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CN105669379B - 一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺 - Google Patents

一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺，包含以下步骤：A、高压氢气和醋酸乙酯经预热后送入汽化塔汽化；B、混合气在原料气预热器壳程预热至170～250℃后送入加氢反应器中，自上而下通过催化剂层进行加氢反应；C、加氢反应排出的高温气体产物降温后进行分离提纯，得到高纯度燃料乙醇。本发明工艺制得的乙醇产品收率高、纯度高；并对催化加氢反应过程中的反应热进行了合理回收，不需要额外进行加热，因此大大降低了反应能耗，与现有醋酸乙酯催化加氢反应的能耗相比降低10％以上。

Description

一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺
技术领域
本发明涉及一种乙醇制备工艺，具体涉及一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺。
背景技术
乙醇是发现最早、用途最广的一种脂肪醇，也是酒的主要成分。室温下乙醇为无色、易挥发、易燃的液体。乙醇的用途广泛，例如可以用来制取乙醛、乙醚、醋酸乙酯、乙胺、环氧乙烷等多种化工原料，在消毒剂、饮料、稀释剂、环保涂料、农药、医药、橡胶、塑料、人造纤维、洗涤剂等多种领域都有广泛应用。
目前，乙醇的工业生产方法主要有发酵法和乙烯水合法。发酵法的主要原料是玉米、甘蔗、高粱、木薯、稻谷等农作物，通过利用农作物中的淀粉发酵获得乙醇；但发酵法会消耗大量的粮食，成本太高。乙烯水合法是伴随着石油化工的兴起而发展的，包括间接水合法和直接水合法；但是，由于乙烯生产成本的不断提高，因此在我国乙烯法制乙醇基本处于停产状态。
近年来，随着甲醇羰基化技术的迅猛发展，醋酸产量显著提高，醋酸的价格大大降低。醋酸作为一种重要的化工原料，虽然在化工原料制备、农药、医药中间体等行业中有广泛应用，但是醋酸产能仍有很大过剩，对醋酸下有用途的开发迫在眉睫。
使用醋酸作为原料生产乙醇的途径有两种，一是醋酸直接加氢生成乙醇；另一种是醋酸先经酯化后生成醋酸酯，再由醋酸酯加氢生成乙醇。第一种方法中，醋酸的腐蚀性使得催化加氢反应器须有较高的耐腐蚀性，而且反应催化剂价格昂贵，使得生产成本高。与第一种方法相比，第二种方法多一步酯化过程，虽然降低了醋酸对反应器的腐蚀性，但是需要产物乙醇循环作为酯化原料进行酯化，相应增加了反应器的尺寸，而且催化加氢能耗高。
因此，寻找一种新的、能耗低、腐蚀性小、适于工业化放大生产的乙醇制备方法是十分必要的。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种能够回收反应热、降低生产能耗、纯化分离效果好的醋酸加氢制备乙醇的方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺，包含以下步骤：
A、将原料高压氢气经氢气预热器预热至120～170℃、送入汽化塔；将原料醋酸乙酯经醋酸酯加热器预热至120～190℃、送入汽化塔；醋酸乙酯与氢气经汽化塔内填料充分接触并汽化，由汽化塔底部出口排出；
B、来自汽化塔的混合气在原料气预热器壳程预热，达到190～260℃后送入盛装有催化剂的加氢反应器中，自上而下通过催化剂层进行加氢反应生成乙醇；反应后的气体产物由反应器本体底部出口排出；
C、加氢反应器排出的高温气体产物降温至70～90℃，然后经分离提纯后得到高纯乙醇产品。
所述步骤A中，原料高压氢气的压力为2～4.5MPa、温度为20～35℃，经氢气预热器预热后的氢气温度为150～160℃，由汽化塔顶部进入；原料醋酸乙酯的压力为2～4.5MPa、温度为40～60℃，预热后的醋酸乙酯温度为150～160℃，通过汽化塔上部的雾化喷头以雾状形式由上朝下喷入汽化塔中。
所述步骤B中，预热后的混合气温度为200～250℃，由加氢反应器顶部进入；加氢反应器为乙醇等温合成反应器，催化剂为碱金属催化剂。
