一种采用溶盐萃取精馏方式从乙醇
1.本发明属于含水乙醇分离制无水乙醇分离工程领域，涉及一种以合成气制经醋酸加氢生产乙醇的混合产物的精制分离方法，混合产物间形成的共沸物系之一是乙醇-水，以醋酸钾为萃取剂，采用溶盐萃取精馏法对乙醇-水共沸物进行分离，制取无水乙醇，提高了分离效率、简化了该共沸物的分离流程，降低了能耗。
背景技术：
2.燃料乙醇是我国现阶段大力推广的一种清洁燃油添加剂。国内外乙醇的主要生产路线分为三种，分别是生物发酵路线、乙烯水化路线和合成气路线。生物发酵路线的原料主要为玉米、葛薯、小麦等农作物，有时会受到一系列不可抗因素制约，如受到天气因素影响导致粮食减产势必会对原料供应造成冲击，还极易造成与人争粮的问题。乙烯水化路线分为间接水化法和直接水化法，适用于石油资源丰富的国家或地区。合成气路线包括合成气新型发酵法、合成气通过醋酸或醋酸酯加氢制乙醇，以及合成气经甲醇、二甲醚、乙酸甲酯制乙醇和合成气直接制乙醇法等，其中合成气经醋酸加氢制乙醇路线符合我国“富煤少油”的能源构架，不仅能满足燃料乙醇的市场需求，也有助于缓解我国当前醋酸产能过剩的现状。
3.醋酸加氢制乙醇的主要产物是乙醇和水，两者间存在4.4%wt.水-95.6%wt.乙醇(常压沸点78.17℃)二元共沸物。普通精馏操作无法分离共沸物，工业上常采用萃取精馏和共沸精馏分离该共沸物系统，溶盐萃取精馏是一种新型的特殊精馏分离方式，在系统中加入盐类物质可改变组分间的相对挥发度，消除共沸点，其溶剂比低、能耗小，盐类不会混入塔顶轻组分，溶盐作为一种绿色环保型萃取剂近年来被广泛采用，在共沸物分离方面具有很大的研究价值。有关醇水系统的溶盐精馏分离，常选用氯化钠、氯化钙、氯化镁、醋酸钾等溶盐萃取剂，考虑到氯化钙等中氯离子对设备的腐蚀问题，本发明专利选用醋酸钾、醋酸钠、醋酸钙等作为萃取剂分离精制无水乙醇。
技术实现要素：
4.本发明采用自行设计加工的一套玻璃材质萃取精馏塔对乙醇-水共沸物进行分离。精馏塔内径30mm，外径45mm，属填料塔，内置芬斯克填料，是用金属丝绕制而成的三角螺旋状，填料规格为φ1.5
×
1.5，填料塔分精馏段、萃取段和提馏段三段，有效高度均为0.75m，塔顶为电磁阀回流比控制器的冷凝头，塔釜采用容积为1000ml的四口烧瓶。精馏段和萃取段间设置有带测温口的萃取剂进料口；萃取段和提馏段间设置有带测温口的原料进料口。采用无水乙醇夹带醋酸钾作为萃取剂，从萃取剂进料口进料，在萃取精馏塔顶部得到无水乙醇，同时在塔釜回收醋酸钾。
附图说明
5.附图1 乙醇-水共沸物溶盐萃取精馏分离塔附图1中，1、6—水银温度计；2带电磁阀回流比控制的玻璃冷凝器；3—玻璃填料塔；4、5—进料泵；7—储罐；8—四口烧瓶；9—玻璃冷凝器；10—电加热套；a—萃取剂进料口；b—原料进料口；c—塔顶采出口；d—塔釜采出口。
6.本发明的技术解决方案如下：
①
将醋酸钾溶于无水乙醇作为溶盐萃取剂（醋酸钾质量浓度为5~20wt.%）存储于加料瓶中，由计量泵(4)计量后泵至萃取精馏塔进料侧，从进料塔塔节位置(a)进入；将95%wt.的共沸乙醇-水作为原料存储于加料瓶中，由计量泵(5)计量后泵至萃取精馏塔进料侧，从进料塔塔节位置(b)进入。
7.②
该塔的出料为塔顶(c)出无水乙醇（常压沸点78.2℃），将部分产物回用作醋酸钾的夹带剂循环进料；塔釜(d)出料为稀释后的醋酸钾水溶液。
8.③
经过上述
①
、
②
的处理在萃取精馏塔中实现了无水乙醇的精制分离。
9.本发明的显著特征为：该溶盐萃取精馏以无水乙醇作为醋酸钾的夹带剂，不引入其他汽液相组分，且醋酸钾本身难以通过蒸馏混入塔顶轻组分，降低了分离难度，节约了设备投资和操作费用，减少了无水乙醇的分离精制成本。
