一种双效热耦合分子筛脱水节能系统及其生产无水乙醇的方法

技术领域

本发明涉及无水乙醇生产技术领域，具体涉及一种双效热耦合分子筛脱水节能系统及其生产无水乙醇的方法。

背景技术

化学试剂、工业催化剂、电子化学品亦不能缺少无水酒精。酒精厂利用自己生产的普级酒精、无水酒精作为常用有机溶剂及基本化工原料，用于工业、农业、国防科技、医药化工等部门，是2000多种化工原料的主要基础品种之一，常用做溶剂，在化工、医药、农药、染料、油墨、粘合剂、油漆、涂料、香精香料、化妆品、树脂、洗涤剂等行业都大量应用。工业酒精深加工制成无水酒精，对扩大市场，稳定生产，调整产品结构和开拓市场，满足用户需求，都十分有益。

近年来，国家大力推广燃料乙醇，燃料乙醇是指浓度为99.5％以上的无水酒精，需要将浓度为95％以上的酒精经脱水后得到。目前，我国燃料乙醇生产能力不足300万吨，而目前国内汽油用量约为1.3亿吨，按照10％的添加比例计算，若要年实现全国基本覆盖，燃料乙醇的需求量1300万吨，缺口达1000万吨，市场潜力巨大。

目前国内外酒精脱水技术现状如下：(1)采用苯或环己烷共沸蒸馏的方法脱水，该方法能耗比较高，吨无水酒精蒸汽消耗1.2～1.5吨，而且产品中容易有苯或环己烷残留，已逐步淘汰；(2)采用乙二醇加盐萃取脱水，该方法无残留，产品质量较好，但能耗仍比较高，吨无水酒精蒸汽消耗仍较高，达1.2～1.5吨；(3)采用渗透汽化膜分离技术，该方法无残留，能耗较低，吨无水酒精蒸汽消耗约0.45吨，但是渗透汽化膜寿命较短，且生产的无水乙醇浓度一般只能达到99.5％左右，达到99.9％以上很困难；(4)采用现有单分子筛吸附法脱水，无残留，产品浓度高，吨无水酒精蒸汽消耗约0.6吨，比渗透汽化膜分离技术能耗高。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种双效热耦合分子筛脱水节能系统及其生产无水乙醇的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种双效热耦合分子筛脱水节能系统，包括原料罐、一效蒸发回收塔、二效蒸发器、一效吸附设备和二效吸附设备；所述原料罐通过管路经原料酒汽预热器后，分别通过管路经一效进料预热器与一效蒸发回收塔顶部进口端连接，经二效进料预热器与二效蒸发器底部酒精进口端连接；

一效蒸发回收塔顶部酒精蒸汽出口端通过管路经一效过热器与一效吸附设备进口端连接，一效吸附设备的无水酒精蒸汽出口端通过管路与二效蒸发器壳程无水酒精蒸汽进口端连接，二效蒸发器的壳程底部无水酒精出口端通过管路经二效进料预热器与成品冷却器连接；

二效蒸发器的酒精蒸汽出口端通过管路经二效过热器与二效吸附设备进口端连接，二效吸附设备的无水酒精蒸汽出口端通过管路顺序经原料酒汽预热器、二效成品冷凝器与成品冷却器连接；

一效吸附设备的解析出口端通过管路顺序经一效解析冷凝器、淡酒预热器与一效蒸发回收塔中下部进口端连接；二效吸附设备的解析出口端通过管路顺序经二效解析冷凝器、淡酒预热器与一效蒸发回收塔中下部进口端连接。

优选的，一效吸附设备包括一效分子筛吸附器A、一效分子筛吸附器B和一效分子筛吸附器C；二效吸附设备包括二效分子筛吸附器A、二效分子筛吸附器B和二效分子筛吸附器C。

优选的，一效解析冷凝器、二效解析冷凝器还分别通过管路与真空泵连接。

优选的，一效蒸发回收塔底部通过管路与再沸器形成闭合回路。

优选的，再沸器、一效过热器、二效过热器的进口端分别通过管路外接饱和蒸汽，再沸器、一效过热器、二效过热器的出口端分别通过管路顺序经凝结水箱、一效进料预热器与锅炉房连接。