作为加氢反应器的乙醇等温合成反应器，包括带人孔及卸料孔的反应器本体、换热管、合成气出口管、原料混合气进气管、开工电加热器、反应器配套废锅、锅炉循环泵、冷源进口、冷源出口，所述原料混合气进口管位于反应器本体上侧，合成气出口管位于反应器本体下侧，原料混合气进口管上端连接开工加热器，所述反应器本体内设有换热管，换热管的冷源进口位于反应器本体下侧，冷源进口的下端连接有锅炉循环泵，换热管的冷源出口位于反应器上侧，冷源出口连接有反应器配套废锅。
所述步骤C中，来自加氢反应器的高温气体产物先送入原料气预热器的管程，对进入原料气预热器壳程的合成气进行热交换，同时实现原料气的预热和气体产物的冷却；换热后的原料气温度升高到190～260℃，气体产物被冷却至70～90℃，进行分离提纯工段进行纯化。
分离提纯的具体操作步骤包括：
a、将70～90℃的乙醇气体产物送入一级气液分离器、使大部分乙醇和水被分离出来，分离出的粗乙醇送入闪蒸槽，未被分离的氢气乙醇混合物由一级气液分离器顶部排出、进入水冷器进行冷却，达40～60℃后被送入二级气液分离器进行二次分离；
b、二级气液分离器分离出的粗乙醇也送入闪蒸槽；未被分离的氢气混合气由二级气液分离器顶部排出，经循环机加压到3.5～4.5MPa后送回步骤A作为原料气循环使用；
c、粗乙醇在闪蒸槽内进行闪蒸降压分离，闪蒸压力为0.5～0.7MPa；闪蒸后得到的质量分数96±2％的乙醇粗品的，送入精馏装置进行进一步提纯；
d、乙醇粗品经过脱轻塔、脱重塔的精馏提纯、分子筛吸附床的吸附除水后，即得到质量分数99.7～99.9％的燃料乙醇。所述脱轻塔压力以表压计为0.05～0.15MPa，脱重塔的塔顶压力以表压计为0.35～0.45MPa。
在分离提纯工段中，所述一级气液分离器、二级气液分离器均为等温等压的丝网气液分离器；其中，在二级气液分离器的顶部设置有雾化喷淋装置，雾状的粗乙醇向下运动，与向上流动的混合气逆向接触、充分吸收；吸收分离效果得到显著提高。
步骤c得到的乙醇粗品，质量分数达到96±2％，达到了醋酸酯合成工段的原料质量要求，因此可以直接作为酯化原料、送入醋酸酯合成工段，且无需再进行升温。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺，所得乙醇产品收率高、纯度高。本工艺对催化加氢反应过程中的反应热进行了合理回收，不需要额外进行加热，因此大大降低了反应能耗，与现有醋酸乙酯催化加氢反应的能耗相比，降低10％以上。
本发明的分离提纯方法，包括多级气液分离、闪蒸分离、粗乙醇共沸精馏、分子筛吸附，分离效果显著提高，最终得到纯度高达99.7％～99.9％的燃料乙醇；同时，分离提纯过程中分离出的含有氢气和微量乙醇的混合气体均返回乙醇合成工段进行循环利用，提高了氢气和乙醇的利用率，降低了生产能耗，减少了废气排放，符合清洁生产的要求。与常规分离精馏工艺相比，大大提高了综合利用能力，显著降低了生产能耗。
本发明采用的加氢反应器为乙醇等温合成反应器，在反应器内置用于回收反应热的换热管，脱氧水吸收反应热后产生蒸汽，供生产系统使用；同时保证了床层的反应温度，提供了系统操作的稳定性。
本发明采用二级气液分离、以确保分离效果。所使用的一级气液分离器、二级气液分离器均为等温等压的丝网气液分离器；气体产物进入丝网气液分离器后，通过细金属丝网层时，液滴与丝网相接触、凝聚并集流于分离器底部，从而达到气液分离的效果，分离速度快、分离效果好。为了进一步加强分离效果，在二级气液分离器顶部还设置有雾化喷淋装置，雾状的粗乙醇和混合气接触吸收，分离效果显著提高，并增强了系统操作的稳定性。使用两级气液分离，使分离效果大大提高，一方面提高了粗乙醇的纯度、减少后续进一步纯化的难度，降低分离提纯成本；另一方面，减少了氢气乙醇混合物循环利用时气体带液给压缩机所带来的危害，降低了系统内循环的动能消耗，保证氢气循环使用的稳定进行。经过气液分离的粗乙醇进入闪蒸槽进行闪蒸分离，分离出的乙醇粗品的质量分数达到96％左右，可以直接作为酯化原料、送入醋酸酯合成工段，利用乙醇粗品自身的温度，无需再额外升温即可进行酯化反应，生产能耗大大降低。
附图说明
图1为本发明工艺方法的流程示意图；
图2为本发明分离提纯工段的流程示意图；
图3为本发明使用的加氢反应器的整体结构示意图；
其中，1、原料混合气进气管，2、合成气出气管，3、合成气出气管，4、冷源进口，5、冷源出口，6、冷源出口，7、反应器配套废锅，8、锅炉循环泵，9、开工电加热器，10、反应器本体，11、换热管，12、人孔及卸料孔。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明，但实施例不是本发明保护范围的限制。
