CN111675601A - 一种工业乙醇分离提纯的新工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工业乙醇分离提纯的新工艺及装置，工业乙醇分离提纯的装置包括隔壁精馏塔、乙醇精馏塔、隔壁精馏塔塔顶冷凝器、隔壁精馏塔再沸器、乙醇精馏塔再沸器和进料预热器，通过将粗乙醇原料液与采出的工业乙醇产品A进行换热后进入隔壁精馏塔左侧中部，控制馏分条件，塔底采出富含乙醇、水和杂醇的重组分后，塔底重组分的物质进入乙醇精馏塔进行分离后，得到工业乙醇产品B，制得的一部分工业乙醇产品B回流至乙醇精馏塔顶部，本发明采用双效耦合的精馏工艺，将乙醇精馏塔塔顶蒸汽与隔壁精馏塔塔釜再沸器进行热耦合换热，节省了隔壁精馏塔塔釜的蒸汽，同时节省了乙醇精馏塔塔顶蒸汽的冷却水。

Description

一种工业乙醇分离提纯的新工艺及装置

技术领域

本发明属于精馏提纯技术领域，具体涉及一种工业乙醇分离提纯的新工艺及装置。

背景技术

工业乙醇为含量为95%的乙醇产品，可用于印刷、电子、五金、香料、化工合成、医药合成等方面。在医疗上也常用工业乙醇配置体积分数为70%~75%的乙醇作消毒剂等，在医药领域和食品工业生产中都有广泛的用途。工业乙醇生产方法主要有生物质发酵法、乙烯水合法和合成气生产工艺，在任一生产过程中均需要将含有甲醇、乙醇、水和杂醇等反应液提纯至工业乙醇(95%)，由于存在甲醇和乙醇之间相对挥发度低，以及乙醇水体系存在共沸等现象导致分离过程需设计多台精馏塔且需要较高的能耗来制备工业乙醇。另外若通过萃取精馏或共沸精馏或膜分离脱水或分子筛脱水等方法制备生产无水乙醇的过程中也需要将工业乙醇原料液首先提浓至工业乙醇（95%），因此分离过程的能耗和装置投资是也是影响制备无水乙醇成本的关键因素。

因此，如何对现有技术进行优化以实现低耗能制备工业乙醇的技术，是当前急需解决的工业问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业乙醇分离提纯的新工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种工业乙醇分离提纯的新工艺，包括以下步骤：

1）首先将粗乙醇原料液经过进料预热器至温度为60-70℃后通入隔壁精馏塔左侧中部，控制馏分条件，塔顶采出低沸点轻组分，塔顶采出的低沸点轻组分经过隔壁精馏塔塔顶冷凝器降温冷凝后流回隔壁精馏塔塔顶内部作为冷凝液，塔底采出重组分杂质，粗乙醇原料例如可以选用乙醇含量为40-50wt%的粗乙醇原料液，低沸点轻组分为甲醇等低沸点，重组分杂质为富含乙醇、水和杂醇的重组分；

2）步骤1）中的重组分杂质通过管线进入乙醇精馏塔左侧中部，控制馏分条件，塔顶采出乙醇蒸汽，塔底采出水和杂醇重组分，塔底采出的水和杂醇重组分经过乙醇精馏塔再沸器升温汽化后会流入乙醇精馏塔塔底内部，塔底采出的重组分除了水和杂醇，也可以包括其他重组分；

3）步骤2）中的乙醇蒸汽一部分通入隔壁精馏塔再沸器进行热耦合换热冷凝后得到工业乙醇产品B，一部分工业乙醇产品B回流至乙醇精馏塔顶部，一部分工业乙醇产品B采出；

4）步骤2）中的乙醇蒸汽另一部分作为工业乙醇产品A和粗乙醇原料液进行换热后经过进料预热器至温度为60-70℃后流入隔壁精馏塔，隔壁精馏塔塔右侧线采出工业乙醇产品A，采出的工业乙醇产品A和步骤中的采出的部分工业乙醇产品B合并出界区，其中隔壁精馏塔塔侧线采出工业乙醇产品A的含量为大于95wt%，采出的一部分工业乙醇产品B的含量为大于95wt%。

