專利名稱：一種利用低品位熱源生產(chǎn)無水乙醇的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用低品位熱源高效節(jié)能地生產(chǎn)無水乙醇的新工藝。
背景技術(shù)：
無水乙醇又稱絕對乙醇，它是指含水量很少的乙醇，其相對密度0. 7893(20°C )， 熔點(diǎn)-117. 3t:，沸點(diǎn)78. 32t:，折射率1. 3614，閃點(diǎn)14°C。無水乙醇廣泛用于化學(xué)試劑、醫(yī) 學(xué)、農(nóng)藥、油漆、顏料、化妝品、香料、國防工業(yè)、電子工業(yè)、航天工業(yè)等許多行業(yè)，尤其在當(dāng)前 石油資源逐漸減少的情況下，人們已把無水乙醇加到汽油中，做成汽油醇，用作內(nèi)燃機(jī)的燃 料。由于乙醇燃燒不會產(chǎn)生有害氣體，同時(shí)這種汽油醇不含鉛，使用這種燃料會使城市空氣 污染大大改善。 無水乙醇在上世紀(jì)20年代就開始研制生產(chǎn)，最初是用Ca0吸附水以制取無水乙 醇，后來又應(yīng)用CaCl2等鹽類對乙醇、水汽液平衡影響，即所謂鹽效應(yīng)來制備無水乙醇。目 前制備無水乙醇的方法主要有生石灰脫水法、萃取蒸餾法、減壓蒸餾法、離子交換法(電滲 析法)、恒沸精餾法、鹽溶精餾法、無水硫酸鈣法、作物吸附法、分子篩法以及膜分離法等。其 中，較成熟的方法是恒沸精餾和萃取精餾，而作物吸附法、分子篩法和膜分離法作為新型的 方法，具有良好的發(fā)展前景，已經(jīng)在實(shí)踐中得到了應(yīng)用。由于乙醇與水存在著共沸點(diǎn)，采用 普通精餾法無法得到濃度達(dá)到99%以上的無水乙醇。 一般說來，將發(fā)酵液中的乙醇制成無 水乙醇的能耗要占據(jù)整個無水乙醇生產(chǎn)過程中總能耗的50 80%。采用苯恒沸精餾法時(shí)， 每生產(chǎn)80kg無水乙醇，消耗175kg蒸汽和370kg水，每生產(chǎn)一噸無水乙醇，附價(jià)值約2000 元，大大失去與汽油的競爭能力。隨著燃料乙醇計(jì)劃的實(shí)施，如何高效節(jié)能地制備燃料乙醇 已成為一個迫切需要的課題。因此，必須尋求新的生產(chǎn)工藝方法，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用低品質(zhì)熱源高效節(jié)能地生產(chǎn)無水乙醇的新工藝及
裝置。本發(fā)明采用雙塔差壓精餾，結(jié)合熱泵技術(shù)，利用塔頂蒸氣中的熱量和塔底廢熱(低品
質(zhì)熱量)作為再沸器熱源并預(yù)熱原料，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。 本發(fā)明的目的可通過以下技術(shù)解決方案來實(shí)現(xiàn) —種利用低品位熱源生產(chǎn)無水乙醇的工藝，它包括下列步驟 步驟1.從儲罐G-01將原料3 90 %的乙醇料液用泵P-01輸送到換熱器H_03換
熱至30 5(TC，加熱介質(zhì)為精餾塔T-02再沸器H-04排出液，然后將乙醇料液輸送到換熱
器H-01與精餾塔T-01再沸器H-02排出液換熱，進(jìn)一步預(yù)熱至60 8(TC后，從精餾塔T-01
的進(jìn)料口進(jìn)入塔內(nèi)，進(jìn)行增濃提純； 步驟2.精餾塔T-01操作壓力為1 1. 2個大氣壓，回流比選擇1 3. 5，塔頂溫 度75 8(TC，塔釜溫度95 105t:，塔頂采出為質(zhì)量濃度90 95%的乙醇水溶液；
