CN106554253B - 一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工序，属于乙醇制备技术领域。本发明工艺将醋酸酯加氢反应的粗产品经脱轻处理后依次进入甲醇塔及乙醇塔，进行精制甲醇及乙醇的分离工艺。本发明甲醇塔采用热泵精馏，甲醇塔塔顶蒸汽经热泵加压后分别进入甲醇塔再沸器和乙醇塔再沸器，冷凝后进一步冷却，一部分回流，一部分作为产品采出，塔釜粗品去乙醇塔处理。本发明甲醇塔采用热泵精馏，以消耗电耗换取汽耗，节约蒸汽消耗；本发明甲醇塔采用常压精馏的方式来实现能量耦合，防止由于加压对甲醇‑乙醇汽液平衡造成的不利影响，简化分离过程，节约分离能耗；本发明通过甲醇塔常压蒸馏节约醋酸酯加氢制乙醇工艺的能耗，从而达到降低生产成本的目的。

Description

一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺

技术领域

本发明属于乙醇制备技术领域，具体为一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺。

背景技术

乙醇是重要的大宗化学品与能源化学品，广泛用于医药、食品、化工、燃料等行业。中国是乙醇消耗大国，其中白酒是乙醇的主要需求点，占到消费总量的41％；其次是在化工医药行业，乙醇主要用于乙酸乙酯、环氧乙烷、丙烯酸乙酯、乙醇与苯烃化制乙苯、溶剂等领域，占消费总量的33％；燃料乙醇主要用于替代部分汽油，占消费总量的26％。为实现经济的可持续发展，降低对石油等化石类能源的依赖程度，我国从2000年开始了以“陈化粮”为生产原料的燃料乙醇石油替代的试点工作。然而，近年来，随着粮食价格的上涨和粮食安全问题再次得到关注，燃料乙醇“与人争粮，与粮争地”的问题日渐突出。2007年6月7日，国务院召开可再生能源会议，玉米变乙醇项目被正式叫停，今后只能“在不得占用耕地、不得消耗粮食，不得破坏生态环境”的原则下发展非粮燃料乙醇。粮食为原料的燃料乙醇的产量被限制到2020年在150万吨/年以下。

因此乙醇的生产逐渐转向为以非粮作物为原料的发展方向。比如以煤为原料，经合成气制乙醇已经成为目前市场的研究热点。合成气发酵制乙醇，目前尚未公开详细的资料，新西兰郎泽技术公司公布其成本在424～537美元/吨，但该技术大规模生产仍然有一定难度。合成气制醋酸，醋酸直接加氢制乙醇，一是使用贵金属催化剂，二是目前的技术水平都还不够成熟，且对设备材质要求高。而醋酸经酯化后加氢制乙醇，相关的专利和文献报道很多，技术成熟可靠，采用价格低廉的铜基催化剂，对设备材质要求低，成本优势明显，但是醋酸酯加氢制乙醇，尤其是醋酸甲酯加氢制备乙醇并联产甲醇的工艺，由于产物分布的特点，分离工艺相对较长，能耗较高。

另外，目前一些企业的聚乙烯醇项目副产的醋酸甲酯和氢气反应生成乙醇和甲醇，相较于传统的利用生物质发酵制乙醇等项目，具有更好的经济效益。一方面充分利用企业副产物进行生产，乙醇的生产成本较低，并且延长了企业的产业链，优化了产业结构。该工艺是我国逐步调整能源结构、完成国家节能减排指标的重要途径。另一方面减少了国家的粮食压力，不再“与民争粮”。该技术能在很大程度上促进我国工业乙醇项目的发展。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺，本发明工艺能解决传统分离过程复杂，分离能耗高等问题。本发明不需要对甲醇塔采取加压精馏的方式来实现能量耦合，从而降低甲醇和乙醇产品的分离能耗。本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺，醋酸酯加氢反应的粗产品经脱轻处理后依次进入甲醇塔及乙醇塔，进行精制甲醇及乙醇的分离工艺，所述甲醇塔采用常压精馏，所述乙醇塔采用常压精馏。

