一種生物質(zhì)無(wú)水乙醇的生產(chǎn)方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及生物質(zhì)無(wú)水乙醇的生產(chǎn)方法及裝置，屬于有機(jī)溶劑脫水【技術(shù)領(lǐng)域】。該生產(chǎn)方法所使用的設(shè)備包括加壓精餾塔、常壓精餾塔、減壓精餾塔和滲透汽化膜脫水裝置，各設(shè)備之間通過(guò)管線和閥門連接，所述加壓精餾塔底再沸的熱量由一次蒸汽提供；常壓精餾塔塔底再沸的熱量由高壓塔塔頂產(chǎn)物提供；減壓精餾塔塔底再沸的熱量由常壓塔塔頂產(chǎn)物提供。原料液經(jīng)無(wú)水乙醇成品預(yù)熱、釜?dú)堃侯A(yù)熱后進(jìn)入精餾塔，精餾塔的塔頂產(chǎn)物混合后進(jìn)一步蒸發(fā)后進(jìn)入滲透汽化膜分離裝置進(jìn)行脫水。該生產(chǎn)方法考慮了系統(tǒng)內(nèi)的各級(jí)能量?jī)?yōu)化配置，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的目的，整個(gè)系統(tǒng)的蒸汽單耗與傳統(tǒng)的工藝相比可節(jié)省蒸汽達(dá)30～50%以上。
【專利說(shuō)明】—種生物質(zhì)無(wú)水乙醇的生產(chǎn)方法及裝置
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)無(wú)水乙醇的生產(chǎn)方法及裝置，屬于有機(jī)溶劑脫水【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004]無(wú)水乙醇在食品、化工、燃料、軍工、醫(yī)藥等領(lǐng)域廣泛使用。生物質(zhì)發(fā)酵出來(lái)的乙醇濃度一般為3?20wt%，經(jīng)普通蒸餾工段脫除大部分水、醛和雜醇油等雜質(zhì)后的乙醇最高濃度達(dá)到95%時(shí)和水形成了恒沸物，難以用普通蒸餾的方法分離開(kāi)來(lái)。為得到無(wú)水乙醇，必須將上述乙醇進(jìn)行進(jìn)一步脫水處理。
[0005]現(xiàn)有的脫水方法主要有吸附脫水、共沸精餾、加鹽萃取精餾、滲透汽化膜脫水等。共沸精餾加入苯，在主精餾塔中蒸餾，在塔底得無(wú)水乙醇，塔頂?shù)靡掖?水-苯三元混合物(沸點(diǎn)64.8°C)。把該三元混合物引入分離器中分成兩層，上層富于苯，下層富于乙醇。上層液體再引入主精餾塔，回收苯。下層液體則于副精餾塔中回收其中的乙醇和苯。加鹽萃取精餾加入溶劑(如乙二醇)以及鹽類(如氯化鈣)組成的復(fù)合分離劑，然后精餾，塔頂?shù)玫綗o(wú)水乙醇，塔底的水以及復(fù)合分離劑送往溶劑再生塔精餾除去水，溶劑再生利用。
[0006]滲透汽化膜脫水技術(shù)是熱驅(qū)動(dòng)的蒸餾法與膜法相結(jié)合的一種分離方法，有機(jī)溶劑和水的混合物在組分蒸汽分壓差的推動(dòng)下，利用組分通過(guò)滲透汽化膜吸附和擴(kuò)散速度的不同實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離過(guò)程。采用無(wú)機(jī)滲透汽化膜脫水技術(shù)進(jìn)行有機(jī)物脫水，可以替代蒸餾、吸附等傳統(tǒng)的分離工藝，可以以較低的能耗獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)常規(guī)方法很難或無(wú)法實(shí)現(xiàn)的分離要求。該分離過(guò)程表現(xiàn)出高度的節(jié)能效果，特別適合共沸物、近沸混合物的分離，與傳統(tǒng)的精餾、吸附技術(shù)相比可節(jié)能50%以上；該過(guò)程不需要引入第三種組分，避免了第三種組分對(duì)環(huán)境造成的污染，同時(shí)少量透過(guò)液可以回收處理并循環(huán)使用；滲透汽化膜脫水裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積?。粷B透汽化膜脫水工藝流程簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高。
