CN106431835B - 一种差压热耦合精馏分离乙醇-水的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种差压热耦合精馏分离乙醇‑水的工艺，所述工艺包括如下步骤：乙醇‑水混合物加热后进入低压塔的顶部，低压塔顶部的蒸汽进入高压塔底部，低压塔侧线抽出的混合物进入中间再沸器汽化后返回低压塔，分离出的水一部分从塔底流出，另一部分进入再沸器再沸返塔；蒸汽从高压塔的底部进入高压塔，高压塔塔底的液体混合物从低压塔的顶部进入低压塔，高压塔底部的蒸汽从高压塔的顶部流出依次进入中间再沸器、第二换热器和冷凝器后，分离出的乙醇一部分流出，另一部分回流至高压塔。根据本发明的一种差压热耦合精馏分离乙醇‑水的工艺，节能效果显著且减少了压缩机功率和设备投资费用。

Description

一种差压热耦合精馏分离乙醇-水的工艺
技术领域
本发明涉及化工技术领域,具体涉及一种差压热耦合精馏分离乙醇-水的工艺。
背景技术
精馏是最常用的化工单元操作，它是分离均相液体混合物的最有效方法之一，但是精馏的热力学效率很低。在化学工业中，总能耗的40％用于分离过程，而其中的95％是精馏过程消耗的。因此，有必要开辟多种途径，采用节能工艺回收利用余热，降低再沸器能耗，实现精馏节能。
乙醇工业是耗用热能较多的行业之一，按照目前乙醇工业耗能水平，每生产1t乙醇约耗煤800kg，而乙醇精馏工段是乙醇生产中热能消耗最多的部位(约占热能总耗的50％～70％)。故做好此精馏工段的余热回收，对乙醇生产热能消耗的减少及热污染的减少有重大意义。
乙醇精馏具有恒沸点，在接近恒沸点附近精馏，回流比大，能耗也较大。乙醇精馏系统塔温差约为21.7℃左右，属于大温差高温精馏问题。如何采用新技术降低乙醇-水分离过程的能耗，越来越引起人们的重视。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种差压热耦合精馏分离乙醇-水的工艺。
根据本发明实施例的一种差压热耦合精馏分离乙醇-水的工艺，包括如下步骤：S101：首先将乙醇-水混合物依次加入第一换热器和第二换热器，再将所述混合物加入低压塔的顶部，所述低压塔顶部的蒸汽经压缩机加压后进入高压塔底部，所述低压塔侧线抽出的混合物进入中间再沸器汽化后返回低压塔，分离出的水一部分从塔底进入所述第一换热器，对所述乙醇-水混合物进行预热后，再经第一冷却器冷却后流出，另一部分进入再沸器再沸返塔；S102：所述蒸汽经压缩机加压后从所述高压塔的底部进入所述高压塔，所述高压塔塔底的液体混合物从所述低压塔的顶部进入所述低压塔，所述高压塔塔顶蒸汽依次进入中间再沸器、所述第二换热器和冷凝器后，分离出的乙醇一部分经第二冷却器冷却后流出，另一部分回流至所述高压塔。
根据本发明的一种差压热耦合精馏分离乙醇-水的工艺，利用差压热耦合技术将高压塔塔顶与低压塔侧线进行热量耦合，匹配换热，解决了塔顶塔底大温差精馏问题，节能效果显著；低压塔增设中间再沸器，利用高压塔塔顶蒸汽作为中间再沸器的热源，自热回收部分将高压塔塔顶蒸汽的潜热进一步用于原料的预热部分，实现了余热的回收利用，不仅节省了能耗，同时也提高了能量的利用效率；与常规差压热耦合精馏相比，高压塔和压缩机可以在更低的压力和压缩比下操作，在一定程度上减少了压缩机功率和设备投资费用。通过实施案例发现相较于常规精馏，该差压热耦合集成精馏工艺可节能60％左右。
另外，根据本发明上述实施例的一种差压热耦合精馏分离乙醇-水的工艺，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述低压塔的理论塔板数为5块～30块，所述低压塔的操作压力为0.5atm～3.5atm，所述低压塔塔顶的温度为65℃～115℃，所述低压塔塔底的温度为85℃～135℃，再沸比为1～3.5。