步驟3.精餾塔T-01塔頂氣相經(jīng)壓縮式熱泵S-01壓縮升溫后進(jìn)入精餾塔T-01再 沸器H-02，冷凝放熱作為再沸器H-02熱源，冷凝液通過換熱器H-01加熱原料乙醇料液后，經(jīng)節(jié)流閥J-01減壓后進(jìn)入回流罐V-Ol回流，當(dāng)乙醇水溶液質(zhì)量濃度達(dá)90 95%后采出并 作為精餾塔T-02進(jìn)料； 步驟4.精餾塔T-Ol釜液經(jīng)管道15輸送至精餾塔T-02再沸器H_04，作為其加熱 介質(zhì)，同時(shí)，精餾塔T-Ol再沸器H-02加熱蒸汽的冷凝液亦可作為精餾塔T-02再沸器H-04 或原料料液預(yù)熱的熱源； 步驟5.精餾塔T-02塔頂氣相經(jīng)壓縮式熱泵S-02壓縮升溫后進(jìn)入精餾塔T-02再 沸器H-04，冷凝放熱作為再沸器H-04熱源，冷凝液通過換熱器H-03加熱原料液后，經(jīng)節(jié)流 閥J-02減壓后進(jìn)入回流罐V-02回流，當(dāng)乙醇水溶液質(zhì)量濃度達(dá)99. 5%后采出；
步驟6.精餾塔T-02采取真空操作，操作壓力3 13KPa，回流比選擇0. 5 5，塔 頂溫度10 35°C ，塔釜溫度30 55°C ，塔頂采出為質(zhì)量濃度大于99. 5 %的無水乙醇，塔釜 殘液中乙醇含量小于O. 005 0. 15%。 本發(fā)明對無水乙醇的生產(chǎn)過程進(jìn)行了優(yōu)化，精餾塔T-01通過熱泵提取自身塔頂 蒸氣中的低品位熱量補(bǔ)償其再沸器H-02的加熱蒸汽消耗，精餾塔T-02充分利用了精餾塔 T-Ol廢熱及自身塔頂?shù)牡推肺粺崃浚沟谜麄€流程消耗的熱量大大降低，與以往的技術(shù)相 比，本工藝具有能耗低，效率高，無污染等優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)充分利用了精餾塔T-Ol、 T-02塔頂蒸氣中的熱量 和塔底廢熱(低品質(zhì)熱量)；(2)熱泵技術(shù)的使用不但節(jié)省塔頂冷卻水的用量，減少熱量的 散失，更降低了塔底加熱蒸汽的消耗，達(dá)到節(jié)能的目的；(3)真空體系的應(yīng)用使精餾塔T-02 操作溫度大大降低，為精餾塔T-Ol廢熱的利用提供了可能；(4)經(jīng)核算，精餾塔T-02不需 要額外添加熱源，使得生產(chǎn)單位質(zhì)量的無水乙醇所耗蒸汽量比現(xiàn)有減少30 50%，且乙醇 損失小，無污染。


圖1為本發(fā)明的流程示意圖。其中 G-Ol為原料料液儲罐，T-Ol、 T-02為精餾塔，J_01、 J-02為節(jié)流閥，H_01、 H_02、 H_03、 H-04為換熱器，S-Ol、 S-02為壓縮式熱泵，V_01、 V-02為回流罐，1、2、3、4、5、6、7、8、 9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28為管道。
具體實(shí)施例方式
以下通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
實(shí)施例1 :減壓熱泵精餾法生產(chǎn)100噸/年無水乙醇 無水乙醇的生產(chǎn)方法操作步驟如圖1所示，主要由常壓精餾塔、回流罐、換熱器、 壓縮式熱泵和減壓精餾塔等組成，在各設(shè)備間設(shè)有閥門和對應(yīng)管道。將原料90%的料液經(jīng) 換熱器H-03預(yù)熱至45 °C ，再通過換熱器H-01加熱至72t:后進(jìn)入精餾塔T_01，精餾塔T-01 塔高12米，塔徑0.2米，采用規(guī)整填料，操作壓力為常壓，回流比為1. l，精餾塔T-Ol塔頂氣 相經(jīng)壓縮式熱泵S-01壓縮升溫至103t:后進(jìn)入精餾塔T-Ol再沸器H-02，冷凝放熱作為再 沸器H-02熱源，冷凝液通過換熱器H-01加熱原料料液后，經(jīng)節(jié)流閥J-01減壓后進(jìn)入回流 罐V-01回流，塔頂采出的乙醇質(zhì)量濃度為94. 