用于含水乙醇的脱水的低能量萃取蒸馏方法技术

一种用于由含水／乙醇进料产生无水乙醇的能量有效的萃取蒸馏方法，使用在无液体回流或被大大降低的液体回流条件下操作的萃取蒸馏塔（ＥＤＣ），该含水／乙醇进料包含任何范围的乙醇。ＥＤＣ可被合并到用于由发酵液产生无水乙醇的综合方法中，该无水乙醇用于汽油混合。通过使用高沸点萃取蒸馏溶剂，没有溶剂被汽相夹带到ＥＤＣ塔顶流中，即使是在无液体回流条件下也是如此。ＥＤＣ的能量需求和严格度可通过限制ＥＤＣ中的乙醇回收来进一步改进。在这部分的乙醇回收设计中，保留在来自ＥＤＣ的含水流中的乙醇在后蒸馏塔中被回收，或者所述含水流被循环到前端预蒸馏塔中，乙醇在该前端预蒸馏塔容易被回收，这是因为乙醇／水的ＶＬＥ曲线非常有利于蒸馏。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于由含水乙醇原料回收无水(99. 5+wt% )乙醇的改进的、能量有效 的萃取蒸馏方法，该无水(99.5+wt%)乙醇适合于汽油混合，该含水乙醇原料包括发酵液。
技术介绍
较高的油价和更严格的环境规定成为全世界范围内代用燃料和可再生燃料的研 究和开发分配更多资源的动力。在这方面的重要开发是把乙醇用作汽油的混合料。燃烧乙 醇而非燃烧汽油可减少多于80%的碳排放并且完全消除引起酸雨的二氧化硫的释放。美国 能源部(DOE)预测在美国到2030年乙醇将减少30%的汽油消耗。最近的DOE报告推断，在 主要能源和环境效益方面，发酵乙醇明显优于基于石油的燃料，且未来的基于纤维素的乙 醇将甚至更好。使用乙醇的主要弊端是发酵产生只含有10wt% _12衬％乙醇的稀的含水乙醇混 合物。当前的用于产生适用于汽油混合的无水(99. 5wt%)乙醇的脱水策略是高耗能的，并 且其采用常规蒸馏及其后续步骤分离乙醇_水共沸物。与乙醇的21，400KJ/L的能量值相 比，常规蒸馏需要约6，400KJ/L来将发酵乙醇浓缩成95. 6wt%的乙醇，该95. 6wt%的乙醇 是共沸组合物。即使是改进后的采用热联合的蒸馏方案仍然需要5，500KJ/L来产生该共沸 组合物。然后，将乙醇从共沸点浓缩以产生无水乙醇需要更多的能量。明显地，尽管使用乙 醇有益，与使乙醇脱水相关的能量成本为将通过发酵而产生的乙醇用作汽油混合料或用作 发动机燃料设置了严重的经济阻碍。除共沸组成以外浓缩乙醇以产生无水乙醇的主要商业方法是(1)共沸蒸馏，(2) 分子筛吸附，以及(3)萃取蒸馏。第四种方法被称为膜分离，该方法使用沸石或聚合物膜来 分离共沸物，其主要处于发展阶段。在共沸蒸馏中，挥发性夹带剂被添加到含水乙醇进料混合物中。夹带剂修改了被 分离的水和乙醇的活度系数，并且在这个方法产生无水乙醇时夹带剂与水形成了共沸物 以从塔顶取出。戊烷、苯、二乙醚和汽油已被公开为合适的夹带剂。见West的美国专利 3，575，818、McElroy 的美国专利 2，012，199、Wolfher.的美国专利 2，371，010 以及 Black 等人“Extractive andAzeotropic Distillation(萃取蒸溜和共沸蒸溜)”，Am. Chem. Soc. Advances InChemistry Series第115期，第64页，1972。共沸方法的主要缺点是乙醇进料 必须被预浓缩到接近95wt%的共沸组成，这本身是能量密集方法。用于从水中分离乙醇的吸附分离方法典型地为分批方法，对于所使用的吸附 剂而言，该方法必须有吸附循环和分离解吸附循环。不同的吸附分离技术被描述在， 例如，Fornoff 的美国专利 4，273，621、Ginder 的美国专利 4，407，662、Greenbank 等 人的美国专利4，465，875、Convers等人的美国专利4，287，089、Oulman的美国专利 4，277，635、Kulprathipanja 等人的美国专利 4，382，001、Sircar 的美国专利 5，030，775、 Kulprathipanja 等人的美国专利 4，343，623、Kulprathipanja 等人的美国专利 4，319，058、 Valkanas等人的美国专利5，766，895,FeIdman的美国专利4，359，593以及Derr的美国专 利2，137，605中。尽管吸附方法在除去水或乙醇的方面非常具有选择性，但相关的高热能量需求、高操作成本、有限的产能以及吸附剂寿命长度的不确定性是对于商业运作的主要弊端。最后，在萃取蒸馏(ED)中，高沸点的、极性的、非挥发性的溶剂被添加到萃取蒸馏 塔(EDC)的上部，而包含乙醇和水的进料被进料到EDC的中部或下部，其位于溶剂入口点之 下。