专利名称：三塔三效差压热集成制取共沸乙醇的方法
技术领域：
本发明涉及一种三塔三效差压热集成制取共沸乙醇的方法。
背景技术：
石油资源的日益短缺，自然环境恶化的亟待改善，燃料乙醇作为一种对环境污染 小，可替代石油的能源受到各国的关注。燃料乙醇作为汽油的一种替代燃料，燃烧放出的能 量是一定的，生产燃料乙醇的能耗必须远远小于燃烧放出的能量，否则燃料乙醇的推广使 用就要受到制约，因此，燃料乙醇的生产节能问题越来越突出。然而生产燃料乙醇的能耗主 要集中在蒸馏脱水工段，降低蒸馏脱水工段的能耗是关键。文献CN1644703A提供了一种燃料乙醇生产方法采用醪塔、脱水塔两塔工艺生产 燃料乙醇，此流程虽然采用了粗酒气气相进脱水塔，两塔差压操作，能耗比三塔蒸馏工艺大 很多。文献CN101157890A提供了一种燃料乙醇生产装备及方法，是将两塔流程的粗馏 塔和精馏塔分别拆分为两个粗馏塔和两个精馏塔，分别为粗塔1、粗塔2、精馏塔1和精馏塔 2，再将精馏塔2放到粗塔2上部并使两塔连通，即变成一个精馏塔，组成由醪塔、精馏塔、回 收塔三塔工艺生产燃料乙醇。此流程虽然仅有回收塔一塔用新鲜蒸汽加热，但回收塔的粗 酒处理量太大，使回收塔加热所用的新鲜蒸汽量太大；此外没有利用经过吸附塔脱水后的 无水乙醇蒸汽的能量，整个系统没有达到最优化，能耗仍然很高。文献CN101085717A公开了一种采用三塔热集成装置进行乙醇蒸馏的工艺方法 采用粗塔、低压共沸精馏塔、高压共沸精馏塔三塔工艺生产燃料乙醇和食用乙醇。此流程中 从粗馏塔侧线以气相形式采出粗酒进入低压共沸精馏塔，由低压共沸精馏塔上部侧线采出 一部分共沸酒精进入高压共沸精馏塔回流罐，与高压共沸精馏塔塔顶气相的凝液一起作为 高压共沸精馏塔的回流液，低压共沸精馏塔塔釜物料进入高压共沸精馏塔的中部。压力较 高的新鲜蒸汽给高压共沸精馏塔塔釜加热，高压共沸精馏塔的塔顶气给粗馏塔塔釜加热， 新鲜蒸汽两效利用，仍然存在能耗高的问题。综上所述，目前虽然从发酵成熟醪液生产燃料乙醇的生产方法有了很大改进，但 仍然存在着能耗高的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在能耗高的问题，提供一种新的三塔 三效差压热集成制取共沸乙醇的方法。该方法具有能耗低的特点。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下一种三塔三效差压热集成制 取共沸乙醇的方法，包括以下步骤a)发酵醪液1经预热后进入粗馏塔的上部，经粗馏后，塔釜得到废醪液2，塔顶得 到粗酒气3 ；粗酒气3依次进入至少两级串联的换热器，经逐级冷凝后得到粗酒凝液4，不凝 性气体5排出界外或引入后序工段处理；发酵醪液1的预热方式为发酵醪液1先与废醪液2换热后，再与粗酒气3换热；粗馏塔的加热方式为粗馏塔塔釜第一再沸器由来自分子筛 脱水单元的无水乙醇气21加热，粗馏塔塔釜第二再沸器由来自精塔I塔顶的物流7加热， 来自闪蒸罐13的闪蒸气15和来自闪蒸罐14的闪蒸气17进入粗馏塔直接给粗馏塔加热；b)粗酒凝液4经预热后进入精塔I的下部，经精馏后，塔釜得到物流6 ；塔顶得到 共沸乙醇气，共沸乙醇气分为物流7和物流8，物流7经冷凝后，回流入精塔I上部；物流8 进入分子筛脱水单元，脱水后得到共沸乙醇产品；粗酒凝液4的预热方式为粗酒凝液4与 来自闪蒸罐13的闪蒸凝液16换热；精塔I的加热方式为精塔塔釜再沸器由来自精塔II 塔顶的物流10加热；C)物流6经预热后进入精塔II的下部，经精馏后，塔釜得到精塔废水9 ；塔顶得到 物流10，物流10经冷凝后分为物流11和物流12，物流11进入精塔I的上部，物流12回流 入精塔II上部；物流6的预热方式为物流6与精塔废水9换热；精塔II的加热方式为 精塔II塔釜再沸器由来自界外的一次蒸汽19加热；d)精塔废水9换热后进入闪蒸罐14，经闪蒸后，罐顶得到闪蒸气17，罐底得到闪蒸 凝液18 ；—次蒸汽19冷凝后，进入闪蒸罐13，经闪蒸后，罐顶得到闪蒸气15，罐底得到闪蒸 凝液16。