优选的，一效蒸发回收塔底部废液出口端通过管路经淡酒预热器与废水处理系统连接。

本发明的第二方面，提供利用上述系统生产无水乙醇的方法，包括以下步骤：

(1)浓度为95％(v/v)以上的原料酒精首先经原料酒汽预热器预热至95℃后，50％的酒精经过一效进料预热器预热至115℃—120℃后进入一效蒸发回收塔顶部汽化，与回收的淡酒精浓缩汽化后一起进入一效过热器过热，然后经一效吸附设备脱水，脱水后的无水酒精蒸汽进入二效蒸发器作为二效蒸发器的热源，冷凝后得到的无水乙醇预热二效进料后去成品冷却器冷却得到成品无水乙醇；

(2)来自原料酒汽预热器另外50％的酒精经过二效进料预热器预热至103℃后进入二效蒸发器汽化，然后依次通过二效过热器过热和二效吸附设备脱水，脱水后的无水酒精蒸汽经过原料酒汽预热器预热原料酒精后进入二效成品冷凝器冷凝，冷凝后得到无水乙醇进入成品冷却器得到成品无水乙醇；

(3)一效吸附设备和二效吸附设备通过负压解析产生的淡酒精蒸汽分别进入一效解析冷凝器、二效解析冷凝器，冷凝后的淡酒精通过淡酒预热器预热后进入一效蒸发回收塔中下部进行淡酒精回收。

优选的，一效蒸发回收塔的塔底温度为145—150℃，塔顶温度为115—120℃，一效蒸发回收塔塔顶压力为0.3-0.35MPa；

优选的，一效吸附设备内温度为140-150℃，吸附和充压过程中，压力为0.25—0.3MPa，负压解析时真空度大于或等于-0.09KPa。

优选的，二效吸附设备内温度为140-150℃，吸附和充压过程中，压力为0.15—0.2MPa，负压解析时真空度大于或等于-0.09KPa。

本发明的有益效果：

1、吨无水酒精耗汽不超过0.35吨，与现有单效分子筛脱水工艺相比，节能40％以上，与渗透汽化膜分离技术相比，酒精浓度可达99.95％以上，节能20％以上。

2、本发明采用双效热耦合脱水工艺，系统中采用了两套分子筛脱水吸附设备，一效吸附设备产生的无水酒精蒸汽作为二效原料酒精汽化的热源，从而实现了热量的重复利用。

3、每套吸附设备均包括三台分子筛吸附器，一台吸附，一台充压，一台解析，切换时压力波动很小，从而保证了装置的稳定运行；与两台吸附器的脱水系统相比，两台吸附器的脱水工艺操作压力变化很大，特别是在两台吸附器均压过程时没有无水酒汽输出，因此两台吸附器的脱水工艺无法实现热耦合。

4、系统中设置了一效蒸发回收塔，将原料酒精的汽化和淡酒的回收从一座塔中完成，进料作为回流，从而节省了蒸汽消耗。

5、采用原料酒汽预热器回收利用二效吸附设备产生的无水酒精蒸汽中的热量，采用一效进料预热器回收利用蒸汽凝结水的热量，采用淡酒预热器回收蒸发塔塔底的热量，采用二效进料预热器回收一效无水酒精的热量，回收排出系统的物料中的余热，既节省了蒸汽消耗，也节约了冷却水的消耗。

附图说明

图1为本发明流程图；

图中：1、原料罐，2、一效蒸发回收塔，3、二效蒸发器，4、原料酒汽预热器，5、一效进料预热器，6、二效进料预热器，7、一效过热器，8、成品冷却器，9、二效过热器，10、二效成品冷凝器，11、一效解析冷凝器，12、淡酒预热器，13、二效解析冷凝器，14、真空泵，15、一效分子筛吸附器A，16、一效分子筛吸附器B，17、一效分子筛吸附器C，18、二效分子筛吸附器A，19、二效分子筛吸附器B，20、二效分子筛吸附器C，21、再沸器，22、凝结水箱，23、锅炉房，24、废水处理系统。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

一种双效热耦合分子筛脱水节能系统包括原料罐1、一效蒸发回收塔2、二效蒸发器3、一效吸附设备和二效吸附设备。原料罐1内盛放原料酒精，所述原料罐1通过管路经原料酒汽预热器4后，分别通过管路经一效进料预热器5与一效蒸发回收塔2顶部进口端连接，经二效进料预热器6与二效蒸发器3底部酒精进口端连接。