取决于溶剂的性质，下行的非挥发性溶剂优先从上升的汽流中萃取水或乙醇，从而消 除乙醇-水的共沸物，并从EDC的塔顶产生纯化的乙醇或水。EDC塔顶流的部分被循环到 EDC顶部作为回流。然后富含水或乙醇的饱和溶剂从EDC底部排出并被转移到溶剂回收塔 (SRC)的中部。饱和溶剂中的水或乙醇用来自SRC重沸器的热量从溶剂中被汽提，然后从 SRC的塔顶流中被回收作为纯化的水或乙醇。再次地，塔顶流的部分被循环到SRC的顶部作 为液体回流。来自SRC底部的贫溶剂被循环回EDC作为溶剂进料。使用甘油作为ED溶剂的脱水含水乙醇的ED方法被公开在Schneible的美国专 利1，469，447中。此后，其他被考虑的ED溶剂包括乙氧基乙醇和丁氧基乙醇(Smith等 人的美国专利2，559，519)，丁醇、戊醇或己醇(Catterall的美国专利2，591，671)，汽油组 分(Catterall的美国专利2，591，672)，硫酸、丙酮或糠醛(Kirshenbaum等人的美国专利 2，901，404)，2-苯基苯酚或2-苯基苯酚和枯基苯酚的混合物(Zudkevitch等人的美国专 利4，428，798)，环己基环己酮或环己基环己醇(Zudkevitch等人的美国专利4，455，198)， 苯甲酸甲酯、苯甲酸甲酯与偏苯三酸酐的混合物、以及二苯甲酸二丙二醇酯与水杨酸乙酯 和间苯二酚的混合物(Berg等人的美国专利4，631，115)，六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢 苯酐与戊醇-1的混合物、以及偏苯三酸酐与水杨酸乙酯和间苯二酚的混合物(Berg等人 的美国专利4，654，123)；以及二氨基丁烷、1，3_ 二氨基戊烷、二亚乙基三胺和六氯丁二烯 (Nieuwoudt的美国专利6，375，807)。这些专利中所公开的ED溶剂据称在分离乙醇和水方 面特别地具有选择性，但是不考虑它们在其他重要溶剂性质例如溶剂热稳定性、毒性、沸点 等方面对ED方法的实际适用性。这些专利也没有解决与ED方法相关的能量和相关经济问 题。为了减少ED方法中的能量需求，Braithwaite等人的美国专利4，400, 241提出将 碱金属盐或碱土金属盐添加到多元醇溶剂中以提高ED溶剂性能。优选的系统包括(1)被 添加到乙二醇的四硼酸钠以及(2)被添加到甘油的磷酸氢二钾。其他减少能量需求的方法以改进的方法设计为特征以便回收能量，例如Brandt 等人的美国专利4，349，416中的方法，该方法中第一旁流从EDC中排出，经过了与从EDC到 SRC的途中的底部产物的热交换，并在旁流的点以下的点返回EDC。来自EDC的第二旁流也 排出，经过了与SRC的底部产物的热交换并返回EDC。Lee等人的美国专利4，559，109公开了另一种方法，通过该方法，包含 IOwt % _12wt%乙醇的含水乙醇首先在前端蒸馏塔中被转化为85wt% -90wt%的浓缩汽， 该浓缩汽随后被进料到EDC。前端蒸馏塔代表分馏器的富含水(下)部分，而EDC代表分馏 器的富含乙醇(上)部分。萃取溶剂只被添加到EDC(分馏器的富含乙醇部分)，在此处汽 液平衡(VLE)曲线很不利于蒸馏。据称溶剂是用于消除二元乙醇-水共沸物并且修改VLE 曲线的富含乙醇部分的形状使其有利于蒸馏。然后乙醇-水饱和溶剂通过来自EDC的富溶 剂塔底流被完全地除去并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将包含乙醇和水的含水原料脱水的改进的萃取蒸馏（ＥＤ）方法，所述方法包括以下步骤：（ａ）将包含乙醇和水的含水原料引入到萃取蒸馏塔（ＥＤＣ）的中部；（ｂ）将高沸点水选择性溶剂引入到所述ＥＤＣ的上部以在萃取蒸馏条件下接触所述含水原料，以产生液态塔底流以及产生汽态塔顶流，所述液态塔底流包括水和高沸点水选择性溶剂，所述汽态塔顶流包括大于９９．５重量百分比的乙醇，其中所述ＥＤＣ在液体回流对馏出物的比小于约０．５的情况下操作；（ｃ）将所述汽态塔顶流的至少一部分从所述ＥＤＣ中排出作为纯化的乙醇产物；（ｄ）将所述ＥＤＣ的所述液态塔底流的至少一部分进料到溶剂回收塔（ＳＲＣ）中，以除去来自其中的水并且产生贫高沸点水选择性溶剂流；以及（ｅ）将所述贫高沸点水选择性溶剂流的至少一部分循环到所述ＥＤＣ的上部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李福民，林棕斌，黄志豪，沈宏俊，吴光宇，林达范翁，苏峰成，郑柏松，张太平，
申请(专利权)人：AMT国际股份有限公司，台湾中油股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]