[发明专利]利用费托合成副产轻醇制备无水低碳混合醇的装置和方法

说明书

一种利用费托合成副产轻醇制备无水低碳混合醇的装置和方法，所述装置包括通过管道依次连接的渗透汽化膜脱水单元、加氢单元和吸附脱水单元，其中所述渗透汽化膜脱水单元包括通过管道依次连接的原料加热器和渗透汽化膜脱水器；所述加氢单元包括通过管道依次连接的加氢原料加热器、加氢反应器和加氢气液分离器；所述吸附脱水单元包括通过管道依次连接的加氢轻醇加热器和吸附塔。本发明可以有效降低低碳混合醇中的水和非醇类含氧有机化合物的含量，提高产品品质。

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种利用费托合成副产轻醇制备无水低碳混合醇的装置和方法。

背景技术

在费托合成路线的煤间接液化中，不可避免的产生大量的水相副产物，水相副产物经过除油、中和、精馏脱水等处理，得到含水轻醇，主要为低碳醇(甲醇、乙醇，丙醇、丁醇)和水，还含有醛(乙醛、丙醛、丁醛)、酮(丙酮、丁酮、戊酮、己酮)、酯(乙酸甲酯、乙酸乙酯)等非醇类低碳含氧有机化合物。

费托合成副产轻醇中的水与乙醇、丙醇、丁醇等组分形成醇-水共沸物，非醇类含氧有机化合物与水或醇形成共沸物，难以通过常规精馏方法进行分离。共沸体系的存在，限制了费托合成副产轻醇的利用，如果将轻醇直接排放会造成严重的资源浪费和环境污染。脱除含水轻醇中的水分，将非醇类含氧有机化合物进行转化，得到无水低碳混合醇，有巨大的环境意义和经济意义。

无水低碳混合醇有广阔的应用前景，概括起来主要有以下几个方面：1)用作替代燃料；2)清洁汽油添加剂；3)作为液化石油气(LPG)代用品；4)直接作为通用化学溶剂等；5)化学品及化工原料；6)进一步分离，制得单醇。

目前，针对含水共沸体系的脱水，传统方法主要有：

1)共沸精馏法(恒沸精馏法)；在醇-水共沸体系中加入第三组分形成新体系，改变原体系中各组分之间的相对挥发度，且第三组分和原体系中的一种组分形成最低共沸物，以新的共沸物形式从塔顶蒸出，以此实现醇水分离而脱水；

2)萃取精馏法；在醇-水共沸体系中加入第三组分形成新体系，改变原体系中各组分之间的相对挥发度，第三组分随高沸点液体从塔底排出，以此实现醇水分离而脱水；

3)渗透汽化膜分离法；易渗透的组分分子溶解或吸附于膜的上游表面，然后以混合物中组分渗透压差为推动力通过膜，再从膜的下游脱吸，膜下游为真空系统，膜的两侧分压为传质推动力，透过物在真空系统中汽化并被冷凝收集，以此实现醇水分离而脱水；

4)分子筛吸附法；分子筛是具有多孔网状结构的固体吸附剂，一般为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐。每种分子筛具有特定均一的孔径，只允许比其微孔尺寸小的分子通过，而将那些大分子物质排斥在外，从而起到“筛分”的作用。分离醇-水物系通常采用3A分子筛，即分子筛的微孔尺寸为0.3nm。因为水分子直径约为2.65A(1A＝0.1nm)，而醇分子直径比分子筛微孔直径大；另外，水分子具有很强的正负电子密度，与分子筛存在强极性吸引作用，这样水分子可以进入分子筛并被牢牢吸附在分子筛内部，而醇分子则被阻挡在外，从而实现对水与醇的选择性吸附分离。分子筛有一定的吸附容量，当达到吸附饱和后，失去吸附能力，需要对分子筛进行再生，脱除吸附的水，使分子筛吸附剂重新具有吸附能力。

针对含水共沸体系，现有的技术多为单一技术，且每一种脱水技术都存在缺点：

1)恒沸精馏法，工艺成熟，应用广泛，但恒沸剂从塔顶部采出，能耗较高；引入新组分，产品中有残留；且常用的恒沸剂苯的使用对操作人员身体有害，故将逐渐被绿色环保的新工艺所取代；

2)萃取精馏法，萃取剂从塔釜采出，能耗较小，但对萃取剂回收塔要求苛刻，溶剂有部分损失，且引入新组分，产品中有残留；

3)渗透汽化膜分离法，能耗低，醇选择性高，但费托合成副产轻醇含有较高含量的甲醇，由于甲醇分子直径和常用的膜孔隙直径接近，存在甲醇损失。如用膜分离法进行深度脱水，膜组件数量大、成本较高；