CN207210294U - 一种节能型醋酸加氢或醋酸乙酯加氢制乙醇的生产装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可有效利用合成系统自热平衡进行醋酸或乙酯加热汽化、流程短、设备少的节能型乙醇生产装置。包括一台循环机在内的合成回路，在进合成反应器氢气与醋酸摩尔比或进合成反应器氢气与醋酸乙酯摩尔比为20～50的工况下，无需外热，利用醋酸加氢或醋酸乙酯加氢的反应热，满足原料醋酸或醋酸乙酯由常温液态加热汽化到100～120℃，及将摩尔比为20～50的氢气和醋酸或氢气和醋酸乙酯混合气加热到200℃以上的催化加氢反应温度生产乙醇。

Description

一种节能型醋酸加氢或醋酸乙酯加氢制乙醇的生产装置

技术领域

本实用新型涉及化工合成技术领域，尤其涉及一种醋酸或醋酸乙酯加氢制备乙醇的生产工艺及其装置。

背景技术

合成气经醋酸或醋酸乙酯加氢制乙醇可以替代粮食发酵生物法制乙醇，用于乙醇清洁燃料，其经济和环保意义重大，是国内外石油煤化行业十分重视的产业。但现有生产技术中进行合成乙醇反应的进塔气所需氢气含量很高，其体积或摩尔氢酸比或氢酯比高达数十倍，甚至高于100，本来醋酸加氢或醋酸乙酯加氢都是放热反应：

CH₃COOH+2H₂→CH₃CH₂OH+H₂O+41.7kJ/mol

CH₃COOCH₂CH₃+2H₂→2CH₃CH₂OH+56.12kJ/mol

但高含量氢气造成的问题，一是使合成循环机的电耗随输气量增加大幅增加，二是反应热通过氢气带出反应器并通过冷却介质移出系统，又需要提供大量外热使原料醋酸或醋酸乙酯从常温液态加热汽化为气态，与氢混合进行加氢反应，使合成乙醇工艺中增设众多换热设备，从而增加外供蒸汽消耗和外供电耗。

中国发明专利申请CN105669379A公开了一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺，氢气、醋酸乙酯分别经氢气预热器、醋酸酯加热器进行预热，其中氢气需预热至120～170℃，原料醋酸乙酯预热至120～190℃，送入汽化塔。来自汽化塔的混合气在原料气预热器壳程预热，达到190～260℃后送入盛装有催化剂的加氢反应器中。反应后气体去加热汽化塔出口气、氢气和醋酸乙酯，该流程以上三股物流的加热均需反应器出口的高位热能进行，根据其说明书第8页附表，该专利技术实施例吨乙醇需耗电75-80度，并需外供1.6MPa压力蒸汽0.8-0.9 吨，而1.6MPa的饱和蒸汽温度高于200℃，很难达到利用合成系统自身反应热进行系统的热量平衡，合成还需外部通过电加热和蒸汽加热提供能量，流程长、换热设备多。

造成目前醋酸或醋酸乙酯加氢电耗能耗高的原因一是由于加氢合成反应需要的氢酸比或氢酯比远高于加氢合成反应所消耗的原料氢酸比或氢酯比为2的消耗，高达数十至100，大幅过量的氢气循环比增加了电耗；二是加氢合成在 20-80大气压下进行，原料氢气和醋酸或醋酸乙酯需由常压常温加热与高压循环氢成混合原料气进塔反应。本专利针对现有技术的问题通过工艺优化对过剩氢的多级利用和降低醋酸或醋酸乙酯汽化温度，充分利用工艺生产的低位热能实现醋酸或醋酸乙酯加氢合成乙醇过程的自热生产，显著节约能耗，有效降低成本。

实用新型内容

为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种可有效利用合成系统自热平衡进行醋酸或乙酯加热汽化、流程短、设备少的节能型乙醇生产工艺。

