專利名稱：制共沸乙醇的三塔加熱方法
技術領域：
本發明涉及一種制共沸乙醇的三塔加熱方法。
背景技術：
石油資源的日益短缺，自然環境惡化的亟待改善，燃料乙醇作為一種對環境污染 小，可替代石油的能源受到各國的關注。燃料乙醇作為汽油的一種替代燃料，燃燒放出的能 量是一定的，生產燃料乙醇的能耗必須遠遠小于燃燒放出的能量，否則燃料乙醇的推廣使 用就要受到制約，因此，燃料乙醇的生產節能問題越來越突出。然而生產燃料乙醇的能耗主 要集中在蒸餾脫水工段，降低蒸餾脫水工段的能耗是關鍵。文獻CN101085717A公開了一種采用三塔熱集成裝置進行乙醇蒸餾的工藝方法 采用粗塔、低壓共沸精餾塔、高壓共沸精餾塔三塔工藝生產燃料乙醇和食用乙醇。此流程中 從粗餾塔側線以氣相形式采出粗酒進入低壓共沸精餾塔，由低壓共沸精餾塔上部側線采出 一部分共沸酒精進入高壓共沸精餾塔回流罐，與高壓共沸精餾塔塔頂氣相的凝液一起作為 高壓共沸精餾塔的回流液，低壓共沸精餾塔塔釜物料進入高壓共沸精餾塔的中部。壓力較 高的新鮮蒸汽給高壓共沸精餾塔塔釜加熱，高壓共沸精餾塔的塔頂氣給粗餾塔塔釜加熱， 新鮮蒸汽兩效利用，仍然存在能耗高的問題。此外，雖然該文獻在說明書中公開粗塔的操作 壓力為10 300kPa，低壓共沸精餾塔的操作壓力為10 280kPa，高壓共沸精餾塔的操作 壓力為200 1200kPa。但是在實施例中，粗塔、低壓共沸精餾塔和高壓共沸精餾塔的操作 壓力分別為140kPa、IlOkPa和580kPa。由此可見，在該文獻中三塔、特別是粗塔都是在加壓 下操作，而且粗塔操作壓力高于低壓共沸精餾塔的操作壓力，粗塔操作壓力高，塔內容易結 焦，堵塞塔板，不利于裝置的長周期穩定運轉。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是現有技術中存在能耗高、粗餾塔內物料易結焦、堵 塞塔板的問題，提供一種新的制共沸乙醇的三塔加熱方法。該方法具有能耗低，粗餾塔內溫 度低，塔板不易堵塞的特點。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下一種制共沸乙醇的三塔加熱 方法，包括以下步驟a)發酵醪液進入粗餾塔的上部，經粗餾后，塔釜得到廢醪液，塔頂得到粗酒；b)粗酒進入精塔I的下部，經精餾后，塔釜得到物流10 ；塔頂得到共沸乙醇氣，共 沸乙醇氣分為物流7和物流8，物流7經冷凝后，回流入精塔I上部；物流8進入分子篩脫 水單元，脫水后得到共沸乙醇產品；c)物流10進入精塔II的下部，經精餾后，塔釜得到精塔廢水；塔頂得到物流11， 物流11經冷凝后分為物流13和物流14，物流13進入精塔I的上部，物流14回流入精塔 II上部；其中，粗餾塔塔釜第一再沸器由來自分子篩脫水單元的無水乙醇氣加熱，粗餾塔塔釜第二再沸器由物流7加熱，精塔I塔釜再沸器由物流11加熱，精塔II塔釜再沸器由來 自界外的一次蒸汽加熱。上述技術方案中，粗餾塔的操作條件優選范圍為塔板數優選范圍為20 30，更 優選范圍為22 28 ；塔頂溫度優選范圍為50 70°C，更優選范圍為53 65°C ；塔釜溫 度優選范圍為70 100°C，更優選范圍為75 90°C ；操作壓力P優選范圍為IOkPa < P < 101. 3kPa,，更優選范圍為 IOkPa < P < 50kPa,或者 50kPa < P < 101. 