[0007]共沸精餾和加鹽萃取精餾需加入和回收第三組分，能耗高，操作不穩(wěn)定，環(huán)境不友好。分子篩吸附使用3A分子篩，高濃度乙醇加熱氣化后再加熱至過(guò)熱狀態(tài)通入分子篩吸附裝置吸附脫水得到無(wú)水乙醇，該法應(yīng)用廣泛，具有滲透汽化膜法的優(yōu)點(diǎn)，但是脫附出來(lái)的淡酒量大，濃度低，蒸汽消耗量較滲透汽化膜法大。普通精餾和進(jìn)一步脫水工段采用不同的工藝和熱量回用系統(tǒng)，蒸汽單耗差別較大，普通精餾段雙塔工藝單耗高達(dá)2.5噸蒸汽/噸無(wú)水乙醇，多塔工藝單耗約2噸蒸汽/噸無(wú)水乙醇。
[0008]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)無(wú)水乙醇的過(guò)程中的產(chǎn)品能耗大，提供一種生物質(zhì)無(wú)水乙醇的生產(chǎn)方法及裝置。
[0010]技術(shù)方案:
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種生物質(zhì)無(wú)水乙醇的生產(chǎn)方法，包括如下步驟:發(fā)酵液分別通過(guò)至少一次加壓精餾、至少一次常壓精餾和至少一次減壓精餾之后，精餾塔的塔頂蒸汽通過(guò)滲透汽化膜進(jìn)一步脫水，得到成品乙醇；發(fā)酵液在送入精餾塔之前，與成品乙醇和精餾塔的塔釜液進(jìn)行換熱；所述的精餾塔是指加壓精餾塔、常壓精餾塔和減壓精餾塔中的至少一個(gè)。
[0011]進(jìn)一步，所述的精餾塔是指加壓精餾塔、常壓精餾塔和減壓精餾塔。
[0012]進(jìn)一步，加壓精餾的塔頂蒸汽與常壓精餾的塔釜液進(jìn)行換熱。
[0013]進(jìn)一步，常壓精餾的塔頂蒸汽與減壓精餾的塔釜液進(jìn)行換熱。
[0014]進(jìn)一步，沿著發(fā)酵液在進(jìn)入精餾塔的流動(dòng)方向，發(fā)酵液依次經(jīng)過(guò)如下四級(jí)換熱:第一級(jí):成品乙醇換熱；第二級(jí):精餾塔的塔釜液換熱；第三級(jí):成品乙醇換熱；第四級(jí):精餾塔的塔釜液換熱。
[0015]進(jìn)一步，所述的第二級(jí)的精餾塔的塔釜液是指加壓精餾、常壓精餾和減壓精餾的塔釜液的混合液。
[0016]進(jìn)一步，沿著滲透汽化膜脫水后的成品乙醇的流動(dòng)方向，成品乙醇依次與進(jìn)入加壓精餾的原料液、常壓精餾的原料液、減壓精餾的原料液和未分流的發(fā)酵液進(jìn)行換熱。
[0017]進(jìn)一步，沿著塔釜物料的排出方向，加壓精餾塔的塔釜物料依次與進(jìn)入加壓精餾塔、進(jìn)入減壓精餾塔的原料進(jìn)行換熱，得到釜液a ;常壓精餾塔的塔釜物料與進(jìn)入常壓精餾塔的原料進(jìn)行換熱，得到釜液b ;釜液a、釜液b與減壓精餾塔的塔釜液混合之后，再與未分流的發(fā)酵液進(jìn)行換熱。
[0018]進(jìn)一步，加壓精餾、常壓精餾的塔頂產(chǎn)物在換熱之后，分別部分回流至各自的塔內(nèi)。
[0019]進(jìn)一步，加壓精餾的塔頂絕壓0.4?0.45MPa，塔頂溫度115?125°C，塔底溫度140 ?150°C。
[0020]進(jìn)一步，常壓精餾的塔頂絕壓0.10?0.15MPa，塔頂溫度80?90°C，塔底溫度105 ?115?。
[0021]進(jìn)一步，減壓精餾的塔頂絕壓0.015?0.020MPa，塔頂溫度35?45°C，塔底溫度65 ?75?。
[0022]進(jìn)一步，發(fā)酵液中含有乙醇3?20wt.%。
[0023]進(jìn)一步，精餾塔的塔頂產(chǎn)物中的含水量是15?20wt.%。