上述技术方案中，粗馏塔TlOl的操作条件优选范围为塔板数优选范围为20 30，更优选范围为22 28 ；塔顶温度优选范围为50 70°C，更优选范围为53 65°C;塔釜 温度优选范围为70 100°C，更优选范围为75 90°C ；操作压力P优选范围为IOkPa < P < 101. 3kPa,，更优选范围为 IOkPa < P < 50kPa,或者 50kPa < P < 101. 3kPa,最优选范 围为 20kPa < P < 50kPa,或者 50kPa < P < 70kPa,特别优选范围为 OkPa < P < 50kPa, 或者50kPa < P < 60kPa ；进料板位置优选方案为位于从上至下第2 10块塔板处。精塔 I的操作条件优选范围为塔板数优选范围为40 70，更优选范围为50 65 ；塔顶温度优 选范围为75 100°C，更优选范围为80 90°C ；塔釜温度优选范围为80 110°C，更优选 范围为85 100°C ；操作压力优选范围为50 500kPa，更优选范围为60 400kPa，最优 选范围为100 200kPa ；进料板位置位于从上至下第40 50块塔板处。精塔III的操作 条件优选范围为塔板数优选范围为50 80，更优选范围为65 75 ；塔顶温度优选范围为 100 140°C，更优选范围110 130°C ；塔釜温度优选范围为120 160°C，更优选范围为 125 145°C ；操作压力优选范围为100 800kPa，更优选范围为200 700kPa，最优选范 围为350 550kPa ；进料板位置位于从上至下第55 65块塔板处。粗馏塔I、精塔II和 精塔III的操作压力优选方案为压力依次增加。本发明中，所述压力均为绝对压力。物流 7与物流8的重量比优选范围为1/4 2 1，更优选范围为1/3 1 1 ；物流11和物流 12的重量比优选范围为1/4 1 1，更优选范围为1/3 1/2 1。本发明方法中，粗酒气3依次进入至少两级串联的换热器，优选进入三级串联的 换热器。其中，一级换热器的出口温度优选范围为20 60°C，更优选范围为25 45°C，最 优选范围为30 40°C。二级换热器的出口温度优选范围为10 50°C，更优选范围为15 40°C，最优选范围为18 35°C。三级换热器的出口温度优选范围为5 40°C，更优选范围 为10 30°C，最优选范围为13 25°C。本发明方法中，粗馏塔塔釜第一再沸器(ElOl)的操作条件出口温度优选范围为 70 100°C，更优选范围为80 90°C ；压力优选范围为30 90kPa，更优选范围为40 SOkPa0粗馏塔塔釜第二再沸器(E102)的操作条件出口温度优选范围为70 100°C，更优 选范围为80 90°C ；压力优选范围为30 90kPa，更优选范围为40 80kPa。精塔I塔釜 再沸器(E103)的操作条件出口温度优选范围为80 110°C，更优选范围为90 100°C ； 压力优选范围为110 250kPa，更优选范围为110 200kPa。精塔II塔釜再沸器(E104) 的操作条件出口温度优选范围为125 175°C，更优选范围为135 155°C;压力优选范围 为210 610kPa，更优选范围为410 580kPa。