费托合成废水回收乙醇和叔丁醇的装置和方法与流程

本发明涉及废水分离，具体而言，涉及一种费托合成废水回收乙醇和叔丁醇的装置和方法。

背景技术：

1、乙醇(ethanol)俗称酒精，无色透明液体，在常温常压下是一种易挥发的无色透明、具有酒香的气味液体，由于其不仅能与水以任意比互溶，常在医疗上用其体积分数为70％～75％的溶液作消毒剂，还能与大多数有机溶剂混溶，是一种非常重要且基础的化工和医药溶剂和中间体，在各行业中应用十分广泛。

2、叔丁醇(tert-butanol)又名2-甲基-2-丙醇，熔点25.5℃，无色透明液体或无色结晶、有类似樟脑的气味无色，也是一种基础的有机溶剂和化工原料，常用作制备药物、香料的原料或者涂料和医药的溶剂。

3、我国在能源结构中占主导地位是煤炭资源，煤炭资源的储量远大于石油和天然气资源量。因此，在煤炭清洁高效利用和“碳中和”大环境下，煤间接液化制油是重要的方向。而煤间接制油的关键技术环节是费托(fischer-tropsch)合成技术，该技术是以合成气(co与h2)为原料生产各种烃类和含氧有机化合物，在此过程中生产1吨烃类产物将产生1.0～1.3吨的合成废水，这会对环境带来很大的污染，亟需进行资源化回收处理。但费托合成废水中含有的乙醇和叔丁醇存在三个两元共沸混合物(乙醇与叔丁醇共沸，水与乙醇共沸，水与叔丁醇共沸)，导致分离回收乙醇和叔丁醇的难度加大，分离工艺的能耗高，且乙醇和叔丁醇的纯度难以达到要求。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种费托合成废水回收乙醇和叔丁醇的装置和方法，以解决现有费托合成废水中含有的乙醇和叔丁醇存在三个两元共沸混合物(乙醇与叔丁醇共沸，水与乙醇共沸，水与叔丁醇共沸)，导致分离回收乙醇和叔丁醇的难度大，能耗高，且乙醇和叔丁醇的纯度难以达到要求的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种费托合成废水回收乙醇和叔丁醇的装置，该装置包括第一精馏单元和第二精馏单元，第一精馏单元包括第一精馏塔，其中，第一精馏塔的侧线上设置有费托合成废水进料口和环氧乙烷进料口，且环氧乙烷进料口不高于费托合成废水进料口，第一精馏塔的底部设置有乙二醇出口，第一精馏塔的顶部设置有混合气体出口；第二精馏单元包括第二精馏塔，第二精馏塔的侧线上设置有混合物进料口，该混合物进料口与混合气体出口相连通，第二精馏塔的顶部设置有乙醇出口，第二精馏塔的底部设置有叔丁醇出口。

3、进一步地，第一精馏单元还包括第一回流罐，第一回流罐位于第一精馏塔的顶部，并通过混合气体出口与第一精馏塔相连通，第一回流罐与第一精馏塔之间的管线上还设置有第一冷凝器；和/或，第一精馏单元还包括第一再沸器，第一再沸器位于第一精馏塔的地步，第一再沸器通过乙二醇出口与第一精馏塔相连通。

4、进一步地，第二精馏单元还包括第二回流罐，第二回流罐位于第二精馏塔的顶部，并通过乙醇出口与第二精馏塔相连通，第二回流罐与第二精馏塔之间的管线上还设置有第二冷凝器；和/或，第二精馏单元还包括第二再沸器，第二再沸器位于第二精馏塔的底部，第二再沸器通过叔丁醇出口与第二精馏塔相连通。

5、进一步地，第一精馏塔的理论塔板数为9～25块板，费托合成废水进料口位于7～22块板，环氧乙烷进料口位于7～23块板。

6、进一步地，第二精馏塔的理论板数为95～139块板，混合物进料口位于19～42块板。

7、为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种费托合成废水回收乙醇和叔丁醇的方法，该方法包括：步骤s1，将费托合成废水通入第一精馏塔内，并在第一精馏塔内与环氧乙烷混合，费托合成废水中的水和环氧乙烷混合发生反应生成乙二醇，乙二醇沿塔体下降至第一精馏塔的底部，从第一精馏塔的底部排出，得到乙二醇产品，费托合成废水中的乙醇和叔丁醇沿塔体上升至第一精馏塔的顶部，从第一精馏塔的顶部排出，得到乙醇和叔丁醇的混合物；步骤s2，将乙醇和叔丁醇的混合物通入第二精馏塔内进行精馏，叔丁醇沿塔体下降至第二精馏塔的底部，并从第二精馏塔的底部排出，得到叔丁醇产品，乙醇沿塔体上升至第二精馏塔的顶部，从第二精馏塔的顶部排出，得到乙醇产品；其中，第一精馏塔和第二精馏塔具有上述第一方面中的相同定义。