[0024]進(jìn)一步，滲透汽化膜的滲透?jìng)?cè)料液返回至減壓精餾塔進(jìn)行回收。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，生物質(zhì)無(wú)水乙醇的生產(chǎn)裝置，包括有:至少一個(gè)加壓精餾塔、至少一個(gè)常壓精餾塔、至少一個(gè)減壓精餾塔、滲透汽化膜；加壓精餾塔、常壓精餾塔和減壓精餾塔的塔頂分別與滲透汽化膜的入口連接；發(fā)酵液原料管路分別與滲透汽化膜的料液側(cè)的排出管路和精餾塔塔釜液的排出管路進(jìn)行換熱連接之后，分別進(jìn)入至精餾塔內(nèi)；所述的精餾塔是指加壓精餾塔、常壓精餾塔和減壓精餾塔中的至少一個(gè)。
[0026]進(jìn)一步，加壓精餾塔的塔頂?shù)某隽瞎苈放c常壓精餾塔的塔釜之間為換熱連接；優(yōu)選通過(guò)再沸器進(jìn)行連接。
[0027]進(jìn)一步，沿著加壓精餾塔的塔頂物料排出方向，加壓精餾塔的塔頂在進(jìn)行換熱連接之后，再通過(guò)第一分流裝置連接在加壓精餾塔的塔頂。
[0028]進(jìn)一步，常壓精餾塔的塔頂?shù)某隽瞎苈放c減壓精餾塔的塔釜之間為換熱連接；優(yōu)選通過(guò)再沸器進(jìn)行連接。
[0029]進(jìn)一步，沿著常壓精餾塔的塔頂物料排出方向，常壓精餾塔的塔頂在進(jìn)行換熱連接之后，再通過(guò)第一分流裝置連接在常壓精餾塔的塔頂。
[0030]進(jìn)一步，沿著發(fā)酵液在進(jìn)入精餾塔的流動(dòng)方向，發(fā)酵液原料管路依次與如下管路進(jìn)行四級(jí)換熱連接:第一級(jí)，滲透汽化膜的料液側(cè)的排出管路；第二級(jí)，精餾塔塔釜液的排出管路；第三級(jí)，滲透汽化膜的料液側(cè)的排出管路；第四級(jí)，精餾塔塔釜液的排出管路。
[0031]進(jìn)一步，上述的第二級(jí)的精餾塔塔釜液的排出管路是指加壓精餾塔、常壓精餾塔和減壓精餾塔的塔釜液相互混合后的排出管路。
[0032]進(jìn)一步，沿著滲透汽化膜脫水后的成品乙醇的流動(dòng)方向，滲透汽化膜的料液側(cè)的排出管路依次與進(jìn)入加壓精餾塔的原料液的管路、進(jìn)入常壓精餾塔的原料液的管路、進(jìn)入減壓精餾的原料液的管路和未分流的發(fā)酵液的管路進(jìn)行換熱連接。
[0033]進(jìn)一步，沿著塔釜物料的排出方向，加壓精餾塔的排出管路依次與進(jìn)入加壓精餾塔、進(jìn)入減壓精餾塔的原料管路換熱連接之后，并且常壓精餾塔的排出管路與進(jìn)入常壓精餾塔的原料管路換熱連接之后，再與減壓精餾塔的塔釜液排出管路相互匯集，匯集管路再與未分流的發(fā)酵液的管路進(jìn)行換熱連接。
[0034]進(jìn)一步，滲透汽化膜的滲透?jìng)?cè)與減壓精餾塔的進(jìn)口連接。
[0035]有益效果
1、本發(fā)明進(jìn)一步脫水采用滲透汽化膜分離裝置，不受共沸限制，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便，設(shè)備占地面積少；該過(guò)程不需要引入第三種組分，避免了第三種組分對(duì)環(huán)境造成的污染，同時(shí)不需要對(duì)第三組分進(jìn)行回收而節(jié)能；一次收率高，同時(shí)滲透液返至蒸餾塔回收處理，減少了乙醇的排放量，增加了乙醇的總收率；
2、本發(fā)明采用3塔差壓精餾，僅需要對(duì)高壓塔塔底再沸和進(jìn)入膜分離裝置的原料蒸發(fā)提供蒸汽，其他熱量全部循環(huán)利用，整個(gè)系統(tǒng)的蒸汽單耗為1.35噸蒸汽/噸無(wú)水乙醇產(chǎn)品，與傳統(tǒng)的工藝相比可節(jié)省蒸汽達(dá)30?50%以上。
[0036]3、本發(fā)明各級(jí)能量?jī)?yōu)化配置，多個(gè)預(yù)熱器、再沸器相當(dāng)于冷凝器，減少了整個(gè)系統(tǒng)的固定設(shè)備投資。