进一步地，从所述低压塔侧线抽出的混合物其抽出的位置为距离所述低压塔塔顶2块～15块塔板处，所述抽出的混合物的质量为抽出位置处塔板液相量的20％～80％。
进一步地，所述高压塔的理论塔板数为15块～40块，所述高压塔的操作压力为1.5atm～5atm，所述高压塔塔顶的温度为90℃～130℃，所述高压塔塔底的温度为92℃～132℃，回流比为2～5。
本发明的另一个目的在于提出一种差压热耦合精馏分离乙醇-水的设备。
根据本发明的一种差压热耦合精馏分离乙醇-水的设备，包括低压塔、高压塔、压缩机、中间再沸器、再沸器、第一换热器、第二换热器、第一冷却器、第二冷却器和冷凝器，其中，所述低压塔和所述高压塔均为板式塔，所述第一换热器与所述低压塔的底部连通，所述第一换热器和所述中间再沸器均与所述第二换热器连通，所述第二换热器与所述低压塔的顶部、所述第二冷却器和所述冷凝器连通，所述第一冷却器与所述第一换热器连通，所述低压塔的侧线与所述中间再沸器的连通，所述低压塔底部与所述再沸器连通，所述压缩机与所述低压塔顶部连通，所述压缩机与所述高压塔底部连通，所述高压塔底部与所述低压塔顶部连通，所述高压塔顶部与所述中间再沸器连通。
进一步地，所述低压塔的理论塔板数为5块～30块，所述低压塔的操作压力为0.5atm～3.5atm，所述低压塔塔顶的温度为65℃～115℃，所述低压塔塔底的温度为85℃～135℃，再沸比为1～3.5。
进一步地，所述低压塔侧线与所述中间再沸器连通的位置为距离所述低压塔塔顶2块～15块塔板处。
进一步地，所述高压塔的理论塔板数为15块～40块，所述高压塔的操作压力为1.5atm～5atm，所述高压塔塔顶的温度为90℃～130℃，所述高压塔塔底的温度为92℃～132℃，回流比为2～5。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明的一种差压热耦合精馏分离乙醇-水的工艺的原理图；
图2是低压塔塔内温度分布及进中间再沸器的物流抽出位置可选区域。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，根据本发明的一种差压热耦合精馏分离乙醇-水的设备，包括：低压塔101、高压塔201、压缩机104、中间再沸器102、再沸器103、第一换热器110、第二换热器202、第一冷却器112、第二冷却器211和冷凝器203。其中，进中间再沸器102的物流抽出位置选择参考图2，根据塔内的温度分布情况，选择温度突增前的合适位置。其中，所述低压塔101和所述高压塔201均为板式塔，所述第一换热器110与所述低压塔101的底部连通，所述第一换热器110和所述中间再沸器102均与所述第二换热器202连通，所述第二换热器202与所述低压塔101的顶部、所述第二冷却器211和所述冷凝器203连通，所述第一冷却器112与所述第一换热器110连通，所述低压塔101的侧线与所述中间再沸器102的连通，所述低压塔101底部与所述再沸器103连通，所述压缩机104与所述低压塔101顶部连通，所述压缩机104与所述高压塔201底部连通，所述高压塔201底部与所述低压塔101顶部连通，所述高压塔201顶部与所述中间再沸器102连通，所述冷凝器203与所述高压塔201的顶部连通。
根据本发明的一种差压热耦合精馏分离乙醇-水的工艺，包括如下步骤：