一种节能型醋酸加氢或醋酸乙酯加氢制乙醇的生产工艺，所述的生产工艺为包括一台循环机在内的合成回路，在进合成反应器氢气与醋酸摩尔比(氢酸比) 或进合成反应器氢气与醋酸乙酯摩尔比(氢酯比)为20～50的工况下，无需外热，利用醋酸加氢或醋酸乙酯加氢的反应热，满足原料醋酸或醋酸乙酯由常温液态加热汽化到100～120℃，及将摩尔比为20～50的氢气和醋酸或氢气和醋酸乙酯混合气加热到200℃以上的催化加氢反应温度生产乙醇。

作为一种优选，所述的节能型醋酸加氢或醋酸乙酯加氢制乙醇的生产工艺，包括多级串联的加氢生产乙醇的系统，具体步骤如下：

1)原料氢气和从循环机来的循环氢气在3～8MPa下混合进入首级加热汽化器；

2)原料醋酸或醋酸乙酯液体进入合成乙醇装置的首级加热汽化器，利用经入塔预热器出口100～150℃的热反应气加热汽化原料醋酸或醋酸乙酯和氢气，完成氢气加热和原料醋酸或醋酸乙酯汽化；

3)20～50氢酸比或氢酯比的合成气经出塔入塔预热器换热升温到 210～290℃，再进加氢反应器，在3～8MPa、210～300℃下经醋酸加氢或醋酸乙酯加氢催化剂床层进行加氢反应生成乙醇；

4)出加氢反应器的反应气在230～300℃下进入塔预热器与进加氢反应器的合成气换热，降温到100℃～150℃；

5)出入塔预热器的反应气进加热汽化器，加热进口氢气并加热汽化原料醋酸或醋酸乙酯，反应气冷却到30～40℃，产物乙醇和生成工艺水冷凝成液态；

6)经回收热量降温到30～40℃的反应气进气液分离器，在分离器下半段分离、输出乙醇水溶液；

7)出气液分离器的气体只补入新醋酸或醋酸乙酯原料液，进后一级加氢合成系统的加热汽化器汽化，然后按前述步骤2)～6)进行后一级或后多级加氢系统生产乙醇；

8)最末级加氢合成系统的气液分离器出口气体进循环机升压，除必要时排放少量驰放气外，其余经循环气管道一次补充总原料氢气和首级原料醋酸或醋酸乙酯后送至首级加氢合成系统的加热汽化器。

所述的多级串联的加氢生产乙醇的系统均为醋酸加氢制乙醇系统，或者所述的多级串联的加氢生产乙醇的系统均为多级串联的醋酸乙酯加氢制乙醇系统。

一种用于如上所述的醋酸加氢或醋酸乙酯加氢制乙醇生产工艺的节能型生产装置，包括前后串联的加热汽化器、入塔预热器、加氢反应器、气液分离器、冷却器和循环机，所述的循环机出口与加热汽化器的管程进口连通，所述的加热汽化器的管程出口与入塔气预热器的壳程进口连通，所述的入塔气预热器的壳程出口与加氢反应器的进口连通，所述的加氢反应器的出口与入塔气预热器的管程进口连通，所述的入塔气预热器的管程出口与加热汽化器的壳程进口连通，所述的加热汽化器的壳程出口与冷却器的进口连通，所述的冷却器的出口与气液分离器的进口连通，所述的气液分离器的气体出口与循环机进口连通。

作为一种优选，所述的节能型醋酸加氢或醋酸乙酯加氢制乙醇的生产装置，包括2级或2级以上的加氢反应装置单元，每个加氢反应装置单元包括前后串联的加热汽化器、入塔预热器、加氢反应器、冷却器和气液分离器，末级加氢反应装置单元与首级加氢反应装置单元之间用一台循环机串联，前一级加氢反应装置单元中的气液分离器的气体出口与后一级加氢反应装置单元中的汽化加热器进口管道连通，所述的循环机进口与末级单元的气液分离器气体出口连通，所述的循环机出口与首级单元的加热汽化器进口连通，组合成用单台循环机串联，二级或多级酸性加氢或醋酸乙酯加氢生产乙醇，用加氢反应热自供醋酸或醋酸乙酯原料汽化和加热进塔气达到200℃以上的催化加氢温度的节能型生产装置。