[0037]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1是實(shí)施例1中采用的生物質(zhì)乙醇脫水裝置的流程示意圖。
[0039]圖2是實(shí)施例2中采用的生物質(zhì)乙醇脫水裝置的流程示意圖。
[0040]圖3是實(shí)施例3中采用的生物質(zhì)乙醇脫水裝置的流程示意圖。
[0041]其中，1、加壓精餾塔；2、常壓精餾塔；3、減壓精餾塔；4、滲透汽化膜；5、真空泵；6、發(fā)酵液原料管路；7、第一分流裝置；8、第二分流裝置；18、滲透液冷凝器；19、加熱器；20、塔頂冷凝器。圖中標(biāo)記為R的部件為再沸器，圖中標(biāo)記為E的部件為換熱器。
[0042]

【具體實(shí)施方式】
[0043]下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體技術(shù)或條件者，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的技術(shù)或條件(例如時(shí)鈞等編著的《化學(xué)工程手冊(cè)》(第二版)，化學(xué)工業(yè)出版社，1996年)或者按照產(chǎn)品說(shuō)明書進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過(guò)市購(gòu)獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
[0044]本文使用的近似語(yǔ)在整個(gè)說(shuō)明書和權(quán)利要求書中可用于修飾任何數(shù)量表述，其可在不導(dǎo)致其相關(guān)的基本功能發(fā)生變化的條件下準(zhǔn)許進(jìn)行改變。因此，由諸如“約”的術(shù)語(yǔ)修飾的值并不局限于所指定的精確值。在至少一些情況下，近似語(yǔ)可與用于測(cè)量該值的儀器的精度相對(duì)應(yīng)。除非上下文或語(yǔ)句中另有指出，否則范圍界限可以進(jìn)行組合和/或互換，并且這種范圍被確定為且包括本文中所包括的所有子范圍。除了在操作實(shí)施例中或其他地方中指明之外，說(shuō)明書和權(quán)利要求書中所使用的所有表示成分的量、反應(yīng)條件等等的數(shù)字或表達(dá)在所有情況下都應(yīng)被理解為受到詞語(yǔ)“約”的修飾。
[0045]在本發(fā)明中，無(wú)水乙醇表示乙醇純度按重量計(jì)為99 %或以上，優(yōu)選99.5 %或以上，進(jìn)一步優(yōu)選99.7%或以上，特別優(yōu)選99.8%或以上。
[0046]為了描述簡(jiǎn)潔，本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“精餾塔”在無(wú)特殊說(shuō)明的情況下，是可以分別指代加壓精餾塔、常壓精餾塔和減壓精餾塔。
[0047]本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“換熱連接”是指一種管路與管路的連接方式，管路與管路之間的料液并非是相互連通，而是指這兩根管路的外壁相互連接可以相互之間互換熱量而不至于使料液的混合，這種連接方式通常可以是通過(guò)換熱器進(jìn)行相互連接。換熱器可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選取，沒(méi)有特別限制，可以例舉的:管式換熱器、板式換熱器、翅片式換熱器、熱管換熱器等。
[0048]發(fā)酵液首先是在一根發(fā)酵液原料管路中進(jìn)行輸送，然后分流后成多股料液再分別進(jìn)入至各個(gè)精餾塔中，因此，本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“未分流的發(fā)酵液”是指分流之前的發(fā)酵液。