8、进一步地，第一精馏塔的操作压力为1～2.5atm，回流比为0.33～0.72。

9、进一步地，第二精馏塔的操作压力为14～16atm，回流比为6.60～11.04。

10、进一步地，步骤s1，费托合成废水的流量为80～120kmol/l，环氧乙烷的流量为24～36kmol/l。

11、进一步地，步骤s1，以质量百分比计，费托合成废水含水25～35％，乙醇30～40％，叔丁醇30～40％。

12、应用本申请的技术方案，本申请提供的费托合成废水回收乙醇和叔丁醇的装置，费托合成废水通过费托合成废水进料口通入第一精馏塔内，环氧乙烷通过环氧乙烷进料口通入第一精馏塔内与费托合成废水混合，费托合成废水中的水和环氧乙烷在无催化剂作用下发生水合反应生成乙二醇，乙二醇的出现不断显著改变着乙醇与水以及叔丁醇与水这两个二元共沸物之间的相对挥发度，而乙二醇的沸点远高于乙醇以及叔丁醇，其在塔内下降的过程中再与塔内的物质进行热量传递的同时不断在塔底聚集，加上精馏的分离作用促进水合反应的进行，进一步提高反应与分离的效率，致使产品乙二醇以液态形式从第一精馏塔的塔底排出，而叔丁醇和乙醇则以气态形式从第一精馏塔的塔顶排出，然后再通过将叔丁醇和乙醇的混合物通入第二精馏塔内进行精馏，乙醇从第二精馏塔的塔顶排出，叔丁醇从第二精馏塔的塔底排出，进而将叔丁醇和乙醇分离，实现乙醇与叔丁醇的高纯度回收。

13、此外，本申请提供的装置没有循环物流的参与便实现了乙醇和叔丁醇的回收，不仅流程简洁，降低了生产成本，而且反应精馏打破了化学平衡的限制，降低了能耗，同时还联产了高附加值副产物乙二醇产品，减轻了废水污染问题，保护了环境，进行了有效的资源回收。

技术特征：

1.一种费托合成废水回收乙醇和叔丁醇的装置，其特征在于，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一精馏单元还包括第一回流罐(101)，所述第一回流罐(101)位于所述第一精馏塔(100)的顶部，并通过所述混合气体出口与所述第一精馏塔(100)相连通，所述第一回流罐(101)与所述第一精馏塔(100)之间的管线上还设置有第一冷凝器(103)；

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二精馏单元还包括第二回流罐(201)，所述第二回流罐(201)位于所述第二精馏塔(200)的顶部，并通过所述乙醇出口与所述第二精馏塔(200)相连通，所述第二回流罐(201)与所述第二精馏塔(200)之间的管线上还设置有第二冷凝器(203)；

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一精馏塔(100)的理论板数为9～25块板，所述费托合成废水进料口位于7～22块板，所述环氧乙烷进料口位于7～23块板。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述第二精馏塔(200)的理论板数为95～139块板，所述混合物进料口位于19～42块板。

6.一种费托合成废水回收乙醇和叔丁醇的方法，其特征在于，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一精馏塔(100)的操作压力为1～2.5atm，回流比为0.33～0.72。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二精馏塔(200)的操作压力为14～16atm，回流比为6.60～11.04。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤s1，所述费托合成废水的流量为80～120kmol/l，所述环氧乙烷的流量为24～36kmol/l。

10.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤s1，以质量百分比计，所述费托合成废水含水25～35％，乙醇30～40％，叔丁醇30～40％。

技术总结
本发明提供了一种费托合成废水回收乙醇和叔丁醇的装置和方法。该装置包括第一精馏单元和第二精馏单元，第一精馏单元包括第一精馏塔，第一精馏塔的侧线上设置有费托合成废水进料口和环氧乙烷进料口，顶部设置有混合气体出口；第二精馏单元包括第二精馏塔，第二精馏塔的侧线上设置有混合物进料口，顶部设置有乙醇出口，底部设置有叔丁醇出口。本申请提供的装置没有循环物流的参与便实现了乙醇和叔丁醇的回收，不仅流程简洁，降低了生产成本，而且反应精馏打破了化学平衡的限制，降低了能耗，同时还联产了高附加值副产物乙二醇产品，减轻了废水污染问题，保护了环境，进行了有效的资源回收。

技术研发人员：哈静婷,高鑫,陈俊,杨自玲,耿雪丽,石好亮,李洪,黄浩,董国如,石永杰,陈久洲,杨顺,袁华
受保护的技术使用者：国家能源集团宁夏煤业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13