专利名称：燃料乙醇热泵恒沸精馏工艺及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无水乙醇蒸馏工艺及装置，特别涉及一种燃料乙醇热泵恒沸精馏工艺及装置。
推广乙醇汽油的使用，一方面减少汽油，也即石油的消耗，另一方面，由于燃料乙醇燃烧过程主要产生水蒸气和少量二氧化碳，不会产生有害气体，同时这种汽油醇不含铅，将改善城市的大气环境和水气含量，减轻空气污染。车用乙醇汽油技术还是一项可持续发展的新技术，因为燃料乙醇的原料来自于粮食，而粮食作为农作物是可以不断再生的。
国外，美国、巴西等国家从1978年开始，推广车用乙醇汽油作为汽车燃料的新技术。到目前为止，巴西的使用量占汽油总量的43％，达到1500万吨/年(40％使用192°国际标准酒精度酒精，60％使用78/22比例的汽油/酒精混合物)，美国用量达到600万吨/年，加拿大为50万吨/年。
车用乙醇汽油在国外虽然已成功推广使用，但在我国还是一项全新的工作。对于车用乙醇汽油，变性的燃料乙醇或燃料乙醇是基础，燃料乙醇的原料价格、生产成本关系到整个车用乙醇汽油的价格及推广的难易程度，其中生产成本是一项关键内容。总的说来，我国的粮食成本比较高，使得发酵后的酒精价格偏高，加上蒸馏生产成本，燃料乙醇的价格与普通汽油相比，目前不具有竞争力。因此，在粮食成本不能明显下降的情况下，减少蒸馏生产工艺成本就显得尤为重要。
目前燃料乙醇的生产方法很多，包括生石灰脱水法、盐脱水法、(溶盐)萃取蒸馏法、分子筛制取法、真空蒸馏法、淀粉吸附法、离子交换树脂法、恒沸精馏法等，其中，燃料乙醇的大规模生产主要采用恒沸精馏、萃取蒸馏和现代分子筛三种方法，这三种大规模生产方法各有利弊。传统的恒沸精馏燃料乙醇生产工艺，产量大、质量好、生产稳定、技术成熟，其能耗虽然低于萃取蒸馏法和目前推广应用的分子筛制取法，但其缺点是能耗仍然过高，且夹带剂在生产操作不当时会引起环境污染。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为包括乙醇脱水塔，乙醇脱水塔的塔顶和夹带剂回收塔的塔顶分别经管道与压缩机的吸气侧相连通，压缩机的排气侧分别经管道与塔釜再沸器9的入口端和塔釜再沸器7的入口端相连通，塔釜再沸器9的出口端和塔釜再沸器7的出口端经管道与凝液分层器的入口端相连通，凝液分层器的上层出口端经管道与乙醇脱水塔的塔顶回流端相连通，下层出口端经管道与夹带剂回收塔的中间入口端相连通，夹带剂回收塔底部出口端经管道与酒精回收塔的中间入口端相连通，乙醇脱水塔底部出口端经管道与换热器的高温侧相连通，换热器的低温侧分别与原料乙醇管道和乙醇脱水塔的中间入口端相连通。
本发明的酒精回收塔的塔顶经管道与压缩机的吸气侧相连通，压缩机的排气侧经管道与塔釜再沸器8的入口端相连通，塔釜再沸器8的出口分别经管道与酒精回收塔的塔顶回流端和乙醇脱水塔的中间入口端相连通；压缩机为热泵蒸汽压缩机。