S101：首先将乙醇-水混合物000经第一换热器110和第二换热器202加热后，再将所述混合物000加入低压塔101的顶部，所述低压塔101顶部的蒸汽经压缩机104加压后进入高压塔201，所述低压塔101侧线抽出的混合物进入中间再沸器102汽化后返回低压塔101，分离出的水一部分从塔底进入所述第一换热器110，对所述乙醇-水混合物进行预热后，再经第一冷却器112冷却后流出，另一部分进入再沸器103再沸返塔。具体地，所述低压塔101的理论塔板数为5块～30块，所述低压塔的操作压力为0.5atm～3.5atm，所述低压塔101塔顶的温度为65℃～115℃，所述低压塔101塔顶的温度为85℃～135℃，再沸比为1～3.5。从所述低压塔101侧线抽出的混合物其抽出的位置为距离所述低压塔101塔顶2块～15块塔板处，所述抽出的混合物的质量为抽出位置处塔板液相量的20％～80％。
S102：所述蒸汽经压缩机104加压后从所述高压塔201的底部进入所述高压塔201，所述高压塔201塔底的液体混合物从所述低压塔101的顶部进入所述低压塔101，所述高压塔201底部的蒸汽上升到所述高压塔201顶部，并从所述高压塔201的顶部流出依次进入中间再沸器102、所述第二换热器202和冷凝器203后，分离出的乙醇一部分经第二冷却器211冷却后流出，另一部分回流至所述高压塔201。具体地，所述高压塔201的理论塔板数为15块～40块，所述高压塔201的操作压力为1.5atm～5atm，所述高压塔201塔顶的温度为90℃～130℃，所述高压塔201塔底的温度为92℃～132℃，回流比为2～5，所述压缩机104的压力根据所述高压塔201的压力进行调节，与常规差压热耦合精馏相比，高压塔和压缩机可以在更低的压力和压缩比下操作，在一定程度上减少了压缩机功率和设备投资费用。高压塔塔顶蒸汽进入中间再沸器，将蒸汽的潜热进一步用于原料的预热部分，实现了余热的回收利用，不仅节省了能耗，同时也提高了能量的利用效率，利用差压热耦合技术将高压塔塔顶与低压塔侧线进行热量耦合，匹配换热，解决了塔顶塔底大温差精馏问题，节能效果显著。
根据本发明的一种差压热耦合精馏分离乙醇-水的工艺，利用差压热耦合技术将高压塔塔顶与低压塔侧线进行热量耦合，匹配换热，解决了塔顶塔底大温差精馏问题，节能效果显著；低压塔增设中间再沸器，利用高压塔塔顶蒸汽作为中间再沸器的热源，将高压塔塔顶蒸汽的潜热进一步用于原料的预热部分，实现了余热的回收利用，不仅节省了能耗，同时也提高了能量的利用效率；与常规差压热耦合精馏相比，高压塔和压缩机可以在更低的压力和压缩比下操作，在一定程度上减少了压缩机功率和设备投资费用。通过实施案例发现相较于常规精馏，该差压热耦合集成精馏工艺可节能60％左右。
下面结合具体实施例详细描述本发明：
实例1：采用本发明工艺及设备，低压塔采用板式塔，操作压力为0.5atm，塔顶温度65℃，塔底温度85℃，理论板为5块，再沸比为1，侧线抽出位置为第2块，抽出量为抽出板液相量的20％；高压塔采用板式塔，操作压力为1.5atm，塔顶温度90℃，塔底温度92℃，理论板为15块，回流比为2。所得乙醇的体积分数为95％，水中乙醇含量为0.1％。自热回收与差压热耦合集成精馏工艺加热能耗为460kW，压缩机功率480kW，达到同样产品分离要求，普通精馏塔加热能耗为4750kW，热电转化系数为3，相比可节省能耗60％。
实例1的进料和出料结果如表1所示。
表1实例1进料和出料结果
实例2：采用本发明工艺及设备，低压塔操作压力为2atm，理论板为20块，塔顶温度100℃，塔底温度120℃，再沸比为2.5，侧线抽出位置为第8块，抽出量为抽出板液相量的50％；高压塔操作压力为3.5atm，塔顶温度115℃，塔底温度117℃，理论板为30块，回流比为3.5。所得乙醇的体积分数为96％，水中乙醇含量为0.1％。该差压热耦合集成精馏工艺加热能耗为507kW，压缩机功率495kW，达到同样产品分离要求，普通精馏塔加热能耗为4860kW，热电转化系数为3，相比可节省能耗59％。
实例2的进料和出料结果如表2所示。
