一种醋酸酯加氢制乙醇的能量耦合精馏方法技术

一种醋酸酯加氢制乙醇的能量耦合精馏方法，以醋酸酯加氢工艺制备的粗醇为原料，通过脱轻塔、甲醇塔、乙醇塔三塔精馏及能量耦合，可以得到纯度很高的甲醇产品和乙醇产品，同时，脱轻塔塔顶轻组分可返回醋酸酯加氢工段循环反应，以达到最大程度的轻组分利用率。能量耦合是在脱轻塔常压、甲醇塔正压、乙醇塔负压或常压操作条件下，利用甲醇塔塔顶气冷凝热供给脱轻塔塔釜液及乙醇塔塔釜液再沸热，同时减少冷却介质和加热介质的用量，大大降低了装置的能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种醋酸酯加氢制乙醇的能量耦合精馏方法一、
本专利技术涉及一种化工过程中的分离工艺以及分离过程中能量利用的方法，确切地来说是一种醋酸酯加氢制乙醇的能量耦合精馏方法。二、
技术介绍
乙醇，俗称酒精，室温下是一种无色且有特殊香味的挥发性液体。乙醇易燃，是常用的燃料、溶剂和消毒剂；作为一种重要的基础化工原料，它被广泛地应用于食品、化工、军工、医药等诸多领域。工业上一般用淀粉发酵法或乙烯水合法制取乙醇。近年来随着煤化工的兴起，煤制乙醇逐渐走入视野。煤制乙醇是指以煤为原料经气化为合成气或者以工厂废气(主要成分均为CO和H2)为原料，采用不同的工艺路线生产乙醇的过程。目前，以煤为源头生产乙醇的工艺路线主要有四条；见图2。从反应机理来看，直接法路径较短，但由于其CO转化率低，乙醇的选择性和原料利用率较低，目前主要处于试验研究阶段，鲜有工业应用的报道。间接法虽然路径较长，但原料的转化率及乙醇的选择性均达到了较高的水平，对于催化剂及反应过程的研究也已经达到大规模商业化推广的阶段，目前已有大规模工业装置在建。醋酸直接加氢法制乙醇的优势为：路径相对较短；投资收益率较高。劣势为：大多采用贵金属催化剂，成本高；醋酸原料反应转化率达不到100％，对设备材质要求较高；反应有水产生，分离能耗较高。醋酸酯化加氢法制乙醇解决了直接加氢法存在的主要问题，其优势为：采用非贵金属催化剂，成本较低；对设备材质要求较低；反应无水产生，分离能耗较低。劣势为：多一步酯化反应，反应流程较长。乙醇可粗分为无水乙醇(乙醇质量分数≥99.5％)、工业乙醇(乙醇质量分数≥95％)、燃料乙醇(乙醇质量分数≥92.1％)等不同级别，根据不同的规格可采用不同的分离工艺。本专利技术所述的粗醇是指在铜系催化剂作用下醋酸甲酯(下简称醋酸酯)加氢制乙醇直接得到的粗醇产品，该混合物中各组分如下：物质乙醇甲醇醋酸酯其余微量杂质质量分数/％30～7030～700.1～10丙醇、水等备注：微量水为原料中带入水，加氢反应本身无水生成。三、
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过精馏工艺对醋酸酯加氢制乙醇直接得到的粗醇产品进行分离，一方面得到产品甲醇、乙醇，另一方面回收轻组分醋酸酯循环利用。所要解决的技术问题是通过能量耦合以降低装置的能耗。本专利技术所述的精馏是由脱轻塔、甲醇塔和乙醇塔构成的三塔装置进行三塔精馏，具体过程如下：粗醇首先进入脱轻塔，经脱轻塔分离后，塔顶气相为醋酸酯和甲醇等的混合蒸汽；经脱轻塔冷凝器冷凝后，一部分冷凝液返回脱轻塔塔顶回流，另一部分以醋酸酯为主的轻组分返回上游醋酸酯加氢工段，回收循环加氢利用；塔釜为含有微量水、丙醇等的乙醇、甲醇混合溶液，泵送进入甲醇塔进行分离。脱轻塔(1)的操作压力为常压，塔顶温度55-65℃，塔釜温度65-75℃，回流比1-50。经甲醇塔分离后，塔顶气相为甲醇；经甲醇塔冷凝器冷凝后，一部分冷凝液返回甲醇塔塔顶回流，另一部分作为甲醇产品(质量分数≥99.9％)采出去产品储罐；塔釜为含有微量水、丙醇等的乙醇溶液(质量分数≥98％)，泵送进入乙醇塔进一步分离。