CN109265315A - 一种新型乙酸乙酯加氢制乙醇工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种新型乙酸乙酯加氢制乙醇工艺方法，涉及乙酸乙酯甲酯至乙醇领域。反应气与送入的合成气进料气体进行一级换热冷却后，进入渗透过滤膜装置，实现乙醇、乙酸乙酯与氢气、水的分离，氢气和水的混合气体送入分子筛装置实现氢气与水的分离。干燥氢气与乙醇、乙酸乙酯气体混合后送入气液混合加热器进行二级冷却。在气液混合加热器中反应气将热量传递给合成气，实现乙酸乙酯的气化、混合、升温，反应气中乙醇和乙酸乙酯实现降温和部分液化，并收集液化后的粗乙醇溶液。而后反应气送入氢气预热器和水冷器，进行第三级冷却和乙醇液化，并将收集后的粗乙醇一起送入乙醇精制工序。实现最小能耗、最优配置、工序简便和精制无水乙醇。

Description

一种新型乙酸乙酯加氢制乙醇工艺方法

技术领域

本发明涉及制备乙醇的技术领域。

背景技术

乙醇作为一种重要的化工原料和有机溶剂，广泛应用于化工、医药、农药、食品及化妆品等行业，国内外对乙醇的需求量逐年递增。因此，开辟乙醇制备新工艺，有效降低工业乙醇生产成本，具有极大的经济意义和社会意义。

在目前的工业乙醇生产装置中，普遍存在能耗高，工艺和设备复杂，产品纯度低，生产成本大等问题。因此，亟待研发一种新型的乙醇生产工艺。

发明内容

本发明旨在提供一种新型的乙酸乙酯加氢制乙醇工艺方法，采用新型的气液混合加热器、高效等温径向反应器、渗透过滤膜和分子筛等专有设备和技术，解决目前乙酸乙酯加氢制乙醇工艺中能耗高、过程复杂等问题，实现最小能耗、最优配置、工序简便和精制无水乙醇工艺过程。

为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：

一种新型乙酸乙酯加氢制乙醇工艺方法，新鲜氢气经进气压缩机加压后与循环压缩机加压后的循环氢气混合送入氢气预热器，经预热器进一步升温后，与酯化工序的液态乙酸乙酯一起送入气液混合加热器；

混合后的合成气送入反应气的一级冷却器，与反应器出来的230℃反应气进行换热后升温至215℃，而后送入高效等温径向反应器；

在高效等温径向反应器中合成气的反应热由汽包来的循环水气化带出反应器，控制反应器的反应温度在230℃；反应气与送入的合成气进料气体进行一级换热冷却后，进入渗透过滤膜装置，实现乙醇、乙酸乙酯与氢气、水的分离，氢气和水的混合气体送入分子筛装置实现氢气与水的分离；干燥氢气与乙醇、乙酸乙酯气体混合后送入气液混合加热器进行二级冷却；

在气液混合加热器中反应气将热量传递给合成气，实现乙酸乙酯的气化、混合、升温，反应气中乙醇和乙酸乙酯实现降温和部分液化，并收集液化后的粗乙醇溶液。而后反应气送入氢气预热器和水冷器，进行第三级冷却和乙醇液化，并将收集后的粗乙醇一起送入乙醇精制工序；

经过水冷却后的反应气分别送入循环压缩机和循环氢气净化PSA，分别进行反应气加压和部分反应气的净化；同时，将净化后的杂质气体送入废气燃气锅炉燃烧；

粗乙醇在乙醇精制工序经脱轻塔和分离塔后，实现轻组分、乙酸乙酯与乙醇的分离，精制得到纯度≥99.8％的无水乙醇；轻组分送入废气燃气锅炉，不含水分的乙酸乙酯和乙醇混合物送入氢化反应工序进行乙酸乙酯氢化反应；