2%。精餾塔T-Ol釜液經(jīng)管道15輸送至精餾 塔T-02再沸器H-04，作為其加熱介質(zhì)。同時(shí)，精餾塔T-Ol再沸器加熱蒸汽的冷凝液亦作為精餾塔T-02再沸器熱源。精餾塔T-02采用規(guī)整填料，塔高28米，塔徑0. 3米，操作壓力 為10. 7KPa，回流比為1. 5，塔頂溫度33t:，塔釜溫度48°C，塔頂氣相經(jīng)壓縮式熱泵S_02壓 縮升溫至56t:后進(jìn)入精餾塔T-02再沸器H-04，冷凝放熱作為再沸器H_04熱源，冷凝液通 過換熱器H-03加熱原料料液后，經(jīng)節(jié)流閥J-02減壓后進(jìn)入回流罐V-02回流，塔頂采出為 12. 5kg/hr質(zhì)量濃度99. 87%的無水乙醇，塔釜?dú)堃褐幸掖己啃∮?. 01 % 。
實(shí)施例2 :減壓熱泵精餾法生產(chǎn)1000噸/年無水乙醇 將原料15X的料液經(jīng)換熱器H-03預(yù)熱至35t:，再通過換熱器H-01加熱至68°C 后進(jìn)入精餾塔T-Ol，精餾塔T-01塔高24米，塔徑0. 6米，采用規(guī)整填料，操作壓力為常壓， 回流比為1. 8，精餾塔T-01塔頂氣相經(jīng)壓縮式熱泵S-01壓縮升溫至103t:后進(jìn)入精餾塔 T-01再沸器H-02，冷凝放熱作為再沸器H-02熱源，冷凝液通過換熱器H-01加熱原料料液 后，經(jīng)節(jié)流閥J-01減壓后進(jìn)入回流罐V-01回流，塔頂采出的乙醇質(zhì)量濃度為94. 1%。精 餾塔T-01釜液經(jīng)管道15輸送至精餾塔T-02再沸器H-04，作為其加熱介質(zhì)。同時(shí)，精餾塔 T-01再沸器加熱蒸汽的冷凝液亦作為精餾塔T-02再沸器熱源。精餾塔T-02采用規(guī)整填 料，塔高35米，塔徑0. 9米，操作壓力為9. 8KPa，回流比為1. 6，塔頂溫度29. 2。C，塔釜溫度 47. 3t:，塔頂氣相經(jīng)壓縮式熱泵S-02壓縮升溫至52t:后進(jìn)入精餾塔T-02再沸器H-04，冷 凝放熱作為再沸器H-04熱源，冷凝液通過換熱器H-03加熱原料料液后，經(jīng)節(jié)流閥J-02減 壓后進(jìn)入回流罐V-02回流，塔頂采出為127kg/hr質(zhì)量濃度99. 53%的無水乙醇，塔釜?dú)堃?中乙醇含量小于0. 012%。 實(shí)施例3 :減壓熱泵精餾法生產(chǎn)10000噸/年無水乙醇 將原料3%的料液經(jīng)換熱器H-03預(yù)熱至31°C ，再通過換熱器H_01加熱至65 "后 進(jìn)入精餾塔T-Ol，精餾塔T-01塔高30米，塔徑0. 8/1. 4米，采用規(guī)整填料，操作壓力為常 壓，回流比為1. 95，精餾塔T-01塔頂氣相經(jīng)壓縮式熱泵S-01壓縮升溫至102. 5t:后進(jìn)入精 餾塔T-01再沸器H-02，冷凝放熱作為再沸器H-02熱源，冷凝液通過換熱器H-01加熱原料 料液后，經(jīng)節(jié)流閥J-01減壓后進(jìn)入回流罐V-01回流，塔頂采出的乙醇質(zhì)量濃度為94. 4%。 精餾塔T-01釜液經(jīng)管道15輸送至精餾塔T-02再沸器H-04，作為其加熱介質(zhì)。同時(shí)，精餾 塔T-01再沸器加熱蒸汽的冷凝液亦作為精餾塔T-02再沸器熱源。精餾塔T-02采用規(guī)整 填料，塔高38米，塔徑1. 5米，操作壓力為5KPa，回流比為1. 2，塔頂溫度17. 5。C，塔釜溫度 35. 5。C，塔頂氣相經(jīng)壓縮式熱泵S-02壓縮升溫至45。C后進(jìn)入精餾塔T-02再沸器H-04，冷 凝放熱作為再沸器H-04熱源，冷凝液通過換熱器H-03加熱原料料液后，經(jīng)節(jié)流閥J-02減 壓后進(jìn)入回流罐V-02回流，塔頂采出為1280kg/hr質(zhì)量濃度99. 91 %的無水乙醇，塔釜?dú)堃?中乙醇含量小于0. 008%。
