一种分离乙醇-水的方法技术

本发明专利技术提供了一种分离乙醇‑水的方法，包括以下步骤：步骤(1)：含水乙醇原料和乙基叔丁基醚在70～81℃下共沸，得乙醇提浓液；步骤(2)：乙醇提浓液与乙基叔丁基醚在63～68℃下共沸；分离得到乙醇和H2O‑ETBE共沸物。本发明专利技术方法，先将稀乙醇初步提浓，再利用乙基叔丁基醚共沸脱水，得到水含量为几百ppm的乙醇，用于乙醇汽油的调和。

【技术实现步骤摘要】
一种分离乙醇-水的方法
本专利技术属于化工原料分离提纯领域，具体涉及一种分离乙醇-水的方法。
技术介绍
甲基叔丁基醚(MTBE)是使用较广的含氧添加剂，主要用于提升汽油辛烷值，增强抗爆性能。MTBE的使用对于减少燃烧后CO和烃类等大气污染物的排放起到积极的作用，但由于水溶性高、难降解、易迁移以及潜在的致癌特性等，美国大部分市州已于2008年起禁用MTBE，欧盟和日本等地区的MTBE使用量也在逐年减少。而乙醇、乙基叔丁基醚(ETBE)作为高辛烷值组分，与MTBE相比，具有较好优势。在汽油中加入燃料乙醇可大大提高其辛烷值，且可以有效提高汽油的抗爆性。同时，由于乙醇的氧含量高达34.7％，可以较MTEB更少的添加量加入汽油中，帮助不含氧且碳原子比乙醇多的汽油完全燃烧，使汽车尾气排放的有害物质如CO、HC、NOX、PM2.5等减少。ETBE与汽油调合成清洁燃料，可减少汽车尾气中CO、VOCS、NOX及PM2.5等固体颗粒的排放。与MTBE相比，ETBE具有调合辛烷值高、雷德蒸汽压低、易与汽油混溶等优点，且毒性低、环境污染小。因此，美国、巴西等国家在推广使用乙醇汽油的比例。同时，随着MTBE被禁用，美国、欧洲及日本等国家使用ETBE作为汽油辛烷值改进剂。常压下，乙醇与水在78.1℃时共沸，共沸物中乙醇质量含量95.6％，水质量含量4.4％。工业上生产无水乙醇，通常采用共沸精馏法，即在乙醇-水溶液中加入第三组分(夹带剂)，与乙醇或水形成共沸物，用精馏的方法分离乙醇和水。在共沸精馏生产无水乙醇的工艺中，常用的共沸夹带剂有：苯、戊烷、环己烷等。苯是较传统的一种夹带剂，其工艺已比较成熟，但由于苯毒性较大，不符合绿色环保及清洁生产发展理念。以戊烷做夹带剂，虽然避免了苯共沸精馏的缺点，但戊烷的沸点低(36.1℃)，常温下容易汽化，溶剂损失较大且需要加压操作。专利US4256541研究了环己烷作共沸剂的无水乙醇生产工艺。环己烷具有价格低廉、毒性低等优良性质，是苯较好的替代物，被许多国外厂家使用。但是这些常用的夹带剂均需进一步进行分离、脱除溶剂之后才能作为车用燃料使用。专利CN101033170A记录的方法要在许多串联的膜组件上进行渗透蒸发，较适用于低水含量(1至10％质量)的乙醇进行脱水，主要缺点是膜模块资金投入大，且对原料乙醇的水含量适应范围较窄。夹带剂的选择对操作条件和产品的质量都有很大的影响。通常在选择夹带剂时除考虑分离的难易程度外还需考虑工艺问题。乙基叔丁基醚(ETBE)作为夹带剂共沸分离乙醇-水具有其独特优势，技术实施效果好，且ETBE是目前世界范围内使用前景最好的汽油添加剂，用于调合汽油的辛烷值。本专利技术采用乙基叔丁基醚作为夹带剂来进行乙醇水溶液的脱水操作，得到的产物不需进一步脱除夹带剂，可直接用于汽油调合，具有戊烷等其他夹带剂所不具有的优势。
技术实现思路