甲醇塔(2)的操作压力为0.2-0.8MPa，塔顶温度80-130℃，塔釜温度100-150℃，回流比1-30。经乙醇塔分离后，塔顶气相为乙醇(质量分数≥99.5％)和水(质量分数≤0.5％)的混合蒸汽；经乙醇塔冷凝器冷凝后，一部分冷凝液返回乙醇塔塔顶回流，另一部分作为乙醇产品采出去产品储罐；塔釜为含微量丙醇等的重组分溶液。乙醇塔(3)的操作压力为0.01-0.09MPa的负压或常压，塔顶温度40-90℃，塔釜温度50-100℃，回流比1-30。本专利技术所称的能量耦合精馏方法是在脱轻塔常压、甲醇塔正压、乙醇塔常压或负压操作条件下，利用甲醇塔塔顶蒸汽冷凝热供给脱轻塔及乙醇塔塔釜液的再沸热，以实现精馏工序的能量耦合，降低能耗。具体方法如下：由于脱轻塔设置在甲醇塔之前，所以在脱轻塔塔釜需设置第一、第二两台再沸器，开车时使用第一再沸器，蒸汽供热；正常操作时使用第二再沸器，由甲醇塔塔顶气气相供热，为此，第二再沸器同甲醇塔的塔顶与甲醇塔冷凝器之间构成一个回路。在脱轻塔塔釜和甲醇塔塔釜之间设置换热器，脱轻器的塔釜液经换热器预热升温后泵送进入甲醇塔；甲醇塔的塔釜液经换热器换热后泵送进入乙醇塔。在甲醇塔塔釜设置第三再沸器，蒸汽供热。在乙醇塔釜设置第四再沸器，第四再沸器同甲醇塔的塔顶与甲醇塔冷凝器之间构成一个回路，由甲醇塔塔顶气气相供热，实现对乙醇塔塔釜液进行加热，从而省略蒸汽供热。所述的再沸器就是热交换器，可以是列管式或盘管式等常用的热交换器。本方法采用脱轻、甲醇塔、乙醇塔三塔联合操作，充分考虑轻组分的循环利用，使单程未转化的醋酸酯通过脱轻塔分离后返回上游加氢工段。同时得到较高纯度的甲醇产品(质量份≥99％)和乙醇产品(质量份≥99.2％)。本方法充分考虑能量的综合利用，很好的实现了甲醇塔和脱轻塔及乙醇塔的能量耦合；吨产品乙醇的循环水消耗节省至少200吨，蒸汽消耗节省至少2.5吨。四、附图说明图1为本方法的流程示意图。图中：1.脱轻塔，2.甲醇塔，3.乙醇塔，4.脱轻塔冷凝器，5.第二再沸器，6.第一再沸器，7.甲醇器冷凝器，8.第三再沸器，9.乙醇塔冷凝器，10.第四再沸器，11.换热器，12.甲醇塔给料泵，13.乙醇塔给料泵。图2为以煤为源生产乙醇的四条工艺路线图。五.具体实施方式1.三塔装置脱轻塔塔顶有脱轻塔冷凝器；塔釜设有第一、第二再沸器，前者蒸汽供热，后者由甲醇塔顶气气相供热，并且同甲醇塔的塔顶与甲醇塔冷凝器之间构成一个回路。甲醇塔塔顶有甲醇塔冷凝器；塔釜设有第三再沸器，蒸汽供热。在甲醇塔塔釜和脱轻塔塔釜之间设有换热器；脱轻塔塔釜液经过甲醇塔给料泵后再经过换热器进入甲醇塔，甲醇塔塔釜液经换热器进入乙醇塔。乙醇塔塔顶有乙醇塔冷凝器；塔釜设有第四再沸器，该再沸器同甲醇塔的塔顶与甲醇塔冷凝器之间构成一个回路。2.三塔精馏来自上游醋酸加氢工段的粗醇首先进入脱轻塔，经脱轻塔分离后，塔顶气相(主要为甲醇和醋酸酯)经脱轻塔冷凝器冷凝后，一部分冷凝液返回脱轻塔塔顶回流，另一部分作为轻组分返回上游醋酸酯加氢工段；塔釜为粗乙醇、甲醇混合溶液经换热器预热升温后泵送甲醇塔进行分离。脱轻塔(1)的操作压力为常压，塔顶温度55-65℃，塔釜温度65-75℃，回流比1-50。经甲醇塔分离后，塔顶气相经甲醇冷凝器冷凝后，一部分冷凝液返回甲醇塔塔顶回流，另一部分作为甲醇产品采出去产品储罐；塔釜为粗乙醇溶液，经换热器换热后泵送入乙醇塔进一步分离。甲醇塔(2)的操作压力为0.2-0.8MPa，塔顶温度80-130℃，塔釜温度100-150℃，回流比1-30。经乙醇塔分离后，塔顶气相经乙醇塔冷凝器冷凝后，一部分冷凝液返回乙醇塔塔顶回流，另一部分作为乙醇产品采出去产品储罐：塔釜得到少量重组分溶液，主要成分为丙醇和2-丁醇，产量很小，作为副产品间断采出。乙醇塔(3)的操作压力为0.01-0.09MPa的负压或常压，塔顶温度40-90℃，塔釜温度50-100℃，回流比1-30。