Технологический комплекс промышленного производства высокооктанового компонента автомобильных бензинов
Полезная модель относится к промышленным комплексам получения этил-трет-бутилового эфира - высокооктанового компонента автомобильных бензинов из изобутилена - углеводородного сырья (фракция C4) и сельскохозяйственного сырья. Комплекс включает блок синтеза ЭТБЭ, блок обезвоживания этанола, линию подачи этанола, линию подачи фракций C4, участок комплексной обработки сельскохозяйственного сырья и два последовательно соединенных мембранных реактора. Комплекс обеспечивает повышение экономичности производства, используя для этого сельскохозяйственное сырье и энергосберегающий процесс обезвоживания этанола, предусматривает возможность получения дополнительных целевых продуктов - олигомеризата и глютена, а также использования отходов технологических процессов в качестве топлива. 1 н.п., 2 з.п. ф-лы; илл. 1.
Полезная модель относится к промышленным комплексам получения этил-трет-бутилового эфира - высокооктанового компонента автомобильных бензинов из изобутилена - углеводородного сырья (фракция C4) и сельскохозяйственного сырья.
Известный технологический комплекс получения высокооктанового компонента автомобильных бензинов - этил-трет-бутилового эфира (ЭТБЭ), который включает блок синтеза ЭТБЭ, связанный с линией подачи этанола через блок обезвоживания, с одной стороны, и линией подачи фракций C4, с другой стороны. Синтез этил-трет-бутилового эфира проводят в сочетании с обезвоживанием исходного этанола гетероазеотропной ректификацией с этил-трет-бутиловим эфиром, водным отмыванием отработанных фракций C4 синтеза этил-трет-бутилового эфира от этанола с дальнейшим его отгоном из промывной воды и возвратом его в колонну гетероазеотропной ректификации. (См. патент Российской Федерации на изобретение 
2327682, кл. C07C 43/04, публ. в 27.06.2008 г.).
Недостатком данного комплекса, выбранного в качестве прототипа, является усложненная технологическая схема, большие энергозатраты, а также необходимость отдельных поставок этилового спирта, что удорожает процесс.
Задачей, поставленной в основу данной полезной модели, является повышение экономичности производства используя для этого сельскохозяйственное сырье и энергосберегающий процесс обезвоживания этанола.
Поставленная задача достигается тем, что технологический комплекс промышленного производства высокооктанового компонента автомобильных бензинов, включающий блок синтеза ЭТБЭ, связанный с линией подачи этанола через блок обезвоживания этанола, с одной стороны, и с линией подачи фракций C4, с другой стороны, в соответствии с данным техническим решением дополнительно содержит участок комплексной обработки сельскохозяйственного сырья, связанный с линией подачи этанола, причем блок обезвоживания этанола включает, по крайней мере, два последовательно соединенных мембранных реактора.
Поставленная задача решается также тем, что участок комплексной обработки сельскохозяйственного сырья включает линию подачи сахаросодержащего сырья, соединенную через блок подготовки сахаросодержащего сырья с блоком ферментации, линию подачи крахмалосодержащего сырья, соединенную через блок шелушения и измельчения сырья с последовательно соединенными блоком отделения и сушки глютена, блоком гидролиза и блоком ферментации, а также блок биологической очистки, причем блок ферментации связан по линии подачи этанола с блоком биологической очистки через блок обезвоживания этанола, а также и тем, что линия подачи фракций C4 связана с блоком синтеза ЭТБЭ через последовательно соединенные блок олигомеризации и блок дегидрирования изобутанов.
Введение в состав технологического комплекса участка комплексной обработки сельскохозяйственного сырья, связанного с линией подачи этанола, и блока обезвоживания этанола, который включает, по крайней мере, два последовательно соединенных мембранных реактора, решает задачу получения в едином технологическом цикле обезвоженного (абсолютизированного) этанола с высокой степенью чистоты с помощью мембранной технологии и обеспечивает высокую эффективность промышленного производства. Данное техническое решение определяет конкретную реализацию участка комплексной обработки сельскохозяйственного сырья в составе линии подачи сахаросодержащего сырья, блока подготовки сахаросодержащего сырья, блока ферментации, а также линии подачи крахмалосодержащего сырья, которая соединена через блок шелушения и измельчения сырья с последовательно соединенными блоком отделения и сушки глютена, блоком гидролиза, блоком ферментации и блоком биологической очистки, что дополнительно обеспечивает безотходность и экономичность производства, использование продуктов биологической очистки, отходов комплексной переработки сельскохозяйственной продукции в качестве топлива. Введение в состав технологического комплекса блока олигомеризации и блока дегидрирования изобутанов обеспечивает получение дополнительных целевых продуктов - олигомеризата и глютена.