步骤3）中工业乙醇产品B与工业乙醇产品A合并出界区的流量比是1：1~1：3。

作为优化，隔壁精馏塔全塔理论板数为65-80块，隔壁精馏塔馏分条件为塔顶温度为65~75℃，塔釜温度为90~95℃，塔顶压力为110~160kPa。

作为优化，乙醇精馏塔理论板数为55-60块，乙醇精馏塔馏分条件为塔顶温度为100~115℃，塔釜温度为115~130℃，塔塔顶压力为250~400kPa。

作为优化，粗乙醇原料液可以是生物质发酵液、合成气制备乙醇反应液和医药行业产生的粗乙醇原料液中的一种或几种。

一种工业乙醇分离提纯的装置，该工业乙醇分离提纯的装置包括隔壁精馏塔、乙醇精馏塔、隔壁精馏塔塔顶冷凝器、隔壁精馏塔再沸器、乙醇精馏塔再沸器和进料预热器，所述隔壁精馏塔和乙醇精馏塔之间通过管线连通，所述隔壁精馏塔塔顶固定连接有隔壁精馏塔塔顶冷凝器，所述隔壁精馏塔塔底固定连接有隔壁精馏塔再沸器，乙醇精馏塔塔底固定连接有乙醇精馏塔再沸器，粗乙醇原料液和隔壁精馏塔之间通过管线连通，粗乙醇原料液和隔壁精馏塔之间的管线上固定连接有进料预热器，当液体混合物沿隔壁精馏塔、乙醇精馏塔流动并被加热，轻组分中的分子物也有轻重分子，轻组分中的轻分子经过加热后，向上溢出，在冷凝器的冷凝作用下，被冷凝排出，而重分子到达不了冷凝器而作为液体，被分离出来，从而实现了物质分离的目的，隔壁精馏塔塔顶固定连接有冷凝器，冷凝器起到收集隔壁精馏塔塔顶产品的作用，隔壁精馏塔和乙醇精馏塔塔底固定连连接有再沸器，提供液体蒸发所用热量。

作为优化，隔壁精馏塔和乙醇精馏塔均为分隔壁型精馏塔，分隔壁型精馏塔包括公共精馏段、公共提馏段和隔壁分离段，隔壁精馏塔内的中部设有一块竖直的分隔板，使得隔壁精馏塔内部均划分为三个区域，位于隔板上方的区域为公共精馏段，位于隔板下方的区域为公共提馏段，位于隔壁精馏塔内部的分隔板的两侧为隔壁分离段，隔壁分离段的左侧为预分馏段，隔壁分离段的右侧为主塔段，隔壁精馏塔下部采出的重组分杂质通过管线和乙醇精馏塔中间部位的隔壁分离段进行连通。

作为优化，隔壁精馏塔的公共精馏段、公共提馏段和隔壁分离段的分离元件为不锈钢规整填料板波纹和丝网规整填料中的一种。

作为优化，乙醇精馏塔的公共精馏段、公共提馏段和隔壁分离段的分离元件均为不锈钢板波纹、丝网规整填料、浮阀和筛板塔盘中的一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明所述系统将隔壁精馏塔将甲醇低沸物与工业乙醇进行分离，塔顶采出甲醇低沸物，隔壁精馏塔右侧部采出95%的工业乙醇产品A，实现了三个馏分在一台精馏塔进行分离；

（2）本发明采用双效耦合的精馏工艺，将乙醇精馏塔塔顶蒸汽与隔壁精馏塔塔釜再沸器进行热耦合换热，根据物料组成合理设计工业乙醇产品A和工业乙醇产品B的采出比例，使其能量匹配，一方面节省了隔壁精馏塔塔釜的蒸汽，同时节省了乙醇精馏塔塔顶蒸汽的冷却水，塔顶采出95%的工业乙醇产品B。