權(quán)利要求
一種利用低品質(zhì)熱源生產(chǎn)無水乙醇的工藝，其特征包括以下步驟步驟1.從儲罐(G-01)將3～90％酒精原料液用泵(P-01)輸送到換熱器(H-03)換熱至30～50℃，加熱介質(zhì)為精餾塔(T-02)再沸器(H-04)排出液，然后將料液輸送到換熱器(H-01)與精餾塔(T-01)再沸器(H-02)排出液換熱，進(jìn)一步預(yù)熱至60～80℃后，從精餾塔(T-01)的進(jìn)料口進(jìn)入塔內(nèi)，進(jìn)行增濃提純；步驟2.精餾塔(T-01)操作壓力1～1.2個大氣壓，回流比選擇1～3.5，塔頂溫度75～80℃，塔釜溫度95～105℃，塔頂采出為質(zhì)量濃度90～95％的乙醇水溶液；步驟3.精餾塔(T-01)塔頂氣相經(jīng)壓縮式熱泵(S-01)壓縮升溫后進(jìn)入精餾塔(T-01)再沸器(H-02)，冷凝放熱作為再沸器(H-02)熱源，冷凝液通過換熱器(H-01)加熱原料料液后，經(jīng)節(jié)流閥(J-01)減壓后進(jìn)入回流罐(V-01)回流，當(dāng)乙醇水溶液質(zhì)量濃度達(dá)90～95％后采出并作為精餾塔(T-02)進(jìn)料；步驟4.精餾塔(T-01)釜液經(jīng)管道15輸送至精餾塔(T-02)再沸器(H-04)，作為其加熱介質(zhì)，同時(shí)，精餾塔(T-01)再沸器(H-02)加熱蒸汽的冷凝液亦可作為精餾塔(T-02)再沸器(H-04)或原料料液預(yù)熱的熱源；步驟5.精餾塔(T-02)塔頂氣相經(jīng)壓縮式熱泵(S-02)壓縮升溫后進(jìn)入精餾塔(T-02)再沸器(H-04)，冷凝放熱作為再沸器(H-04)熱源，冷凝液通過換熱器(H-03)加熱原料料液后，經(jīng)節(jié)流閥(J-02)減壓后進(jìn)入回流罐(V-02)回流，當(dāng)乙醇水溶液質(zhì)量濃度達(dá)99.5％以上采出；步驟6.精餾塔(T-02)采取真空操作，操作壓力3～13KPa，回流比選擇0.5～5，塔頂溫度10～35℃，塔釜溫度30～55℃，塔頂采出為質(zhì)量濃度大于99.5％的無水乙醇，塔釜?dú)堃褐幸掖己啃∮?.005～0.15％。
全文摘要
本發(fā)明涉及無水乙醇的生產(chǎn)方法，目的是提供一種利用低品質(zhì)熱源高效節(jié)能地生產(chǎn)無水乙醇的新工藝及裝置。本發(fā)明采用的主要設(shè)備是常壓精餾塔、回流罐、換熱器、壓縮式熱泵和減壓精餾塔等，將原料3～90％的料液經(jīng)常壓精餾塔增濃后再經(jīng)減壓精餾塔精餾，得到質(zhì)量濃度大于99.5％的無水乙醇，在此過程中，充分利用兩塔塔頂蒸氣中的熱量和塔底廢熱(低品質(zhì)熱量)作為再沸器熱源并預(yù)熱原料，減壓精餾塔不需要額外添加熱源，使得生產(chǎn)單位質(zhì)量的無水乙醇所耗蒸汽量減少30～50％，且乙醇損失小于0.005～0.15％。本工藝具有能耗低，效率高，無污染等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C07C29/80GK101712592SQ20091023462
公開日2010年5月26日 申請日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者周政, 孫德芳, 張志炳, 王冠楠, 許開天, 邵旻 申請人:南京大學(xué)