专利名称：使醇和水的混合物脱水的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使乙醇和水的混合物脱水的方法，如独立权利要求1的前序部分 中所定义。本发明还涉及一种使乙醇和水的混合物脱水的装置，如独立权利要求10的前序 部分中所定义。本发明还涉及所述方法和装置用于浓缩乙醇和水的混合物的用途。本发明涉及将乙醇和水的混合物优选地——但不是必须地——从约80体积％至 约96体积％的乙醇含量蒸馏至或脱水或失水至约99. 7体积％至约99. 8体积％的乙醇含 量，使其适宜用作含有例如85%乙醇和15%汽油(e85)的燃料的组分或用作燃料级乙醇。
背景技术：
公开文本US 4，911，845公开了一种使含有至少两种挥发性组分的混合物中的各 挥发性组分相互分离的方法。该方法包括步骤(1)加热含有至少两种挥发性组分的初始 液体，从而使该初始液体汽化并形成一种含有所述挥发性组分的蒸汽混合物，(2)压缩该 蒸汽混合物从而使其温度和压力升高，(3)将该经压缩的蒸汽混合物施于具有选择渗透性 的膜上，从而使该蒸汽混合物分离成膜透过部分和膜不透过部分，(4)使至少一个所述部 分与步骤(1)中的初始液体通过传热壁间接接触，从而利用所接触部分的热量使初始液 体汽化，和(5)对所述膜透过部分和膜不透过部分之一或这两者进行回收。该公开文本 US 4，911，845还公开了一种使含有至少两种挥发性组分的混合物中的各挥发性组分相互 分离的装置，该装置包括(1) 一个用以产生蒸汽混合物的蒸发器，其具有至少一个热交换 器——其中引入了至少一个通过(3)的膜分离器分离的部分；一个初始液体进料端；一个 蒸发残余物排放端；和一个任选的辅助加热器；(2) —个用以压缩所述蒸汽混合物的压缩 机，和(3) —个包含具有选择渗透性的膜的膜分离器，用以将经压缩的蒸汽混合物分离成 膜透过部分和膜不透过部分。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于使乙醇和水的混合物脱水的高能效的创新方法和
直ο本发明方法的特征如独立权利要求1所定义。所述方法的优选实施方案在从属权利要求2-9中进行定义。相应地，本发明装置的特征如独立权利要求10所定义。所述装置的优选实施方案在从属权利要求11-18中进行定义。在本发明方法中，将乙醇和水的混合物送入蒸发器中。在蒸发器中使所述乙醇和 水的混合物汽化。将乙醇和水的汽化混合物物流从蒸发器送入一个蒸汽再压缩单元中。在 该蒸汽再压缩单元中，对乙醇和水的汽化混合物加压从而使乙醇和水的汽化混合物的压力 和温度升高。将乙醇和水的加压的汽化混合物物流从蒸汽再压缩单元送入一个膜单元中。
5在该膜单元中，所述的乙醇和水的加压的汽化混合物物流被分成乙醇和水的混合物物流和 乙醇和水的脱水混合物物流。将乙醇和水的汽化混合物物流从膜单元进行送料。将乙醇和 水的脱水混合物物流从膜单元进行送料。在膜单元中将所述乙醇和水的加压的汽化混合物物流有效分离成乙醇和水的汽 化混合物物流和乙醇和水的脱水混合物物流需要较高的进料温度和压力。如果进料压力和 /或温度太低，则存在蒸汽进料在膜单元中的膜上冷凝的风险并妨碍其渗透过该膜。通过将 蒸汽再压缩单元与蒸发器结合使用(该蒸汽再压缩单元位于在蒸发器的下游，用于对在蒸 发单元中乙醇和水的汽化混合物进行再压缩)，与将蒸发的乙醇和水的混合物在蒸发器中 一步蒸发并加热至所需温度这样一种方法/布置相比，可以使给料的温度和压力以一种能 量有效的方式升高。将蒸发的乙醇和水的混合物在蒸发器中一步蒸发并加热至所需温度这 样一种方法/布置，与将再压缩单元和蒸发器相结合的装置相比，需要高约2. 5倍的能量来 使乙醇和水的混合物的温度从20°C升至(汽化至)135°C以上，优选升至150°C以上，更优选 升至170°C以上。在本发明的一个优选实施方案中，所述乙醇和水的加压混合物物流在膜单元中在 蒸汽渗透步骤中被分成乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流和乙醇和水的脱水混合 物的渗余物物流。