附图说明

图1为本发明一种工业乙醇分离提纯的新工艺流程图。

图中：1-隔壁精馏塔；2-乙醇精馏塔；3-隔壁精馏塔塔顶冷凝器；4--隔壁精馏塔再沸器；5-乙醇精馏塔再沸器；6-进料预热器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例1：某玉米生物质制备乙醇的粗乙醇原料（甲醇35%，乙醇60%，水4%，杂醇1%），进料量20吨/小时，隔壁精馏塔操作条件：塔顶压力150Kpa，塔顶温度73℃，塔釜温度92℃，工业乙醇产品采出量：6.31吨/小时，产品为95.0wt%，隔壁塔内分离元件为板波纹规整填料250Y；乙醇精馏塔操作条件：塔顶压力350Kpa，塔顶温度113℃，塔釜温度124℃，回流比为3：1，工业乙醇产品2采出量为6.31吨/小时，产品纯度为95.0%，塔内分离元件为丝网规整填料BX500，工业乙醇回收率为99.9%，分离过程能耗为2.33吨饱和蒸汽/吨工业乙醇产品。

实施例2：某薯类及糖质原料生物质制备乙醇的粗乙醇原料（甲醇30%，乙醇62%，水5%，杂醇1%），进料量10吨/小时，隔壁精馏塔操作条件：塔顶压力130Kpa，塔顶温度70℃，塔釜温度95℃，工业乙醇产品采出量：2.71吨/小时，产品为95.0wt%，隔壁塔内分离元件为丝网规整填料BX500；乙醇精馏塔操作条件：塔顶压力300Kpa，塔顶温度110℃，塔釜温度1124℃，回流比为2：1，工业乙醇产品2采出量为3.81吨/小时，产品纯度为95.0%，塔内分离元件为丝网规整填料BX500，工业乙醇回收率为99.9%，分离过程能耗为2.34吨饱和蒸汽/吨工业乙醇产品。

实施例3：某合成气通过醋酸甲酯制备乙醇的粗乙醇原料（甲醇40%，乙醇54%，水4%，杂醇2%），进料量10吨/小时，隔壁精馏塔操作条件：塔顶压力110Kpa，塔顶温度65℃，塔釜温度90℃，工业乙醇产品采出量：2.20吨/小时，产品为95.0wt%，隔壁塔内分离元件为丝网规整填料BX500；乙醇精馏塔操作条件：塔顶压力250Kpa，塔顶温度100℃，塔釜温度115℃，回流比为3：1，工业乙醇产品2采出量为3.19吨/小时，产品纯度为95.0%，塔内分离元件为丝网规整填料，BX500，工业乙醇回收率为99.9%，分离过程能耗为2.32吨饱和蒸汽/吨工业乙醇产品。

实施例4：某合成气通过乙酸再制备乙醇的粗乙醇原料（甲醇44%，乙醇52%，水3%，杂醇1%），进料量20吨/小时，隔壁精馏塔操作条件：塔顶压力160Kpa，塔顶温度75℃，塔釜温度95℃，工业乙醇产品采出量：5.20吨/小时，产品为95.0wt%，隔壁塔内分离元件为板波纹规整填料250Y；乙醇精馏塔操作条件：塔顶压力400Kpa，塔顶温度115℃ 塔釜温度130℃，回流比为2：1，工业乙醇产品2采出量为5.74吨/小时，产品纯度为95.0%，塔内分离元件为规整板波纹填料250Y，工业乙醇回收率为99.8%，分离过程能耗为2.42吨饱和蒸汽/吨工业乙醇产品。

综合实施例1-4的结果可以看出，本发明所述的一种工业乙醇分离提纯的新工艺实现了内部热量充分的回收利用，整个工艺流程充分利用了精馏系统内部的热量，节约了蒸汽和冷却水的消耗，同时也降低了装置成本；

本发明采用隔壁精馏和双效热耦合的精馏工艺，通过对工艺条件进行优化（如精馏塔温度、压力及塔压降），以获得工业级乙醇（产品纯度为95.0-95.5%)；

本发明所述系统中的两个精馏塔塔内分离元件采用高效板波纹和丝网规整填料中的一种，全塔压降小，通过工业乙醇产品1和工业乙醇产品2流量的合理调整实现热量匹配，有利于实现双效耦合分离工业乙醇。

