燃料乙醇脫水工藝的研究與展望

劉玉琪

（江蘇中建工程設(shè)計研究院有限公司，江蘇連云港 222006）

燃料乙醇脫水工藝的研究與展望

劉玉琪

（江蘇中建工程設(shè)計研究院有限公司，江蘇連云港 222006）

伴隨人類環(huán)境保護(hù)意識的進(jìn)一步提升，清潔能源的應(yīng)用逐漸普及化，乙醇燃料的脫水提純處理工藝已成為清潔燃料應(yīng)用的重要方面。基于此，本文在對乙醇燃料脫水工藝進(jìn)行整體把握的基礎(chǔ)之上，對燃料乙醇脫水主要工藝處理技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

燃料乙醇；脫水工藝；處理技術(shù)

引言

在當(dāng)今日益惡劣的環(huán)境形勢下，探索清潔燃料的高效應(yīng)用成為現(xiàn)代科學(xué)日益重視起來的研究方向。在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域中，燃料乙醇具有優(yōu)良的環(huán)境友好性能，因此可替代化石燃料來有效降低燃燒過程中所產(chǎn)生的污染性氮氧化物、硫氧化物、一氧化碳以及其他廢氣，同時燃料乙醇燃燒過程更為充分，被專業(yè)人士一致認(rèn)為其為“新世紀(jì)的綠色能源”，因此具有良好的應(yīng)用前景。燃料乙醇在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用需保證乙醇一定的濃度要求，由于常溫常壓條件其溶液濃度達(dá)到95.6%所形成的共沸物難以通過一般分離工藝進(jìn)行有效分離，乙醇燃料的分離提純工藝的研究已成為其實(shí)際應(yīng)用效果的關(guān)鍵。本文對乙醇脫水工藝以及處理技術(shù)如精餾工藝、膜分離工藝、吸附法工藝進(jìn)行原理介紹、技術(shù)分析與對比，探索燃料乙醇分析提純的工藝進(jìn)展。

1 燃料乙醇脫水工藝概述

燃料乙醇的脫水依據(jù)溶液氣液兩相平衡圖（見圖1），依據(jù)圖1可知，當(dāng)溶液濃度較低時依靠較高的相對揮發(fā)度較易將水進(jìn)行分離；而當(dāng)溶液濃度進(jìn)一步增大，溶液氣液兩組分逐漸趨于共沸狀態(tài)，一般的精餾方法難以實(shí)現(xiàn)有效的水分離，因此，需對95.6%以上濃度的乙醇溶液采取更加行之有效的脫水工藝。

圖1 常溫常壓狀態(tài)乙醇溶液氣液兩相平衡相圖

燃料乙醇脫水可利用常見的互溶液體分離的精餾操作，精餾操作耗能較大，目前也正探討一系列節(jié)能策略如熱回收等技術(shù)應(yīng)用于耗能端熱量回收，提出的熱泵（多效）精餾工藝。雙效精餾包括并流型、平流型以及逆流型，操作壓力應(yīng)保證操作溫度和壓力不能高于塔的承受能力且對熱敏性物質(zhì)，前效塔釜溫度不能高于其熱分解或聚合溫度。同時，為實(shí)現(xiàn)熱量傳遞，前效塔頂蒸汽和后效塔釜間溫差需大于10℃。

2 燃料乙醇脫水主要工藝處理技術(shù)

2.1 精餾工藝

燃料乙醇的精餾脫水工藝包括萃取、溶鹽、加鹽萃取以及共沸等精餾類型。

萃取精餾過程利用外加萃取劑的作用，如乙二醇等，改良溶液中各組分的相對揮發(fā)度，達(dá)到精餾分離的效果。目前對于高效萃取劑的研究也逐漸趨于廣泛關(guān)注，如離子液體等，通過一系列萃取實(shí)驗(yàn)不斷改進(jìn)萃取劑的性能。

溶鹽精餾即利用外加鹽作用于溶液氣液相平衡，實(shí)現(xiàn)水的分離，鹽可選用醋酸鉀、氯化鉀等，配合多效蒸發(fā)器進(jìn)一步保證其節(jié)能效果。

加鹽萃取精餾集成了萃取以及鹽溶液分離的優(yōu)勢，通過外加鹽改進(jìn)其組分相對揮發(fā)度，同時液相萃取工藝也符合工業(yè)化發(fā)展需求。

共沸精餾利用外加共沸劑的作用，使得溶液中形成三元共沸混合態(tài)，利用相態(tài)間沸點(diǎn)的差異，完成乙醇溶液的脫水過程。共沸劑常選用乙醚、苯等，現(xiàn)階段對于熱泵型共沸精餾工藝的實(shí)驗(yàn)及理論研究表明，其節(jié)能潛力較大，具有良好發(fā)展前景。

2.2 膜分離工藝

膜分離工藝包括滲透氣化以及蒸汽滲透兩大類，其原理為利用膜介質(zhì)的分離作用，由于膜對于溶液組分的溶解擴(kuò)散性能差異，可實(shí)現(xiàn)溶液的水分離。

滲透蒸發(fā)膜工作原理如圖2所示，在滲透蒸發(fā)膜組件內(nèi)，液體混合物在膜的一側(cè)進(jìn)料，稱為進(jìn)料側(cè)；另一側(cè)為抽真空的氣室，乙醇和水以不同速率選擇性地透過膜并蒸發(fā)到氣室一側(cè)，并在冷凝器內(nèi)冷凝，得到的液體稱為滲透物。進(jìn)料流過膜組件后剩余的液體稱為滯留液。為了使產(chǎn)品達(dá)到一定的純度要求，通常需要多級膜組件串聯(lián)操作。

圖2 滲透蒸發(fā)原理圖

蒸汽滲透過程及與膜相接觸的狀態(tài)為氣相，能夠有效地防止相變過程的發(fā)生，因此有利于能耗的有效控制，但仍存在著膜分離過程不穩(wěn)定等問題，在未來需針對膜進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

[1]李沫林，陳礪，嚴(yán)宗誠，等.燃料乙醇脫水工藝的研究與展望[J].食品工業(yè)科技，2010，（5）：410-413.

[2]李振宇，黃格省，楊延翔，等.燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)路線分析及產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議[J].現(xiàn)代化工，2011，31（8）：11-15.

The Research and Prospect of Fuel Ethanol Dehydration Technology

Liu Yu-qi

With the further improvement of the consciousness of human environmental protection，the application of clean energy has become more and more popular，and the technology of the dehydration of ethanol fuel has become an important aspect of the application of clean fuel.Based on this，in this paper，on the basis of the overall grasp of the ethanol fuel dehydration process，the main process of fuel ethanol dehydration processing technology were introduced in detail.

fuel ethanol；dehydration process；treatment technology

TQ223.122

A

1003–6490（2016）04–0104–02

2016–04–17

劉玉琪（1963—），男，江蘇贛榆人，工程師，主要研究方向?yàn)榛瘜W(xué)工程。