作为一种优选，所述的加氢反应器是换热均温反应器，加氢催化剂在反应器壳体和换热管间反应，反应热被埋在催化剂层的换热管吸收带走，达到均温加氢反应生产乙醇的优良效果，提高转化率＞99％和提高乙醇选择性。

作为一种优选，所述的加氢反应器气体从反应器壳体中部进塔，由壳体和催化剂筐分布器，由外到内向中心集气筒的圆环栓状形催化剂层反应，到中心集气筒由底部出塔，或者相向由中心筒进塔，离心或向外径向流动在壳体中部出塔，降低塔压降＜0.05MPa。

作为一种优选，所述的加热汽化器包括壳体、上下管箱、雾化装置、换热管和上下管板，所述的换热管与上下管板连接；冷气体从顶部进入，液体从上部侧面进入经雾化装置与气体充分混合，由上而下被换热管内的热反应气体加热，液体被汽化，气体被加热。

也可以雾化装置位于下部管箱中，冷气从底部进入，液体从下部侧面进入经雾化装置与气体充分混合，由下而上被换热管内的热反应气加热，液体汽化后从上部出。

所述的加热汽化器的冷气出口上游设置除液装置。

所述的加热汽化器壳体底部设有排液口，下管箱设液位计。

本实用新型专利通过流程优化，以及汽化器使循环氢气、醋酸或乙酯预热和汽化在一个设备内一起完成，利用醋酸或乙酯与循环氢气充分混合，使醋酸或乙酯分压降低，从而汽化温度降低，有效利用低位热能进行醋酸或乙酯加热汽化。流程短，设备少。

本实用新型具有以下技术特点：

1、与现有技术反应热出加氢反应器高温反应热直接用于加热低温原料气、降温后反应热不能自用于加热，需200℃多高温入塔气，只能仅部分用于加热入塔气相比，流程设计不需外部补加蒸汽，也不需电炉加热，可以利用反应热实现热量平衡。

2、在二个单独反应器中氢酸比在50左右(氢酯比30左右)，但整个工艺的总氢酸比仅为25左右或氢酯比15左右，氢酸比或氢酯比降低一半。

3、循环氢气、醋酸或乙酯预热和汽化在汽化器中一步完成，利用醋酸或乙酯与循环氢气充分混合，使醋酸或乙酯分压降低，从而汽化温度降低，有效利用低位热能进行醋酸或乙酯加热汽化。

4、流程中不单独设置醋酸或乙酯预热器、氢气预热器，流程简单，设备投资降低。

附图说明

图1为本实用新型装置的一种实施方式的流程图。

图2为本实用新型装置中的加热汽化器的结构示意图。

图3为本实用新型装置中的加热汽化器的另一种结构示意图。

图4为本实用新型装置的另一种实施方式的流程图。

附图标记说明：

A-第一加热汽化器 B-第一入塔气预热器 C-第一加氢反应器 D-第一冷却器E-第一气液分离器 F-第二加热汽化器 G-第二入塔气预热器 H-第二加氢反应器 I-第二冷却器 J-第二气液分离器 K-循环机 L-壳体 M-雾化装置 N-换热管 P1-上部管箱 P2-下部管箱 Q1-上管板 Q2-下管板

1-原料氢气 2-循环气 3-混合气 4-第一加氢反应装置单元中的原料醋酸或醋酸乙酯液 5-合成气 6-换热后进塔的合成气 7-反应气 8-换热降温后的反应气12-第二加氢反应装置单元中的原料醋酸或醋酸乙酯液 13-合成气 22- 粗乙醇 23-驰放气

具体实施方式

实施例1：

如图1所示的醋酸加氢或醋酸乙酯加氢制乙醇生产工艺的节能型生产装置，包括前后串联的第一加热汽化器A、第一入塔气预热器B、第一加氢反应器C、第一冷却器D、第一气液分离器E和循环机K，所述的循环机K出口与第一加热汽化器A的管程进口连通，所述的第一加热汽化器A的管程出口与第一入塔气预热器B的壳程进口连通，所述的第一入塔气预热器B的壳程出口与第一加氢反应器C的进口连通，所述的第一加氢反应器C的出口与第一入塔气预热器B的管程进口连通，所述的第一入塔气预热器B的管程出口与第一热汽化器A的壳程进口连通，所述的第一加热汽化器A的壳程出口与第一冷却器D的进口连通，所述的第一冷却器D的出口与第一气液分离器E的进口连通，所述的第一气液分离器E的气体出口与循环机K进口连通。