在本发明的该优选实施方案中，将乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物 物流从膜单元进行送料。在本发明的该优选实施方案中，将乙醇和水的脱水混合物的渗余 物物流从膜单元进行送料。在本发明的一个优选实施方案中，所述乙醇和水的加压混合物物流在膜单元中在 蒸汽渗透步骤中被分成乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流和乙醇和水的脱水混合 物的渗余物物流。在本发明的该优选实施方案中，将乙醇和水的脱水混合物的渗余物物流 从膜单元进行送料，即从膜单元排出。在本发明的该优选实施方案中，乙醇和水的汽化混 合物的汽化渗透物物流从膜单元送入脱水装置中，用以将乙醇和水的汽化混合物的汽化渗 透物物流分成乙醇和水的脱水混合物物流和水物流。在本发明的该优选实施方案中，将水 物流从脱水装置中排出，并将乙醇和水的脱水混合物物流送回蒸发器中。该优选实施方 案——其中将乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流从膜单元进行送料以在脱水单元 中进一步处理——的一个优点在于，其使得水与乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流 相分离。从乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流中分离出的水可从该过程中除去，由 于该水基本不含乙醇(含有例如小于0.2%的乙醇)，因此，该水的处理通常并不困难。由 于较低的乙醇含量，因此可将该水例如送入污水排放系统(sewer system)中以在污水处理 设备中进行可能的进一步处理。该优选实施方案——其中将乙醇和水的汽化混合物的汽化 渗透物物流从膜单元进行送料以在脱水单元中进一步处理——的另一个优点在于，其使得 可将乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流进行脱水即浓缩，并且，可将在蒸发器中乙 醇和水的脱水(即浓缩)混合物通过将该乙醇和水的浓缩混合物从蒸馏单元中送入蒸发器 中而进行重复利用。在本发明的另一个优选实施方案中，所述乙醇和水的加压混合物物流在膜单元中 在蒸汽渗透步骤中被分成乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流和乙醇和水的脱水混 合物的渗余物物流。在本发明的该优选实施方案中，将乙醇和水的脱水混合物的渗余物物 流从膜单元进行送料。在本发明的该优选实施方案中，乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透
6物物流从膜单元送入脱水装置中，用以将乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流分成乙 醇和水的脱水混合物物流和水物流。在该优选实施方案中，所述脱水装置包含一个冷却单 元和一个蒸馏单元。在本发明的该优选实施方案中，乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物 物流从膜单元送入所述冷却单元中，并且该乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流在该 冷却单元中冷凝成乙醇和水的汽化混合物的液体渗透物物流。在本发明的该优选实施方 案中，将该乙醇和水的汽化混合物的液体渗透物物流从冷却单元送入所述蒸馏单元中。在 本发明的该优选实施方案中，该乙醇和水的汽化混合物的液体渗透物物流在蒸馏单元中在 一个蒸馏步骤中被分成乙醇和水的汽化混合物物流和水物流。在本发明的该优选实施方案 中，将乙醇和水的汽化混合物物流从蒸馏单元返回蒸发器中。