[发明专利]一种煤制乙醇液相产物的分离装置和分离方法

说明书

本发明公开了一种煤制乙醇液相产物的分离装置和分离方法，包括脱轻塔(T1)、甲醇塔(T2)、乙醇塔(T3)、乙醇回收塔(T4)、甲乙酯分离塔(T5)、乙酯常压塔(T6)、乙酯加压塔(T7)、甲酯加压塔(T8)和甲酯常压塔(T9)，各塔之间连接关系如附图所示。本发明的分离装置和分离方法能够得到符合国标纯度要求的甲醇、乙醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯纯品，且通过独到的精馏切割策略和采用差压热耦合的方式，节能降耗效果显著。

技术领域

本发明属于化工分离领域，进一步的说就是煤制乙醇生产过程中的液相产物的分离装置和分离方法。

背景技术

乙醇是一种性能优良的溶剂和用途广泛的精细化工原料，也是一种新型的清洁能源，能替代传统的汽油添加剂甲基叔丁基醚(MTBE)改善辛烷值，同时也是优良的燃油品质改善剂，能够良好的降低汽车尾气中有害物质的排放，减少环境污染。2017年以来，国家相关部门推广使用车用乙醇汽油，大大提高了乙醇用量需求。我国作为一个多煤少油贫气的国家，煤制乙醇不仅能够实现煤炭资源的高效转化和清洁利用，也能维护我国能源安全、实现能源结构多元化，具有重要意义。

与粮食(生物质)工艺生产乙醇相比，煤制乙醇的成本优势明显，已具备大规模生产的技术和资源条件，目前全面推广燃料乙醇引发的巨大供需缺口，将为煤制乙醇创造难得的机遇。据统计未来10年，我国乙烯当量需求仍持续增长，供需缺口依然较大，从而为煤制乙醇再脱水制乙烯提供了机会。同煤制乙醇相比煤经甲醇制烯烃，具有规模更灵活、投资强度更小等特点，使其可以与现有电石法聚氯烯很方便地对接耦合，替代环保压力大、综合成本高的电石法乙烯，在促进氯碱行业转型升级的同时，也为煤制乙醇行业开辟新的广阔发展空间。

当前，国内外正在研发的煤制乙醇技术路线主要有以下三条：煤经合成气一步法制乙醇；煤经甲醇羰基化制乙酸，乙酸加氢转制乙醇；煤经二甲醚羰基化制乙酸甲酯，乙酸甲酯加氢制乙醇。煤制乙醇各技术单元在近年来不断开发新型高效催化剂，改进优化反应和分离工艺，不断提高乙醇产品质量，推进装置的工程化进展，并降低生产物耗、能耗以及优化的节能工艺集成技术化等将成为煤制乙醇技术的主要发展方向。

由于煤制乙醇工艺过程使用非贵金属催化剂、无酸环境和无水体系等特点，运行成本较低、设备投资较小，竞争优势明显，发展潜力巨大。

煤制乙醇工艺过程的反应步骤结束后，最终得到的煤制乙醇液相产物除了目标产物乙醇外，还包括各步骤中未反应完全的反应物和各种副反应产物，例如，还含有包含甲醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯、水和C₃₊醇类等。以上各物质的百分含量取决于煤制乙醇各步骤的反应条件和反应进行程度而有所不同，通常工业生产实际中，基于煤制乙醇液相产物的总质量，乙醇含量最多，一般在43wt％-55wt％之间，甲醇含量次之，通常在30wt-45wt％之间，乙酸甲酯的含量通常在1wt％-5wt％之间，乙酸乙酯的含量通常在0.5-2wt％之间，其余为水和C₃₊醇类以及各种高沸点杂质等。工业上需要对其进行分离，以分离得到各物质的高纯品，最好是符合国家标准的高纯品。其中目标产品是乙醇，同时希望分离得到的有经济价值的乙酸乙酯产品，并希望得到尽可能纯的甲醇和乙酸甲酯，用于回用到煤制甲醇工艺的前端反应工序中循环利用。

通过常规的分离工艺例如多塔精馏工艺将上述各物质逐一分开并非难事，例如，国外工业界已有的分离策略是以回收目标产物乙醇为优先着眼点，即首先通过精馏塔将尽可能多的作为轻组分的(全部的甲醇+全部的乙酸甲酯+全部的乙酸乙酯的混合物)与作为重组分的(全部的乙醇、全部的水、全部的C₃₊醇的混合物)分离开，然后再通过后续精馏塔将上述轻组分中的甲醇、乙醇、乙酸甲酯和乙酸乙酯四者者彼此分开，以及用另外的精馏塔将重组分中的乙醇、甲醇、水、和C₃₊醇彼此分开，直至得到纯度符合国家标准的各物质成品。但是，上述已有的分离策略存在缺陷，分离过程中甲醇被多次反复蒸馏，而且由于乙酸甲酯与甲醇形成的共沸物和乙酸乙酯与甲醇形成的共沸物的存在，进一步加大了将乙酸甲酯、乙酸乙酯与甲醇分离的能耗，将从而造成了分离工序复杂、能耗高的问题。