部分无水乙醇产品送入酯化工序与乙酸进行酯化反应而得到乙酸乙酯，乙酸乙酯经分离精制提纯后送入氢化反应工序，实现工艺系统循环。

本发明的反应气与送入的合成气进料气体进行一级换热冷却后，进入渗透过滤膜装置，实现乙醇、乙酸乙酯与氢气、水的分离，氢气和水的混合气体送入分子筛装置实现氢气与水的分离。干燥氢气与乙醇、乙酸乙酯气体混合后送入气液混合加热器进行二级冷却。

本发明在气液混合加热器中反应气将热量传递给合成气，实现乙酸乙酯的气化、混合、升温，反应气中乙醇和乙酸乙酯实现降温和部分液化，并收集液化后的粗乙醇溶液。而后反应气送入氢气预热器和水冷器，进行第三级冷却和乙醇液化，并将收集后的粗乙醇一起送入乙醇精制工序。

本发明采用高效等温径向反应器，在高效等温径向反应器中合成气的反应热由汽包来的循环水气化带出反应器，控制反应器的反应温度在230℃，保证乙酸乙酯氢化反应的最大转化率和最少副产物生成。

本发明的高效等温径向反应器，进气分布器采用层级蜂巢结构，催化剂档网采用正六边形激光刻栅网，内孔直径1mm，孔间0.2mm，进气均匀压差小。

本发明的反应器内管板和外壳体采用浮头式结构，以满足反应器在高温环境下换热管形变。

本发明的反应器下部换热管设计为C形弯和900锥形管板结构，一方面便于催化剂排缷与更换，使催化剂的卸料更彻底；另一方面换热管和下管板以C形连接，可减少换热管形变对管板的拉力。

本发明的新型气液混合加热器，主要实现乙酸乙酯的气化、升温，并与加压升温后的氢气充分混合。加热器采用内降膜外翅片换热管结构，强化传热，保证乙酸乙酯气化效率高、并与压缩氢气均匀混合。

本发明在气液雾化混合加热器的每个换热管口安装一个气液雾化混合器，保证气液混合雾化后即刻在换热管内进行加热，处于紊流状态的气体夹带着纳米级雾化液滴吸热后气化。避免了气液分配不均及雾化后混合气受到阻挡后凝液情况发生；

本发明的气液雾化混合器，其雾化效力高，混合均匀，气体压降小。液体成膜为双螺旋内切线结构，在进气管外壁成膜效力高，成膜均匀；雾化管微形内斜管外涂纳米孔，液体膜在气流的作用下快速成雾状纳米液滴；再成膜器大气流孔将雾化混合气流通过，并能将没有雾化液体收集后在气管外壁再成膜。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中：图1是乙酸乙酯加氢制乙醇工艺过程示意图。

图2是高效等温径向反应器的结构示意图。

图3是气液雾化混合器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

参考图1，本发明的乙酸乙酯加氢制乙醇工艺方法，具体步骤如下：

S1.新鲜氢气经进气压缩机加压后与循环压缩机加压后的循环氢气混合送入氢气预热器，经预热器进一步升温后，与酯化工序的液态乙酸乙酯一起送入气液混合加热器。

S2.气液混合加热器主要实现乙酸乙酯的气化、升温，并与加压升温后的氢气充分混合。采用内降膜外翅片换热管结构，强化传热，保证乙酸乙酯气化效率高、并与压缩氢气均匀混合。

S3.混合后的合成气送入反应气的一级冷却器，与反应器出来的230℃反应气进行换热后升温至215℃，而后送入高效等温径向反应器。

S4.在高效等温径向反应器中合成气的反应热由汽包来的循环水气化带出反应器，控制反应器的反应温度在230℃，保证乙酸乙酯氢化反应的最大转化率和最少副产物生成。

S5.反应气与送入的合成气进料气体进行一级换热冷却后，进入渗透过滤膜装置，实现乙醇、乙酸乙酯与氢气、水的分离，氢气和水的混合气体送入分子筛装置实现氢气与水的分离。干燥氢气与乙醇、乙酸乙酯气体混合后送入气液混合加热器进行二级冷却。

