用于乙醇生产和纯化工艺的热联合方法技术

由乙酸加氢生产乙醇需要能量来驱动粗乙醇产物的加氢反应和纯化。从生产工艺的一个部分回收热以在该工艺中使用的热联合方法提高效率且降低成本。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及乙醇生产中的热联合(heat integration)方法，特别是由乙酸加氢生产乙醇中的热联合方法。
技术介绍
用于工业用途的乙醇按照常规由石油化工原料例如油、天然气或煤生产，由原料中间体例如合成气生产，或者由淀粉质材料或纤维素材料例如玉米(corn)或甘蔗生产。由石油化工原料以及由纤维素材料生产乙醇的常规方法包括乙烯的酸催化水合、甲醇同系化、直接醇合成和费-托合成。石油化工原料价格的不稳定性促使按照常规生产的乙醇成本波动，在原料价格升高时使对乙醇生产的替代来源的需要比以往更大。淀粉质材料以及纤维素材料通过发酵转化为乙醇。然而，发酵通常用于燃料用或消费用乙醇的消费性生产。 此外，淀粉质或纤维素材料的发酵与食品来源构成竞争并且对用于工业用途所可生产的乙醇的量施加了限制。通过链烷酸和/或其它含羰基化合物的还原生产乙醇得到广泛研究，在文献中提及了催化剂、载体和操作条件的各种组合。在链烷酸例如乙酸的还原期间，其它化合物随乙醇一起生成或者以副反应生成。这些杂质限制了乙醇的生产和从这类反应混合物的回收。 例如，在加氢期间，产生的酯与乙醇和/或水一起形成难以分离的共沸物。此外，当转化不完全时，未反应的酸保留在粗乙醇产物中，必须将其加以移除以回收乙醇。对于从发酵工艺分离乙醇，一直使用常规方法。这些方法提出了多种热联合配置， 例如美国专利No. 5，215，902,5, 035, 776,4, 626，321和4，306，942中描述的那些。然而，这些方法应对的是不同进料流和分离要求。因此，仍需要提高从使链烷酸例如乙酸和/或其它含羰基化合物还原获得的粗产物回收乙醇的能量效率。专利技术概述在第一实施方案中，本专利技术涉及生产乙醇的方法，该方法包括以下步骤将包含乙酸的乙酸蒸气进料流弓I入第一反应器，在第一反应器中于第一催化剂存在下将乙酸加氢形成包含乙醇和剩余乙酸的第一反应器产物流。该方法还包括在第一换热段(stage)中冷却第一反应器产物流，其中将第一反应器产物流冷却至温度等于或大于去往第一反应器的进料温度。此外，该方法包括在第二反应器中于第二催化剂存在下将剩余乙酸加氢形成包含乙醇的第二反应器产物流；和在第二换热段中冷却第二反应器产物流。在第二实施方案中，本专利技术涉及生产乙醇的方法，该方法包括以下步骤在反应器中于催化剂存在下将来自乙酸蒸气进料流的乙酸加氢形成粗反应器产物；将粗反应器产物闪蒸形成蒸气料流与包含乙醇、乙酸乙酯、水和乙酸的液体料流；以及在第一蒸馏塔中将至少部分液体料流进行分离以产生包含乙醇、乙酸乙酯和水的第一馏出物，与包含乙酸的第一残余物。该方法可以在第一换热段中传递第一馏出物的热。该方法还包括在第二蒸馏塔中将第一馏出物的冷凝部分进行分离以产生包含乙酸乙酯的第二馏出物与包含乙醇和水的第二残余物；以及在第三蒸馏塔中将部分第二残余物进行分离以产生包含乙醇的第三馏出物和包含水的第三残余物。该方法可以在第二换热段中冷却部分第三残余物。附图说明下面参考附图详细地描述本专利技术，其中相同的数字指示类似的部分。图1是根据本专利技术一个实施方案的加氢系统的示意图。图2是根据本专利技术一个示例性实施方案用于加氢系统的热联合的热力学模型图。专利技术详述本专利技术涉及回收在催化剂存在下将乙酸加氢产生的乙醇的方法。加氢还可以产生一种或多种副产物，所述副产物在一个或多个蒸馏塔中进行分离。蒸馏塔需要热将副产物与乙醇分离。此外，存在若干需要在加氢之前加热且还需要在反应之后冷却的进料流。特别地，本专利技术将工艺内的热进行联合以提高能量效率。在一个实施方案中，加氢反应器在比纯化系统高的温度下于气相中进行操作。