[发明专利]一种生产高纯乙醇的工艺及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产高纯乙醇的工艺及装置，属于化工技术领域。

背景技术

高纯乙醇用途非常广泛，例如精密电子元器件加工过程中的超净清洗、干燥，净化间用具的超净清洁，科学试验，医药化工行业重要溶媒，但乙醇与水形成共沸物，采用一种技术很难获得高纯乙醇。

目前乙醇脱水方法主要有精馏，共沸精馏和萃取精馏可以获得无水或纯度较高的乙醇，但这两种工艺能耗较高，均需要添加第三组分，增加成本的同时也增大了企业的环保压力。差压精馏是一种新型的高效节能的精馏技术，利用高压塔塔顶待冷凝的乙醇蒸汽作为低压塔的驱动热源，节约了蒸汽和冷凝水，但差压精馏受共沸物性限制，单一技术不能得到高纯度溶剂。

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。随着膜材料制备技术的不断进步，膜技术应用得到了快速发展。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。但是目前限制膜应用的主要有以下几点：1、高含水量溶剂体系脱水不适用，受膜生产工艺影响，膜脱水使用范围原料含水量≤30%，含水量过高会导致膜使用寿命缩短；2、投资成本，相对于精馏、分子筛等传统技术，膜技术投资成本较高，原料含水量偏高或者对膜脱水后成品纯度要求过高都会导致膜面积增大，这也是不建议利用膜技术直接获得高纯溶剂的原因。

分子筛吸附技术是目前国内外应用较广泛、技术较成熟的工艺，脱水过程是一个物理过程，不会引起环境污染和造成“三废”排放问题。分子筛对低浓度水仍有很高的吸附效率，而且与其他干燥和分离设备相比，设备投资低。但是该技术不适用于较高含水量溶剂脱水，原因是含水量太高会导致分子筛再生时能耗很高，也会导致分子筛粉化，造成分子筛晶格结构破坏，大大降低分子筛的吸附效率，分子筛粉末可能会被带入到成品中，影响成品质量。故采用分子筛吸附脱水的原料含水量一般控制≤6wt.%。

发明内容

本发明的目的是提供一种高纯乙醇生产工艺，两塔差压精馏-膜设备-分子筛吸附塔耦合制取高纯乙醇，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，系统内部热耦合，是一种高效节能环保的分离技术。

一种生产高纯乙醇的工艺，包括如下步骤：

第1步，将乙醇水溶液送入低压精馏塔中进行精馏，得到第一塔顶蒸汽和第一塔釜液；再将第一塔顶蒸汽再经冷凝后送入加压精馏塔中进行精馏，得到第二塔顶蒸汽和第二塔釜液；

第2步，将至少一部分第二塔顶蒸汽送入渗透汽化膜中进行脱水，得到脱水乙醇；

第3步，再将脱水乙醇通过分子筛吸附的方式进行深度脱水，得到高纯乙醇蒸汽。

所述的第1步中，乙醇水溶液的浓度范围5～20wt%；乙醇水溶液在进入低压精馏塔前，依次与第一塔釜液和第一塔顶蒸汽进行换热。

所述的第1步中，低压精馏塔的工作压力优选范围50～90kPa（绝压）；加压精馏塔中，工作压力范围250～500kPa（绝压）。

所述的第1步中，第一塔釜液与高纯乙醇蒸汽进行换热。

所述的第2步中，还有一部分第二塔顶蒸汽与第一塔釜液进行换热后再从加压精馏塔的塔顶回流；且从加压精馏塔的塔顶回流的第二塔顶蒸汽与进入渗透汽化膜的第二塔顶蒸汽的重量比范围是1.5～3:1。

所述的第2步中，渗透汽化膜的渗透侧为负压操作，压力范围50～1500kPa；渗透汽化膜为透水型分子筛膜，优选NaA膜。

所述的第3步中，分子筛吸附操作压力为250～500kPa，操作温度130～150℃；再生操作时，操作压力为50～80kPa，操作温度150～180℃。

一种生产高纯乙醇的装置，包括有低压精馏塔和加压精馏塔，低压精馏塔的塔顶出口与加压精馏塔相连接；加压精馏塔的塔顶出口与渗透汽化膜膜组件的入口相连接，渗透汽化膜的截留侧的出口与分子筛吸附塔相连接。

低压精馏塔与原料管道相连接，所述的原料管与低压精馏塔的塔釜出口和低压精馏塔的塔顶出口之间为换热连接。

加压精馏塔的塔顶出口还通过与低压精馏塔的塔釜之间换热连接之后，再与加压精馏塔的塔顶连接。

渗透汽化膜的渗透侧与低压精馏塔或者加压精馏塔连接。

渗透汽化膜的截留侧的出口通过过热器再与分子筛吸附塔相连接。