Блок-схема работы технологического комплекса показана на Фиг. 1. Технологический комплекс состоит из участка 1 комплексной обработки сельскохозяйственного сырья, технологически связанного через линию 2 подачи этанола и блок 3 обезвоживания этанола с блоком 4 синтеза ЭТБЭ. Участок 1 комплексной обработки сельскохозяйственного сырья включает блок 5 подготовки сахаросодержащего сырья, последовательно соединенные блок 6 шелушения и измельчения сырья, блок 7 отделения и сушки глютена, блок 8 гидролиза, блок 9 ферментации и блок 10 биологической очистки, причем блок 9 ферментации связан линией 2 подачи этанола с блоком 3 обезвоживания этанола, а блок 5 подготовки сахаросодержащего сырья соединен с блоком 9 ферментации. Участок 1 комплексной обработки сельскохозяйственного сырья содержит также склад глютена 11, связанный с блоком 7 отделения и сушки глютена, склад 12 биоудобрения, связанный с блоком 10 биологической очистки.
Кроме того, технологический комплекс содержит топливно-энергетическую сеть 13 предприятия, к которой из блока 6 шелушения и измельчения сырья поступает на сжигание шелуха, а также из блока 10 биологической очистки приходит биогаз. Блок 4 синтеза ЭТБЭ связан с линией 14 подачи фракций C4 через последовательно соединенные блок 15 олигомеризации и блок 16 дегидрирования изобутанов. Комплекс содержит также склад 17 олигомеризата, связанный с блоком 15 олигомеризации, из которого поступает дополнительный целевой продукт - олигомеризат.
Промышленный комплекс работает таким образом: В случае переработки крахмалосодержащего сырья (далее - сырье 1), последнее очищают от примесей и подают в блок 6 шелушения и измельчения сырья. В случае, если сырье 1 содержит отделяемую оболочку (например, шелуха пшеницы), то ее отделяют, с помощью лущильных машин и подают в топливно-энергетическую сеть 13 предприятия для дальнейшего сжигания в твердотопливных парогенераторах.
Далее сырье 1 подвергают мелкодисперсному измельчению, после чего оно поступает в блок 7 отделения и сушки глютена, где смешивается с технологической водой до заданного значения сухих веществ, и, в виде замеса, поступает на дальнейшую переработку. В случае, если полученный замес содержит выделяемый белок (далее - глютен), его подают на гомогенизатор и трехфазный декантер блока 7 отделения и сушки глютена, где происходит разделение крахмала, глютена и других сухих веществ замеса. Глютен проходит стадии промывания, обезвоживания, сушки и упаковки. Упакованный глютен поступает на склад в виде готовой продукции.
Дальше замес поступает в блок 8 гидролиза, где крахмал замеса переводится в растворимое состояние под действием амилолитических ферментов.
Гидролиз осуществляют последовательно в аппаратах гидродинамической обработки, затем продукт подается на осахаривание глюкоамилазным препаратом бактериального происхождения. Осахаренный затор (далее - сусло) поступает в блок 9 ферментации.
В случае переработки сахаросодержащего сырья (далее - сырье 2), последнее поступает в блок 5 подготовки сахаросодержащего сырья, где оно смешивается с технологической водой до заданного значения сухих веществ и дополнительными веществами и, в виде роспуска, поступает в блок 9 ферментации. В блоке 9 ферментации часть сусла/роспуска поступает в дрожжанки (для производства зрелых дрожжей), а остальное - в бродильный аппарат. В процессе ферментации получают зрелую бражку и углекислый газ. Бражку подают в блок 3 обезвоживания этанола, а углекислый газ - в производственную сеть инертного газа (не показано).
В блоке 3 обезвоживания этанола бражка освобождается от взвешенных частей, эфиров, альдегидов, высших спиртов и укрепляется. Далее, с помощью известных, соединенных между собой мембранных реакторов (например, согласно патенту Украины 42487, кл. B04D 63/00, публ. в 10.07.2009 г.), этанол обезвоживается и поступает на блок 4 синтеза этил-трет-бутилового эфира, куда также подают фракцию C4 с содержанием изобутилена на уровне 40%.
Отходы сбраживания из блока 3 обезвоживания этанола поступают в блок 10 биологической очистки, где с помощью метанового брожения генерируется биогаз (с дальнейшим его использованием в топливно-энергетической сети 13 предприятия) и биоактивный ил, который складируется на иловом поле склада 12 биоудобрения в виде готовой продукции (удобрение для сельскохозяйственных полей).