3kPa,最優選范 圍為 20kPa < P < 50kPa，或者 50kPa < P < 70kPa，特別優選范圍為 30kPa < P < 50kPa, 或者50kPa < P < 60kPa ；進料板位置優選方案為位于從上至下第2 10塊塔板處。精塔 I的操作條件優選范圍為塔板數優選范圍為40 70，更優選范圍為50 65 ；塔頂溫度優 選范圍為75 100°C，更優選范圍為80 90°C ；塔釜溫度優選范圍為80 110°C，更優選 范圍為85 100°C ；操作壓力優選范圍為50 500kPa，更優選范圍為60 400kPa，最優 選范圍為100 200kPa ；進料板位置位于從上至下第40 50塊塔板處。精塔II的操作 條件優選范圍為塔板數優選范圍為50 80，更優選范圍為65 75 ；塔頂溫度優選范圍為 110 140°C，更優選范圍為110 130°C ；塔釜溫度優選范圍為120 160°C，更優選范圍為 125 145°C ；操作壓力優選范圍為100 800kPa，更優選范圍為200 700kPa，最優選范圍 為350 550kPa ；進料板位置位于從上至下第55 65塊塔板處。粗餾塔I、精塔II和精 塔III的操作壓力優選方案為壓力依次增加。粗餾塔塔釜第一再沸器的操作條件出口溫 度優選范圍為70 100°C，更優選范圍為80 90°C ；壓力優選范圍為30 90kPa，更優選 范圍為40 80kPa。粗餾塔塔釜第二再沸器的操作條件出口溫度優選范圍為70 100°C， 更優選范圍為80 90°C ；壓力優選范圍為30 90kPa，更優選范圍為40 80kPa。精塔 I塔釜再沸器的操作條件出口溫度優選范圍為80 110°C，更優選范圍為90 100°C;壓 力優選范圍為Iio 250kPa，更優選范圍為110 200kPa。精塔II塔釜再沸器的操作條 件出口溫度優選范圍為125 175°C，更優選范圍為135 155°C;壓力優選范圍為210 610kPa，更優選范圍為410 580kPa。物流7與物流8的重量比優選范圍為1/4 2 1， 更優選范圍為1/3 1 1;物流13和物流14的重量比優選范圍為1/4 1 1，更優選 范圍為1/3 1/2 1。本發明中，所述壓力均為絕對壓力。本發明方法，采用壓力依次遞增和逐級加熱的方式即三塔中粗餾塔在負壓下操 作，精塔I在常壓或加壓下操作，精塔II在高壓下操作，所以精塔II塔頂蒸汽溫度較高，有 利于給低壓塔加熱，因此僅需一次蒸汽給精塔II塔釜再沸器E104加熱，然后精塔II塔頂 的高度酒氣(物流11)給精塔I塔釜再沸器E103加熱，精塔I塔頂的共沸乙醇氣(物流7) 給粗餾塔塔釜第二再沸器E102加熱，實現了新鮮蒸汽的三效利用。同時，來自分子篩脫水 單元的無水乙醇氣給粗餾塔塔釜第一再沸器ElOl加熱，實現了分子篩脫水單元與精餾單 元熱能的綜合利用。與現有技術相比，最高可節省能耗32.5%。此外，本發明方法中，只有 粗餾塔I 一個塔含醪，并且在負壓下操作，塔中含醪部分溫度低，可低至76°C，而現有技術 中粗餾塔塔釜溫度高至112°C，所以采用本發明方法可以避免物料結焦而堵塞塔板，取得了 較好的技術效果。
