一种乙醇脱氢及副产物加氢的耦合工艺系统 |
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| 申请号 | CN202321445252.6 | 申请日 | 2023-06-08 | 公开(公告)号 | CN220514123U | 公开(公告)日 | 2024-02-23 |
| 申请人 | 陕西延长石油(集团)有限责任公司; | 发明人 | 景旭亮; 李彦男; 陈景; 李鸿雄; | ||||
| 摘要 | 本实用新型公开一种 乙醇 脱氢及副产物加氢的耦合工艺系统，包括依次连接的乙醇预热 汽化 系统和乙醇脱氢反应系统，所述乙醇脱氢反应系统还依次连接有氢气分离系统和乙 醛 分离系统，所述乙醛分离系统还通过第一 回 流管 路与氢气分离系统相连；所述耦合工艺系统还包括依次连接的压缩系统、加氢系统和气液分离系统，所述气液分离系统分别连接有乙醇精馏系统和气体分离系统；乙醛分离系统还与乙醇精馏系统相连，乙醇精馏系统还通过第二回流管路与乙醇预热汽化系统、通过第三回流管路与压缩系统相连；压缩系统上连接有氢气输送管道，氢气分离系统和气体分离系统均与氢气输送管道相连。本实用型性降低了乙醇脱氢副产物分离能耗，实现副产物的高效利用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种乙醇脱氢及副产物加氢的耦合工艺系统，包括依次连接的乙醇预热汽化系统(1)和乙醇脱氢反应系统(2)，其特征在于：所述乙醇脱氢反应系统(2)还依次连接有氢气分离系统(3)和乙醛分离系统(4)，所述乙醛分离系统(4)还通过第一回流管路(10)与氢气分离系统(3)相连； |
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| 说明书全文 | 一种乙醇脱氢及副产物加氢的耦合工艺系统技术领域[0001] 本实用新型属于乙醇脱氢技术领域，具体涉及一种乙醇脱氢及副产物加氢的耦合工艺系统。 背景技术[0002] 目前，世界上乙醛的工业生产路线主要有以下几种：乙烯氧化法、乙炔水合法、乙醇法。其中乙醇法又分为乙醇氧化法和乙醇催化脱氢法；而乙醇催化脱氢法是乙醇蒸汽在催化剂上催化脱氢合成乙醛，同时副产高纯度氢气，生产成本低，该工艺在固定床反应器中进行，生产操作简单，是乙醛合成中很有工业应用前景的合成路线。 [0003] 专利CN113680345A公开了一种含铜多相催化剂及其制备方法与应用，该应用为乙醇脱氢至乙醛。但是，该工艺生产系统中还存在以下问题，由于产物除了乙醛之外，还包括氢气、乙酸乙酯、丁醛、丁醇等。在这些产物当中，氢气、乙醛为轻组分，很容易和未反应的乙醇分离；而乙酸乙酯、丁醛和乙醇的性质比较接近，分离比较困难；但是由于丁醛、乙酸乙酯对催化剂的影响负面影响又较为显著，为此必须予以脱除。现有技术当中，分离乙醇和乙酸乙酯的技术主要包括变压精馏等，但由于乙醇脱氢制乙醛的产物当中除了乙醛和乙醚外，其他重组分当中，未反应的乙醇质量分数超过95%，其他微量杂质，包括乙酸乙酯、丁醛和丁醇的比例很低，为此即使采用变压分离，分离能耗也很高。 [0004] 另外，即使将乙酸乙酯和丁醛通过某种方式从乙醇中分离出来，但由于乙酸乙酯的丁醛两个物质的分离难度更大，为此想要得到高纯度的乙酸乙酯和丁醛作为产品单独销售，分离难度也很高。与此同时，由于乙酸乙酯和丁醛的相对量很少，为此即使分离得到高纯的乙酸乙酯和丁醛，也很难形成一定的生产规模，销售情况也很不乐观。 [0005] 为此，需要提供新的工艺系统，对目前的工艺系统进行优化改进。实用新型内容 [0006] 针对现有技术的缺陷，本实用新型提供一种乙醇脱氢及副产物加氢的耦合工艺系统，通过增加加氢系统，对其中的副产物乙酸乙酯和丁醛进行加氢处理，使其转变为乙醇和丁醇，不仅实现了副产物丁醛和乙酸乙酯的高效转化，将其转化为乙醇和丁醇；还简化了物质分离精馏过程，能耗降低。 [0007] 一种乙醇脱氢及副产物加氢的耦合工艺系统，包括依次连接的乙醇预热汽化系统和乙醇脱氢反应系统，所述乙醇脱氢反应系统还依次连接有氢气分离系统和乙醛分离系统，所述乙醛分离系统还通过第一回流管路与氢气分离系统相连； [0008] 所述耦合工艺系统还包括依次连接的压缩系统、加氢系统和气液分离系统，所述气液分离系统分别连接有乙醇精馏系统和气体分离系统； [0009] 所述乙醛分离系统还与乙醇精馏系统相连，所述乙醇精馏系统还通过第二回流管路与乙醇预热汽化系统、通过第三回流管路与压缩系统相连； [0010] 所述压缩系统上连接有氢气输送管道，所述氢气分离系统和气体分离系统均与所述氢气输送管道相连。 [0011] 优选地，所述乙醇精馏系统为乙醇精馏塔，所述第二回流管路与乙醇精馏塔的塔顶相连，所述乙醛分离系统、气液分离系统、第三回流管路与所述乙醇精馏塔的连接口位于乙醇精馏塔的塔顶和塔底之间，且所述气液分离系统与所述乙醇精馏塔的连接口位于乙醛分离系统、第三回流管路与所述乙醇精馏塔的连接口之间。 [0013] 优选地，所述氢气分离系统为乙醇吸收塔。 [0014] 优选地，所述氢气分离系统还包括与乙醇吸收塔相连的预增压装置，所述预增压装置与所述乙醇脱氢反应系统相连。 [0015] 优选地，所述乙醇预热汽化系统包括依次连接的预热器和汽化器，所述汽化器与乙醇脱氢反应器相连。 [0016] 优选地，所述气体分离系统为膜分离器或者变压吸附制氢装置。 [0017] 本实用新型的优点： [0018] 本实用型性降低了乙醇脱氢副产物的分离能耗，同时实现副产物的高效利用；通过氢气分离系统和乙醛分离系统将乙醇脱氢的产物氢气、乙醛分离，脱氢反应的副产物再通过加氢系统进行加氢处理，使其中的副产物乙酸乙酯和丁醛简单高效转化为乙醇和易分离的丁醇；同时，乙醇脱氢的副产物氢气也可以在加氢系统得到循环利用，可基本实现系统氢气的供需平衡。附图说明 [0019] 图1为一种乙醇脱氢及副产物加氢的耦合工艺系统的结构示意图； [0020] 其中，1‑乙醇预热汽化系统，2‑乙醇脱氢反应系统，3‑氢气分离系统，4‑乙醛分离系统，5‑压缩系统，6‑加氢系统，7‑气液分离系统，8‑乙醇精馏系统，9‑气体分离系统，10‑第一回流管路，11‑第二回流管路，12‑第三回流管路，13‑氢气输送管道。 具体实施方式[0021] 结合图1对本实用新型进行详细说明。 [0022] 一种乙醇脱氢及副产物加氢的耦合工艺系统，包括依次连接的乙醇预热汽化系统1和乙醇脱氢反应系统2，所述乙醇脱氢反应系统2还依次连接有氢气分离系统3和乙醛分离系统4，所述乙醛分离系统4还通过第一回流管路10与氢气分离系统3相连； [0023] 所述耦合工艺系统还包括依次连接的压缩系统5、加氢系统6和气液分离系统7，所述气液分离系统7分别连接有乙醇精馏系统8和气体分离系统9； [0024] 所述乙醛分离系统4还与乙醇精馏系统8相连，所述乙醇精馏系统8还通过第二回流管路11与乙醇预热汽化系统1、通过第三回流管路12与压缩系统5相连； [0025] 所述压缩系统5上连接有氢气输送管道13，所述氢气分离系统3和气体分离系统9均与所述氢气输送管道13相连。 [0026] 其中，所述乙醇精馏系统8为乙醇精馏塔，所述第二回流管路11与乙醇精馏塔的塔顶相连，所述乙醛分离系统4、气液分离系统7、第三回流管路12与所述乙醇精馏塔的连接口位于乙醇精馏塔的塔顶和塔底之间，且所述气液分离系统7与所述乙醇精馏塔的连接口位于乙醛分离系统4、第三回流管路12与所述乙醇精馏塔的连接口之间。 [0027] 所述压缩系统5包括气体增压机和液体增压泵，所述气体增压机与氢气输送管道13相连，所述液体增压泵与第三回流管路12相连，所述气体增压机和液体增压泵均与所述加氢系统6相连。 [0028] 所述氢气分离系统3为乙醇吸收塔。 [0029] 所述氢气分离系统3还包括与乙醇吸收塔相连的预增压装置，所述预增压装置与所述乙醇脱氢反应系统2相连。 [0030] 所述乙醇预热汽化系统1包括依次连接的预热器和汽化器，所述汽化器与乙醇脱氢反应器相连。 [0031] 所述气体分离系统9为膜分离器或者变压吸附制氢装置。 [0032] 本实用新型提供的乙醇脱氢及副产物加氢的耦合工艺系统的工作流程如下： [0033] 乙醇物料进入乙醇预热汽化系统1，在预热器内被预热到80‑150℃，然后在汽化器内被进一步加热到220‑300℃，以满足脱氢反应的温度需求，得到物料WL2； [0034] 物料WL2进入乙醇脱氢反应系统2内，在0.05‑0.5MPa、220‑300℃、乙醇质量空速为‑12.0‑10.0h 条件下发生脱氢反应，主产物为氢气、乙醛，副产物主要包括乙酸乙酯、丁醛和丁醇等产品，得到物料WL3，经冷却后，进入氢气分离系统3；乙醇脱氢反应系统2通过固定床反应器实现，脱氢催化剂采用现有技术中催化剂乙醇脱氢催化剂即可，比如，可采用专利CN113680345A公开的催化剂； [0035] 氢气分离系统3为乙醇吸收塔，乙醇吸收塔的反应压力与乙醇脱氢反应系统2的压力一致，物料WL3进入乙醇吸收塔，将除氢气之外的物质全部吸收下来，从乙醇吸收塔排出，得到物料WL4，物料WL3中99.9%的氢气倍分离出来，得到物流WL5，进入氢气输送管道13；当乙醇吸收塔的反应压力高于乙醇脱氢反应系统2的压力，为0.5‑1.0MPa（但不包括0.5）时，所述氢气分离系统3还包括预增压装置，物料WL3先通过预增压装置进行增压，然后再进入乙醇吸收塔； [0036] 物料WL4进入乙醛分离系统4，乙醛分离系统4通过乙醛精馏塔实现，塔内压力控制在0.3‑1.0MPa，乙醛精馏塔的塔顶产物即为乙醛，纯度大于99.7%；其他作为塔底物料WL7，分成两路，一路通过第一回流管路10回流至氢气分离系统3，作为吸收剂；另一路进入乙醇精馏系统8，通过乙醇精馏塔精馏将其中的乙醇精馏出去，作为循环乙醇通过第二回流管路11进入乙醇预热汽化系统1，部分液相产物物料9‑1（主要为丁醛，乙酸乙酯和乙醇）通过第三回流管路12进入压缩系统5；乙醛精馏塔的塔顶可以使用常规的冷却水作为冷却介质（而不是冷冻水），从而降低冷冻水系统的投资； [0037] 在压缩系统5内，物料9‑1经过液体增压泵增压，通过氢气输送管道13进入的氢气经过气体增压机增压，增压之后的气体和液体的压力均为3‑8MPa，均进入加氢系统6； [0038] 加氢系统6通过固定床反应器实现，在加氢系统6内，原料被预热到反应温度220‑‑1600℃，在3‑8MPa条件下，液体的质量空速为0.5‑5h 条件下，氢气与乙酸乙酯、氢气与丁醛分别反应，生成乙醇和丁醇；其中，氢气：（乙酸乙酯+丁醛）的摩尔比为20‑800：1；更优选地该摩尔比为200‑800：1；加氢反应中采用的催化剂为负载型催化剂，载体为活性炭或者SiO2，负载的活性组分为Ru、Re、Pd、Ag、Ni、Cu中的一种或多种； [0039] 加氢系统6的产物主要包括乙醇、丁醇、未反应的氢气、微量未反应的丁醛和乙酸乙酯，同时还有乙烷等其他微量轻组分。