具体实施方式
10.实施例1在塔釜(8)加入500ml的95%wt.乙醇，加入少量沸石预防实验过程中发生暴沸，分别准备5l萃取剂（10%wt.醋酸钾的无水乙醇溶液）以及5l原料（95%wt.乙醇）装入两个密闭的聚四氟乙烯桶中，并分别通过蠕动泵(4,5)与图1中的萃取剂进料口(a)和原料进料口(b)连接。打开冷冻恒温槽和平流泵，令乙二醇制冷液在精馏塔的上下两个冷凝器(2,9)内循环流动，冷冻恒温槽温度设置为1℃以确保制冷效果。打开电加热套(10)，待塔顶有回流后，开启蠕动泵(4,5)，萃取剂进料口(a)和原料进料口(b)按进料比1:1进料，萃取剂进料流量为12ml/min。开启塔顶出料电磁阀开关，设定回流比为1:1，从塔顶采出口(c)出料，经气相色谱分析，塔顶采出得到99.82%wt.无水乙醇，采出流量约为20ml/min，同时将部分无水乙醇（约50%的体积量）回用作醋酸钾的夹带剂。
11.实施例2实验装置与操作条件同实施实例1，只是将萃取剂更换为15%wt.醋酸钾的无水乙醇溶液，气相色谱分析：塔顶采出无水乙醇的含量为99.81%wt.。
12.实施例3实验装置与操作条件同实施实例1，只是将萃取剂更换为20%wt.醋酸钾的无水乙醇溶液，气相色谱分析表明：塔顶采出无水乙醇的含量为99.80%wt.。
13.实施例4实验装置与操作条件同实施实例1，只是将萃取剂更换为5%wt.醋酸钾的无水乙醇溶液，气相色谱分析：塔顶采出无水乙醇的含量为99.14%wt.。
技术特征：
1.发明属于从含水乙醇中制取无水乙醇工程领域，涉及一种以合成气制经醋酸加氢生产乙醇的混合产物——乙醇与水组成的共沸物，以醋酸钾为萃取剂，采用溶盐萃取精馏法对其进行分离，制取无水乙醇。2.权利要求1中的溶盐萃取剂为醋酸钾，其浓度为5~20%wt.醋酸钾与95~99.5%wt.乙醇组成的含水溶液。3.权利要求1所说的萃取精馏塔由精馏段、萃取段和提馏段三部分组成，塔内填充芬斯克不锈钢丝三角螺旋高效填料，精馏段与萃取段之间设置有萃取剂进料口、提馏段与萃取段之间设有乙醇-水共沸物进料口；塔的操作条件为萃取剂与共沸物进料体积配比为1:1~3:1，回流比为1:1~1:3时，可从塔顶采出99.8%wt.以上的无水乙醇，采出量为进料量的50%；在此条件下操作，经气相色谱仪测定，塔顶出料含量为99.82%wt.的无水乙醇。
技术总结
本发明属于合成气制醋酸、而后加氢制无水乙醇分离工程领域，涉及一种以溶盐萃取精馏方法对加氢产物中的乙醇-水共沸物进行分离。该萃取精馏分离的精馏塔由精馏段、萃取段和提馏段三段塔节组成。精馏段与萃取段间设置了一个萃取剂进料口；萃取段与提馏段间设置了一个原料进料口。该塔的原料进料组成为乙醇水共沸组成的溶液（乙醇含量95%wt.），萃取剂进料组成为（5~20%wt.）醋酸钾-（90~95%wt.）乙醇。在萃取剂进料量为12mL/min，萃取剂和原料进料体积比为1:1~3:1，回流比为1:1~1:3时，可从塔顶采出99.8%wt.以上的无水乙醇，采出量约为20mL/min；塔釜为分离残余水稀释的醋酸钾溶液，经负压脱水后醋酸钾溶液可循环使用。采用该溶盐萃取精馏法实现了乙醇-水近共沸物系的分离，得到无水乙醇，简化了该物系的分离流程，降低了分离难度，节省了设备投资和操作费用。节省了设备投资和操作费用。
技术研发人员：施云海 谈金辉 郑实
受保护的技术使用者：华东理工大学
技术研发日：2020.10.21
技术公布日：2022/4/22
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