本发明方法，采用压力依次递增和逐级加热的方式即三塔中粗馏塔在负压下操 作，精塔I在常压或加压下操作，精塔II在高压下操作，所以精塔II塔顶蒸汽温度较高，有 利于给低压塔加热，因此仅需一次蒸汽给精塔II塔釜再沸器E104加热，然后精塔II塔顶 的高度酒气(物流11)给精塔I塔釜再沸器E103加热，精塔I塔顶的共沸乙醇气(物流 7)给粗馏塔塔釜第二再沸器E102加热，实现了新鲜蒸汽的三效利用。此外，来自分子筛脱 水单元的无水乙醇气给粗馏塔塔釜第一再沸器ElOl加热，实现了分子筛脱水单元与精馏 单元热能的综合利用；发酵醪液通过与废醪液和粗酒气换热而预热，粗酒凝液4通过与来 自闪蒸罐13的闪蒸凝液16换热而预热，进入精塔II的物流6通过与精塔废水9换热而预 热，实现了热能的合理利用。与现有技术相比，最高可节省能耗32.5%，取得了较好的技术 效果。
图1为文献CN101085717A的流程示意图。图2为本发明流程示意图。图1中，42为低压共沸精馏塔，43为粗馏塔，44为高压共沸精馏塔，VlOl为低压共 沸精馏塔塔顶回流罐，V102为闪蒸罐，V103为汽液分离器，E105、E106、E107为换热器，E108 为粗馏塔顶冷凝器，E109为低压共沸精馏塔塔釜再沸器，EllO为淡酒预热器，Elll为粗馏 塔再沸器，25、26、27为发酵醪液，28为粗酒气，29、30为废醪液，31为低压共沸精馏塔塔顶 气，32为低压共沸精馏塔塔顶回流液，33,37为共沸酒精，34,42为淡酒液，35高压共沸精馏 塔塔顶回流液，36为高度酒气，38、39为精塔废水，40为一次蒸汽，41为精塔废水闪蒸凝液。图2中，TlOl为粗馏塔，T102为精塔I，T103为精塔II，ElOl为粗馏塔塔釜第一再 沸器，Ε102为粗馏塔塔釜第二再沸器，Ε103为精塔I塔釜再沸器，Ε104为精塔II塔釜再沸 器，1为发酵醪液，2为废醪液，3为粗酒气，4为粗酒凝液，5为不凝性气体，6为淡酒液，7和 8为共沸乙醇气，9为精塔废水，10为高度酒气，11和12为高度酒，13和14为闪蒸罐，15为 闪蒸罐13罐顶的闪蒸气，16为闪蒸罐13罐底的闪蒸凝液，17为闪蒸罐14罐顶的闪蒸气， 18为闪蒸罐14罐底的闪蒸凝液，19为新鲜蒸汽，20为蒸汽凝液，21为来自分子筛脱水单元 的无水乙醇气，22为无水乙醇。图1中，发酵醪液25经低压共沸精馏塔42塔顶气预热后得到发酵醪液26，发酵醪 液26经废醪液29预热后得到发酵醪液27，发酵醪液27进入粗馏塔43的上部，经粗馏后， 在粗馏塔的上部侧线采出粗酒气28，在粗馏塔的塔釜得到废醪液29，粗酒气28进入低压共 沸精馏塔的下部，经精馏后，在低压共沸精馏塔的上部侧线采出共沸酒精33，在低压共沸精 馏塔的塔釜得到淡酒液34，共沸酒精33和高度酒气凝液一起作为高压共沸精馏塔的塔顶 回流液35，淡酒液34经精塔废水38预热后得到淡酒液42，淡酒液42进入高压共沸精馏塔的中部，经精馏后，在高压共沸精馏塔的侧线采出共沸酒精37，在高压共沸精馏塔的塔釜得 到精塔废水38。流程中，高压共沸精馏塔的塔顶气给粗馏塔的塔釜加热，粗馏塔侧线气相采 出粗酒气进入低压共沸精馏塔，给低压共沸精馏塔提供热量。粗馏塔、低压共沸精馏塔、高 压共沸精馏塔均在加压下操作，粗馏塔的操作压力大于低压共沸精馏塔的操作压力。图2中，发酵醪液1经预热后进入粗馏塔(TlOl)的上部，经粗馏后，塔釜得到废醪 液2，塔顶得到粗酒气3 ；粗酒气3依次进入至少两级串联的换热器，经逐级冷凝后得到粗酒 凝液4，不凝性气体5排出界外或引入后序工段处理。