一种节能型精馏-吸附联合制备高纯无水乙醇的方法

技术领域

本发明涉及化工材料生产技术领域，更具体的说是涉及一种节能型精馏-吸附联合制备高纯无水乙醇的方法。

背景技术

现阶段，高纯化学品的发展缓慢，难以满足社会快速发展的急切需求。乙醇作为重要的基础化工原料，在化工工业发展史具有重要意义。除化学工业外，高纯度的高纯无水乙醇在电子芯片、集成电路、精密仪器清洗方面应用广泛，但由于高纯无水乙醇对于金属杂质离子含量要求极低，此外对于水分要求一般小于100ppm。上述原因造成我国高纯无水乙醇生产工艺非常复杂，同时能源消耗极高，一直制约着我国高纯无水乙醇的发展。

目前国内高纯无水乙醇生产多以三塔三效蒸馏工艺装置为主。三塔三效乙醇工艺装置虽然能耗较低，但是受到工艺路线的限制，有两大缺陷，一是组合塔塔底温度太高，达120℃左右，从而导致酒糟蛋白质变性、饲料颜色变黑，营养成分降低，而且温度太高容易导致物料结焦，致使设备堵塞，必须经常清洗生产装置，生产装置的停机清洗也造成了较大损失；二是组合塔塔顶压力较低，导致塔顶酒精蒸汽去分子筛的脱水效果较差。在目前能源费用日益增长的时期，随着乙醇行业新技术的发展，三塔三效蒸馏工艺已经不能适应高纯无水乙醇的需要。此外塔内件传质分离效率低，同样会造成高纯无水乙醇纯度不达标、能耗高等问题，因此急需研发一种更加节能的高纯无水乙醇工艺技术。

发明内容

为了解决上述高纯无水乙醇生产过程中所存在的不足，本发明提供一种节能型精馏-吸附联合制备高纯无水乙醇的分离工艺，从发酵醪液中通过精馏与吸附结合的的方式生产高纯无水乙醇的节能工艺方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种节能型精馏-吸附联合制备高纯无水乙醇的方法，所采用的装置包括脱气罐、吸收塔，精馏一塔、精馏二塔、精馏三塔、吸附塔A、吸收塔B；

原料经脱气罐后气体送入吸收塔、吸收液与脱气罐内液相经进料预热器处理后送入精馏一塔，精馏一塔侧线采出液送入精馏二塔、塔顶物经进料预热器和精馏三塔预热器处理后送入精馏三塔，精馏二塔和精馏三塔塔顶气相分别作为与所述精馏一塔连接的精馏一塔再沸器和与精馏二塔连接的精馏二塔再沸器的热源，精馏二塔和精馏三塔侧线采出液经蒸发换热器进入吸附塔A和吸收塔B处理，吸收塔A和吸收塔B解析酒精汽后塔顶汽经蒸发换热器出料即为成品；

所述精馏一塔、精馏二塔、精馏三塔中传质分离内件采用高效填料或塔板；

所述吸收塔、精馏一塔、精馏二塔、精馏三塔、吸附塔A和吸收塔B均采用硝酸和氢氟酸酸洗钝化后无水乙醇冲洗；

所述精馏一塔、精馏二塔、精馏三塔中的分子筛采用硝酸盐的无水乙醇溶液浸泡或冲洗。

优选的，所述精馏一塔塔底连接有精馏一塔辅助再沸器。

优选的，所述吸收塔A和吸收塔B塔底连通过热器。

优选的，所述脱气罐操作温度为50～70℃，压力为0.02～0.1MPa。

优选的，所述硝酸和氢氟酸浓度为40～60wt％，酸洗时间为30～60min，冲洗速率为0.1～1m/s，无水乙醇冲洗时间20～40min，冲洗速率为0.5～3m/s。

优选的，所述精馏一塔、精馏二塔、精馏三塔中传质分离内件的高效填料或塔板采用1～10g/ml的高锰酸钾溶液对填料表面进行表面湿润性处理。

优选的，所述硝酸盐的无水乙醇溶液浓度1～5g/L，浸泡时间30～60min，冲洗时间为30～60min，冲洗速率为0.1m/s。

优选的，所述精馏二塔和精馏三塔塔顶乙醇含为＞95％(v/v)。经过分子筛吸附脱水后的乙醇含量为99.999wt％。

优选的，精馏一塔侧线采出去精馏二塔流量与进料流量比为0.3～0.6。

优选的，所述的吸附塔A和吸附塔B进料温度为100～130℃，压力为0.2～0.35MPa，所述蒸发换热器温度为120～150℃。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种节能型精馏-吸附联合制备高纯无水乙醇的方法，具有如下有益效果：

克服了已有技术的缺点，在三塔乙醇精馏工艺的基础上，创新性的采用精馏与吸附结合的方式生产高纯无水乙醇，显著降低操作能耗。本发明提供的工艺方法具有极大地实用性和显著的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种节能型精馏-吸附联合制备高纯无水乙醇的方法所采用的装置图；

