专利名称：无水乙醇的生产方法
技术领域：
本发明是涉及无水乙醇的生产方法。
背景技术：
无水乙醇主要作为燃料(该用途的无水乙醇也称为燃料乙醇)、电子元件制造、高级化妆品的溶剂和化工生产原料等广泛应用。
无水乙醇生产过程一般以乙醇含量为5～30％体积比的发酵醪液为原料，通过精馏和特殊分离两个操作过程得到。采用精馏技术脱除大部分水、醛和杂醇油等杂质，得到水含量小于5％体积比的接近乙醇与水共沸组成的高浓度乙醇，再通过共沸萃取精镏或吸附等特殊分离手段将乙醇中的水脱除得到无水乙醇，产品标准参见无水乙醇标准GB678-90和燃料乙醇标准GB18350-2001。在无水乙醇生产过程中，产品精制脱水过程控制着产品收率及公用工程消耗。
传统的无水乙醇工业生产方法，对于高浓度乙醇进一步脱水过程主要是基于精馏技术的分离过程，即共沸精馏。在共沸精馏方面，苯是工业化无水乙醇生产过程中使用最多的溶剂，其它溶剂还有环己烷、戊烷、乙醚、乙二醇等。无水乙醇脱水采用共沸精馏工艺能耗较高，蒸汽单耗高达1.6吨蒸汽/吨乙醇产品，而且设备投资大，操作不稳定。
当代迅速发展的无水乙醇主流生产方法，对于高浓度乙醇进一步脱水过程主要采用分子筛吸附脱水方法。首先通过精馏过程得到水含量接近共沸组成的高浓度乙醇气体，乙醇气体通过分子筛气相吸附脱除乙醇中的残余水份获得无水乙醇产品。并通过变压和变温等手段实现吸附剂的再生。
无水乙醇分子筛吸附吸附脱水装置要求毗邻乙醇精馏脱水装置，吸附脱水原料来自乙醇精馏脱水装置的精塔顶的酒精浓度接近共沸组成的高浓度乙醇蒸汽，直接进入分子筛气相吸附装置，脱去乙醇中残余的水分，得到无水乙醇产品；吸附剂再生过程产生的富含水的乙醇溶液，俗称淡酒，返回乙醇精馏脱水装置，回收其中的乙醇。该气相进料工艺蒸汽消耗较少，吨无水乙醇产品的分子筛吸附脱水过程增加蒸汽消耗0.7吨左右，由于不引进第三种溶剂，其生产过程为绿色清洁生产工艺。但采用气相进料的分子筛吸附脱水装置不能远离精馏装置，无水乙醇分子筛吸附脱水装置的建设选址和操作缺乏灵活性；另外，无水乙醇在储存和运输过程中容易吸水，造成产品中的水含量增加，需采取一定措施，增加了无水乙醇产品的储存和运输成本。
发明内容
本发明的无水乙醇的生产方法，采用无水乙醇液相进料生产新方法，解决了远离乙醇精馏脱水装置的无水乙醇分子筛吸附脱水生产装置，需单独设置淡酒回收系统的难题，使得非酒精生产企业可以实现无水乙醇的生产。本发明提供了一种利用酒精浓度为90～99％体积比的高浓度酒精的原料液，及酒精浓度为1％～90％体积比的低浓度酒精原料液，采用集原料蒸发和淡酒脱水为一体的多功能乙醇回收塔，以及精密精馏、变温变压吸附和能量多级多效利用等技术，实现了以高浓度酒精液相原料生产无水乙醇产品的生产过程。
本发明的具体技术是这样实现的本发明采用的主要设备乙醇回收塔、吸附器、产品冷凝器、再沸器和淡酒预热器等，在各设备之间设置有阀门和对应的管线，将酒精浓度为90～99％体积比的高浓度酒精的原料液、酒精浓度为1％～90％体积比的低浓度酒精原料液和分子筛再生过程产生的淡酒送入乙醇回收塔。
所述酒精浓度为90～99％体积比的高浓度乙醇液体原料送至乙醇回收塔的塔顶，酒精浓度为1％～90％体积比的乙醇原料液及淡酒送至乙醇回收塔侧线进料口。
所述的酒精浓度为90～99％体积比的高浓度酒精的原料液、酒精浓度为1％～90％体积比的酒精原料液进料，经冷凝器分别预热后，进入乙醇回收塔。
所述的淡酒经淡酒预热器预热后进入乙醇回收塔，淡酒预热器的加热介质为再沸器蒸气凝液，也可以考虑乙醇回收塔塔釜排出液。
所述的乙醇回收塔的操作压力为常压～1.1MPa。乙醇回收塔塔顶的乙醇蒸气经加热器加热，温度为80～290℃，通过正处于吸附状态的分子筛吸附器进行吸附脱水操作。