S6.在气液混合加热器中反应气将热量传递给合成气，实现乙酸乙酯的气化、混合、升温，反应气中乙醇和乙酸乙酯实现降温和部分液化，并收集液化后的粗乙醇溶液。而后反应气送入氢气预热器和水冷器，进行第三级冷却和乙醇液化，并将收集后的粗乙醇一起送入乙醇精制工序。

S7.经过水冷却后的反应气分别送入循环压缩机和循环氢气净化PSA，分别进行反应气加压和部分反应气的净化。同时，将净化后的杂质气体(如：乙烷)送入废气燃气锅炉燃烧，以实现达标排放。

S8.粗乙醇中含有乙醇、乙酸乙酯和溶解的氢气、乙烷等，而基本不含有水分。在乙醇精制工序经脱轻塔和分离塔后，实现轻组分、乙酸乙酯与乙醇的分离，精制得到纯度≥99.8％的无水乙醇。轻组分送入废气燃气锅炉，不含水分的乙酸乙酯和乙醇混合物送入氢化反应工序进行乙酸乙酯氢化反应。

S9.部分无水乙醇产品送入酯化工序与乙酸进行酯化反应而得到乙酸乙酯，乙酸乙酯经分离精制提纯后送入氢化反应工序，实现工艺系统循环。

本发明的高效等温径向反应器，其主要特征有：

(1)、进气分布器采用层级蜂巢结构，催化剂档网采用正六边形激光刻栅网，内孔直径1mm，孔间0.2mm，进气均匀压差小；

(2)、反应器内管板和外壳体采用浮头式结构，以满足反应器在高温环境下换热管形变；

(3)、为强化换热效果反应器内换热管采用外翅片结构，以增大反应气体或催化剂和换热管的接触面积；

(4)、反应器内换热采用内降膜经构，内管壁内冷却液在气液混合雾化器及再成膜器的作用下形成均匀液膜，冷却液以蒸发的形式将反应热带走，内管内各处温度相同，控制反应器内各点处于等温状态；

(5)、催化剂从内管板中心人孔处填充，人可进入集气管，集气管分段内连接，催化剂在反应器内填充方便；

(6)、反应器下部换热管设计为C形弯和900锥形管板结构，一方面便于催化剂排缷与更换，使催化剂的卸料更彻底；另一方面换热管和下管板以C形连接，可减少换热管形变对管板的拉力。

本发明的气液雾化混合加热器，其主要特征有：

(1)、在气液雾化混合加热器的每个换热管口安装一个气液雾化混合器，保证气液混合雾化后即刻在换热管内进行加热，处于紊流状态的气体夹带着纳米级雾化液滴吸热后气化。避免了气液分配不均及雾化后混合气受到阻挡后凝液情况发生；

(2)、换热管设有翅片强化传热，翅片加大了管外的换热面积，考虑到蒸汽或加热气体放热后液化，翅片成斜角布置，加热气体液化时更利于气液分离；

(3)、换热管内设置双螺旋挠流带，强化混合气的挠流强化混合气和换热管的传热，保证气液混合器低流速时，气液雾化混合气完成气化；

(4)、气液雾化混合加热器内液体通过分液板均匀分液，分液板进液孔分上下两层，上层为梯形结构可自动调节进液量，保证气液混合雾化器进料高度一致，使进入每个气液混合雾化器的气化液体量均匀一致；

