关键词:无水乙醇;连续精馏;膜技术
1.项目背景
乙醇是许多重要化工产品及中间体的原料,在化工、医药、电子工业、军工生产和其他工业生产中都有广泛的应用。使用无水乙醇作为汽油的增氧剂,可减少汽车尾气对大气的污染,是一种理想的燃料添加剂。随着无水乙醇用量的不断增加以及对其质量要求的不断提高,生产无水乙醇的方法也在不断地改进和发展。
石灰脱水法是最原始的方法,这种方法劳动强度大,产品质量差,目前已基本淘汰。苯恒沸精馏虽然适用于大规模生产,但恒沸精馏塔所需的塔板数较多,产品中含苯,不能作医药和化学试剂用,而且生产过程容易发生苯中毒。近年来,国外报道了用戊烷作恒沸剂的恒沸精馏。这种方法具有流程简单,所需塔板数少,适合大批量生产等优点,但这种方法所用的溶剂──戊烷沸点较低,需加压操作,常温下容易汽化,因此溶剂损耗较大。
本工艺方案采用连续精馏+气化渗透膜技术制取无水乙醇,在降低萃取剂损耗的同时也降低了能耗,很好的提高了无水乙醇的产品质量。
2.项目指标
原料组成:乙醇含量80%,水分20%;
产品要求:乙醇≥99.5%;
产品产量:1000吨/年。
1.技术原理
连续精馏是将由挥发度不同的组分所组成的混合液,在精馏塔中同时多次的进行部分汽化和部分冷凝,使其分离成几乎纯态组分的过程。
渗透汽化技术是热驱动的蒸馏法与膜法相结合的一种分离方法:液体(或蒸汽)混合物在组分蒸汽分压差的推动下,利用组分通过渗透汽化分子筛膜吸附和扩散速度的不同实现物质分离的过程。在渗透过程中经历由液相到气相的转变,其分离机制可分为三步:(1) 被分离的物质在膜表面上有选择性地被吸附;(2) 组分以扩散形式在膜内渗透;(3) 从下游侧表面解吸变成气相脱除而与膜分离出来。
现采用一塔连续精馏工艺,将乙醇原料初步提纯得到共沸组成,之后将精馏产品进入气化渗透膜进一步分离水分得到较高纯度的无水乙醇。
2.工艺流程
连续精馏工段:
乙醇原料经预热器预热后进入萃取精馏塔中下部,与此同时萃取剂输送至萃取精馏塔顶部,实现对乙醇的萃取精馏。萃取精馏塔塔顶的乙醇蒸汽经冷凝后进入回流罐,由回流泵输送一部分回流进塔,另一部分作为乙醇初产品采出至相应储罐。初产品然后进入分子筛脱水得到合格乙醇产品。
萃取精馏塔塔釜主要为萃取剂和水,通过塔釜出料泵输送至缓冲罐中,再输送至萃取剂回收塔中部,实现萃取剂的回收。萃取剂回收塔塔顶采出废水,釜液主要为萃取剂,萃取剂由泵输送至回收萃取剂缓冲罐中,实现萃取剂的循环使用。
气化渗透膜工段:
从连续精馏工段过来的乙醇初产品通过过热器达到预定温度后进入膜器。进料流经串联的膜器,原料中的水分和少量有机溶剂经膜组件由膜上游侧渗透至膜渗透侧,产品经热交换器利用原料液冷却后进入产品冷却器,进一步冷却至35℃以下,送到工厂储罐,提高了进料液温度,节省了能耗。膜渗透侧采用抽真空加冷凝的方式以形成膜进料侧和渗透侧两侧组分的蒸汽分压差。渗透蒸汽在真空机组抽吸下进入冷凝器。冷凝后的渗透液通过液封罐溢流排出。冷凝器中少量未冷凝的渗透蒸汽(大部分为混合有机物)也被吸入水环泵工作液中回收,工艺流程简图如下图所示。
3.主体设备概况
本案例中共涉及到:
(1)精馏塔1台,及相配套的换热器、储罐、泵和仪表若干台。
(2)分子筛膜组件若干组。
◆回收率高达99%。单独利用渗透汽化脱水工艺,回收率至少可达97%以上,如果与蒸馏联用,回收率可以达到99%以上;
◆膜组件损耗低,乙醇回收率高,运行成本低;
◆节能75%以上。由技术原理决定了渗透汽化膜分离装置的节能和高效的特点,大量物料在分离过程中不产生相变,所需能耗只有恒沸精馏和吸附的20%-25%;
◆污染物零排放。透过物可以回收再利用,实现污染物零排放,目标处理对象全利用;特别适合于处理剧毒和高附加值的有机溶剂回收体系;
◆全自动生产、品质稳定 设备开车正常运行后不需过多的调节操作,自动仪表监控,实现全自动化操作。
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