[发明专利]一种耦合集成分离联产制备ETBE和乙醇的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备ETBE(乙基叔丁基醚)的方法及装置，特别涉及一种联产制备ETBE和乙醇的方法及装置。所述联产制备ETBE和乙醇的方法藉由耦合集成分离法进行。

背景技术

以发酵法生产的乙醇(EtOH)等为基础的生物基燃料的发展越来越受到世界许多国家的重视。

然而燃料乙醇作为目前最重要的生物基醇醚燃料，其能耗、成本制约的关键问题之一，是乙醇和水在恒沸点附近的蒸馏浓缩及脱水困难。一方面，如欲将较低浓度的乙醇增浓到80-90重量％以上时，其回流比要求即能耗将加速增高，而如欲将乙醇增浓到90-95.5重量％、特别是92-95.5重量％左右，随着其浓度要求的提高，其回流比要求即能耗将急剧增高(可参见Journal ofEnergy Resources Technology.2007，Vol.129：332-337)；另一方面，如欲将5重量％左右的共沸含水脱除到1重量％以下，则需要采用恒沸蒸馏、萃取蒸馏、吸附、渗透汽化膜分离等特殊分离方法，而且通常还需要加入少量的具有共溶、助溶作用的变性剂如杂醇、醚类等，以在一定程度上弥补乙醇汽油容易产生相分离的缺点。但是，尽管如此，燃料乙醇由于其雷德蒸汽压较高、热值较低等自身功能的不足，其售价通常要低于汽油，而在有的国家其生产成本甚至高于汽油(如中国)。也就是采用现有技术得到的燃料乙醇的价值(即功能/成本)偏低，迫切需要寻找破局之法，其中包括最关键的问题之一是，如何降低作为可再生能源其自身生产制备过程的能耗及成本，以提高其经济性。

ETBE可作为性能优良的汽油添加剂使用已成共识。

通常，用作汽油添加剂的ETBE是由乙醇与来自如蒸汽裂解或催化裂化或丁烷脱氢等混合C₄烃馏分中的异丁烯经醚化反应而制得(参见如US 5248836A、CN 1990443A、CN 1772848A、CN 101195560A等)。要制得ETBE并不困难，但采用什么样的乙醇原料来制备，以及要分离纯化获得可作为性能优良的汽油添加剂，有许多问题尚待解决。其中包括的最关键的问题之一是，如何降低作为半可再生能源其自身生产制备过程的能耗及成本，提高其经济性。如在一篇涉及用于汽油的醚的工业制备及醇/醚/烃的分离的文献(Pure&App/.Chem.，Vol.67，No.6，pp.985-992，1995.)所述，分离过程的投资及能耗可能超过制备过程总投资及能耗的50％和90％。

通常，制备ETBE的乙醇原料可以是几乎不含水的乙醇，也可以是含水量在5重量％左右的共沸乙醇或含水量至多为10-15重量％甚至更高含水量的含水乙醇。如美国专利US 5248836A揭示了一种可以采用无水乙醇或至多含有10重量％水的乙醇从脱丁烷塔反应段的上方进料，在反应段之下取出含有乙醇和ETBE的物料并与含有异丁烯的混合C₄在预反应器进行反应后，再到脱丁烷塔中进行反应分离的工艺流程。所有乙醇中的水都可以通过其与烃的共沸从而通过在脱丁烷塔塔顶冷凝液槽的底部抽出分离出的水而去除，而问题在于，一方面，由于不同来源的混合C₄中异丁烯含量可能的变化范围较宽(如8-70摩尔％)，当异丁烯含量可能较高时，基本上按化学计量比的乙醇进料量也将较大，往往可能因为剩余C₄较少而需要很高的回流比(回流量)才能将乙醇进料中的水共沸带出，因而可能导致较高的能耗；而当异丁烯含量可能较低时，基本上按化学计量比的乙醇进料量也将较少(否则将增加ETBE中的乙醇含量)，C₄烃富余的共沸除水能力就得不到充分利用，甚至还可能导致C₄烃中乙醇含量的增加。另一方面，由于其没有给出实施例，由于将脱丁烷塔反应段之下的液相全部从侧线取出，其与侧线进料之间没有液体回流，也就是基本上没有可进行分离的理论板，因此，可能会引起ETBE的严重返混而导致如反应段催化剂容易失活或反应平衡及效率的降低，或还存在大量回流下来的C₄对侧线反应器的返混或稀释等问题。