表2实例2进料和出料结果
实例3：采用本发明工艺及设备，低压塔操作压力为3.5atm，理论板为30块，塔顶温度115℃，塔底温度135℃，再沸比为3.5，侧线抽出位置为第15块，抽出量为抽出板液相量的80％；高压塔操作压力为5atm，塔顶温度130℃，塔底温度132℃，理论板为40块，回流比为5。所得乙醇的体积分数为96％，水中乙醇含量为0.09％。该差压热耦合集成精馏工艺加热能耗为339kW，压缩机功率501kW，达到同样产品分离要求，普通精馏塔加热能耗为4980kW，热电转化系数为3，相比可节省能耗63％。
实例3的进料和出料结果如表3所示。
表3实例3进料和出料结果
综上可知，根据本发明的一种差压热耦合精馏分离乙醇-水的工艺，利用差压热耦合技术将高压塔塔顶与低压塔侧线进行热量耦合，匹配换热，解决了塔顶塔底大温差精馏问题，节能效果显著；低压塔增设中间再沸器，利用高压塔塔顶蒸汽作为中间再沸器的热源，将高压塔塔顶蒸汽的潜热和低压塔塔底物流显热进一步用于原料的预热部分，实现了余热的回收利用，不仅节省了能耗，同时也提高了能量的利用效率；与常规差压热耦合精馏相比，高压塔和压缩机可以在更低的压力和压缩比下操作，在一定程度上减少了压缩机功率和设备投资费用。通过实施案例发现相较于常规精馏，该差压热耦合集成精馏工艺可节能60％左右。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种差压热耦合精馏分离乙醇-水的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S101：首先将乙醇-水混合物依次加入第一换热器和第二换热器，再将所述混合物加入低压塔的顶部，所述低压塔顶部的蒸汽经压缩机加压后进入高压塔底部，所述低压塔侧线抽出的混合物进入中间再沸器汽化后返回低压塔，分离出的水一部分从塔底进入所述第一换热器，对所述乙醇-水混合物进行预热后，再经第一冷却器冷却后流出，另一部分进入再沸器再沸返塔；
S102：所述蒸汽经压缩机加压后从所述高压塔的底部进入所述高压塔，所述高压塔塔底的液体混合物从所述低压塔的顶部进入所述低压塔，所述高压塔塔顶蒸汽依次进入中间再沸器、所述第二换热器和冷凝器后，分离出的乙醇一部分经第二冷却器冷却后流出，另一部分回流至所述高压塔；
所述差压热耦合精馏分离乙醇-水工艺采用的装置包括：
低压塔、高压塔、压缩机、中间再沸器、再沸器、第一换热器、第二换热器、第一冷却器、第二冷却器和冷凝器，其中，所述低压塔和所述高压塔均为板式塔，所述第一换热器与所述低压塔的底部连通，所述第一换热器和所述中间再沸器均与所述第二换热器连通，所述第二换热器与所述低压塔的顶部、所述第二冷却器和所述冷凝器连通，所述第一冷却器与所述第一换热器连通，所述低压塔的侧线与所述中间再沸器的连通，所述低压塔底部与所述再沸器连通，所述压缩机与所述低压塔顶部连通，所述压缩机与所述高压塔底部连通，所述高压塔底部与所述低压塔顶部连通，所述高压塔顶部与所述中间再沸器连通；
其中，所述低压塔的理论塔板数为5块～30块，所述低压塔的操作压力为0.5atm～3.5atm，所述低压塔塔顶的温度为65℃～115℃，所述低压塔塔底的温度为85℃～135℃，再沸比为1～3.5；
其中，从所述低压塔侧线抽出的混合物其抽出的位置为距离所述低压塔塔顶2块～15块塔板处，所述抽出的混合物的质量为抽出位置处塔板液相量的20％～80％；
其中，所述高压塔的理论塔板数为15块～40块，所述高压塔的操作压力为1.5atm～5atm，所述高压塔塔顶的温度为90℃～130℃，所述高压塔塔底的温度为92℃～132℃，回流比为2～5。
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