作为本发明一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺的一个具体实施例，所述甲醇塔采用热泵精馏，甲醇塔塔顶蒸汽经热泵加压后分别进入甲醇塔再沸器和乙醇塔再沸器，冷凝后进一步冷却，一部分回流，一部分作为产品采出，塔釜粗品去乙醇塔处理。

作为本发明一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺的一个具体实施例，所述甲醇塔塔顶温度为67～83℃，塔釜温度为81～97℃，压力为0.11～0.2MPa，回流比为1～20。

作为本发明一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺的一个具体实施例，所述甲醇塔塔顶蒸汽经热泵加压后压力增加至0.25～0.50MPa。甲醇塔塔顶蒸汽热泵加压范围根据甲醇塔塔釜再沸器内循环物料温度调节。

作为本发明一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺的一个具体实施例，所述甲醇塔塔顶蒸汽加压后对应的泡点温度不低于塔釜物料温度8℃。泡点温度过高则热泵加压过高，增加无谓的压缩功耗，过低则塔釜再沸器管壳程两侧物料传热温差太小，导致换热面积增加，从而无谓增加设备投资，因此热泵加压的压力应综合考虑。

作为本发明一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺的一个具体实施例，所述泡点温度不低于塔釜物料温度的8～15℃。

作为本发明一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺的一个具体实施例，经再沸器后的加压蒸汽会冷凝，冷凝液需进一步冷却，最终冷却温度应与甲醇塔塔顶回流管线相对应的塔板上温度一致。过高或过低都会引起塔内操作稳定性。

作为本发明一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺的一个具体实施例，所述粗产品脱轻处理为脱除溶解的氢气、氮气和副反应产生的甲烷、一氧化碳轻组分以及少量未反应完的原料醋酸酯和副产物乙酸乙酯。

作为本发明一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺的一个具体实施例，所述乙醇塔常压精馏，塔顶温度79～94℃，塔釜温度81～97℃，压力0.11～0.2MPa，回流比1～100；在塔顶得到甲醇及乙醇的混合物，经塔顶冷凝器冷却后一部分回流，一部分采用返回至甲醇塔进料，循环处理，塔釜得到无水乙醇产品。

本发明所述醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺，包括以下步骤：

1)醋酸酯加氢反应的粗产品经脱轻塔脱除轻组分，然后进入甲醇塔，甲醇塔采用热泵精馏，提供的热量供本塔再沸器及之后乙醇塔再沸器使用；

2)甲醇塔采用常压精馏，塔顶物料蒸汽经热泵加压后作为热源分别进入甲醇塔再沸器和乙醇塔再沸器，使塔底循环物料一部分汽化后自身被冷凝，然后一同进入甲醇塔冷却器冷却，最后一部分回流，一部分作为甲醇产品采出，塔釜得到乙醇粗品去后续乙醇精馏塔精制；

3)乙醇塔采用常压精馏，塔釜再沸器热源依靠甲醇塔热泵提供，在塔顶得到甲醇及乙醇的混合物，经塔顶冷凝器冷却后一部分回流，一部分采用返回至甲醇塔进料，循环处理，塔釜得到无水乙醇产品。

本发明的有益效果：

1、本发明甲醇塔采用常压热泵精馏，以消耗电耗换取汽耗，节约蒸汽消耗，从而达到节约能源的目的；

2、本发明甲醇塔采用常压精馏的方式来实现能量耦合，防止由于加压对甲醇-乙醇汽液平衡造成的不利影响，简化分离过程，节约分离能耗；

3、本发明通过甲醇塔常压蒸馏节约醋酸酯加氢制乙醇工艺的能耗，从而达到降低生产成本的目的。

附图说明

图1为本发明醋酸酯加氢制乙醇产品分离节能工艺的流程示意图；

附图标记：1-16－物流号，T1－甲醇塔，T2－乙醇塔，C1－热泵，E1－甲醇塔再沸器，E2－过热器，E3－甲醇塔水冷器，E4－乙醇塔再沸器，E5－乙醇塔水冷器，V1－甲醇塔回流罐，V2－乙醇塔回流罐。P1、P3－回流泵，P2、P4－输送泵。