本发明的采用的工艺为乙醇脱水塔塔顶的三元共沸物蒸汽直接通过热泵蒸汽压缩机加压升温，并作为塔釜再沸器的热源加热塔釜再沸器内的溶液；经热泵蒸汽压缩机压缩后的冷凝液经管道流入高位的凝液分层器；在凝液分层器内，上层的富苯相作为乙醇脱水塔塔顶回流进入乙醇脱水塔，下层富水相流入夹带剂回收塔回收夹带剂，夹带剂回收塔底部乙醇和水的溶液再送入酒精回收塔；酒精回收塔塔顶乙醇-水二元恒沸物蒸汽由热泵蒸汽压缩机加压升温作为塔釜再沸器的热源，其冷凝液一部分作为回流酒精回收塔塔顶回流液进入酒精回收塔，其余作为原料酒精与经过换热器预热的原料乙醇一同进入乙醇脱水塔，乙醇脱水塔的塔底高温产物即为燃料乙醇。
本发明的乙醇脱水塔塔顶的三元共沸物蒸汽其组分之一称为夹带剂，夹带剂可以是苯，也可以是戊烷、乙二醇、环乙烷等。
由于本发明整个物流系统全封闭操作，不需要塔顶冷凝器，也不需要锅炉供热系统以及循环泵等公用工程，生产成本大大降低，工程总投资费用降低，还可以副产原料乙醇的水分，正常生产无任何产品废物及环境污染。
参见
图1，本发明包括乙醇脱水塔1，乙醇脱水塔1的塔顶经管道与热泵蒸汽压缩机5的吸气侧相连通，热泵蒸汽压缩机5的排气侧分别经管道与塔釜再沸器9的入口端和塔釜再沸器7的入口端相连通，塔釜再沸器9的出口端和塔釜再沸器7的出口端一同经管道与凝液分层器4的入口端相连通，在凝液分层器4内，上层的出口端经管道与乙醇脱水塔1的塔顶回流端相连通，下层的出口端经管道与夹带剂回收塔2的中间入口端相连通，夹带剂回收塔2的塔顶经管道与热泵蒸汽压缩机5的吸气侧相连通，夹带剂回收塔2底部出口端经管道与酒精回收塔3的中间入口端相连通，酒精回收塔3的塔顶经管道与热泵蒸汽压缩机6的吸气侧相连通，热泵蒸汽压缩机6的排气侧经管道与酒精回收塔3的塔釜再沸器8的入口端相连通，塔釜再沸器8的出口分别经管道与酒精回收塔3的塔顶回流端和乙醇脱水塔1的中间入口端相连通，酒精回收塔3底部出口端经管道去储水槽。乙醇脱水塔1底部出口端经管道与换热器10的高温侧进口端相连通，换热器10的高温侧出口端经管道去产品库，换热器10的低温侧进口端与原料乙醇管道相连通，换热器10的低温侧出口端经管道与乙醇脱水塔1的中间入口端相连通。
本发明的工作原理如下
酒精回收塔塔顶乙醇-水二元恒沸物蒸汽(78℃)其冷凝液部分作为回流，其余作为原料酒精回到乙醇脱水塔。
乙醇脱水塔1的塔顶蒸汽与夹带剂回收塔2的塔顶蒸汽，经管道与热泵蒸汽压缩机5的吸气侧相连通，蒸汽被压缩后分成两路，一路经管道进入乙醇脱水塔1的塔釜再沸器9，另一路经管道进入夹带剂回收塔2的塔釜再沸器7，乙醇脱水塔1塔顶的三元共沸物蒸汽(如苯—乙醇—水共沸点为64.6℃)，不经过冷凝，直接通过热泵蒸汽压缩机5加压升温，并作为塔釜再沸器7、9的热源，分别加热塔釜再沸器7、9内的溶液，蒸汽被冷凝成液体，又经管道一同流入高位的凝液分层器4，在凝液分层器4内，上层的富苯相作为乙醇脱水塔1的塔顶回流液，进入乙醇脱水塔1，下层富水相靠自身液位差，流入夹带剂回收塔2回收夹带剂，夹带剂回收塔2的塔顶蒸汽，经管道与热泵蒸汽压缩机5的吸气侧相连通，夹带剂回收塔2底部乙醇和水的溶液再送入酒精回收塔3，酒精回收塔3塔顶乙醇-水二元恒沸物蒸汽同样不经过冷凝，由热泵蒸汽压缩机6加压升温作为酒精回收塔3塔釜再沸器8的热源，经管道进入塔釜再沸器8，加热塔釜内的溶液，蒸汽被冷凝成液体，冷凝液一部分作为酒精回收塔3的塔顶回流液，其余作为原料酒精回到乙醇脱水塔1与经过换热器10预热的原料乙醇一同进入乙醇脱水塔1，乙醇脱水塔1的塔底产物是高温的燃料乙醇，作为热源在换热器10内预热原料乙醇，冷却后的燃料乙醇经管道去产品库，酒精回收塔3的塔底产物是水，经管道去储水槽。