[0049]本發(fā)明中，滲透汽化膜的“料液側(cè)”是指進(jìn)入滲透汽化膜的待分離的料液所在的一偵牝也稱為截留側(cè)。
[0050]本發(fā)明中，對(duì)發(fā)酵乙醇水溶液沒(méi)有特殊限制。例如，發(fā)酵乙醇水溶液可以是從發(fā)酵糖精，淀粉和/或纖維素材料中得到的。這些原料在發(fā)酵罐中發(fā)酵得到發(fā)酵乙醇的水溶液。發(fā)酵乙醇水溶液的乙醇濃度按重量計(jì)通常為大約3?20%，優(yōu)選5?12%。發(fā)酵乙醇的水溶液，除了水和乙醇作為主要成分，還包括有酵母菌和細(xì)菌，以及各種副產(chǎn)品包括醇如甲醇，脂肪酸如甲酸，乙酸，琥珀酸，乳酸和丁酸，醛類如乙醛和甲醛，酯類如乙酸乙酯，丁酸乙酯，縮醛類如二乙縮醛，酮類如丙酮和甲基乙基酮，胺類如吡啶，甲基吡唆，3-甲胺和4-甲基吡啶，以及高級(jí)醇和高級(jí)脂肪酸酯的混合物，所謂的雜醇油。通常，未發(fā)酵的原料作為不溶性成分殘留，形成懸浮液。
[0051]發(fā)酵乙醇的水溶液直接從發(fā)酵罐中通過(guò)發(fā)酵液原料管路6輸入到精餾塔中，或儲(chǔ)存到一個(gè)罐中再輸入精餾塔。優(yōu)選發(fā)酵乙醇的水溶液在輸入精餾塔前通過(guò)粗過(guò)濾除去大的不溶性成分。此外，在發(fā)酵罐中發(fā)酵后的發(fā)酵乙醇的水溶液，由于脂肪酸副產(chǎn)品的存在，可能pH為3?5。因此，優(yōu)選中和發(fā)酵乙醇水溶液中的酸性成分，例如，通過(guò)添加一種堿性成分。這種中和是有益的，因?yàn)槟軌蛴行У胤乐乖诩兓笏嵛廴緹o(wú)水乙醇。適于加入的堿性成分包括水溶性堿性化合物，如氫氧化鈉，氫氧化鉀和高錳酸鉀。
[0052]在滲透汽化膜4中，乙醇/水混合蒸汽選擇性通過(guò)分離膜，含少量乙醇的水蒸氣被收集到分離膜的滲透?jìng)?cè)。滲透?jìng)?cè)的乙醇濃度為0.05?20%(例如，按重量計(jì)I %的乙醇)，且為了提高乙醇的回收率，該滲透物可回到精餾塔中進(jìn)一步回收。另一方面，在分離膜的原料側(cè)，水被除去，因此可以得到高純的無(wú)水乙醇。
[0053]通常，透過(guò)分離膜的推動(dòng)力是膜兩側(cè)水蒸氣的分壓差。因此，在本發(fā)明中，適宜使加熱器20中的乙醇/水混合蒸汽產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)高的壓力，約200kPa (絕對(duì)壓力)或更高，優(yōu)選250?700kPa(絕對(duì)壓力)，然后輸入膜分離器。也適宜同時(shí)降低分離膜滲透?jìng)?cè)的壓力。具體來(lái)說(shuō)，分離膜滲透?jìng)?cè)通過(guò)滲透液冷凝器18與真空泵5相連使得該空間被抽為真空，透過(guò)分離膜的滲透蒸汽在滲透液冷凝器18中冷凝，產(chǎn)生冷凝液，該冷凝液優(yōu)選回收到精餾
+R ο
[0054]這里對(duì)滲透汽化膜4沒(méi)有特別的限制，只要它能從分離膜上的水蒸汽和乙醇蒸汽的混合蒸汽中分離出水蒸氣。此外，對(duì)分離膜沒(méi)有特別的限制，只要它能從乙醇水混合蒸汽中選擇性地滲透水蒸汽。膜可以由聚合物如聚酰亞胺，高分子量聚乙烯醇類，或無(wú)機(jī)材料如沸石和氧化鋁制成。關(guān)于膜分離器的類型，傳統(tǒng)已知的類型就可以，例如殼管式組件裝配的由不對(duì)稱聚酰亞胺中空纖維膜組成的中空纖維分離膜組件，或管狀分離膜組件裝配的無(wú)機(jī)分子篩膜組件。