(5)、气液雾化混合加热器下管板设计下沉集液管，加热气体液化后有利于排出；

本发明的气液雾化混合器结构：

(1)、液体成膜为双螺旋内切线结构，在进气管外壁成膜效力高，成膜均匀；

(2)、雾化管微形内斜管外涂纳米孔，液体膜在气流的作用下快速成雾状纳米液滴；

(3)、再成膜器大气流孔将雾化混合气流通过，并能将没有雾化液体收集后在气管外壁再成膜。

如图2所示，本发明的高效等温径向反应器，包括反应器壳体，所述反应器壳体的侧部设置有若干沿径向设置的反应气进口；所述反应器壳体内同轴设置有与所述反应气进口相连通的层级蜂巢式进气分布器，所述层级蜂巢式进气分布器的内侧设置有内降膜外翅片换热管，所述内降膜外翅片换热管之间填充催化剂床层，所述内降膜外翅片换热管的中心设置有集气通道，所述集气通道周侧设置有催化剂挡网，所述集气通道连接有集气管，所述集气管的底端伸出至所述反应器壳体的外部而形成反应气出口；所述内降膜外翅片换热管的顶端安装有浮头管板，所述浮头管板的上部设置有浮头盖；所述反应器壳体的顶部设置有冷却液进管，所述冷却液进管伸入至所述浮头盖内而形成冷却液进口；所述浮头管板上位于所述冷却液进管的周侧设置有分液板，所述分液板上分布有分液孔；所述内降膜外翅片换热管的管口对应安装有气液混合雾化器；所述反应器壳体的底部设置有冷却液出口和冷却液蒸发气出口。

本发明等温径向反应器的进气分布器采用层级蜂巢结构，催化剂档网采用正六边形激光刻栅网。

本发明等温径向反应器的反应器内管板和外壳体采用浮头式结构。

本发明等温径向反应器的反应器下部换热管为C形弯和900锥形管板结构。

如图3所示，本发明的气液雾化混合加热器包括筒体，所述筒体内分隔形成为进料室、加热室和出料室；所述筒体上设置有与所述加热室相连通的加热气体进口、冷却气出口和冷却液出口，所述加热室内设置有若干外翅片换热管；所述筒体上设置有与所述进料室相连通的待混合气体进口和待混合液体进口；所述进料室内位于所述待混合液体进口处设置有分液板，所述分液板上分布有分液孔；所述进料室内设置有与所述外翅片换热管相对应的气液混合雾化器，所述气液混合雾化器安装于所述外翅片换热管的上端管口处，待混合气体和待混合液体经所述气液混合雾化器雾化混合后进入所述外翅片换热管内；所述筒体上设置有与所述出料室相连通的气液混合后气体出口和未雾化残液出口，所述出料室通过所述外翅片换热管与所述进料室相连通。

本发明气液雾化混合加热器的换热管内设置双螺旋挠流带，强化混合气的挠流强化混合气和换热管的传热，保证气液混合器低流速时，气液雾化混合气完成气化。

本发明气液雾化混合加热器内的液体通过分液板均匀分液，分液板进液孔分上下两层，上层为梯形结构可自动调节进液量，保证气液混合雾化器进料高度一致，使进入每个气液混合雾化器的气化液体量均匀一致。

本发明气液雾化混合加热器的下管板设计下沉集液管，加热气体液化后有利于排出。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种新型乙酸乙酯加氢制乙醇工艺方法,其特征在于：

新鲜氢气经进气压缩机加压后与循环压缩机加压后的循环氢气混合送入氢气预热器，经预热器进一步升温后，与酯化工序的液态乙酸乙酯一起送入气液混合加热器；

混合后的合成气送入反应气的一级冷却器，与反应器出来的230℃反应气进行换热后升温至215℃，而后送入高效等温径向反应器；

在高效等温径向反应器中合成气的反应热由冷却饱合溶剂气化带出反应器，控制反应器的反应温度在230℃；反应气与送入的合成气进料气体进行一级换热冷却后，进入渗透过滤膜装置，实现乙醇、乙酸乙酯与氢气、水的分离，氢气和水的混合气体送入分子筛装置实现氢气与水的分离；干燥氢气与乙醇、乙酸乙酯气体混合后送入气液混合加热器进行二级冷却；

在气液混合加热器中反应气将热量传递给合成气，实现乙酸乙酯的气化、混合、升温，反应气中乙醇和乙酸乙酯实现降温和部分液化，并收集液化后的粗乙醇溶液。而后反应气送入氢气预热器和水冷器，进行第三级冷却和乙醇液化，并将收集后的粗乙醇一起送入乙醇精制工序；