所述的分子筛吸附器对乙醇和水进行选择性吸附，在吸附器中水被吸附剂吸附，通过分子筛吸附器脱水后的乙醇气体，经品冷凝器冷却得到无水乙醇产品。分子筛吸附器设置两个以上，依次交替完成吸附、脱附操作，实现进料和采出连续稳定操作。
本发明的乙醇回收塔具有将酒精浓度为90～99％体积比的高浓度乙醇液体原料蒸发，以及酒精浓度为1％～90％体积比的低浓度乙醇原料液和淡酒的脱水功能。
需要说明的是乙醇回收塔设计上巧妙地将高效填料塔技术和板式塔技术相结合，使精馏单元的分离能力及设备的可靠性均得到提高，可实现侧线多股进料。来自淡酒罐的淡酒，采用淡酒预热器预热，加热介质为再沸器蒸气凝液，也可以考虑乙醇回收塔塔釜排出液。乙醇回收塔的操作压力为常压～1.1MPa。
乙醇回收塔塔顶的乙醇蒸气经加热器加热后，温度为80～290℃，通过正处于吸附状态的5分子筛吸附器进行吸附脱水操作。在吸附器中装有可对乙醇和水进行选择性吸附的吸附剂，此种吸附剂可以是硅铝型分子筛，可选择的分子筛为A型、X型、丝光沸石型、ZSM型等。在吸附器中水被吸附剂吸附，通过分子筛吸附器脱水后的乙醇气体，经产品冷凝器冷却得到无水乙醇产品，进入9无水乙醇产品罐收集。吸附压力为常压～1MPa，温度为80-300℃。
为了使整个吸附脱水工艺连续进行，设置两个以上的吸附器，依次交替完成吸附解吸操作，实现进料和采出连续操作。
本发明有效地解决了无水乙醇分子筛吸附脱水生产中，采用接近乙醇与水共沸组成的高浓度液体乙醇为原料，设备投资大，蒸汽消耗和操作成本高等问题。流程合理，设备功能多，投资大幅度下降；热量利用合理，实现了无水乙醇液相进料的分子筛吸附脱水生产工艺与气相进料工艺相近的蒸汽消耗量；非酒精生产企业可以容易实现无水乙醇的生产；工艺灵活性强，装置可以建在无水乙醇产品用户附近，降低了无水乙醇产品的运输和储存成本。本发明将有利于增强无水乙醇产品，特别是燃料乙醇产品推广使用的市场竞争力。
图1无水乙醇的生产方法流程示意图；图中符号说明如下1-乙醇回收塔；2-再沸器；3-加热器；4-淡酒预热器；5A/5B-吸附器或脱附器；6、7、8-产品冷凝器；9-无水乙醇产品罐；10-淡酒冷凝器；11-淡酒罐；12-淡酒后冷凝器。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细描述无水乙醇的生产方法操作步骤如图1所示，无水乙醇生产过程主要由乙醇回收塔、吸附器、产品冷凝器、再沸器和淡酒预热器等组成，在各设备之间设置有阀门和对应的管线。
原料蒸发和淡酒脱水操作。将乙醇含量96％体积比、温度30℃的高浓度乙醇液体原料经产品冷凝器7预热后送至乙醇回收塔1的塔顶，另外酒精浓度为85％体积比、温度30℃的低浓度乙醇原料液经产品冷凝器8预热后送至乙醇回收塔进料口，同时将富含水的脱附再生过程产生的淡酒经淡酒经预热器4预热后，也送至乙醇回收塔进料口，淡酒经预热器4的加热介质为再沸器2加热蒸气凝液。乙醇回收塔通过再沸器2提供加热能量，加热蒸汽也可以通入塔釜直接加热，废液从塔釜排出。高浓度酒精原料液在乙醇回收塔中实现汽化，淡酒和低酒精浓度酒精在塔内通过传质和传热作用，实现酒精浓缩和汽化，操作压力为0.5MPa。乙醇回收塔塔塔顶的乙醇蒸气经加热器4加热到150℃，进入正处于吸附状态的分子筛吸附器5A进行吸附脱水操作。
在吸附器中装有可对乙醇和水进行选择性吸附的吸附剂。此种吸附剂可以是硅铝型分子筛，可选择的分子筛为A型、X型、丝光沸石型、ZSM型等。在吸附器中水被吸附剂吸附，乙醇通过分子筛吸附器5A后，经产品冷凝器6、冷凝器7和冷凝器8冷却得到无水乙醇产品。吸附压力为0.5Mpa，温度为150℃。