其中所述的第一加热汽化器A的结构如图2所示，包括壳体L、上部管箱 P1、下部管箱P2、雾化装置M、换热管N、上管板Q1和下管板Q2，所述的换热管与上管板Q1和下管板Q2连接；冷气体从顶部进入，液体从上部侧面进入上部管箱P1经雾化装置M与气体充分混合，由上而下被换热管N内的热反应气体加热，液体被汽化，气体被加热。

该装置运行时，原料氢气1与循环机K出口的循环气2混合，混合气3与一股常温下总量～50％的液体醋酸在第一加热汽化器A中充分混合，在第一加热汽化器A中控制混合气体与醋酸的摩尔比30～50∶1，摩尔比主要来自醋酸加氢合成乙醇的催化剂要求，混合气体与液体醋酸在第一加热汽化器A中被来自第一入塔气预热器B管程出口的150℃热气加热使液体醋酸完全汽化，出第一汽化器A的气体温度120℃，再经第一入塔气预热器B的壳程被来自第一加氢反应器C的反应气加热，加热后气体230～280℃进第一加氢反应器C，第一加氢反应器C的催化剂装量为总量的40～60％，反应后气体依次经第一入塔气预热器B 的管程、第一加热汽化器A的壳程加热入塔气、混合气体与醋酸，然后经第一冷却器D将反应气冷至40℃，在第一气液分离器E中分离出乙醇和水。

实施例2

以醋酸为原料年产100万吨乙醇合成装置为例，年操作8000小时，小时消耗H₂量122500～125000Nm³/h，消耗的总醋酸量164～171t/h，合成催化剂总量～200m³。如图4所示，该乙醇合成装置包括前后串联的两个加氢反应装置单元，每个加氢反应装置单元包括用进出口管道前后串联的加热汽化器、入塔预热器、加氢反应器和气液分离器。如图一所示，第一加氢反应装置单元中的第一气液分离器E的气体出口与第二加氢反应装置单元中的第二汽化加热器F的进口管道连通，所述的循环机K进口与第二气液分离器J的气体出口连通，所述的循环机K出口与第一加热汽化器A的管程进口连通，第一加热汽化器A的管程出口与第一入塔气预热器B的壳程进口连通，第一入塔气预热器B的壳程出口与第一加氢反应器C的进口连通，第一加氢反应器C的出口与第一入塔气预热器 B的管程进口连通，第一入塔气预热器B的管程出口与第一加热汽化器A的壳程进口连通，第一加热汽化器A的壳程出口与第一冷却器D的进口连通，第一冷却器D的出口与第一气液分离器E的进口连通。第二加氢反应装置单元中的各设备间的连接方式与第一加氢装置单元基本相同，第二加热汽化器F的管程出口与第二入塔气预热器G的壳程进口连通，第二入塔气预热器G的壳程出口与第二加氢反应器H的进口连通，第二加氢反应器H的出口与第二入塔气预热器G的管程进口连通，第二入塔气预热器G的管程出口与第二加热汽化器F的壳程进口连通，第二加热汽化器F的壳程出口与第二冷却器I的进口连通，第二冷却器I的出口与第二气液分离器J的进口连通。