该优选实施方案——其中将 乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流从膜单元进行送料以进行进一步处理——的一 个优点在于，其使得水从乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流中进一步分离或再次分 离。从乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流中分离出的水可从该过程中除去，并且由 于该水基本不含乙醇(含有例如小于0.2%的乙醇)，因此，该水的处理通常并不困难。由 于较低的乙醇含量，因此可将该水例如送入污水排放系统中以在污水处理设备中进行可能 的进一步处理。该优选实施方案——其中将乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流从膜 单元进行送料以进行进一步处理——的另一个优点在于，其使得可将乙醇和水的汽化混合 物的汽化渗透物物流进行脱水即浓缩，并且，可将在蒸发器中的乙醇和水的脱水(即浓缩) 混合物通过将该乙醇和水的浓缩混合物从蒸馏单元送入蒸发器中而进行重复利用。在本发明的一个优选实施方案中，在膜单元中优选使用含有含沸石材料例如沸石 NaA的膜的膜。水和乙醇在沸石膜中的分离是基于水和乙醇分子穿过沸石膜时的吸附和扩散 速率的差异。沸石膜的一个优点为，与例如聚合物膜相比，它们具有相对高的最大工作温度， 这意味着蒸汽进料的温度和压力可以较高。换言之，在该优选实施方案中，从蒸汽再压缩单元 送入包含含沸石材料例如沸石NaA的膜的膜单元中的乙醇和水的加压的汽化混合物的温度 可以较高。这使得在膜单元中乙醇与乙醇和水的加压的汽化混合物可以有效分离。在本发明的一个优选实施方案中，在乙醇和水的汽化混合物进料到膜单元中之 前，将该乙醇和水的汽化混合物的温度在蒸汽再压缩单元中升至135°C以上，优选升至 150°C以上，更优选升至约170°C。140°C以上、优选150°C以上、更优选约170°C的温度使得 乙醇与水可在膜单元中有效分离，因为乙醇和水的加压的汽化混合物的高温在膜单元中膜 的两侧间产生高压差，例如渗余物一侧5. 5bar，渗透物一侧lOOmbar，这使得水分子有效渗 透过膜，换言之，使乙醇与水有效分离。在本发明的一个优选实施方案中，在乙醇和水的汽化混合物进料到包含含沸石材 料的膜(即沸石膜)的膜单元中之前，将该乙醇和水的汽化混合物的温度在蒸汽再压缩单 元中升至140°C以上，优选升至150°C以上，更优选升至约170°C。140°C以上、优选150°C以 上、更优选至约170°C的温度使得乙醇与水可在膜单元中的沸石膜中有效分离，因为乙醇和 水的加压的汽化混合物的高温在膜单元中沸石膜的两侧间产生高压差，这使得水分子有效 渗透过膜，换言之，使乙醇与水有效分离。
在下文将通过参照附图对本发明进行更详细的描述，其中
图1所示为本发明的第一个优选实施方案的流程图，图2所示为本发明的第二个优选实施方案的流程图，和图3所示为本发明的第三个优选实施方案的流程图。
具体实施例方式附图示出了本发明的方法和装置的实例。图1-3中所示装置包含一个用于接收乙醇和水的混合物1并使乙醇和水的混合物 1蒸发的蒸发器2。所述乙醇和水的混合物1优选地——但不是必须地——含有约80体
积％的乙醇含量。在附图中，所述蒸发器包含一个用于加热和蒸发乙醇和水的混合物的煮沸器15 和用于使乙醇和水的汽化混合物循环通过煮沸器15的循环装置13和14。在附图中，煮沸 器15包含热交换装置(图中未示出)，用于将热能从循环过煮沸器15的热交换装置的液体 16和17传递给循环过煮沸器15的乙醇和水的混合物，从而加热乙醇和水的混合物1。图1-3中所示装置还包含第一导管装置27，其用于将乙醇和水的汽化混合物物流 3从蒸发器2送入蒸汽再压缩单元4中，所述蒸汽再压缩单元4用于对所述乙醇和水的汽化 混合物3加压并使其温度升高。