圖1為文獻CN101085717A的流程示意圖。圖2為本發明流程示意圖。圖1中，20為低壓共沸精餾塔，21為粗餾塔，22為高壓共沸精餾塔，23和24為換 熱器，25為發酵醪液，26為粗酒氣，27為廢醪液，28和29為共沸乙醇，30為淡酒液，31高度 酒氣，32為高壓共沸精餾塔塔頂回流液，33和34為精塔廢水，35為新鮮蒸汽，36為高壓共 沸精餾塔塔頂氣凝液。圖2中，TlOl為粗餾塔，T102為精塔I，T103為精塔II，1為發酵醪液，2為粗酒， 3為廢醪液，4為來自分子篩脫水單元的無水乙醇氣，6、7、8為共沸乙醇氣，9為共沸乙醇液， 10為淡酒液，11為高度酒氣，12，13，14為高度酒，15為精塔II廢水，16為新鮮蒸汽。圖1中，發酵醪液25進入粗餾塔21的上部，經精餾后，塔頂得到粗酒氣26，塔釜得 到廢醪液27。粗酒26進入低壓共沸精餾塔20的下部，精餾后，塔頂得到共沸乙醇28，塔釜 得到淡酒液30。共沸乙醇28和高壓共沸精餾塔塔頂氣凝液36 —起作為高壓共沸精餾塔的 塔頂回流液32。淡酒液30進入高壓共沸精餾塔的中部，經精餾后，在高壓共沸精餾塔的塔 頂得到高度酒氣31，在高壓共沸精餾塔的塔釜得到精塔廢水33。精塔廢水33通過換熱器 23給低壓共沸精餾塔加熱，冷卻后得到精塔廢水34。流程中，高壓共沸精餾塔塔頂酒氣31 給粗餾塔塔釜加熱，粗餾塔塔頂粗酒氣26進入低壓共沸精餾塔的下部，直接給低壓共沸精 餾塔提供熱量。其中，粗餾塔、低壓共沸精餾塔和高壓共沸精餾塔都為加壓操作。圖2中，發酵醪液1進入粗餾塔(TlOl)的上部，經粗餾后，塔釜得到廢醪液3，塔頂 得到粗酒2。粗酒2進入精塔I(T102)的下部，經精餾后，塔釜得到物流10;塔頂得到共沸 乙醇氣6，共沸乙醇氣6分為物流7和物流8，物流7經冷凝后，回流入精塔I上部；物流8 進入分子篩脫水單元，脫水后得到共沸乙醇產品。物流10進入精塔II(T103)的下部，經精 餾后，塔釜得到精塔廢水15 ；塔頂得到物流11，物流11經冷凝后分為物流13和物流14，物 流13進入精塔I的上部，物流14回流入精塔II上部。粗餾塔塔釜第一再沸器(ElOl)由 來自分子篩脫水單元的無水乙醇氣4加熱，粗餾塔塔釜第二再沸器(E102)由物流7加熱， 精塔I塔釜再沸器(E103)由物流11加熱，精塔II塔釜再沸器(E104)由來自界外的新鮮 蒸汽16加熱。其中，粗餾塔為負壓操作，精塔I為低壓操作，精塔II為高壓操作。下面通過實施例對本發明作進一步闡述。
具體實施例方式比較例1采用圖1所示流程，發酵醪液25進入粗餾塔21的上部，經精餾后，塔頂得到粗酒 氣26，塔釜得到廢醪液27。粗酒26進入低壓共沸精餾塔20的下部，精餾后，塔頂得到共沸 乙醇28，塔釜得到淡酒液30。共沸乙醇28和高壓共沸精餾塔塔頂氣凝液36 —起作為高壓 共沸精餾塔的塔頂回流液32。淡酒液30進入高壓共沸精餾塔的中部，經精餾后，在高壓共 沸精餾塔的塔頂得到高度酒氣31，在高壓共沸精餾塔的塔釜得到精塔廢水33。精塔廢水33 通過換熱器23給低壓共沸精餾塔加熱，冷卻后得到精塔廢水34。流程中，高壓共沸精餾塔 塔頂酒氣31給粗餾塔塔釜加熱，粗餾塔塔頂粗酒氣26進入低壓共沸精餾塔的下部，直接給 低壓共沸精餾塔提供熱量。
粗餾塔塔板數為26，進料位置為從上至下第2塊塔板，塔頂操作壓力140kPa，塔頂 操作溫度lore，塔釜操作溫度112°C。低壓共沸精餾塔塔板數為50，進料位置為從上至下第48塊塔板，塔頂操作壓力 IlOkPa,塔頂操作溫度77°C，塔釜操作溫度94°C。高壓共沸精餾塔塔板數為68，進料位置為從上至下第35塊塔板，塔頂操作壓力 580kPa，塔頂操作溫度128°C，塔釜操作溫度158°C。粗餾塔內出現堵塞塔板現象。蒸汽消耗量為1. 6噸蒸汽/噸共沸乙醇產品。