实施例1
一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺，包含以下步骤：
A、将原料高压氢气(压力为2～3.5MPa、温度为20～35℃)经氢气预热器预热至140～170℃、送入汽化塔顶部；将原料醋酸乙酯(压力为2～3.5MPa、温度为40～50℃)送入醋酸酯加热器加热至140～170℃，通过汽化塔上部的雾化喷头以雾状形式由上朝下喷入汽化塔中；醋酸乙酯与氢气经汽化塔内填料充分接触并汽化，由汽化塔底部出口排出；
B、来自汽化塔的原料混合气在原料气预热器壳程预热，达到180～220℃后送入盛装有碱金属催化剂的加氢反应器顶部，混合气自上而下通过催化剂层进行加氢反应生成乙醇；气体产物由反应器本体底部的出口排出；
C、来自加氢反应器的高温气体产物先送入原料气预热器的管程，对进入原料气预热器壳程的合成气进行热交换，同时实现原料气的预热和气体产物的冷却。换热后的原料气温度升高到190～260℃、进入加氢反应器；气体产物被冷却至70～90℃，进行分离提纯工段进行纯化。
分离提纯的具体操作步骤为：
a、将70～90℃的乙醇气体产物送入一级气液分离器、使大部分乙醇和水被分离出来，分离出的粗乙醇送入闪蒸槽，未被分离的氢气乙醇混合物由一级气液分离器顶部排出、进入水冷器进行冷却，达40～60℃后被送入二级气液分离器进行二次分离；
b、二级气液分离器分离出的粗乙醇也送入闪蒸槽；未被分离的氢气混合气由二级气液分离器顶部排出，经循环机加压到3.5～4.5MPa后送回步骤A作为原料气循环使用；
c、粗乙醇在闪蒸槽内进行闪蒸降压分离，闪蒸压力为0.5～0.7MPa；闪蒸后得到的质量分数96±1％的乙醇粗品，送入精馏装置进行进一步提纯；
d、乙醇粗品经过脱轻塔、脱重塔的精馏提纯、分子筛吸附床的吸附除水后，即得到质量分数99.7～99.9％的燃料乙醇。所述脱轻塔压力以表压计为0.05～0.15MPa，脱重塔的塔顶压力以表压计为0.35～0.45MPa。
实施例2
一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺，包含以下步骤：
A、将原料高压氢气(压力为2.5～4.5MPa、温度为25～30℃)经氢气预热器预热至140～170℃、送入汽化塔顶部；将原料醋酸乙酯(压力为2.5～4.5MPa、温度为45～55℃)送入醋酸酯加热器加热至150～160℃，通过汽化塔上部的雾化喷头以雾状形式由上朝下喷入汽化塔中；醋酸乙酯与氢气经汽化塔内填料充分接触并汽化，由汽化塔底部出口排出；
B、来自汽化塔的原料混合气在原料气预热器壳程预热，达到180～210℃后送入盛装有碱金属催化剂的加氢反应器顶部，混合气自上而下通过催化剂层进行加氢反应生成乙醇；反应后的气体产物由反应器本体底部的出口排出；
C、来自加氢反应器的高温气体产物先送入原料气预热器的管程，对进入原料气预热器壳程的合成气进行热交换，同时实现原料气的预热和气体产物的冷却。换热后的原料气温度升高到190～260℃、进入加氢反应器；气体产物被冷却至70～90℃，进行分离提纯工段进行纯化。
分离提纯的具体操作步骤为：
a、将70～90℃的乙醇气体产物送入一级气液分离器、使大部分乙醇和水被分离出来，分离出的粗乙醇送入闪蒸槽，未被分离的氢气乙醇混合物由一级气液分离器顶部排出、进入水冷器进行冷却，达40～60℃后被送入二级气液分离器进行二次分离；
b、二级气液分离器分离出的粗乙醇也送入闪蒸槽；未被分离的氢气混合气由二级气液分离器顶部排出，经循环机加压到3.5～4.5MPa后送回步骤A作为原料气循环使用；
c、粗乙醇在闪蒸槽内进行闪蒸降压分离，闪蒸压力为0.6～0.7MPa；闪蒸后得到的质量分数96±2％的乙醇粗品，送入精馏装置进行进一步提纯；
d、乙醇粗品经过脱轻塔、脱重塔的精馏提纯、分子筛吸附床的吸附除水后，即得到质量分数99.7～99.9％的燃料乙醇。所述脱轻塔压力以表压计为0.05～0.15MPa，脱重塔的塔顶压力以表压计为0.35～0.45MPa。
实施例3
本实施例为对比实施例，参照中国专利CN103265402B实施例1所公开的制备方法。
对上述三个实施例的乙醇选择性、乙醇单程转化率和生产一吨乙醇的能耗进行核算，所得结果见下表。