图2为醋酸酯加氢制乙醇的产品普通分离工艺流程示意图。

附图标记：1-9－物流号，T1－甲醇塔，T2－乙醇塔，E1－甲醇塔再沸器，E2－甲醇塔水冷器，E3－乙醇塔再沸器，E4－乙醇塔水冷器，V1－甲醇塔回流罐，V2－乙醇塔回流罐，P1、P3－回流泵，P2、P4－输送泵。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例工艺流程如图1所示，具体过程如下：

经过脱轻处理后的粗品1进入甲醇塔T1，甲醇塔塔顶蒸汽2流量933.4kmol/h，压力0.12MPa，温度68℃，经过热器E2过热后形成物流3，再用热泵C1压缩，增压至0.285MPa，温度136℃(过热温度)，分流成两股，其中物流5流量889.0kmol/h的加压蒸汽作为甲醇塔再沸器E1的热源，E1热负荷Q1＝8995kw，剩余另一股物流6的流量为44.4kmol/h作为乙醇塔再沸器E4热源，E4热负荷Q2＝424.5KW。经过两个再沸器后压缩蒸汽变为饱和冷凝液7，温度93℃，再经过热器E2热量利用，最后再经过水冷器E3进一步冷却至68℃左右进入回流罐V1，然后物流9由回流泵P1返回到塔顶回流，物流10作为合格甲醇产品输出储存，控制回流比4.5。至此完成热泵精馏技术的物料循环。

甲醇塔塔釜物料11，温度82℃，由输送泵P2输出至乙醇塔T2，乙醇塔也采用常压精馏，塔顶蒸汽压力0.12MPa，温度81℃，与普通精馏方式相同，先经水冷器E5冷却，一部分回流，一部分采出，控制回流比75，这里为保证塔釜乙醇产品的纯度，塔顶采出15需要返回至甲醇塔T1，塔釜物料温度83℃，物流16作为合格的乙醇产品，由输送泵P4输出储存。

需要注意的是采用热泵精馏并不改变物料衡算计算，上述温度，流量的差异均由模拟计算误差造成，压力表示均采用绝对压力，本实施例热泵加压至0.285MPa的依据是该压力下对应的物料蒸汽泡点温度93℃，与塔釜物料温度相差10℃左右，符工艺技术规定。

实施例2

本实施例为现有的醋酸酯加氢制乙醇的产品普通分离工艺，其流程如图2所示。具体过程如下：

经过脱轻处理后的粗品1进入甲醇塔T1，甲醇塔塔顶蒸汽2流量934.7kmol/h，压力0.12MPa，温度69℃，经过塔顶冷凝器E2冷凝后，进入回流罐V1，物流3回流，物流4作为合格甲醇产品采出储存，塔釜物料一部分通过再沸器E1循环，一部分作为物流5输出去乙醇塔精馏处理，流量114.6kmol/h，温度82℃。

乙醇塔T2操作压力0.12MPa，塔顶蒸汽6温度81℃，流量180.4kmol/h，经过冷凝器E4冷凝后进入回流罐V2，物流7回流，物流8采出去T1，塔釜物料温度83℃，一部分通过再沸器E3循环，一部分物流9作为合格乙醇产品采出去储存。

实施例1与实施例2分离工艺能耗及成本对比

以8万吨/年粗醋酸甲酯(聚乙烯醇项目副产的粗醋酸甲酯为反应原料)加氢制乙醇项目为例，采用本发明甲醇塔热泵常压精馏技术，与传统精馏工艺对比。

相比于传统的甲醇塔加压精馏工艺，本发明甲醇塔常压热泵精馏工艺可以节约蒸汽约18.5t/h，节约循环水约1300t/h，增加电耗1450kw。主要经济指标如下表1所示：

