂表面接触反应，得到反应产物(S5)，由于反应为放热反应，因此反应产物的温度升至260℃，反应产物的摩尔组成为：氢气93.4％，醋酸酯0.03％，乙醇6.22％，其他组分0.35％。反应产物经进出料换热器1温度冷却到95℃，再经反应产物冷却器4后温度降至45℃，然后进入一级气液分离罐5，一级气液分离罐压力为3.4MPa，反应产物经气液分离后得到的气相(S8)摩尔组成为：氢气98.8％，乙醇0.6％，醋酸酯0.01％，其他组分0.49％。该气相与氢回收装置得到的回收氢(S17)混合后进入循环氢压缩机6，增压0.3MPa后氢气(S9)按10％/90％的比例分为两股，一股(S2)与醋酸酯进料(S1)混合进入进出料换热器1；另一股(S10)经反应产物深冷器7和二级气液分离罐8进入氢回收装置9，反应产物深冷器温度为5℃，二级气液分离罐压力为3.7MPa。循环氢(S2)的摩尔组成为：氢气99.0％，乙醇0.5％，醋酸酯0.01％，其他组分0.49％；回收氢(S17)的摩尔组成为氢气99.9％，其他组分0.1％。两级气液分离罐(5和8)得到的液相产物(S15)质量组成为：乙醇99.1％，醋酸酯0.7％，其他组分0.2％。
根据分析结果醋酸酯的转化率为99％以上。
【实施例3】
下面结合图1对实施例3进行描述。将25tCu基催化剂加入加氢反应器3中，以醋酸乙酯为原料，加氢反应压力为2.5MPa。
将醋酸酯进料(S1)通过高扬程泵增压至3.0MPa，与由循环氢压缩机出口来的循环氢混合后进入高效换热器1，混合物流的温度为50℃，其中醋酸酯液相进料量为35t/h，循环氢纯度为96％，流量为5973m3/h，醋酸酯与循环氢混合原料经高效换热器预热到200℃，再经进料预热器2加热到190℃后进入加氢反应器3，反应压力控制在2.5MPa，此时反应器进料(S4)中氢气与醋酸酯的摩尔比为20:1左右。
反应原料(S4)进入加氢反应器3中在催化剂表面接触反应，得到反应产物(S5)，由于反应为放热反应，因此反应产物的温度升至220℃，反应产物的摩尔组成为：氢气88.4％，醋酸酯0.05％，乙醇10.22％，其他组分1.33％。反应产物经进出料换热器1温度冷却到85℃，再经反应产物冷却器4后温度降至25℃，然后进入一级气液分离罐5，一级气液分离罐压力为2.4MPa，反应产物经气液分离后得到的气相(S8)摩尔组成为：氢气95.8％，乙醇1.6％，醋酸酯1.00％，其他组分1.50％。该气相与氢回收装置得到的回收氢(S17)混合后进入循环氢压缩机6，增压0.3MPa后氢气(S9)按5％/95％的比例分为两股，一股(S2)与醋酸酯进料(S1)混合进入进出料换热器1；另一股(S10)经反应产物深冷器7和二级气液分离罐8进入氢回收装置9，反应产物深冷器温度为20℃，二级气液分离罐压力为2.7MPa。循环氢(S2)的摩尔组成为：氢气96.0％，乙醇2.2％，醋酸酯1.43％，其他组分0.37％；回收氢(S17)的摩尔组成为氢气99.9％，其他组分0.1％。两级气液分离罐(5和8)得到的液相产物(S15)质量组成为：乙醇98.0％，醋酸酯0.7％，其他组分1.3％。
根据分析结果醋酸酯的转化率为99％以上。
【对比例1】
下面结合图2对对比例1进行描述。将25tCu基催化剂加入加氢反应器3中，以醋酸乙酯为原料，加氢反应压力为3.0MPa。
将醋酸酯进料(S1)通过高扬程泵增压至3.5MPa，与由循环氢压缩机出口来的循环氢混合后进入高效换热器1，混合物流的温度为50℃，其中醋酸酯液相进料量为35t/h，循环氢纯度为98.5％，流量为9000m3/h，醋酸酯与循环氢混合原料经高效换热器预热到200℃，再经进料预热器2加热到220℃后进入加氢反应器3，反应压力控制在3.0MPa，此时反应器进料(S4)中氢气与醋酸酯的摩尔比为30:1左右。