发酵醪液1的预热方式为发酵醪液 1先与废醪液2换热后，再与粗酒气3换热。粗馏塔的加热方式为粗馏塔塔釜第一再沸器 (ElOl)由来自分子筛脱水单元的无水乙醇气21加热，粗馏塔塔釜第二再沸器(E102)由来 自精塔I (T102)塔顶的物流7加热，来自闪蒸罐13的闪蒸气15和来自闪蒸罐14的闪蒸气 17进入粗馏塔直接给粗馏塔加热。粗酒凝液4经预热后进入精塔I (T102)的下部，经精馏 后，塔釜得到物流6淡酒液；塔顶得到共沸乙醇气，共沸乙醇气分为物流7和物流8，物流7 经冷凝后，回流入精塔I上部；物流8进入分子筛脱水单元，脱水后得到共沸乙醇产品。粗 酒凝液4的预热方式为粗酒凝液4与来自闪蒸罐13的闪蒸凝液16换热；精塔I的加热 方式为精塔塔釜再沸器(E103)由来自精塔II(T103)塔顶的物流10加热。物流6淡酒液 经预热后进入精塔II(T103)的下部，经精馏后，塔釜得到精塔废水9 ；塔顶得到高度酒气物 流10，物流10经冷凝后分为物流11和物流12，物流11进入精塔I的上部，物流12回流入 精塔II上部；物流6淡酒液的预热方式为物流6与精塔废水9换热；精塔II的加热方式 为精塔II塔釜再沸器(E104)由来自界外的一次蒸汽19加热。精塔废水9换热后进入闪 蒸罐14，经闪蒸后，罐顶得到闪蒸气17，罐底得到闪蒸凝液18 ；—次蒸汽19冷凝后，进入闪 蒸罐13，经闪蒸后，罐顶得到闪蒸气15，罐底得到闪蒸凝液16。下面通过实施例对本发明作进一步阐述。
具体实施例方式比较例1采用图1所示流程，发酵醪液25经低压共沸精馏塔I塔顶气预热后得到发酵醪液 26，发酵醪液26经废醪液29预热后得到发酵醪液27，发酵醪液27进入粗馏塔II的上部， 经粗馏后，在粗馏塔的上部侧线采出粗酒气28，在粗馏塔的塔釜得到废醪液29，粗酒气28 进入低压共沸精馏塔的下部，经精馏后，在低压共沸精馏塔的上部侧线采出共沸酒精33，在 低压共沸精馏塔的塔釜得到淡酒液34，共沸酒精33和高度酒气凝液一起作为高压共沸精 馏塔的塔顶回流液35，淡酒液34经精塔废水38预热后得到淡酒液42，淡酒液42进入高压 共沸精馏塔的中部，经精馏后，在高压共沸精馏塔的侧线采出共沸酒精37，在高压共沸精馏 塔的塔釜得到精塔废水38。流程中，高压共沸精馏塔的塔顶气给粗馏塔的塔釜加热，粗馏塔 侧线气相采出粗酒气进入低压共沸精馏塔，给低压共沸精馏塔提供热量。粗馏塔、低压共沸 精馏塔、高压共沸精馏塔均在加压下操作，粗馏塔的操作压力大于低压共沸精馏塔的操作 压力。粗馏塔塔板数为26，进料位置为从上至下第2块塔板，塔顶操作压力140kPa，塔顶 操作温度lore，塔釜操作温度112°C。低压共沸精馏塔塔板数为50，进料位置为从上至下第48块塔板，塔顶操作压力IlOkPa,塔顶操作温度77°C，塔釜操作温度94°C。高压共沸精馏塔塔板数为68，进料位置为从上至下第35块塔板，塔顶操作压力 580kPa，塔顶操作温度128°C，塔釜操作温度158。粗馏塔内出现堵塞塔板现象。蒸汽消耗量为1. 6吨蒸汽/吨共沸乙醇产品。实施例1采用图2所示流程，乙醇含量为9重量％的发酵醪液1先与废醪液2换热，再与粗 酒气3换热，然后进入粗馏塔(TlOl)的上部，经粗馏后，塔釜得到乙醇含量小于0.005重 量％的废醪液2，塔顶得到乙醇含量为48重量％的粗酒气3，粗酒气3依次进入三级串联 的换热器，经逐级冷凝后得到粗酒凝液4，不凝性气体5排出界外。粗馏塔塔釜第一再沸器 (ElOl)由来自分子筛脱水单元的无水乙醇气21加热，粗馏塔塔釜第二再沸器(E102)由物 流7加热，来自闪蒸罐13的闪蒸气15和来自闪蒸罐14的闪蒸气17进入粗馏塔直接给粗 馏塔加热。