图1-3中所示装置还包含第二导管装置28，其用于将乙醇和水的加压的汽化混合 物物流5从蒸汽再压缩单元4送入膜单元6中，所述膜单元6用于将所述乙醇和水的加压 混合物物流5分成乙醇和水的混合物物流8和乙醇和水的脱水混合物物流7 (即含有比所 述乙醇和水的加压的汽化混合物物流5少的水的乙醇和水的混合物物流7)。所述装置优选地——但不是必须地——构造成将乙醇和水的加压的汽化混合物 物流5从蒸汽再压缩单元4连续送入膜单元6中。用于将所述乙醇和水的加压混合物物流5分开的膜单元6优选地——但不是必须 地——构造成将所述乙醇和水的加压混合物物流5 (压力为例如5. 5bar)在蒸汽渗透步骤 中分成乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流8 (压力为例如IOOmbar)和乙醇和水的脱 水混合物的渗余物物流7。膜单元6优选地——但不是必须地——包含以下中的至少一个半渗透膜、多孔 膜、陶瓷膜、分子筛、含有沸石材料例如沸石NaA的膜和沸石膜。所述蒸汽再压缩单元4优选地——但不是必须地——包含以下中的至少一个机 械型蒸汽再压缩单元和热力型蒸汽再压缩单元。图1-3中所示装置包含将乙醇和水的脱水混合物物流7从膜单元6进行送料的第 三导管装置29。该乙醇和水的脱水混合物物流7优选地——但不是必须地——含有约99. 7 体积％至约99. 8体积％的乙醇含量。如果将用于分开所述乙醇和水的加压混合物物流5的膜单元6构造成将所述乙醇 和水的加压混合物物流5在一个蒸汽渗透步骤中分成乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透 物物流8和乙醇和水的脱水混合物的渗余物物流7，则将第三导管装置29构造成将乙醇和 水的脱水混合物的渗余物物流7从膜单元6进行送料。在一个优选实施方案中，所述装置包含第四导管装置30，其用于将乙醇和水的汽 化混合物的汽化渗透物物流8从膜单元6送入脱水装置34中，所述脱水装置34用于将乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流8分成乙醇和水的脱水混合物物流12和水物流25。 在该实施方案中，所述装置还包含用于将乙醇和水的脱水混合物物流12从脱水单元34送 入蒸发器2中的第六导管装置32和用于将水物流25从脱水单元34中排出的第七导管装 置33。图3中所示装置包含第四导管装置30，其用于将乙醇和水的汽化混合物的汽化渗 透物物流8从膜单元6送入用于脱水装置34中，所述脱水装置34将乙醇和水的汽化混合 物的汽化渗透物物流8分成乙醇和水的汽化的脱水混合物物流12和水物流25。图3中所示装置还包含用于将乙醇和水的汽化的脱水混合物物流12从脱水单元 34送入蒸发器2中的第六导管装置32。图3中所示装置还包含用于将水物流25从脱水单元34中排出的第七导管装置 33。在图2中所示装置中，脱水装置34包含一个冷却单元9和一个蒸馏单元11。图2中所示装置包含第四导管装置30，其用于将乙醇和水的汽化混合物的汽化渗 透物物流8从膜单元6送入冷却单元9中，所述冷却单元9用于将乙醇和水的汽化混合物 的汽化渗透物物流8冷凝成乙醇和水的汽化混合物的液体渗透物物流10。在图2中，冷却单元9提供有一个用于使冷却液18和19穿过该冷却单元进行循 环的循环系统。所述冷却液18和19可为温度比所用的所述乙醇和水的汽化混合物的汽化 渗透物物流8低的装置中的液体流。图2中所示装置包含第五导管装置31，其将乙醇和水的汽化混合物的液体渗透物 物流10从冷却单元9送入蒸馏单元11中，所述蒸馏单元11用于将该乙醇和水的汽化混合 物的液体渗透物物流10在一个蒸馏步骤中分成乙醇和水的汽化混合物物流12和水物流 25。所述蒸馏单元11优选地——但不是必须地——包含一个蒸馏塔。在图2中，所述蒸馏单元11提供有一个再沸器20，其通过使蒸馏单元11的底部液 体21和22沸腾而向蒸馏单元11提供热量。该再沸器提供有一个热交换器，底部液体21 和22及加热流体23和24可通过该热交换器进行循环，从而使加热流体23和24的热能可 以加热底部液体21和22。