Для получения изобутилена, который участвует в синтезе ЭТБЭ в качестве углеводородного сырья, используют фракцию C4.
В случае переработки фракций C 4 с начальным содержанием изобутана (не изобутилена), она поступает в блок 16 дегидрирования изобутанов, где организован процесс каталитического превращения изобутана в изобутилен. Процесс осуществляется в кипящем слое мелкозернистого алюмохромового катализатора при давлении, близком к атмосферному. Дегидрирование и регенерация катализатора осуществляется в разных аппаратах с циркуляцией катализатора между ними. Процесс дегидрирования идет с поглощением тепла, причем катализатор одновременно является теплоносителем. В регенераторе происходит выжигание кокса из поверхности катализатора и нагрев катализатора за счет сжигания топливного газа в кипящем слое катализатора.
В случае переработки фракций C4 с начальным содержанием изобутана (не изобутилена), а также в случае наличия в ней ненасыщенных углеводородов (бутилена), перед поступлением в блок 16 дегидрирования изобутанов фракцию C4 подают в блок 15 олигомеризации, где происходит каталитическое превращение низкомолекулярных ненасыщенных углеводородов (бутилена) (димеризация, изомеризация, дегидрирование, циклизация, крекинг и незначительный процент ароматизации) фракций C4 в олигомеризат. Процесс олигомеризации, который протекает как непрерывный гетерогенный процесс в газовой фазе, проводят на стационарном слое катализатора цеолита при температуре 280°-450°C, давлении 11,0-20,0 кгс/см2 и объемной скорости подачи сырья 1,4-2,2 час-1.
Полученный олигомеризат поступает дальше на склад 17 олигомеризата и в дальнейшем используется в качестве компонента автомобильных бензинов. Весомым его преимуществом является низкое число ароматических соединений, что важно для повышения гигиенической характеристики топлива.
Далее фракция C4, которая прошла, при необходимости, в блоке 16 дегидрирования процесс каталитического превращения изобутана в изобутилен, поступает в блок 4 синтеза ЭТБЭ. Туда же из блока 3 обезвоживания подается обезвоженный этанол.
В случае переработки фракций C4 с начальным содержанием изобутилена (не изобутана), она поступает в блок 4 синтеза ЭТБЭ (минуя описанные выше блоки олигомеризации и дегидрирования). Синтез ЭТБЭ осуществляют в реакционно-ректификационной колонне, которая состоит из двух ректификационных и одной реакционной зон по известному способу, с использованием ионитных формованных катализаторов, например, КУ-2ФПП и КИФ (производитель фирма "РТН", г. Санкт-Петербург). Особенностью технологии процесса является использование крупно гранулированного формованного катализатора. Реакционно-ректификационная колонна включает три зоны:
- верхнюю ректификационную зону для отделения углеводородов фракций C4 от этанола и эфиров;
- среднюю реакционно-ректификационную зону, заполненную катализатором, для синтеза эфиров и их выведения из зоны реакции;
- нижнюю ректификационную зону - для отделения ЭТБЭ от углеводородов фракций C4 и этанола. Реакционную массу направляют в колонну под слой катализатора. Поверх катализатора подают обезвоженный этанол.
Приведенный пример не исчерпывает всех вариантов реализации данного технического решения, возможны любые другие технологические решения при соблюдении сути технического решения, изложенной в формуле полезной модели.
1. Технологический комплекс промышленного производства высокооктанового компонента автомобильных бензинов, включающий блок синтеза ЭТБЭ, связанный с линией подачи этанола через блок обезвоживания этанола с одной стороны и с линией подачи фракций С4 с другой стороны, отличающийся тем, что дополнительно содержит участок комплексной обработки сельскохозяйственного сырья, связанный с линией подачи этанола, причем блок обезвоживания этанола включает, по крайней мере, два последовательно соединенных мембранных реактора.
2. Технологический комплекс по п.1, отличающийся тем, что участок комплексной обработки сельскохозяйственного сырья включает линию подачи сахаросодержащего сырья, соединенную через блок подготовки сахаросодержащего сырья с блоком ферментации, линию подачи крахмалосодержащего сырья, соединенную через блок шелушения и измельчения сырья с последовательно соединенными блоком отделения и сушки глютена, блоком гидролиза и блоком ферментации, а также блок биологической очистки, причем блок ферментации связан по линии подачи этанола с блоком биологической очистки через блок обезвоживания этанола.
3. Технологический комплекс по п.1, отличающийся тем, что линия подачи фракций С4 связана с блоком синтеза ЭТБЭ через последовательно соединенные блок олигомеризации и блок дегидрирования изобутанов.