粗酒凝液4与来自闪蒸罐13的闪蒸凝液16换热后进入精塔I (T102)的下部，经 精馏后，塔釜得到乙醇含量为40重量％的淡酒液(物流6)；塔顶得到共沸乙醇气，共沸乙 醇气分为物流7和物流8 (物流7和物流8的重量比为3 6)，物流7经冷凝后，回流入精 塔I上部；物流8进入分子筛脱水单元，脱水后得到共沸乙醇产品。精塔塔釜再沸器(E103) 由来自精塔Π(Τ103)塔顶的高度酒气(物流10)加热。淡酒液(物流6)与精塔废水9换热后进入精塔II (Τ103)的下部，经精馏后，塔釜 得到精塔废水9 ；塔顶得到乙醇含量接近共沸组成的高度酒气(物流10)，物流10经冷凝后 为高度酒，高度酒分为物流11和物流12 (物流11和物流12的重量比为2 5)，物流11进 入精塔I的上部，物流12回流入精塔II上部。精塔II塔釜再沸器(Ε104)由来自界外的 一次蒸汽19加热。精塔废水9换热后进入闪蒸罐14，经闪蒸后，罐顶得到闪蒸气17，罐底得到闪蒸凝 液18 ；—次蒸汽19冷凝后，进入闪蒸罐13，经闪蒸后，罐顶得到闪蒸气15，罐底得到闪蒸凝 液16。粗馏塔塔板数为26，进料位置为从上至下第2块塔板，操作压力为40kPa，塔顶温 度为60°C，塔釜温度为81°C。精塔I塔板数为50，进料位置为第48块塔板，操作压力为 130kPa，塔顶温度为85°C，塔釜温度为92°C。精塔III塔板数为68，进料位置为从上至下 第60块塔板，操作压力为500kPa，塔顶温度为125°C，塔釜温度为153°C。粗馏塔塔顶三级 换热器的出口温度分别为35°C、23°C和17°C。粗馏塔塔釜第一再沸器(ElOl)出口温度为 82°C，压力为52kPa。粗馏塔塔釜第二再沸器(E102)出口温度为82°C，压力为52kPa。精 塔I塔釜再沸器(E103)出口温度为92. 5，压力为141kPa。精塔II塔釜再沸器(E104)出 口温度为154°C，压力为511kPa。蒸汽消耗量为1.2吨蒸汽/吨共沸乙醇产品，每吨共沸乙醇产品与比较例1相 比可节省25%的能耗。实施例2 4采用图2所示流程，只是改变各塔的操作条件。具体的操作条件及蒸汽消耗量见 表1。表 权利要求
1.一种三塔三效差压热集成制取共沸乙醇的方法，包括以下步骤a)发酵醪液1经预热后进入粗馏塔的上部，经粗馏后，塔釜得到废醪液2，塔顶得到粗 酒气3 ；粗酒气3依次进入至少两级串联的换热器，经逐级冷凝后得到粗酒凝液4，不凝性气 体5排出界外或引入后序工段处理；发酵醪液1的预热方式为发酵醪液1先与废醪液2换 热后，再与粗酒气3换热；粗馏塔的加热方式为粗馏塔塔釜第一再沸器由来自分子筛脱水 单元的无水乙醇气21加热，粗馏塔塔釜第二再沸器由来自精塔I塔顶的物流7加热，来自 闪蒸罐13的闪蒸气15和来自闪蒸罐14的闪蒸气17进入粗馏塔直接给粗馏塔加热；b)粗酒凝液4经预热后进入精塔I的下部，经精馏后，塔釜得到物流6；塔顶得到共沸 乙醇气，共沸乙醇气分为物流7和物流8，物流7经冷凝后，回流入精塔I上部；物流8进入 分子筛脱水单元，脱水后得到共沸乙醇产品；粗酒凝液4的预热方式为粗酒凝液4与来自 闪蒸罐13的闪蒸凝液16换热；精塔I的加热方式为精塔塔釜再沸器由来自精塔II塔顶 的物流10加热；c)物流6经预热后进入精塔II的下部，经精馏后，塔釜得到精塔废水9；塔顶得到物流 10，物流10经冷凝后分为物流11和物流12，物流11进入精塔I的上部，物流12回流入精 塔II上部；物流6的预热方式为物流6与精塔废水9换热；精塔II的加热方式为精塔 II塔釜再沸器由来自界外的一次蒸汽19加热；d)精塔废水9换热后进入闪蒸罐14，经闪蒸后，罐顶得到闪蒸气17，罐底得到闪蒸凝液 18 ；一次蒸汽19冷凝后，进入闪蒸罐13，经闪蒸后，罐顶得到闪蒸气15，罐底得到闪蒸凝液 16。