该装置运行时，合成压力3.0～4.0MPa、温度40℃的全部原料氢气1与循环机K出口的64℃循环气2混合，循环气2流量～157万Nm³/h，混合后气体温度 63℃与一股常温下总量～50％的液体醋酸在第一加热汽化器A中充分混合，在第一加热汽化器A中控制混合气体与醋酸的摩尔比30～50∶1，摩尔比主要来自醋酸加氢合成乙醇的催化剂要求，混合气体与液体醋酸在第一加热汽化器A中被来自第一入塔气预热器B管程出口的150℃热气加热使液体醋酸完全汽化，出第一汽化器A的气体温度120℃，总气量160万Nm³/h，再经第一入塔气预热器B 的壳程被来自第一加氢反应器C的反应气加热，加热后气体230～250℃进第一加氢反应器C，第一加氢反应器C的催化剂装量为总量的40～60％，反应器设备内径3800mm，气体经反应器的压力降10～50kpa，反应后气体依次经第一入塔气预热器B的管程、第一加热汽化器A的壳程加热入塔气、混合气体与醋酸，然后经第一冷却器D将反应气冷至40℃，在第一气液分离器E中分离出乙醇和水。

分离气体中氢气流量～152万Nm³/h，与另一股总量～50％的液体醋酸在第二加热汽化器F中充分混合，在第二加热汽化器F中控制混合气体与醋酸的摩尔比30～50∶1，摩尔比主要来自醋酸加氢合成乙醇的催化剂要求，混合气体与液体醋酸在第二加热汽化器F中被来自第二入塔气预热器G出来的150℃热气加热使液体醋酸完全汽化，出第二加热汽化器F的气体温度120℃，再经第二入塔气预热器G壳程被来自第二加氢反应器H的反应气加热，加热后气体230～250℃进第二加氢反应器H，第二加氢反应器H的催化剂装量为总量的40～60％，反应器设备内径3800mm，气体经反应器的压力降10～50kpa，反应后气体依次经第二入塔气预热器G的管程、第二加热汽化器F的壳程加热入塔气、混合气体与醋酸，然后经第二冷却器I将反应气冷至40℃，在第二气液分离器J中分离出乙醇和水。

分离气体中氢气经循环机K提压后与全部原料氢气混合，重新返回第一加氢反应装置单元。

两台气液分离器分离出的液体乙醇和水去乙醇精制。

实施例3：

以醋酸乙酯为原料年产100万吨乙醇装置为例，年操作8000小时，小时消耗H₂量61000～63000Nm³/h，消耗的总醋酸乙酯流量120～125t/h，合成催化剂总量170～180m³。装置同实施例一。

合成压力3.0～4.0MPa，温度40℃的全部原料氢气1与循环机K出口的64℃循环气2混合，循环气2流量44～51万Nm³/h，混合后气体温度63℃与一股常温下总量～50％的液体醋酸乙酯在第一加热汽化器A中充分混合，在第一加热汽化器A中控制混合气体与醋酸乙酯的摩尔比25～30∶1，摩尔比主要来自醋酸乙酯加氢合成乙醇的催化剂要求，混合气体与液体醋酸乙酯在第一加热汽化器A 中被来自第一入塔气预热器B出来的120℃热气加热使液体醋酸乙酯完全汽化，出第一加热汽化器A的气体温度100℃，再经第一入塔气预热器B的壳程被来自第一加氢成反应器C的反应气加热，加热后气体230～250℃进第一加氢反应器C，第一加氢成反应器C的催化剂装量为总量的40～60％，反应器设备内径 3800mm，气体经反应器的压力降10～50kpa，反应后气体依次经第一入塔气预热器B管程、第一加热汽化器A壳程加热入塔气、混合气体与醋酸乙酯，然后经第一冷却器D将反应气冷至40℃，在第一气液分离器E中分离出乙醇和水。

分离气体中氢气流量47～55万Nm³/h，与另一股总量～50％的液体醋酸乙酯在第二加热汽化器F中充分混合，在第二加热汽化器F中控制混合气体与醋酸乙酯的摩尔比25～30∶1，摩尔比主要来自醋酸乙酯加氢合成乙醇的催化剂要求，混合气体与液体醋酸乙酯在第二加热汽化器F中被来自第二入塔气预热器G出来的120℃热气加热使液体醋酸乙酯完全汽化，出第二加热汽化器F的气体温度 100℃，再经第二入塔气预热器G壳程被来自第二加氢反应器H的反应气加热，加热后气体230～250℃进第二加氢反应器H，第二加氢反应器H的催化剂装量为总量的40～60％，反应器设备内径3800mm，气体经反应器的压力降10～50kpa，反应后气体依次经第二入塔气预热器G管程、第二加热汽化器F壳程加热入塔气、混合气体与醋酸乙酯，然后经第二冷却器I将反应气冷至40℃，在气液分离器J中分离出乙醇和水。

