[发明专利]加氢原料加氢制备粗乙醇的系统、方法及应用

说明书

本发明涉及乙醇的制备领域，具体涉及加氢原料加氢制备粗乙醇的系统、方法及应用。该系统包括：气化设备(100)、加热设备(400)、反应设备(200)、第一气液分离设备(300)和第二气液分离设备(500)；其中，所述加热设备(400)利用反应产物的热量分别对加氢原料、氢气以及气化得到的混合原料气进行加热；所述第一气液分离设备(300)由下至上依次设置有第一分离段、第二分离段和第三分离段，用于对反应产物采用直接冷却的方式进行第一气液分离。本发明可实现醋酸的低温气化，并显著提高加氢原料加氢制备粗乙醇过程中反应产物的气液分离效果，反应热量得到充分利用。

技术领域

本发明涉及乙醇的制备领域，具体涉及加氢原料加氢制备粗乙醇的系统、方法及应用。

背景技术

乙醇是重要的化工产品和化工中间体，化工领域对乙醇的需求量很大，乙醇作为石油添加剂的优势明显，是目前世界上最主要的燃料添加剂。

目前，乙醇生产都采用以粮食和经济作物为原料的发酵法，这导致燃料乙醇产业发展受到两个瓶颈制约：高成本问题和国家粮食与耕地安全问题。非粮食路线乙醇生产技术包括：纤维素(主要是生物质秸秆)发酵法、合成气合成乙醇法等。其中，纤维素发酵制乙醇技术(例如CN101235392)不直接使用粮食和经济作物，能有效缓解粮食发酵法消耗粮食、占用耕地的问题，但该技术缺陷在于：1)由于农作物秸秆能量密度小，运输成本高，很难实现乙醇的大规模生产；2)纤维素酶成本高，目前的纤维素乙醇成本仍高于粮食乙醇。以合成气为原料的乙醇合成技术是燃料乙醇制造技术的重要发展方向。

合成气为原料的乙醇合成技术有五种，其中，合成气一步直接制备乙醇有两种方法：催化法和细菌发酵法。催化法投资成本高且产品受ASF分布控制导致乙醇选择性低。细菌发酵法制乙醇的效率低，投资大，成本高，很难大面积推广。因此，合成气通过若干加氢原料间接制备乙醇成为一种现实选择。

现有的醋酸直接加氢制乙醇的工艺中存在以下显著问题：1)反应后的产物中含有大量的氢气，采用间接冷却的方法很难将其中的醋酸、乙醇、醋酸乙酯全部冷凝并分离，分离不彻底可使得循环氢气中含有醋酸，进而导致循环气压缩机受到腐蚀；2)醋酸直接加氢反应为放热反应，反应热效应达到49kJ/mol，对该热量未能有效利用；3)醋酸在较高温度下的气化对设备材质要求较高，会增加设备投资成本。

综上，亟需开发一种新的利用醋酸或含醋酸的加氢原料制备乙醇的系统和方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的醋酸直接加氢制乙醇技术存在的反应产物气液分离不彻底导致设备腐蚀、加氢反应产生的热量利用不充分以及高温气化增加设备成本的问题，提供一种加氢原料加氢制备粗乙醇的系统、方法及应用。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种加氢原料加氢制备粗乙醇的系统，该系统包括：气化设备100、加热设备400、反应设备200、第一气液分离设备300和第二气液分离设备500，其中，

所述气化设备100设置有位于下部的氢气入口11、位于上部的至少一个加氢原料入口12和位于顶部的混合原料气出口13，用于将所述氢气入口11引入的氢气与所述加氢原料入口12引入的加氢原料进行气化，得到混合原料气，并从混合原料气出口13排出；

所述反应设备200设置有混合原料气入口21和反应产物出口22，用于对所述混合原料气进行加氢反应，得到含氢气和乙醇的反应产物；

所述第一气液分离设备300由下至上依次设置有第一分离段、第二分离段和第三分离段，以及位于顶部的第一循环氢气出口35、位于底部的第一分离产物出口34、位于所述第三分离段上部的第一淋洗液入口33和位于所述第一分离段下部的反应产物入口36，用于对所述反应产物采用直接冷却的方式进行气液分离，得到第一循环氢气和含乙醇的第一分离产物；其中，所述第一循环氢气出口35与所述氢气入口11连通，所述反应产物入口36与所述反应产物出口22连通；