图2中所示装置包含用于将乙醇和水的汽化混合物物流12从蒸馏单元11送入蒸 发器2中的第六导管装置32。图2中所示装置包含用于将水物流25从蒸馏单元11进行送料的第七导管装置 33。图1-3中所示装置包含用于将蒸汽26从蒸汽再压缩单元4送入蒸发器中的第八 导管装置34。图1-3中所示装置还优选地——但不是必须地——包含至少一个流送装置，例如 泵(如真空泵)和/或压缩机(如真空压缩机)，用于产生所需的穿过所述装置的各设备的 流动。本发明还涉及一种使乙醇和水的混合物脱水的方法。所述方法包括一个将乙醇和水的混合物1送入蒸发器2中的步骤。所述乙醇和水 的混合物1优选地——但不是必须地——含有约80体积％的乙醇含量。所述方法包括一个使蒸发器2中的所述乙醇和水的混合物1蒸发并将该乙醇和水
9的汽化混合物物流3从蒸发器2送入蒸汽再压缩单元4中的步骤。所述方法包括一个对蒸汽再压缩单元4中的乙醇和水的汽化混合物3加压并使其 温度升高，并且将乙醇和水的加压的汽化混合物物流5从蒸汽再压缩单元4送入膜单元6 中的步骤。更优选地，所述方法包括一个对蒸汽再压缩单元4中的乙醇和水的汽化混合物3 加压并使其温度升高，并且将乙醇和水的加压的汽化混合物物流5从蒸汽再压缩单元4连 续送入膜单元6中的步骤。乙醇和水的汽化混合物3的温度优选地——但不是必须地—— 升至150°C以上，优选升至约170°C。高温提供了乙醇和水的有效分离。所述方法包括一个如下步骤将膜单元6中所述乙醇和水的加压混合物物流5分 成一个乙醇和水的混合物物流8和一个乙醇和水的脱水混合物物流7，并将该乙醇和水的 混合物物流8从膜单元6进行送料，将该乙醇和水的脱水混合物物流7从膜单元6进行送 料。所述方法的该步骤优选地——但不是必须地——具有以下步骤形式将膜单元6中的 所述乙醇和水的加压混合物物流5在一个蒸汽渗透步骤中分成乙醇和水的汽化混合物的 汽化渗透物物流8和乙醇和水的脱水混合物的渗余物物流7，并将该乙醇和水的汽化混合 物的汽化渗透物物流8从膜单元6进行送料，将该乙醇和水的脱水混合物的渗余物物流7 从膜单元6进行送料。该乙醇和水的脱水混合物物流7优选地——但不是必须地——含有 约99. 7体积％至约99. 8体积％的乙醇含量。在所述方法中，在膜单元6中优选地——但不是必须地——使用以下中的至少一 个半渗透膜、多孔膜、陶瓷膜、含有分子筛的膜、含有沸石材料的膜，和沸石膜。尤其地， 如果乙醇和水的汽化混合物3的温度在蒸汽再压缩单元中升至150°C以上、优选升至约 170°C，则由于沸石的耐热能力而优选在膜单元6中使用含有沸石材料的膜。在所述方法中，在蒸汽再压缩单元中优选地——但不是必须地——使用以下中的 至少一个机械型蒸汽再压缩单元和热力型蒸汽再压缩单元。在所述方法的一个优选实施方案中，乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流8 从膜单元进料6送入脱水装置34中，用以将该乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流8 分成乙醇和水的脱水混合物物流12和水物流。在所示方法的该优选实施方案中，水物流25 从脱水装置34中排出，并且乙醇和水的脱水混合物物流12被送入蒸发器2中。在图3所示的方法中，乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流8从膜单元进料 6送入脱水装置34中，用以将该乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流8分成乙醇和水 的汽化的脱水混合物物流12和水物流。在图3所示的方法中，水物流25从脱水装置34中排出，并且乙醇和水的汽化的脱 水混合物物流12被送入蒸发器2中。在图2所示的方法中，使用包含一个冷却单元9和一个蒸馏单元11的脱水装置 34。在图2所示的方法中，乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流8从膜单元6送 入冷却单元9中。在图2所示的方法中，冷却单元9中的乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流 8冷凝成乙醇和水的汽化混合物的液体渗透物物流10，并且该乙醇和水的汽化混合物的液 体渗透物物流10送入蒸馏单元11中，所述蒸馏单元11优选地——但不是必须地——包含
