[发明专利]一种乙醇生产方法及装置

说明书

发明涉及合成气制备乙醇中采用精馏‑膜设备进行脱水的新工艺。该工艺过程由精馏塔和蒸汽渗透透水膜组成，主要包括以下步骤：（1）合成气经过多步反应获得含乙醇和水的反应产物，在进入蒸汽渗透透水膜前，反应产物在精馏塔进行分离，最后一个精馏塔塔顶或侧线采出含水0.1～30%的乙醇蒸汽；（2）含水的乙醇蒸汽过热或经过热泵后进入膜装备，经过膜组件分离，膜出口（正压侧）为含水0.01～1的乙醇成品。

技术领域

本发明涉及一种乙醇生产方法及装置，特别涉及一种合成气制备乙醇的脱水工艺和装置。

背景技术

乙醇在国防化工、医疗卫生、食品工业、工农业生产中都有广泛的用途。乙醇生产方法有生物发酵法和化学合成法。其中化学合成法中合成气制备乙醇生产技术已成熟，生产成本显著低于粮食路线，具有较强的竞争力和广阔发展前景。合成气生产乙醇有三种，一是合成气直接制乙醇；二是合成气生物法制乙醇；三是合成气经醋酸加氢制乙醇。无论哪种乙醇生产方法，均得到含水的乙醇。由于乙醇和水存在共沸点，传统方法无法直接得到无水乙醇。目前工业无水乙醇的生产主要采取恒沸精馏、萃取精馏和吸附分离等方法，这些传统的乙醇脱水方式都存在过程复杂、能耗高和污染严重等问题。

膜脱水技术利用被分离液体混合物中各组分在膜中溶解（吸附）与扩散速率不同而实现分离，是一种新型分离技术，具有高效节能、过程易于控制、操作方便、便于放大和产业化的优点。其突出的优点是分离过程不受组分气液平衡的限制，能够以低能耗实现精馏等传统方法难以完成的任务，如共沸、近沸混合物的分离。

发明内容

本发明的目的是提供一种合成气制备乙醇的脱水工艺，采用精馏-蒸汽渗透透水膜设备耦合技术，将传统工艺与新型分离技术耦合，不受共沸限制，不需添加第三组分，是一种高效节能环保的分离技术。

一种乙醇生产方法，包括如下步骤：

第1步，通过合成气生产出含有乙醇的反应物料；

第2步，将第1步中得到的反应物料进行精馏分离，在最后一个精馏塔的塔顶或侧线采出含有乙醇的蒸汽；

第3步，将第2步得到的含有乙醇的蒸汽送入蒸汽渗透膜中进行脱水，得到乙醇产品。

在一个实施方式中，所述的第2步中，含有乙醇的蒸汽中含水0.1～30wt%。

在一个实施方式中，所述的第3步中，乙醇产品中含水0.01～1wt%。

在一个实施方式中，所述的第3步中，蒸汽渗透膜的料液侧的操作压力为100～600kPa，操作温度为进料的饱和蒸汽压对应的温度过热10～20℃。

在一个实施方式中，所述的第3步中，蒸汽渗透膜的选自分子筛膜、二氧化硅膜或PVA膜，优选分子筛膜。

在一个实施方式中，所述的第1步，通过合成气生产出含有乙醇的反应物料选自合成气直接制乙醇、合成气生物法制乙醇、合成气经醋酸加氢制乙醇、合成气经醋酸酯加氢制乙醇中的一种。

一种乙醇生产装置，包括：

精馏塔，用于对通过合成气生产出含有乙醇的反应物料进行精馏分离；

塔顶冷凝器，连接于精馏塔的侧线或者塔顶，对于对采出的蒸汽进行部分冷凝回流至精馏塔的塔顶；

蒸汽渗透透水膜设备，连接于塔顶冷凝器的蒸汽出料口，用于对蒸汽物料进行脱水；

蒸汽渗透透水膜设备和塔顶冷凝器之间通过过热器和/或热泵连接；

蒸汽渗透透水膜设备的物料侧的出口与精馏塔的物料进口之间通过第一换热器进行换热连接；