實施例1采用圖2所示流程，乙醇含量為9重量％的發酵醪液1進入粗餾塔(TlOl)的上部， 經粗餾后，塔釜得到乙醇含量小于0. 005重量％的廢醪液3，塔頂得到乙醇含量為48重量％ 的粗酒2。粗酒2進入精塔I(T102)的下部，經精餾后，塔釜得到乙醇含量為40重量％的淡 酒液(物流10)；塔頂得到共沸乙醇氣6，共沸乙醇氣6分為物流7和物流8(物流7和物流 8的重量比為3 5)，物流7經冷凝后，回流入精塔I上部；物流8進入分子篩脫水單元，脫 水后得到共沸乙醇產品。淡酒液(物流10)進入精塔II(T103)的下部，經精餾后，塔釜得 到精塔廢水15 ；塔頂得到乙醇含量接近共沸組成的高度酒氣(物流11)，物流11經冷凝后 為高度酒12，高度酒12分為物流13和物流14 (物流13和物流14的重量比為2 5)，物 流13進入精塔I的上部，物流14回流入精塔II上部。粗餾塔塔釜第一再沸器(ElOl)由 來自分子篩脫水單元的無水乙醇氣4加熱，粗餾塔塔釜第二再沸器(E102)由物流7加熱， 精塔I塔釜再沸器(E103)由物流11加熱，精塔II塔釜再沸器(E104)由來自界外的一次 蒸汽16加熱。粗餾塔塔板數為26，進料位置為從上至下第2塊塔板，操作壓力為40kPa，塔頂溫 度為60°C，塔釜溫度為81°C。精塔I塔板數為50，進料位置為從上至下第48塊塔板，操作 壓力為130kPa，塔頂溫度為85°C，塔釜溫度為92°C。精塔II塔板數為68塊塔板，進料位 置為從上至下第60塊塔板，操作壓力為500kPa，塔頂溫度為125°C，塔釜溫度為153°C。粗 餾塔塔釜第一再沸器(ElOl)出口溫度為82. 1°C，壓力為52kPa。粗餾塔塔釜第二再沸器 (E102)出口溫度為82. 1°C，壓力為52kPa。精塔I塔釜再沸器(E103)出口溫度為92. 5，壓 力為141kPa。精塔II塔釜再沸器(E104)出口溫度為154°C，壓力為511kPa。蒸汽消耗量 為1.2噸蒸汽/噸共沸乙醇產品，每噸共沸乙醇產品與
比較例1相比可節省25%的能耗。
實施例2 4采用圖2所示流程，只是改變各塔的操作條件。具體的操作條件及蒸汽消耗量見 表1。表
權利要求
1.一種制共沸乙醇的三塔加熱方法，包括以下步驟a)發酵醪液進入粗餾塔的上部，經粗餾后，塔釜得到廢醪液，塔頂得到粗酒；b)粗酒進入精塔I的下部，經精餾后，塔釜得到物流10；塔頂得到共沸乙醇氣，共沸乙 醇氣分為物流7和物流8，物流7經冷凝后，回流入精塔I上部；物流8進入分子篩脫水單 元，脫水后得到共沸乙醇產品；c)物流10進入精塔II的下部，經精餾后，塔釜得到精塔廢水；塔頂得到物流11，物流 11經冷凝后分為物流13和物流14，物流13進入精塔I的上部，物流14回流入精塔II上 部；其中，粗餾塔塔釜第一再沸器由來自分子篩脫水單元的無水乙醇氣加熱，粗餾塔塔釜 第二再沸器由物流7加熱，精塔I塔釜再沸器由物流11加熱，精塔II塔釜再沸器由來自界 外的一次蒸汽加熱。
2.根據權利要求1所述制共沸乙醇的三塔加熱方法，其特征在于粗餾塔的操作條件 塔板數為20 30，塔頂溫度為50 70°C，塔釜溫度為70 100°C，操作壓力P為IOkPa<P < 101. 3kPa，進料板位置位于從上至下第2 10塊塔板處；精塔I的操作條件塔板數為40 70，塔頂溫度為75 100°C，塔釜溫度為80 110°C，操作壓力為50 500kPa，進料板位置位于從上至下第40 50塊塔板處；精塔II的操作條件塔板數為50 80，塔頂溫度為100 140°C，塔釜溫度為120 1600C ；操作壓力為100 800kPa，進料板位置位于從上至下第55 65塊塔板處； 粗餾塔塔釜第一再沸器的操作條件出口溫度為70 100°C，壓力為30 90kPa ； 粗餾塔塔釜第二再沸器的操作條件出口溫度為70 100°C，壓力為30 90kPa ； 精塔I塔釜再沸器的操作條件出口溫度為80 110°C，壓力為110 250kPa ； 精塔II塔釜再沸器的操作條件出口溫度為125 175°C，壓力為210 610kPa。