一个蒸馏塔。
在图2所示的方法中，蒸馏单元11中的乙醇和水的汽化混合物的液体渗透物物流 10在一个蒸馏步骤中被分成乙醇和水的汽化混合物物流12和水物流25。在图2所示的方法中，蒸馏单元11中的底部液体21和22在由液体流23和24加 热的再沸器20中循环。在图2所示的方法中，乙醇和水的汽化混合物物流12从蒸馏单元11送入蒸发器 2中。在图2所示的方法中，水物流25从蒸馏单元11进行送料。所述方法还优选地一一但不是必须地——包括一个如下步骤借助至少一个流送 装置，例如泵(如真空泵)和/或压缩机(如真空压缩机)，对所述方法中的至少一个物流 进行加压和/或抽吸使其穿过该方法中所用的至少一个设备，用以产生所需的穿过所述装 置的各设备的流动。所述方法还优选地一一但不是必须地——包括，通过使流体7流经在流体1和流 体7之间交换热量的热交换器进行热交换，和/或通过使流体7流经热交换器15和/或流 经热交换器20进行热交换，在所述热交换器中，产品乙醇蒸汽冷凝或部分冷凝成液体，而 使容器2和/或容器11中的乙醇-水给料沸腾。实施例在实施例中，使用与图2中所示装置相应的装置。每小时将5140kg 80%的乙醇和水的混合物送入蒸发器中。每小时从膜单元中 可得到4440kg 99. 8%的乙醇和水的混合物。在该实施例中，在所述蒸发器中使用430kW 热能，在蒸馏单元的沸腾器中使用85kW热能，并且在蒸汽再压缩单元中22kW热能被用于 屏障蒸汽(barriersteam)。此外，使用75kW电能来驱动蒸汽再压缩单元的压缩机。换言 之，5140kg 80%的乙醇和水的混合物的热能消耗量为537kW(0. 104kW/kg)，并且该5140kg 80 %的乙醇和水的混合物的电能消耗量为75kW (0. 0146kff/kg)，这表示，为使80 %的乙醇 和水的混合物脱水成99. 8%的乙醇和水的混合物，每kg 80%的乙醇需使用0. 1186kff能 量。本领域技术人员很清楚，随着技术的进步，可以以多种方式实现本发明的基本思 想。因此，本发明及其实施方案不限于上述实施例，它们可在权利要求的范围内进行改变。附图标记列表(List of reference numerals)
1.乙醇和水的混合物
2.蒸发器
3.乙醇和水的汽化混合物物流
4.蒸汽再压缩单元
5.乙醇和水的加压的汽化混合物物流
6.膜单元
7.乙醇和水的脱水混合物物流
8.乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流
9.冷却单元
10.乙醇和水的汽化混合物的液体渗透物物流
11.蒸馏单元
12.乙醇和水的汽化的脱水混合物物流13.循环装置14.循环装置15.沸腾器16.流体17.流体18.冷却流体19.冷却流体20.再沸器21.底部液体22.底部液体23.加热流体24.加热流体25.水物流26.物流27.第一导管装置28.第二导管装置29.第三导管装置30.第四导管装置31.第五导管装置32.第六导管装置33.第七导管装置34.第八导管装置35.脱水装置
权利要求
一种使乙醇和水的混合物脱水的方法，该方法的特征在于包含以下步骤将乙醇和水的混合物(1)送入蒸发器(2)中，将蒸发器(2)中的所述乙醇和水的混合物(1)进行蒸发并将乙醇和水的汽化混合物物流(3)从蒸发器(2)送入蒸汽再压缩单元(4)中，对蒸汽再压缩单元(4)中的乙醇和水的汽化混合物(3)加压并将乙醇和水的加压的汽化混合物物流(5)从蒸汽再压缩单元(4)送入膜单元(6)中，和将膜单元(6)中的所述乙醇和水的加压混合物物流(5)分成乙醇和水的混合物物流(8)和乙醇和水的脱水混合物物流(7)，并将该乙醇和水的汽化混合物物流(8)从膜单元(6)进行送料，将该乙醇和水的脱水混合物物流(7)从膜单元(6)进行送料。