通过表格中数据可以看出，实施例1、实施例2所得乙醇产品与实施例3所得乙醇产品的选择性不相上下，但乙酸乙酯的单程转化率较高，耗电量和耗蒸汽量均明显降低，乙醇的生产成本减少，非常适合工业化推广。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进，都落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺，其特征在于包含以下步骤：
A、将原料高压氢气经氢气预热器预热、送入汽化塔；将原料醋酸乙酯经醋酸酯加热器预热、送入汽化塔；醋酸乙酯与氢气经汽化塔内填料充分接触并汽化，由汽化塔底部出口排出；
B、来自汽化塔的混合原料气在原料气预热器壳程预热，达到190～260℃后送入盛装有催化剂的加氢反应器中，自上而下通过催化剂层进行加氢反应生成乙醇；反应后的气体产物由反应器本体底部出口排出；
C、加氢反应器排出的高温气体产物降温至70～90℃，然后经分离提纯后得到高纯乙醇产品；
所述步骤A中，原料高压氢气的压力为2～4.5MPa、温度为20～35℃，经氢气预热器预热后的氢气温度为150～160℃，由汽化塔顶部进入；原料醋酸乙酯的压力为2～4.5MPa、温度为40～60℃，预热后的醋酸乙酯温度为150～160℃，通过汽化塔上部的雾化喷头以雾状形式由上朝下喷入汽化塔中；
所述步骤B中，预热后的混合原料气由加氢反应器顶部进入；加氢反应器为乙醇等温合成反应器，催化剂为碱金属催化剂。
2.如权利要求1所述的一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺，其特征在于：所述乙醇等温合成反应器包括带人孔及卸料孔的反应器本体、换热管、合成气出口管、原料混合气进气管、开工电加热器、反应器配套废锅、锅炉循环泵、冷源进口、冷源出口，所述原料混合气进口管位于反应器本体上侧，合成气出口管位于反应器本体下侧，原料混合气进口管上端连接开工加热器，所述反应器本体内设有换热管，换热管的冷源进口位于反应器本体下侧，冷源进口的下端连接有锅炉循环泵，换热管的冷源出口位于反应器上侧，冷源出口连接有反应器配套废锅。
3.如权利要求1所述的一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺，其特征在于：所述步骤C中，高温气体产物先送入原料气预热器的管程，对进入原料气预热器壳程的合成气进行预热，同时实现气体产物的冷却。
4.如权利要求1所述的一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺，其特征在于所述步骤C中分离提纯的具体步骤为：
a、将70～90℃的乙醇气体产物送入一级气液分离器、使大部分乙醇和水被分离出来，分离出的粗乙醇送入闪蒸槽，未被分离的氢气乙醇混合物由一级气液分离器顶部排出、进入乙醇水冷器进行冷却，冷却至40～60℃后被送入二级气液分离器进行二次分离；
b、二级气液分离器分离出的粗乙醇送入闪蒸槽；未被分离的氢气混合气由二级气液分离器顶部排出，经循环机加压到3.5～4.5MPa后送回步骤A作为原料气循环使用；
c、粗乙醇在闪蒸槽内进行闪蒸降压分离，闪蒸压力为0.5～0.7MPa；闪蒸后得到质量分数为96±2％的乙醇粗品，送入精馏装置进行进一步提纯；
d、乙醇粗品经过脱轻塔、脱重塔的精馏提纯、分子筛吸附床的吸附除水后，即得到质量分数99.7～99.9％的燃料乙醇。
5.如权利要求4所述的一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺，其特征在于：所述一级气液分离器、二级气液分离器均为等温等压的丝网气液分离器。
6.如权利要求5所述的一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺，其特征在于：在二级气液分离器顶部设置雾化喷淋装置，雾状的粗乙醇向下运动，与向上流动的混合气逆向接触、充分吸收。
7.如权利要求4所述的一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺，其特征在于：所述步骤c中，闪蒸得到的质量分数为96±1％的乙醇粗品达到醋酸酯合成工段的原料质量要求。
8.如权利要求4所述的一种醋酸乙酯加氢制备乙醇的工艺，其特征在于：所述步骤d中，脱轻塔压力以表压计为0.05～0.15MPa，脱重塔的塔顶压力以表压计为0.35～0.45MPa。
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