其中，脱气罐-1、吸收塔-2、精馏一塔-3、精馏二塔-4、精馏三塔-5、吸附塔A-6、吸收塔B-7、进料预热器-8、精馏一塔辅助再沸器-9、精馏一塔再沸器-10、精馏二塔再沸器-11、精馏三塔再沸器-12、精馏三塔预热器-13、蒸发换热器-14、过热器-15。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1所示，一种节能型精馏-吸附联合制备高纯无水乙醇的方法种所采用的装置包括脱气罐1、吸收塔2，精馏一塔3、精馏二塔4、精馏三塔5、吸附塔A6、吸收塔B7；

原料经脱气罐1后气体送入吸收塔2、吸收液与脱气罐1内液相经进料预热器8处理后送入精馏一塔3，精馏一塔3侧线采出液送入精馏二塔4、塔顶物经进料预热器8和精馏三塔预热器13处理后送入精馏三塔5，精馏二塔4和精馏三塔5塔顶气相分别作为与所述精馏一塔3连接的精馏一塔再沸器10和与精馏二塔4连接的精馏二塔再沸器11的热源，精馏二塔4和精馏三塔5侧线采出液经蒸发换热器14进入吸附塔A6和吸收塔B7处理，吸收塔A6和吸收塔B7解析酒精汽后塔顶汽经蒸发换热器14出料即为成品；

所述精馏一塔、精馏二塔、精馏三塔中传质分离内件采用高效填料或塔板；

所述吸收塔2、精馏一塔3、精馏二塔4、精馏三塔5、吸附塔A6和吸收塔B7均采用硝酸和氢氟酸酸洗钝化后无水乙醇冲洗；

所述精馏一塔3、精馏二塔4、精馏三塔5中的分子筛采用硝酸盐的无水乙醇溶液浸泡或冲洗。

在一些具体的方案中，所述精馏一塔3塔底连接有精馏一塔辅助再沸器9。所述吸收塔A6和吸收塔B7塔底连通过热器15。

其中，所述脱气罐1操作温度为50～70℃，压力为0.02～0.1MPa，所述硝酸和氢氟酸浓度为40～60wt％，酸洗时间为30～60min，冲洗速率为0.1～1m/s，无水乙醇冲洗时间20～40min，冲洗速率为0.5～3m/s，所述精馏一塔3、精馏二塔4、精馏三塔5中传质分离内件的高效填料或塔板采用1～10g/ml的高锰酸钾溶液对填料表面进行表面湿润性处理，所述硝酸盐的无水乙醇溶液浓度1～5g/L，浸泡时间30～60min，冲洗时间为30～60min，冲洗速率为0.1m/s，所述精馏二塔4和精馏三塔5塔顶乙醇含为＞95％(v/v)，经过分子筛吸附脱水后的乙醇含量为99.999wt％，精馏一塔3侧线采出去精馏二塔4流量与进料流量比为0.3～0.6，所述的吸附塔A6和吸附塔B7进料温度为100～130℃，压力为0.2～0.35MPa，所述蒸发换热器14温度为120～150℃。

下面以进料流量为80000kg/h的发酵成熟醪为例进行对本发明的技术方案的进一步阐述：

体积百分比，乙醇占12.5％，水及其他组分占87.5％，进料温度为25℃。

来自发酵工段的发酵醪液进入脱气罐除去大量不凝汽，不凝汽送入吸收塔回收乙醇，吸收液与脱气罐的液相一同经由进料预热器预热后进入精馏一塔塔顶。醪液进料预热器加热介质为精馏一塔塔顶气预热至59℃，再用加热精馏三塔的水蒸气凝水先送去加热精馏三塔进料再送至预热精馏一塔进料。预热后温度为72℃的醪液进入精馏一塔塔顶脱气段，经过汽液传质分离后，脱气后的醪液溢流到精馏一塔提馏段塔顶。

进入精馏一塔提馏段的醪液，经过汽液传质分离后，提浓的酒精蒸汽从精馏一塔提馏段顶部放出，分别进入醪液进料预热器。正常工作状态下没有回流。塔顶采出蒸汽预热进料，回流罐中的粗酒经粗酒采出泵送至精馏三塔进料预热器，预热后送入精馏三塔进料，精馏三塔的进料量由回流罐的液位控制。精馏三塔第一预热器的加热介质是酒精液；

精馏一塔的中部侧线液相采出温度为71℃的粗酒醪液，进入精塔进料罐，再通过精馏一塔侧采泵(变频泵)送到精馏二塔进料预热器，预热至100℃给精馏二塔进料，预热器的加热介质是分子筛吸附塔产生的160℃酒精气，加热完后的酒精变成液相，送去精馏三塔进料第一预热器给精馏三塔进料预热。

塔釜液经过精馏一塔釜液送至精馏一塔再沸器进行强制循环，加热升温后返回精馏一塔釜。精馏一塔再沸器的加热介质为来自精塔的塔顶酒精蒸汽和塔釜采出液。还有一股新鲜水蒸气精馏二塔塔顶酒精气经过换热后一部分作为产品采出，一部分作为精馏二塔的回流。精馏二塔塔釜采出液加热精馏一塔塔釜后出界区。

上述工业实施采用的精馏设备传质分离核心内件为高效导向筛板，塔器设备预先采用45％的硝酸和氢氟酸混合溶液对于设备进行酸洗钝化45min，分子筛采用3g/L的硝酸盐无水乙醇溶液进行浸泡50min。

该工艺流程简单，容易控制，对比常规的三塔精馏工艺，能量消耗降低28.5％，节能效果明显。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。