3.根據權利要求2所述制共沸乙醇的三塔加熱方法，其特征在于粗餾塔的操作條件 塔板數為22 觀，塔頂溫度為53 65°C，塔釜溫度為75 90°C，操作壓力P為IOkPa < P<50kPa,或者 50kPa < P < 101. 3kPa ；精塔I的操作條件塔板數為50 65，塔頂溫度為80 90°C，塔釜溫度為85 100°C， 操作壓力為60 400kPa ；精塔II的操作條件塔板數為65 75，塔頂溫度為110 130°C，塔釜溫度為125 1450C ；操作壓力為200 7OOkPa ；粗餾塔塔釜第一再沸器的操作條件出口溫度為80 90°C，壓力為40 SOkPa ； 粗餾塔塔釜第二再沸器的操作條件出口溫度為80 90°C，壓力為40 SOkPa ； 精塔I塔釜再沸器的操作條件出口溫度為90 100°C，壓力為110 200kPa ； 精塔II塔釜再沸器的操作條件出口溫度為135 155°C，壓力為410 580kPa。
4.根據權利要求3所述制共沸乙醇的三塔加熱方法，其特征在于粗餾塔的操作壓力P 為20kPa < P < 50kPa,或者50kPa < P < 70kPa ；精塔I的操作壓力為100 200kPa ；精 塔II的操作壓力為350 550kPa。
5.根據權利要求4所述制共沸乙醇的三塔加熱方法，其特征在于粗餾塔的操作壓力P 為 30kPa < P < 50kPa,或者 50kPa < P < 60kPa。
6.根據權利要求1所述制共沸乙醇的三塔加熱方法，其特征在于粗餾塔、精塔I和精塔II的操作壓力依次增加。
7.根據權利要求1所述制共沸乙醇的三塔加熱方法，其特征在于物流7與物流8的重 量比為1/4 2 1，物流13和物流14的重量比為1/4 1 1。
8.根據權利要求7所述制共沸乙醇的三塔加熱方法，其特征在于物流7與物流8的重 量比為1/3 1 1，物流13和物流14的重量比為1/3 1/2 1。
全文摘要
本發明涉及一種制共沸乙醇的三塔加熱方法，主要解決現有技術中存在能耗高、塔內物料易結焦、堵塞塔板的問題。本發明通過采用包括以下步驟a)發酵醪液進入粗餾塔上部，塔釜得到廢醪液，塔頂得到粗酒；b)粗酒進入精塔I下部，塔釜得到物流10；塔頂得到共沸乙醇氣，共沸乙醇氣分為物流7和物流8；c)物流10進入精塔II下部，塔釜得到精塔廢水；塔頂得到物流11；粗餾塔塔釜第一再沸器由來自分子篩脫水單元的無水乙醇氣加熱，粗餾塔塔釜第二再沸器由物流7加熱，精塔I塔釜再沸器由物流11加熱，精塔II塔釜再沸器由來自界外的一次蒸汽加熱的技術方案較好地解決了該問題，可應用于三塔差壓蒸餾制備共沸乙醇的工業生產中。
文檔編號C07C31/08GK102126921SQ20101002274
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月13日 優先權日2010年1月13日
發明者丁偉軍, 林長駿, 繆晡, 韓飛 申請人:中國石化集團上海工程有限公司, 中國石油化工集團公司