经过水冷却后的反应气分别送入循环压缩机和循环氢气净化PSA，分别进行反应气加压和部分反应气的净化；同时，将净化后的杂质气体送入废气燃气锅炉燃烧；

粗乙醇在乙醇精制工序经脱轻塔和分离塔后，实现轻组分、乙酸乙酯与乙醇的分离，精制得到纯度≥99.8％的无水乙醇；轻组分送入废气燃气锅炉，不含水分的乙酸乙酯和乙醇混合物送入氢化反应工序进行乙酸乙酯氢化反应；

部分无水乙醇产品送入酯化工序与乙酸进行酯化反应而得到乙酸乙酯，乙酸乙酯经分离精制提纯后送入氢化反应工序，实现工艺系统循环。

2.根据权利要求1所述的新型乙酸乙酯加氢制乙醇工艺方法,其特征在于：上述高效等温径向反应器，包括反应器壳体，所述反应器壳体的侧部设置有若干沿径向设置的反应气进口；所述反应器壳体内同轴设置有与所述反应气进口相连通的层级蜂巢式进气分布器，所述层级蜂巢式进气分布器的内侧设置有内降膜外翅片换热管，所述内降膜外翅片换热管之间填充催化剂床层，所述内降膜外翅片换热管的中心设置有集气通道，所述集气通道周侧设置有催化剂挡网，所述集气通道连接有集气管，所述集气管的底端伸出至所述反应器壳体的外部而形成反应气出口；所述内降膜外翅片换热管的顶端安装有浮头管板，所述浮头管板的上部设置有浮头盖；所述反应器壳体的顶部设置有冷却液进管，所述冷却液进管伸入至所述浮头盖内而形成冷却液进口；所述浮头管板上位于所述冷却液进管的周侧设置有分液板，所述分液板上分布有分液孔；所述内降膜外翅片换热管的管口对应安装有降造膜头；所述反应器壳体的底部设置有冷却液出口和冷却液蒸发气出口。

3.如权利要求2所述的新型乙酸乙酯加氢制乙醇工艺方法,其特征在于：上述进气分布器采用层级蜂巢结构，催化剂档网采用正六边形激光刻栅网。

4.如权利要求2所述的新型乙酸乙酯加氢制乙醇工艺方法,其特征在于：上述反应器内管板和外壳体采用浮头式结构。

5.如权利要求2所述的新型乙酸乙酯加氢制乙醇工艺方法,其特征在于：上述反应器下部换热管为C形弯和90°锥形管板结构。

6.如权利要求1所述的乙酸乙酯加氢制乙醇工艺方法，其特征在于：上述气液雾化混合加热器包括筒体，所述筒体内分隔形成为进料室、加热室和出料室；所述筒体上设置有与所述加热室相连通的加热气体进口、冷却气出口和冷却液出口，所述加热室内设置有若干外翅片换热管；所述筒体上设置有与所述进料室相连通的待混合气体进口和待混合液体进口；所述进料室内位于所述待混合液体进口处设置有分液板，所述分液板上分布有分液孔；所述进料室内设置有与所述外翅片换热管相对应的气液混合雾化器，所述气液混合雾化器安装于所述外翅片换热管的上端管口处，待混合气体和待混合液体经所述气液混合雾化器雾化混合后进入所述外翅片换热管内；所述筒体上设置有与所述出料室相连通的气液混合后气体出口和未雾化残液出口，所述出料室通过所述外翅片换热管与所述进料室相连通。

7.如权利要求6所述的乙酸乙酯加氢制乙醇工艺方法，其特征在于：上述换热管内设置双螺旋挠流带，强化混合气的挠流强化混合气和换热管的传热，保证气液混合器低流速时，气液雾化混合气完成气化。

8.如权利要求6所述的乙酸乙酯加氢制乙醇工艺方法，其特征在于：上述气液雾化混合加热器内液体通过分液板均匀分液，分液板进液孔分上下两层，上层为梯形结构可自动调节进液量，保证气液混合雾化器进料高度一致，使进入每个气液混合雾化器的气化液体量均匀一致。

9.如权利要求6所述的乙酸乙酯加氢制乙醇工艺方法，其特征在于：上述气液雾化混合加热器下管板设计下沉集液管，加热气体液化后有利于排出。