2.权利要求1的方法，其特征在于，在所述膜单元(6)中使用以下中的至少一个半渗 透膜、多孔膜、陶瓷膜、含有分子筛的膜，和含有沸石材料的膜。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于，在所述蒸汽再压缩单元中使用以下中的至少一 个机械型蒸汽再压缩单元和热力型蒸汽再压缩单元。
4.权利要求1-3中任一项的方法，其特征在于，将膜单元(6)中的所述乙醇和水的加 压混合物物流(5)在一个蒸汽渗透步骤中分成(i)乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物 流(8)和(ii)乙醇和水的脱水混合物的渗余物物流(7)，并将该乙醇和水的汽化混合物的 汽化渗透物物流(8)从膜单元(6)进行送料，将该乙醇和水的脱水混合物的渗余物物流(7) 从膜单元(6)进行送料。
5.权利要求1-4中任一项的方法，其特征在于，将乙醇和水的加压的汽化混合物物流 (5)从蒸汽再压缩单元(4)连续送入膜单元(6)中。
6.权利要求4或5的方法，其特征在于，将乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流(8)从膜单元(6)送入脱水装置(34)中， 用以将该乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流(8)分成(i)乙醇和水的脱水混合物物 流(12)和(ii)水物流(25)，将水物流(25)从脱水装置(34)中排出，和 将乙醇和水的脱水混合物物流(12)送入蒸发器(2)中。
7.权利要求4或5的方法，其特征在于，将乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流(8)从膜单元(6)送入脱水装置(34)中， 用以将该乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流⑶分成⑴乙醇和水的汽化的脱水混 合物物流(12)和(ii)水物流(25)，将水物流(25)从脱水装置(34)中排出，并且 将乙醇和水的汽化的脱水混合物物流(12)送入蒸发器(2)中。
8.权利要求7的方法，其特征在于，使用包含一个冷却单元(9)和一个蒸馏单元(11)的脱水装置(34)， 将乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流(8)从膜单元(6)送入冷却单元(9)中， 将该乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流(8)在冷却单元(9)中冷凝成乙醇和 水的汽化混合物的液体渗透物物流(10)，并将乙醇和水的汽化混合物的液体渗透物物流 (10)送入蒸馏单元(11)中，和将蒸馏单元(11)中的乙醇和水的汽化混合物的液体渗透物物流(8)在一个蒸馏步骤中分成乙醇和水的汽化混合物物流(12)和水物流(25)。
9.权利要求8的方法，其特征在于，将所述乙醇和水的汽化混合物物流(12)从蒸馏单 元(11)送入蒸发器(2)中。
10.一种使乙醇和水的混合物脱水的装置，该装置的特征在于包含一个蒸发器(2)，其用于接收乙醇和水的混合物(1)并使乙醇和水的混合物(1)蒸发， 第一导管装置(27)，其用于将乙醇和水的汽化混合物物流(3)从蒸发器(2)送入一个 用于对所述乙醇和水的汽化混合物(3)加压的蒸汽再压缩单元(4)中，和第二导管装置(28)，其用于将乙醇和水的加压的汽化混合物物流(5)从蒸汽再压缩单 元(4)送入一个膜单元(6)中，所述膜单元(6)用于将所述乙醇和水的加压混合物物流(5) 分成乙醇和水的汽化混合物物流(8)和乙醇和水的脱水混合物物流(7)。