为解决现有乙醇中水分离难度大、分离效果不佳的技术问题，本专利技术提供了一种以乙基叔丁基醚(ETBE)为夹带剂分离乙醇-水的方法；旨在简化处理工艺，提升脱水效果。本专利技术还提供了实施所述方法的处理系统。一种分离乙醇-水的方法，包括以下步骤：步骤(1)：含水乙醇原料和乙基叔丁基醚在70～81℃下共沸，得乙醇提浓液；步骤(2)：向乙醇提浓液中补加乙基叔丁基醚，并控制体系温度为63～68℃；分离得到乙醇和H2O-ETBE共沸物。本专利技术独创性地提出一种以乙基叔丁基醚为夹带剂分离乙醇-水的方法；将含水量稍高的稀乙醇(含水乙醇原料)经步骤(1)的初步提浓(乙醇和ETBE在所述的温度下形成共沸物，和大部分水进行初步分离)，再利用步骤(2)的二次脱水，可得到水含量为几百ppm的乙醇，该含量的乙醇可满足某些特定使用要求的领域。作为优选：步骤(1)中，含水乙醇原料和乙基叔丁基醚的物料体积比为50～800。控制在该优选的比例下，有助于乙醇的提浓，有助于提高后续乙醇-水的分离效果。进一步优选，步骤(1)中，含水乙醇原料和乙基叔丁基醚的物料体积比为100～500。作为优选，步骤(1)的共沸温度为75～77℃。作为优选：步骤(2)的温度为65～66℃。步骤(2)中，乙醇提浓液中乙醇与乙基叔丁基醚的重量比为1.5～4.5。作为优选：H2O-ETBE共沸物经油水分离处理，分离得到的油相循环至步骤(2)中。油水分离得到的油相水含量很低，循环至步骤(2)中，可进一步降低成本，降低能耗。作为优选，步骤(2)中，乙醇和循环套用的油相(乙基叔丁基醚)的重量比为2～4。步骤(2)共沸过程中，还向共沸体系中补加新鲜ETBE，用于弥补共沸过程中的ETBE损耗。作为优选，步骤(2)中，乙醇提浓液与补加的乙基叔丁基醚的体积比为50～500。作为优选：步骤(2)中，乙醇提浓液与补加的乙基叔丁基醚的体积比为150～350。作为优选：油水分离得到的水相经蒸馏处理，馏分为乙基叔丁基醚，循环套用至步骤(1)中。回收得到的物料含有乙基叔丁基醚，还含有一定的乙醇、水，循环至步骤(1)中，有助于降低能耗，降低成本，还有助于醇-水分离。本专利技术中，ETBE与水的共沸物(H2O-ETBE共沸物)在常温常压下会分相，其中水相中含水量高，油相中富含ETBE，通过这一机理即可实现夹带剂的回收循环利用。将所述的乙基叔丁基醚充分循环利用，可有助于降低成本。本专利技术所述的方法，可适用于任意水含量的乙醇原料。所述的含水乙醇原料的含水量为＞0wt％。本专利技术所述的处理方法，特别适合于含水量在4.5～99.5wt％的乙醇脱水处理。另外，本专利技术方法，可用于水含量高的乙醇水溶液的高效、高质量分离。本专利技术方法可用于含水量大于90wt％乙醇水溶液的脱水处理，且处理后的乙醇的含水量可降至100ppm以下；相比于现有技术，脱水效果明显。本专利技术所述的乙醇原料，可优选为工业乙醇或生物乙醇水溶液。本专利技术方法可工业连续化处理，且将体系中的乙基叔丁基醚循环套用，不仅能提升乙醇的处理效果，还明显降低处理成本。本专利技术优选的连续化分离乙醇-水的方法，含水乙醇原料和乙基叔丁基醚进入提浓塔，控制提浓塔顶部物料出口处的温度为70～81℃，在提浓塔底部得到废水，顶部得到乙醇提浓液；将乙醇提浓液和乙基叔丁基醚导入至共沸精馏塔中，控制共沸精馏塔顶部物料出口处的温度为63～68℃(釜温75～82℃)，在共沸塔底部得到乙醇；共沸精馏塔顶部流出的H2O-ETBE共沸物进入分液罐，进行油水分离；油相为乙基叔丁基醚，循环套用至共沸精馏塔；水相通过回收塔精馏后，塔底废水排放，塔顶产物回流至提浓塔。通过本专利技术所述优选的连续化处理方法，可高效、连续地得到高质量的乙醇，此外，夹带剂在体系中充分循环，损耗小，处理成本低。本专利技术人还发现，对设备的参数进行调控，可进一步提升脱水效果。作为优选：提浓塔理论塔板数为15-25。作为优选：提浓塔的操作压力为常压。