表1本发明常压热泵精馏与普通精馏的主要经济指标

	实施例1	实施例2
			投资回收期(年)	7.39	14.21
总投资收益率(％)	16.46	9.62
			盈亏平衡点(％)	39.53	56.5
年均总成本费用(万元)	27908	29001
			年均税后利润(万元)	2315	1381
新增设备投资(万元)	2346	1376
			新增建设投资(万元)	6567	5324

从表中可以看出，采用本发明热泵精馏技术由于新增压缩机等系列配套设备，必然增加设备投资，从而增加建设投资。但是从技术经济性上可以看出，装置的投资回收期缩短了将近一半，盈亏平衡点降低，年均成本也有明显降低，总投资收益率和税后利润都有大幅提升，这都是热泵精馏技术对装置节能减排，降低运行成本产生的积极作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺，醋酸酯加氢反应的粗产品经脱轻处理后依次进入甲醇塔及乙醇塔，进行精制甲醇及乙醇的分离工艺，其特征在于，所述甲醇塔采用常压精馏，所述乙醇塔采用常压精馏；

所述甲醇塔采用热泵精馏，甲醇塔塔顶蒸汽经热泵加压后分别进入甲醇塔再沸器和乙醇塔再沸器，冷凝后进一步冷却，一部分回流，一部分作为产品采出，塔釜粗品去乙醇塔处理；

所述甲醇塔塔顶温度为67～83℃，塔釜温度为81～97℃，压力为0.11～0.12MPa，回流比为1～20；

所述乙醇塔塔顶温度为79～94℃，塔釜温度为81～97℃，压力为0.11～0.12MPa，回流比为1～100；在塔顶得到甲醇及乙醇的混合物，经塔顶冷凝器冷却后一部分回流，一部分采用返回至甲醇塔进料，循环处理，塔釜得到无水乙醇产品。

2.如权利要求1所述一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺，其特征在于，所述甲醇塔塔顶蒸汽经热泵加压后压力增加至0.25～0.50MPa。

3.如权利要求2所述一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺，其特征在于，所述甲醇塔塔顶蒸汽加压后对应的泡点温度不低于塔釜物料温度8℃。

4.如权利要求1所搜一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺，其特征在于，经再沸器后的加压蒸汽会冷凝，冷凝液需进一步冷却，最终冷却温度应与甲醇塔塔顶回流管线相对应的塔板上温度一致。

5.如权利要求1所述一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺，其特征在于，所述粗产品脱轻处理为脱除溶解的氢气、氮气和副反应产生的甲烷、一氧化碳轻组分以及少量未反应完的原料醋酸酯和副产物乙酸乙酯。

6.如权利要求1至5任一项所述一种醋酸酯加氢制乙醇的产品分离节能工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)醋酸酯加氢反应的粗产品经脱轻塔脱除轻组分，然后进入甲醇塔，甲醇塔采用热泵精馏，提供的热量供本塔再沸器及之后乙醇塔再沸器使用；

2)甲醇塔采用常压精馏，塔顶物料蒸汽经热泵加压后作为热源分别进入甲醇塔再沸器和乙醇塔再沸器，使塔底循环物料一部分汽化后自身被冷凝，然后一同进入甲醇塔冷却器冷却，最后一部分回流，一部分作为甲醇产品采出，塔釜得到乙醇粗品去后续乙醇精馏塔精制；

3)乙醇塔采用常压精馏，塔釜再沸器热源依靠甲醇塔热泵提供，在塔顶得到甲醇及乙醇的混合物，经塔顶冷凝器冷却后一部分回流，一部分采用返回至甲醇塔进料，循环处理，塔釜得到无水乙醇产品。