3.能量耦合脱轻塔设置两台再沸器，开车时使用第一再沸器，采用蒸汽供热，对塔釜液进行加热，正常操作时使用第二再沸器，采用甲醇塔塔顶气气相供热。甲醇塔塔釜设置第三再沸器，蒸汽供热，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种醋酸酯加氢制乙醇的能量耦合精馏方法，其特征在于：以醋酸酯加氢工艺制备的粗醇为原料，由脱轻塔(1)、甲醇塔(2)和乙醇塔(3)构成的三塔进行三塔精馏及能量耦合，其具体步骤如下：(1)三塔精馏A.粗醇首先进入脱轻塔(1)进行分离，塔顶气相为醋酸酯和甲醇的混合蒸汽；经脱轻塔冷凝器(4)冷凝后，一部分冷凝液回流，另一部分返回上游醋酸酯加氢工段；塔釜液泵送进入甲醇塔(2)进行分离；脱轻塔(1)的操作压力为常压，塔顶温度55‑65℃，塔釜温度65‑75℃，回流比1‑50；B.经甲醇塔(2)分离后，塔顶气相为甲醇；经甲醇塔冷凝器(7)冷凝后，一部分冷凝液回流，另一部分作为甲醇产品采出去产品储罐；塔釜液泵送入乙醇塔(3)进一步分离；甲醇塔(2)的操作压力为0.2‑0.8MPa，塔顶温度80‑130℃，塔釜温度100‑150℃，回流比1‑30；C.经乙醇塔(3)分离后，塔顶气相为乙醇；经乙醇塔冷凝器(9)冷凝后，一部分冷凝液回流，另一部分作为乙醇产品采出去产品储罐；塔釜液间断采出；乙醇塔(3)的操作压力为0.01‑0.09MPa的负压或常压，塔顶温度40‑90℃，塔釜温度50‑100℃，回流比1‑30；(2)能量耦合在脱轻塔(1)常压、甲醇塔(2)正压、乙醇塔(3)负压或常压操作条件下，利用甲醇塔塔顶蒸汽冷凝热供给脱轻塔(1)塔釜液及乙醇塔(3)塔釜液再沸热，具体方法如下：脱轻塔(1)塔釜设置两台再沸器(5)、(6)，开车时使用第一再沸器(6)，蒸汽供热；正常操作时使用第二再沸器(5)由甲醇塔(2)塔顶气气相供热，再沸器(5)同甲醇塔的塔顶与冷凝器(7)之间构成一个回路；在脱轻塔(1)塔釜和甲醇塔(2)塔釜之间设置换热器(11)，脱轻塔(1)的塔釜液经换热器(11)预热后进入甲醇塔(2)，甲醇塔(2)的塔釜液经过乙醇塔给料泵(13)和换热器(11)换热后进入乙醇塔(3)；乙醇塔(3)塔釜设置第四再沸器(10)，再沸器(10)同甲醇塔的塔顶与冷凝器(7)之间构成一个回路。...

【技术特征摘要】
1.一种醋酸酯加氢制乙醇的能量耦合精馏方法，其特征在于：以醋酸酯加氢工艺制备的粗醇为原料，由脱轻塔(1)、甲醇塔(2)和乙醇塔(3)构成的三塔进行三塔精馏及能量耦合，其具体步骤如下：(1)三塔精馏A.粗醇首先进入脱轻塔(1)进行分离，塔顶气相为醋酸酯和甲醇的混合蒸汽；经脱轻塔冷凝器(4)冷凝后，一部分冷凝液回流，另一部分返回上游醋酸酯加氢工段；塔釜液泵送进入甲醇塔(2)进行分离；脱轻塔(1)的操作压力为常压，塔顶温度55-65℃，塔釜温度65-75℃，回流比1-50；B.经甲醇塔(2)分离后，塔顶气相为甲醇；经甲醇塔冷凝器(7)冷凝后，一部分冷凝液回流，另一部分作为甲醇产品采出去产品储罐；塔釜液泵送入乙醇塔(3)进一步分离；甲醇塔(2)的操作压力为0.2-0.8MPa，塔顶温度80-130℃，塔釜温度100-150℃，回流比1-30；C.经乙醇塔(3)分离后，塔顶气相为乙醇；经乙醇塔冷凝器(9)冷凝后，一部分冷凝液回流，另一部分作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，吴福胜，胡文生，黄荣海，石天宝，曹金松，高申宝，王平林，吴越峰，钱俊，施红生，张冰，朱宝华，
申请(专利权)人：安徽皖维高新材料股份有限公司，东华工程科技股份有限公司，南京汇文新材料科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34