脱附操作。当吸附器5A吸附操作完成后，吸附器5B进入吸附操作。吸附器5A脱附压力为-0.3Mpa。在脱附操作进行到一定程度，从正处于吸附状态的吸附器5B得到的水含量很低的部分乙醇蒸汽，引入正进行脱附操作的吸附器5A，对处于脱附操作的吸附器5A进行吹扫。经过脱附、吹扫，吸附器5A中所吸附的水被彻底脱除，可以重新进入吸附操作。脱附操作过程中产生的富含水的淡酒酒气，经淡酒冷凝器10和淡酒后冷凝器12冷凝冷却后进入淡酒罐11，经过淡酒加热器4预热后，返回乙醇回收塔脱水回收。为了使整个吸附脱水工艺连续进行，设置两个吸附器，依次交替完成吸附解吸操作，实现进料采出连续操作。
按照以上叙述的工艺过程，通过图1所示的无水乙醇生产装置，可得到水含量小于0.1％的无水乙醇产品，吨乙醇产品的蒸汽消耗量为0.7吨。
在本实施例中，可以将原料的酒精浓度确定为90～99％体积比的高浓度酒精的原料液及酒精浓度为1％～90％体积比的酒精原料液；乙醇回收塔的操作压力为常压～1.1MPa；可得到水含量为0.01％～0.8％的无水乙醇产品，吨无水乙醇产品的蒸汽消耗量为0.5～1.0吨。
本发明公开和提出的工艺和方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变原料、工艺参数、结构设计等环节实现。本发明的方法与技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
权利要求
1.一种无水乙醇的生产方法，采用的主要设备乙醇回收塔、吸附器、冷凝器、再沸器和预热器等，在各设备之间设置有阀门和对应的管线，其特征是将酒精浓度为90～99％体积比的高浓度酒精的原料液、酒精浓度为1％～90％体积比的低浓度酒精原料液和分子筛再生过程产生的淡酒送入乙醇回收塔。
2.如权利要求1所述的一种无水乙醇的生产方法，其特征是所述乙醇含量为90～99％体积比的高浓度乙醇液体原料送至乙醇回收塔的塔顶，酒精浓度为1％～90％体积比的乙醇原料液及淡酒送至乙醇回收塔侧线进料口。
3.如权利要求1所述的一种无水乙醇的生产方法，其特征是所述的酒度为90～99％体积比的高浓度酒精的原料液和酒度为1％～90％体积比的酒精原料液进料，经产品冷凝器分别预热后，进入乙醇回收塔。
4.如权利要求1所述的一种无水乙醇的生产方法，其特征是所述的分子筛再生过程产生的淡酒，经淡酒预热器预热后进入乙醇回收塔，淡酒预热器的加热介质为再沸器加热蒸气凝液或乙醇回收塔塔釜排出液。
5.如权利要求1所述的一种无水乙醇的生产方法，其特征是所述的乙醇回收塔的操作压力为常压～1.1MPa。
全文摘要
本发明是涉及无水乙醇的生产方法。采用无水乙醇液相进料生产新方法，解决了远离乙醇精馏脱水装置的无水乙醇分子筛吸附吸附脱水生产装置，需单独设置淡酒回收系统的难题，使得非酒精生产企业可以低投资和低成本实现无水乙醇的生产。本发明采用的主要设备是乙醇回收塔、吸附器、冷凝器、再沸器和淡酒预热器等，将酒精浓度为90～99％体积比的高浓度酒精的原料液、酒精浓度为1％～90％体积比的低浓度的酒精原料液和分子筛再生过程产生的淡酒送入乙醇回收塔。流程先进合理，设备功能多，热量利用合理，实现了无水乙醇液相进料分子筛吸附脱水生产工艺与气相进料工艺相近的蒸汽消耗量。降低了无水乙醇产品的生产、运输和储存成本。
文档编号C07C31/00GK1686986SQ200510013319
公开日2005年10月26日 申请日期2005年4月13日 优先权日2005年4月13日
发明者张敏华, 吕惠生, 董秀芹, 刘成, 刘宗章, 李永辉 申请人:天津大学