因为加氢反应器在气相中产生粗产物而纯化是在液相中，反应的热不能够易于通过粗产物直接传递。在没有通过粗产物传递热的情况下，系统会损失热并且降低总效率。本专利技术的一个实施方案通过一个或多个热段有利地纳入热联合。热段是指第一料流通过与第二料流间接接触而改变温度，例如通过第一和第二料流的间接接触由较热的第二料流加热较冷的第一料流。在一些实施方案中，较热的料流可以通过将热传递给较冷的料流而被冷却。在其它实施方案中，较冷的料流可以通过较热的料流所传递的热而被加热。 热段允许在系统的一部分如加氢反应器中所产生或所使用的热在工艺的另一部分内保持而得到有效使用。热段可以使用任何合适的间接接触式换热器，包括直接传递型换热器或间接传递型换热器，它们都能够通过传导来传递热。在一些实施方案中，热传递流体例如蒸汽或油可以将热从一个料流传递到另一个料流。可以用于本专利技术实施方案的优选换热器可以是螺旋管换热器、双管式换热器、壳管式换热器或流化床换热器。图1显示了根据本专利技术的一个实施方案适合于乙酸加氢和从粗反应混合物分离乙醇的加氢系统100。系统100包含反应区101和蒸馏区102。分别通过管线103和104将乙酸和氢气给进到蒸发器105中，从而产生导向第一反应器107和/或第二反应器109的包含乙酸和氢气的蒸气进料流106。有关本专利技术方法所使用的原料、乙酸和氢气可以衍生自任何合适的来源，包括天然气、石油、煤、生物质等。作为实例，可以通过甲醇羰基化、乙醛氧化、乙烯氧化、氧化发酵和厌氧发酵生产乙酸。由于石油和天然气价格波动，或多或少变得昂贵，所以由替代碳源生产乙酸和中间体例如甲醇和一氧化碳的方法已逐渐引起关注。特别地，当石油与天然气相比相对昂贵时，由衍生自任何可用碳源的合成气体(“合成气”)生产乙酸可能变得有利。 例如，美国专利No. 6，232，352(通过引用将其公开内容并入本文)教导了改造甲醇装置用以制造乙酸的方法。通过改造甲醇装置，对于新的乙酸装置，与CO产生有关的大量资金费用得到显著降低或在很大程度上消除。使所有或部分合成气从甲醇合成环路发生转向并供给到分离器单元以回收CO和氢气，然后将它们用于生产乙酸。除乙酸外，这种方法还可以用于制备有关本专利技术所可利用的氢气。适合于乙酸生产的甲醇羰基化方法描述于美国专利No. 7，208，624,7, 115，772、 7，005，541,6，657，078,6，627，770,6，143，930,5，599，976,5，144，068,5，026，908, 5，001, 259和4，994，608中，通过引用将它们的公开内容并入本文。任选地，可以将乙醇生产与这类甲醇羰基化方法进行热联合。美国专利No. RE 35，377 (也通过引用将其并入本文)提供了一种通过使含碳材料例如油、煤、天然气和生物质材料转化生产甲醇的方法。该方法包括使固体和/或液体含碳材料加氢气化以获得工艺气体，用另外的天然气将该工艺气体蒸汽热解以形成合成气。将该合成气转化为可以羰基化为乙酸的甲醇。该方法同样产生如上述有关本专利技术所可使用的氢气。美国专利No. 5，821，111以及美国专利No. 6，685，754公开了一种将废生物质通过气化转化为合成气的方法，通过引用将它们的公开内容并入本文。在一个任选的实施方案中，给进到加氢反应的乙酸还可以包含其它羧酸和酸酐， 以及乙醛和丙酮。优选地，合适的乙酸进料流包含一种或多种选自乙酸、乙酸酐、乙醛、乙酸乙酯和它们的混合物的化合物。在本专利技术的方法中还可以将这些其它化合物加氢。在一些实施方案中，在丙醇生产中羧酸例如丙酸或其酸酐的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：N·K·波维尔，S·朗迪，L·萨拉格尔，M·维尔德，R·J·沃尼尔，G·格鲁森朵夫，R·杰夫迪克，V·J·琼斯登，F·R·奥尔森，
申请(专利权)人：国际人造丝公司，
类型：发明
国别省市：