分离气体中氢气经循环机K提压后与全部原料氢气混合，重新返回第一加氢反应装置单元。

两台气液分离器分离出的液体乙醇和水去乙醇精制。

其中第一加热汽化器A和第二加热汽化器的F的结构如图3所示。

实施例4：

在实施例一的基础上增加一级反应，共三级反应装置单元，扩大生产能力为年产150万吨乙醇，将其中醋酸加氢反应器改为径向换热反应器，合成反应器内径3800mm，催化剂量100m³，单台压降0.05MPa，年操作8000小时，小时消耗H₂量184000～187500Nm³/h，消耗的总醋酸流量245～256t/h。

以上通过众多图例和实施例对本实用新型的主题作了充分描述，根据本实用新型的构思精神，本领域的普通技术人员能容易地进行各种变化并应用到合成气经甲醇制烃中。

本实用新型合成的烃类，根据需要在甲醇脱水烃合成反应设备中装不同组成和性能催化剂，由合成气经甲醇合成制得汽油、乙烯、丙烯、人工天然气或汽油和烯烃、汽油和人工天然气联产产物。

Claims (5)

1.一种醋酸加氢或醋酸乙酯加氢制乙醇生产工艺的节能型生产装置，包括前后串联的加热汽化器、入塔预热器、加氢反应器、气液分离器、冷却器和循环机，其特征在于，所述的循环机出口与加热汽化器的管程进口连通，所述的加热汽化器的管程出口与入塔气预热器的壳程进口连通，所述的入塔气预热器的壳程出口与加氢反应器的进口连通，所述的加氢反应器的出口与入塔气预热器的管程进口连通，所述的入塔气预热器的管程出口与加热汽化器的壳程进口连通，所述的加热汽化器的壳程出口与冷却器的进口连通，所述的冷却器的出口与气液分离器的进口连通，所述的气液分离器的气体出口与循环机进口连通。

2.根据权利要求1所述的醋酸加氢或醋酸乙酯加氢制乙醇生产工艺的节能型生产装置，其特征在于：所述的装置包括2级或2级以上的加氢反应装置单元，每个加氢反应装置单元包括前后串联的加热汽化器、入塔预热器、加氢反应器和气液分离器，末级加氢反应装置单元与首级加氢反应装置单元之间用一台循环机串联，前一级加氢反应装置单元中的气液分离器的气体出口与后一级加氢反应装置单元中的汽化加热器进口管道连通，所述的循环机进口与末级单元的气液分离器气体出口连通，所述的循环机出口与首级单元的加热汽化器进口连通，组合成用单台循环机串联，二级或多级醋酸加氢或醋酸乙酯加氢生产乙醇，用加氢反应热自供醋酸或醋酸乙酯原料汽化和加热进塔气达到200℃以上的催化加氢温度的节能型生产装置。

3.如权利要求1所述的节能型生产装置，其特征在于，所述的加氢反应器是换热均温反应器，加氢催化剂在反应器壳体和换热管间反应，反应热被埋在催化剂层的换热管吸收带走。

4.如权利要求1所述的节能型生产装置，其特征在于，所述的加热汽化器包括壳体、上部管箱、雾化装置、换热管和上下管板，所述的换热管与上下管板连接；冷气体从顶部进入，液体从上部侧面进入经雾化装置与气体充分混合，由上而下被换热管内的热反应气体加热，液体被汽化，气体被加热。

5.如权利要求1所述的节能型生产装置，其特征在于，所述的加热汽化器包括壳体、上部管箱、雾化装置、换热管和上下管板，所述的雾化装置位于下部管箱中，冷气从底部进入，液体从下部侧面进入经雾化装置与气体充分混合，由下而上被换热管内的热反应气加热，液体汽化后从上部出。