需要说明的是，在本文中，本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内；

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种工业乙醇分离提纯的新工艺，其特征在于：包括以下步骤：

1）首先将粗乙醇原料液经过进料预热器（6）至温度为60-70℃后通入隔壁精馏塔（1）左侧中部，控制馏分条件，塔顶采出低沸点轻组分，塔顶采出的低沸点轻组分经过隔壁精馏塔塔顶冷凝器（3）降温冷凝后流回隔壁精馏塔（1）塔顶内部作为冷凝液，塔底采出重组分杂质；

2）步骤1）中的重组分杂质通过管线进入乙醇精馏塔（2）左侧中部，控制馏分条件，塔顶采出乙醇蒸汽，塔底采出水和杂醇重组分，塔底采出的水和杂醇重组分经过乙醇精馏塔再沸器（5）升温汽化后会流入乙醇精馏塔（2）塔底内部；

3）步骤2）中的乙醇蒸汽一部分通入隔壁精馏塔再沸器（4）进行热耦合换热冷凝后得到工业乙醇产品B，一部分工业乙醇产品B回流至乙醇精馏塔（2）顶部，一部分工业乙醇产品B采出；

4）步骤2）中的乙醇蒸汽另一部分作为工业乙醇产品A和粗乙醇原料液进行换热后经过进料预热器（6）至温度为60-70℃后流入隔壁精馏塔（1），隔壁精馏塔（1）塔右侧线采出工业乙醇产品A，采出的工业乙醇产品A和步骤（3）中的采出的部分工业乙醇产品B合并出界区。

2.根据权利要求1所述的一种工业乙醇分离提纯的新工艺，其特征在于：步骤3）中工业乙醇产品B与工业乙醇产品A合并出界区的流量比是1：1~1：3。

3.根据权利要求1所述的一种工业乙醇分离提纯的新工艺，其特征在于：隔壁精馏塔（1）全塔理论板数为65-80块，隔壁精馏塔（1）馏分条件为塔顶温度为65~75℃，塔釜温度为90~95℃，塔顶压力为110~160kPa。

4.根据权利要求1所述的一种工业乙醇分离提纯的新工艺，其特征在于：乙醇精馏塔（2）理论板数为55-60块，乙醇精馏塔（2）馏分条件为塔顶温度为100~115℃，塔釜温度为115~130℃，塔塔顶压力为250~400kPa。

5.根据权利要求1所述的一种工业乙醇分离提纯的新工艺，其特征在于：所述粗乙醇原料液可以是生物质发酵液、合成气制备乙醇反应液和医药行业产生的粗乙醇原料液中的一种或几种。

6.一种工业乙醇分离提纯的装置，其特征在于：该工业乙醇分离提纯的装置包括隔壁精馏塔（1）、乙醇精馏塔（2）、隔壁精馏塔塔顶冷凝器（3）、隔壁精馏塔再沸器（4）、乙醇精馏塔再沸器（5）和进料预热器（6），所述隔壁精馏塔（1）和乙醇精馏塔（2）之间通过管线连通，所述隔壁精馏塔（1）塔顶固定连接有隔壁精馏塔塔顶冷凝器（3），所述隔壁精馏塔（1）塔底固定连接有隔壁精馏塔再沸器（4），所述乙醇精馏塔（2）塔底固定连接有乙醇精馏塔再沸器（5），所述粗乙醇原料液和隔壁精馏塔（1）之间通过管线连通，所述粗乙醇原料液和隔壁精馏塔（1）之间的管线上固定连接有进料预热器（6）。

7.根据权利要求6所述的一种工业乙醇分离提纯的新工艺，其特征在于：所述隔壁精馏塔（1）和乙醇精馏塔（2）均为分隔壁型精馏塔，分隔壁型精馏塔包括公共精馏段、公共提馏段和隔壁分离段。

8.根据权利要求7所述的一种工业乙醇分离提纯的新工艺，其特征在于：所述隔壁精馏塔（1）的公共精馏段、公共提馏段和隔壁分离段的分离元件为不锈钢规整填料板波纹和丝网规整填料中的一种。

9.根据权利要求7所述的一种工业乙醇分离提纯的新工艺，其特征在于：所述乙醇精馏塔（2）的公共精馏段、公共提馏段和隔壁分离段的分离元件均为不锈钢板波纹、丝网规整填料、浮阀和筛板塔盘中的一种。

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