2.根据权利要求1所述三塔三效差压热集成制取共沸乙醇的方法，其特征在于粗馏塔 的操作条件塔板数为20 30，塔顶温度为50 70°C，塔釜温度为70 100°C，操作压力 P为IOkPa < P < 101. 3kPa，进料板位置位于从上至下第2 10块塔板处；精塔I的操作条件塔板数为40 70，塔顶温度为75 100°C，塔釜温度为80 110°C，操作压力为50 500kPa，进料板位置位于从上至下第40 50块塔板处；精塔II的操作条件塔板数为50 80，塔顶温度为100 140°C，塔釜温度为120 1600C ；操作压力为100 800kPa，进料板位置位于从上至下第55 65块塔板处。
3.根据权利要求2所述三塔三效差压热集成制取共沸乙醇的方法，其特征在于粗馏塔 的操作条件塔板数为22 观，塔顶温度为53 65°C，塔釜温度为75 90°C，操作压力P 为 IOkPa < P < 50kPa,或者 50kPa < P < 101. 3kPa ；精塔I的操作条件塔板数为50 65，塔顶温度为80 90°C，塔釜温度为85 100°C， 操作压力为60 400kPa ；精塔II的操作条件塔板数为65 75，塔顶温度为110 130°C，塔釜温度为125 1450C ；操作压力为200 700kPao
4.根据权利要求3所述三塔三效差压热集成制取共沸乙醇的方法，其特征在于粗馏塔 的操作压力P为20kPa < P < 50kPa,或者50kPa < P < 70kPa ；精塔I的操作压力为100 200kPa ；精塔II的操作压力为350 550kPa。
5.根据权利要求4所述三塔三效差压热集成制取共沸乙醇的方法，其特征在于粗馏塔 的操作压力 P 为 30kPa < P < 50kPa,或者 50kPa < P < 60kPa。
6.根据权利要求1所述三塔三效差压热集成制取共沸乙醇的方法，其特征在于粗馏塔、精塔I和精塔II的操作压力依次增加。
7.根据权利要求1所述制共沸乙醇的三塔加热方法，其特征在于物流7与物流8的重 量比为1/4 2 1，物流11和物流12的重量比为1/4 1 1。
8.根据权利要求7所述制共沸乙醇的三塔加热方法，其特征在于物流7与物流8的重 量比为1/3 1 1，物流11和物流12的重量比为1/3 1/2 1。
全文摘要
本发明涉及一种三塔三效差压热集成制取共沸乙醇的方法，主要解决现有技术中存在能耗高的问题。本发明通过采用以下加热方式粗馏塔塔釜第一再沸器由来自分子筛脱水单元的无水乙醇气21加热，粗馏塔塔釜第二再沸器由来自精塔I塔顶的物流7加热，来自闪蒸罐13的闪蒸气15和来自闪蒸罐14的闪蒸气17进入粗馏塔直接给粗馏塔加热；精塔塔釜再沸器由来自精塔II塔顶的物流10加热；精塔II塔釜再沸器由来自界外的一次蒸汽19加热的技术方案较好地解决了该问题，可应用于三塔差压蒸馏制备共沸乙醇的工业生产中。
文档编号C07C31/08GK102126920SQ20101002274
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月13日 优先权日2010年1月13日
发明者丁伟军, 林长骏, 石荣华, 缪晡, 韩飞 申请人:中国石化集团上海工程有限公司, 中国石油化工集团公司