权利要求
1.一种燃料乙醇热泵恒沸精馏装置，其特征在于包括乙醇脱水塔[1]，乙醇脱水塔[1]的塔顶和夹带剂回收塔[2]的塔顶分别经管道与压缩机[5]的吸气侧相连通，压缩机[5]的排气侧分别经管道与塔釜再沸器[9]的入口端和塔釜再沸器[7]的入口端相连通，塔釜再沸器[9]的出口端和塔釜再沸器[7]的出口端经管道与凝液分层器[4]的入口端相连通，凝液分层器[4]的上层出口端经管道与乙醇脱水塔[1]的塔顶回流端相连通，下层出口端经管道与夹带剂回收塔[2]的中间入口端相连通，夹带剂回收塔[2]底部出口端经管道与酒精回收塔[3]的中间入口端相连通，乙醇脱水塔[1]底部出口端经管道与换热器[10]的高温侧相连通，换热器[10]的低温侧分别与原料乙醇管道和乙醇脱水塔[1]的中间入口端相连通。
2.根据权利要求1所述的燃料乙醇热泵恒沸精馏装置，其特征在于所说的酒精回收塔[3]的塔顶经管道与压缩机[6]的吸气侧相连通，压缩机[6]的排气侧经管道与塔釜再沸器[8]的入口端相连通，塔釜再沸器[8]的出口分别经管道与酒精回收塔[3]的塔顶回流端和乙醇脱水塔[1]的中间入口端相连通。
3.根据权利要求1所述的燃料乙醇热泵恒沸精馏装置，其特征在于所说的压缩机[5]、压缩机[6]为热泵蒸汽压缩机。
4.一种基于权利要求1所述的燃料乙醇热泵恒沸精馏工艺，其特征在于乙醇脱水塔[1]塔顶的三元共沸物蒸汽直接通过热泵蒸汽压缩机[5]加压升温，并作为塔釜再沸器[7、9]的热源加热塔釜再沸器[7、9]内的溶液；经热泵蒸汽压缩机[5]压缩后的冷凝液经管道流入高位的凝液分层器[4]；在凝液分层器[4]内，上层的富苯相作为乙醇脱水塔塔顶回流进入乙醇脱水塔[1]，下层富水相流入夹带剂回收塔[2]回收夹带剂，夹带剂回收塔[2]底部乙醇和水的溶液再送入酒精回收塔[3]；酒精回收塔[3]塔顶乙醇-水二元恒沸物蒸汽由热泵蒸汽压缩机[6]加压升温作为塔釜再沸器[8]的热源，其冷凝液一部分作为回流酒精回收塔[3]塔顶回流液进入酒精回收塔[3]，其余作为原料酒精与经过换热器[10]预热的原料乙醇一同进入乙醇脱水塔[1]，乙醇脱水塔[1]的塔底高温产物即为燃料乙醇。
5.根据权利要求4所述的燃料乙醇热泵恒沸精馏工艺，其特征在于所说的乙醇脱水塔[1]塔顶的三元共沸物蒸汽其组分之一称为夹带剂，夹带剂可以是苯，也可以是戊烷、乙二醇、环乙烷等。
全文摘要
一种燃料乙醇热泵恒沸精馏工艺及装置，包含乙醇脱水塔、夹带剂回收塔和酒精回收塔，三个塔的塔顶蒸汽加压升温后直接用作塔底再沸器的热源，塔顶不需要冷凝器，也不需要锅炉供热系统以及循环泵等公用工程，整个物流系统全封闭操作，生产成本大大降低，工程总投资费用降低，还可以副产原料乙醇的水分，实现零排放，达到了经济－节省－环保三重效益。
文档编号C07C29/80GK1417182SQ0214550
公开日2003年5月14日 申请日期2002年12月10日 优先权日2002年12月10日
发明者顾兆林, 刘宗宽, 郁永章, 王有正, 唐家信, 裴宝山 申请人:西安交通大学