一效蒸发回收塔2顶部酒精蒸汽出口端通过管路经一效过热器7与一效吸附设备进口端连接，一效吸附设备的无水酒精蒸汽出口端通过管路与二效蒸发器3壳程顶部无水酒精蒸汽进口端连接，二效蒸发器3壳程底部无水酒精出口端通过管路经二效进料预热器6与成品冷却器8连接，二效蒸发器3的底部无水酒精经二效进料预热器6预热二效进料后去成品冷却器8冷却。

二效蒸发器3的酒精蒸汽出口端通过管路经二效过热器9与二效吸附设备进口端连接，二效吸附设备的无水酒精蒸汽出口端通过管路顺序经原料酒汽预热器4、二效成品冷凝器10与成品冷却器8连接。二效吸附设备产生的无水酒精蒸汽冷凝的同时通过原料酒汽预热器4给原料预热。

一效吸附设备的解析出口端通过管路顺序经一效解析冷凝器11、淡酒预热器12与一效蒸发回收塔2中下部进口端连接；二效吸附设备的解析出口端通过管路顺序经二效解析冷凝器13、淡酒预热器12与一效蒸发回收塔2中下部进口端连接。一效解析冷凝器11、二效解析冷凝器13还分别通过管路与真空泵14连接。通过真空泵14为一效吸附设备和二效吸附设备的解析过程提供负压。

一效吸附设备包括一效分子筛吸附器A15、一效分子筛吸附器B16和一效分子筛吸附器C17；二效吸附设备包括二效分子筛吸附器A18、二效分子筛吸附器B19和二效分子筛吸附器C 20；每效吸附器均采用三台分子筛吸附器，一台吸附，一台充压，一台解析，切换时压力波动很小，从而保证了装置的稳定运行。

一效蒸发回收塔2底部废液出口端通过管路经淡酒预热器12与废水处理系统24连接。一效蒸发回收塔2塔釜废水通过淡酒预热器12对淡酒精预热。

一效蒸发回收塔2底部通过管路与再沸器21形成闭合回路。再沸器21、一效过热器7、二效过热器9的进口端分别通过管路外接饱和蒸汽，再沸器21、一效过热器7、二效过热器9的出口端分别通过管路顺序经凝结水箱22、一效进料预热器5与锅炉房23连接。一效进料预热器5通过蒸汽凝结水预热一效进料。

利用上述双效热耦合分子筛脱水节能系统生产无水乙醇的方法，包括以下步骤：

(1)浓度为95％(v/v)以上的原料酒精首先经原料酒汽预热器4预热至95℃后，约50％的酒精经过一效进料预热器5预热至115℃-120℃后进入一效蒸发回收塔2顶部汽化，与回收的淡酒精浓缩汽化后一起进入一效过热器7过热，然后经一效吸附设备脱水，脱水后的无水酒精蒸汽进入二效蒸发器3作为二效蒸发器3的热源，冷凝后得到的无水乙醇预热二效进料后去成品冷却器8冷却得到成品无水乙醇；

一效蒸发回收塔2的塔底温度为145-150℃，塔顶温度为115-120℃，一效蒸发回收塔2塔顶压力为0.3-0.35MPa；

一效吸附设备内温度为140—150℃，吸附和充压过程中，压力为0.25—0.3MPa，负压解析时真空度大于或等于-0.09KPa；

(2)来自原料酒汽预热器4另外50％的酒精经过二效进料预热器6预热至103℃后进入二效蒸发器3汽化，然后依次通过二效过热器9过热和二效吸附设备脱水，脱水后的无水酒精蒸汽经过原料酒汽预热器4预热原料酒精后进入二效成品冷凝器10冷凝，冷凝后得到无水乙醇进入成品冷却器8得到成品无水乙醇；

二效吸附设备内温度为140-150℃，吸附和充压过程中，压力为0.15-0.2MPa，负压解析时真空度大于或等于-0.09KPa；

(3)一效吸附设备和二效吸附设备通过负压解析产生的淡酒精蒸汽分别进入一效解析冷凝器11、二效解析冷凝器13，冷凝后的淡酒精通过淡酒预热器12预热后进入一效蒸发回收塔2中下部进行淡酒精回收。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。