反应原料(S4)进入加氢反应器3中在催化剂表面接触反应，得到反应产物(S5)，由于反应为放热反应，因此反应产物的温度升至250℃，反应产物的摩尔组成为：氢气90.4％，醋酸酯0.05％，乙醇9.2％，其他组分0.35％。反应产物经进出料换热器1温度冷却到90℃，再经反应产物冷却器4后温度降至40℃，然后进入气液分离罐5，气液分离罐压力为2.9MPa，反应产物经气液分离后得到的气相(S8)摩尔组成为：氢气98.5％，乙醇0.9％，醋酸酯0.01％，其他组分0.59％。该气相与氢回收装置得到的回收氢(S17)混合后进入循环氢压缩机6，增压0.3MPa后氢气(S9)按5％/95％的比例分为两股，一股(S2)与醋酸酯进料(S1)混合进入进出料换热器1；另一股(S12)进入氢回收装置9，反应产物深冷器温度为15℃，二级气液分离罐压力为3.2MPa。循环氢(S2)的摩尔组成为：氢气98.7％，乙醇0.9％，醋酸酯0.01％，其他组分0.39％；进入氢回收装置的物流S12摩尔组成为：氢气99.3％，乙醇0.2％，其他组分0.5％；回收氢(S17)的摩尔组成为氢气99.9％，其他组分0.1％。两级气液分离罐(5和8)得到的液相产物(S15)质量组成为：乙醇99.0％，醋酸酯0.8％，其他组分0.2％。
实施例1中的两级冷凝回收氢工艺与对比例1中的一级冷凝回收氢工艺相比，可多回收约350kg/h的乙醇产品和约540m3/h的氢气。
【对比例2】
下面结合图3对对比例2进行描述。将25tCu基催化剂加入加氢反应器3中，以醋酸乙酯为原料，加氢反应压力为3.0MPa。
将醋酸酯进料(S1)通过高扬程泵增压至3.5MPa，与由循环氢压缩机出口来的循环氢混合后进入高效换热器1，混合物流的温度为50℃，其中醋酸酯液相进料量为35t/h，循环氢纯度为98.5％，流量为9000m3/h，醋酸酯与循环氢混合原料经高效换热器预热到200℃，再经进料预热器2加热到220℃后进入加氢反应器3，反应压力控制在3.0MPa，此时反应器进料(S4)中氢气与醋酸酯的摩尔比为30:1左右。
反应原料(S4)进入加氢反应器3中在催化剂表面接触反应，得到反应产物(S5)，由于反应为放热反应，因此反应产物的温度升至250℃，反应产物的摩尔组成为：氢气90.4％，醋酸酯0.05％，乙醇9.2％，其他组分0.35％。反应产物经进出料换热器1温度冷却到90℃，再经反应产物冷却器4后温度降至40℃，然后进入气液分离罐5，气液分离罐压力为2.9MPa，反应产物经气液分离后得到的气相(S8)摩尔组成为：氢气98.5％，乙醇0.9％，醋酸酯0.01％，其他组分0.59％。该气相与氢回收装置得到的回收氢(S16)进入氢回收装置9，再进入循环氢压缩机6，回收氢(S17)的摩尔组成为氢气99.9％，其他组分0.1％。增压0.3MPa后氢气(S2)与醋酸酯进料(S1)混合进入进出料换热器1。循环氢(S2)的摩尔组成为：氢气98.7％，乙醇0.9％，醋酸酯0.01％，其他组分0.39％；进入氢回收装置的物流S12摩尔组成为：氢气99.3％，乙醇0.2％，其他组分0.5％。液相产物(S15)质量组成为：乙醇99.0％，醋酸酯0.8％，其他组分0.2％。
实施例1中的部分驰放氢回收工艺与对比例2中的全部氢回收工艺相比，可降低氢回收装置负荷约95％。
【对比例3】
下面结合图4对对比例3进行描述。将25tCu基催化剂加入加氢反应器3中，以醋酸乙酯为原料，加氢反应压力为3.0MPa。
将醋酸酯进料(S1)通过高扬程泵增压至3.5MPa，与由循环氢压缩机出口来的循环氢混合后进入高效换热器1，混合物流的温度为50℃，其中醋酸酯液相进料量为35t/h，循环氢纯度为98.5％，流量为9000m3/h，醋酸酯与循环氢混合原料经高效换热器预热到200℃，再经进料预热器2加热到220℃后进入加氢反应器3，反应压力控制在3.0MPa，此时反应器进料(S4)中氢气与醋酸酯的摩尔比为30:1左右。