11.权利要求10的装置，其特征在于，所述膜单元(6)包含以下中的至少一个半渗透 膜、多孔膜、陶瓷膜、分子筛和含有沸石材料的膜。
12.权利要求10-11中任一项的装置，其特征在于，所述蒸汽再压缩单元(4)包含以下 中的至少一个机械型蒸汽再压缩单元和热力型蒸汽再压缩单元。
13.权利要求10-12中任一项的装置，其特征在于，所述再压缩单元(4)被构造成将乙 醇和水的加压的汽化混合物物流(5)从蒸汽再压缩单元(4)连续送入膜单元(6)中。
14.权利要求10-13中任一项的装置，其特征在于，所述膜单元(6)被构造成将所述乙 醇和水的加压混合物物流(5)在一个蒸汽渗透步骤中分成乙醇和水的汽化混合物的汽化 渗透物物流(8)和乙醇和水的脱水混合物的渗余物物流(7)。
15.权利要求14的装置，其特征在于，第四导管装置(30)，其用于将乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流(8)从膜单元 (6)送入一个脱水单元(34)中，所述脱水单元(34)将该乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透 物物流(8)分成乙醇和水的脱水混合物物流(12)和水物流(25)，第六导管装置(32)，其用于将乙醇和水的脱水混合物物流(12)从脱水单元(34)送入 蒸发器(2)中，和第七导管装置(33)，其用于将水物流(25)从脱水单元(34)中排出。
16.权利要求14的装置，其特征在于，第四导管装置(30)，其用于将乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流(8)从膜单元 (6)送入一个脱水单元(34)中，所述脱水单元(34)用于将该乙醇和水的汽化混合物的汽化 渗透物物流(8)分成乙醇和水的汽化的脱水混合物物流(12)和水物流(25)，第六导管装置(32)，其用于将乙醇和水的汽化的脱水混合物物流(12)从脱水单元 (34)送入蒸发器(2)中，和第七导管装置(33)，其用于将水物流(25)从脱水单元(34)中排出。
17.权利要求16的装置，其特征在于，脱水单元(34)，其包含一个冷却单元(9)和一个蒸馏单元(11)， 第四导管装置(30)，其用于将乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物物流(8)从膜单元 (6)送入冷却单元(9)中，所述冷却单元(9)用于将该乙醇和水的汽化混合物的汽化渗透物 物流(8)冷凝成乙醇和水的汽化混合物的液体渗透物物流(10)，和第五导管装置(31)，其用于将乙醇和水的汽化混合物的液体渗透物物流(10)从冷却单元(9)送入蒸馏单元(11)中，所述蒸馏单元(11)用于将该乙醇和水的汽化混合物的 液体渗透物物流(10)在一个蒸馏步骤中分成乙醇和水的汽化混合物物流(12)和水物流 (25)。
18.权利要求17的装置，其特征在于，第六导管装置(32)，其用于将乙醇和水的汽化混合物物流(12)从蒸馏单元(11)送入 蒸发器(2)中。
19.权利要求1-9中任一项的方法或权利要求10-18中任一项的装置用于将乙醇和水 的混合物从乙醇含量为约80%浓缩至约99. 8%的用途。
全文摘要
本发明涉及一种使乙醇和水的混合物脱水的方法和装置。所述方法包括以下步骤将乙醇和水的混合物(1)送入蒸发器(2)中，使所述乙醇和水的混合物(1)蒸发并将乙醇和水的汽化混合物物流(3)送入蒸汽再压缩单元(4)中，对蒸汽再压缩单元(4)中的乙醇和水的汽化混合物物流(3)加压，并将乙醇和水的加压的汽化混合物物流(5)送入膜单元(6)中，将所述乙醇和水的加压混合物物流(5)分成乙醇和水的混合物物流(8)和乙醇和水的脱水混合物物流(7)。
文档编号B01D61/36GK101959581SQ200880127862
公开日2011年1月26日 申请日期2008年11月7日 优先权日2008年3月5日
发明者A·帕萨恩, M·阿霍卡斯 申请人:St1生物燃料公司