作为优选：提浓塔的操作回流比为0.5-5.0。作为优选，提浓塔理论塔板数为15-25，操作压力为常压，回流比0.5-5.0。作为优选，达到平衡时，共沸塔内的乙醇与分液罐中循环套用的油相的质量比为2.0～4.0。在此比值范围内，ETBE作为夹带剂脱水效果较优且存留在乙醇产品中的含量较少。通过所述的提浓参数的控制，可控制该乙醇提浓液中的EOH和ETBE质量比在所述的比例范本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分离乙醇‑水的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤(1)：含水乙醇原料和乙基叔丁基醚在70～81℃下共沸，得乙醇提浓液；步骤(2)：乙醇提浓液与乙基叔丁基醚在63～68℃下共沸；分离得到乙醇和H2O‑ETBE共沸物。

【技术特征摘要】
1.一种分离乙醇-水的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤(1)：含水乙醇原料和乙基叔丁基醚在70～81℃下共沸，得乙醇提浓液；步骤(2)：乙醇提浓液与乙基叔丁基醚在63～68℃下共沸；分离得到乙醇和H2O-ETBE共沸物。2.如权利要求1所述的分离乙醇-水的方法，其特征在于：步骤(1)中，含水乙醇原料和乙基叔丁基醚溶液的物料体积比为50～800。3.如权利要求2所述的分离乙醇-水的方法，其特征在于：含水乙醇原料和乙基叔丁基醚溶液的物料体积比为100～500。4.如权利要求1所述的分离乙醇-水的方法，其特征在于：步骤(1)的共沸温度为75～77℃。5.如权利要求1所述的分离乙醇-水的方法，其特征在于：步骤(2)中，乙醇提浓液中乙醇与乙基叔丁基醚的重量比为1.5～4.5。6.如权利要求1所述的分离乙醇-水的方法，其特征在于：步骤(2)的温度为65～66℃。7.如权利要求1所述的分离乙醇-水的方法，其特征在于：H2O-ETBE共沸物经油水分离处理，分离得到的油相循环至步骤(2)中。8.如权利要求7所述的分离乙醇-水的方法，其特征在于：乙醇提浓液中乙醇与循环套用的油相的质量比为2.0～4.0。9.如权利要求7所述的分离乙醇-水的方法，其特征在于：油水分离得到的水相经蒸馏处理，馏分为乙基叔丁基醚，循环套用至步骤(1)中。10.如权利要求1所述的分离乙醇-水的方法，其特征在于：所述的含水乙醇原料的含水量＞0wt％。11.如权利要求10所述的分离乙醇-水的方法，其特征在于：所述的含水乙醇原料的含水量4.5～99.5wt％。12.如权利要求11所述的分离乙醇-水的方法，其特征在于：含水乙醇原料的含水量≥90wt％。13.如权利要求1～12任一项所述的分离乙醇-水的方法，其特征在于：含水乙醇原料和乙基叔丁基醚进入提浓塔，控制提浓塔顶部物料出口处的温度为70～81℃，在提浓塔底部得到废水，顶部得到乙醇提浓液；将乙醇提浓液和乙基叔丁基醚导入至共沸精馏塔中，控制共沸精馏塔顶部物料出口处的温度为63～68℃，在共沸塔底部得到乙醇；共沸精馏塔顶部流出的H2O-ETBE共沸物进入分液罐，进行油水分离；油相为乙基叔丁基醚，循环套用至共沸精馏塔；水相通过回收塔精馏后，塔底废水排...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘罗其，杜建文，刘洪武，彭涛，周小文，余卫勋，邓琼，肖泽威，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司巴陵分公司，
类型：发明
国别省市：北京,11