反应原料(S4)进入加氢反应器3中在催化剂表面接触反应，得到反应产物(S5)，由于反应为放热反应，因此反应产物的温度升至250℃，反应产物的摩尔组成为：氢气90.4％，醋酸酯0.05％，乙醇9.2％，其他组分0.35％。反应产物经进出料换热器1温度冷却到90℃，再经反应产物冷却器4后温度降至40℃，然后进入气液分离罐5，气液分离罐压力为2.9MPa，反应产物经气液分离后得到的气相(S8)摩尔组成为：氢气98.5％，乙醇0.9％，醋酸酯0.01％，其他组分0.59％。该气相按5％/95％的比例分为两股，一股经循环氢压缩机6与醋酸酯进料(S1)混合进入进出料换热器1；另一股(S10)先后进入反应产物深冷器7和反应产物二级气液分离罐8，反应产物深冷器温度为15℃，二级气液分离罐压力为2.88MPa，气相物流(S12)与新鲜氢(S16)一同进入氢回收装置9，得到的补充氢(S17)经补充氢增压机10增压后与循环氢混合，循环氢(S2)的摩尔组成为：氢气98.7％，乙醇0.9％，醋酸酯0.01％，其他组分0.39％；进入氢回收装置的物流S12摩尔组成为：氢气99.3％，乙醇0.2％，其他组分0.5％；回收氢(S17)的摩尔组成为氢气99.9％，其他组分0.1％。两级气液分离罐(5和8)得到的液相产物(S15)质量组成为：乙醇99.0％，醋酸酯0.8％，其他组分0.2％。

Claims (10)

1.一种醋酸酯加氢生产乙醇的工艺方法，所述方法包括以下步骤：
i)将醋酸酯(S1)和循环氢(S2)混合后进入进出料换热器(1)，预热后得到温度为160-250℃的酯/氢混合物(S3)；
ii)将步骤i)得到的酯/氢混合物(S3)经进料预热器(2)加热后的加氢反应器进料(S4)进入反应器(3)进行加氢反应，得到温度为230-290℃的反应产物(S5)；
iii)将步骤ii)得到的反应产物(S5)经进出料换热器(1)和反应产物冷却器(4)后，进入一级气液分离罐(5)进行一级气液分离，得到的循环氢气相(S8)和补充氢(S17)混合后由循环氢压缩机(6)增压至3-5MPa得到压缩机出口总氢(S9)，将其分为两股，一股作为循环氢(S2)直接循环至进出料换热器(1)进口与醋酸酯(S1)混合；另一股作为驰放氢(S10)经反应产物深冷器(7)和二级气液分离罐(8)进行气液分离，得到的气相氢(S12)和新鲜氢(S16)同时进入氢回收装置(9)进行氢气的纯化，回收得到的氢气(S17)利用系统压差返回循环氢压缩机(6)进口；
iv)一级气液分离罐(5)和二级气液分离罐(8)得到的液相产物即为产品(S15)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述加氢反应器(3)为固定床反应器。
3.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于所述加氢反应器(3)中的催化剂为Cu基催化剂。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述循环氢(S2)的摩尔纯度为90％-100％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述加氢反应器进料(S4)温度为150-230℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述加氢反应器压力为2.0-4.0MPa。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述循环氢压缩机(6)进口压力为2.5-3.3MPa。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述反应产物冷却器冷却温度为25-45℃，反应产物深冷器冷却温度为5-20℃。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述驰放氢(S10)占压缩机出口总氢(S9)的比值为0.005-0.20。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述加氢反应器进料(S4)中氢气与醋酸酯的摩尔比值为10-100。
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