该产物进入气液分离系统7，将该产物分为气相和液相两部分，其中气相组分主要为氢气、乙烷等微量轻组分，液相组分主要为乙醇和丁醇、微量未反应的丁醛和乙酸乙酯； [0040] 气相组分进入气体分离系统9，当气体分离系统9为膜分离器时，渗透气为氢气，进入氢气输送管道13循环进入压缩系统5中气体增压机，非渗透气为其他；当气体分离系统9为变压吸附制氢装置时，氢气穿透吸附床层，进入压缩系统5，经过气体增压机增压后进入加氢系统6循环使用，另一侧的乙烷等轻组分气体被吸附，然后经过多次均压、解吸之后得到收集，可以作为燃料气使用； [0041] 液相组分进入乙醇精馏系统8，通过乙醇精馏塔精馏，塔顶主要得到乙醇，通过第二回流管路11进入乙醇预热汽化系统1作为原料使用，塔底产物主要为丁醇，微量的乙酸乙酯和丁醛等产物；乙醇精馏塔的压力控制在1.5‑3MPa，塔顶摩尔回流比2‑20，塔底得到的丁醇含量大于95%，可作为粗产品对外销售； [0042] 所述氢气输送管道13为氢气补充物流或者产物物流外送的管道，具体根据加氢单元的工艺条件确定；当加氢系统6所需氢气用量较低，系统多余氢气时，多余的氢气则作为产品通过氢气输送管道13外送；当加氢系统6所需氢量较大，系统氢气量不足时，则需要通过氢气输送管道13从外界补充一定量的氢气； [0043] 本实用新型中，所述乙醛分离系统4、气液分离系统7、第三回流管路12与所述乙醇精馏塔的连接口位于乙醇精馏塔的塔顶和塔底之间，且所述气液分离系统7与所述乙醇精馏塔的连接口位于乙醛分离系统4、第三回流管路12与所述乙醇精馏塔的连接口之间（例如，当乙醛分离系统4与所述乙醇精馏塔的连接口位于第30块塔板，气液分离系统7与所述乙醇精馏塔的连接口位于第40块塔板，塔底位于第60块塔板，则物料9‑1从第50块塔板侧线采出）。乙醛精馏塔出来的物料WL7一部分通入到乙醇精馏系统8，通过精馏将其中的乙醇蒸馏从塔顶排出，作为循环乙醇循环使用；塔底物流为丁醛、乙酸乙酯和丁醇。物料9‑1采用该位置的物流采出是由于该位置处采出的物流当中乙醇的含量大幅度降低，同时又可以保证塔底物流当中的丁醛和乙酸乙酯的含量最低，从塔顶到塔底，各物流中的乙醇含量逐渐降低。 [0044] 由此可知，本实用新型提供的乙醇脱氢及副产物加氢的耦合工艺系统，首先将乙醇脱氢的产物中的轻质产物（氢气、乙醛）通过氢气分离系统和乙醛分离系统逐级脱除，得到重质物（乙醇、乙酸乙酯、丁醛和丁醇）；重质物经过乙醇精馏系统分离乙醇后，和氢气经过加压后进入加氢系统，将其中的乙酸乙酯和丁醛进行加氢处理，使其转变为乙醇和丁醇，加氢反应的产物经过气液分离，分离后的液相经过精馏分离，得到重组分主要以丁醇为主，作为产品外销，乙醇作为乙醇脱氢制乙醛的原料循环使用；轻组分经过分离后，将其中的氢气分离出来，循环回加氢单元使用；其他轻组分气体包括加氢产生的乙烷等气体，可作为燃料气对外产出。 [0045] 整个过程实现了副产物丁醛和乙酸乙酯的高效转化，将其转化为乙醇和丁醇；简化了物质分离精馏过程，整个过程除了产物乙醛的精馏塔之外，只有一个乙醇和重组分丁醇的分离过程，能耗较低；最后，乙醇脱氢产生的氢气也实现了高效利用。 |
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