[0055]在得到了乙醇發(fā)酵液之后(或者對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的預(yù)除雜處理之后)，通過(guò)本發(fā)明提供的裝置對(duì)其進(jìn)行脫水處理，如圖1所示，總體來(lái)說(shuō)，采用的工藝中包括有三個(gè)精餾塔，從圖中由左至右分別為加壓精餾塔1、常壓精餾塔2和減壓精餾塔3，精餾塔實(shí)現(xiàn)發(fā)酵液的初步精餾脫水，塔頂?shù)奈锪现械暮拷档椭?5?20%左右，精餾塔的塔頂物料要送入至滲透汽化膜4中進(jìn)行進(jìn)一步地脫水，滲透汽化膜4為優(yōu)先透水膜，料液中的水會(huì)透過(guò)膜層進(jìn)入至滲透?jìng)?cè)，料液側(cè)得到的是無(wú)水乙醇；本發(fā)明中的精餾塔之間是相互并聯(lián)的，各自將精餾后的塔頂物料送入滲透汽化膜4進(jìn)一步脫水，塔底的物料主要是水和其它雜質(zhì)，可以送入其它的處理單元進(jìn)行后續(xù)處理。
[0056]由于滲透汽化膜脫水得到的成品乙醇的溫度較高，可以使用其對(duì)輸入至系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)酵液的原料進(jìn)行換熱，以降低能耗，如圖1中所示，通過(guò)將滲透汽化膜脫水得到的乙醇蒸汽不經(jīng)冷凝直接與發(fā)酵液原料管路6通過(guò)換熱器相互換熱連接，即可將乙醇蒸汽的熱量傳遞給原料，而且避免了使用冷凝器對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行冷卻。
[0057]由于加壓精餾塔I內(nèi)的溫度一般是高于常壓精餾塔2的，而常壓精餾塔2內(nèi)的溫度也一般是高于減壓精餾塔3內(nèi)的溫度，在本實(shí)施例加壓精餾的塔頂絕壓0.4?0.45MPa，塔頂溫度115?125°C，塔底溫度140?150°C ;常壓精餾的塔頂絕壓0.10?0.15MPa，塔頂溫度80?90°C，塔底溫度105?115°C ;減壓精餾的塔頂絕壓0.015?0.020MPa，塔頂溫度35?45°C，塔底溫度65?75°C ;本發(fā)明通過(guò)將加壓精餾塔I的塔頂蒸汽排出管路與常壓精餾塔2的釜液液通過(guò)再沸器進(jìn)行換熱連接，可以實(shí)現(xiàn)常壓精餾塔2的塔底再沸熱量完全由加壓精餾塔I的塔頂產(chǎn)物提供，同樣地，常壓精餾塔2的塔頂蒸汽排出管路與減壓精餾塔3的釜液通過(guò)再沸器進(jìn)行換熱連接，可以實(shí)現(xiàn)減壓精餾塔3的塔底再沸熱量完全由常壓精餾塔2的塔頂產(chǎn)物提供，對(duì)所有的精餾塔提供熱量只需要用蒸汽對(duì)加壓精餾塔I的塔底處的再沸器進(jìn)行供熱即可。
[0058]另外，由于各個(gè)精餾塔的塔底的釜液主要是含有大量的水，釜液中也含有較多的熱量，通過(guò)釜液與輸入原料進(jìn)行換熱，也可以進(jìn)一步地降低能耗。為了更好地利用成品乙醇、塔釜液中的熱量，發(fā)酵液原料的換熱順序優(yōu)選是通過(guò)四級(jí)預(yù)熱，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，發(fā)酵液原料是通過(guò)如下的四級(jí)換熱:第一級(jí):成品乙醇換熱；第二級(jí):精餾塔的塔釜液換熱；第三級(jí):成品乙醇換熱；第四級(jí):精餾塔的塔釜液換熱。如圖1中所示的這樣，管路連接的方式為:發(fā)酵液原料管路依次與如下管路進(jìn)行四級(jí)換熱連接:第一級(jí)，滲透汽化膜的料液側(cè)的排出管路；第二級(jí)，精餾塔塔釜液的排出管路；第三級(jí)，滲透汽化膜的料液側(cè)的排出管路；第四級(jí)，精餾塔塔釜液的排出管路。
[0059]為了多方法進(jìn)行熱循環(huán)利用的問(wèn)題，本發(fā)明中發(fā)現(xiàn)通過(guò)改變進(jìn)料發(fā)酵液的合流與分流、釜底流的合流與分流的排布情況，能夠有效地利用熱量。在本發(fā)明的改進(jìn)實(shí)施方式中，在發(fā)酵液進(jìn)料與釜底液進(jìn)行換熱時(shí)，第二級(jí)換熱是由將加壓精餾塔1、常壓精餾塔2、減壓精餾塔3的釜底液混合之后，作為混合液與其進(jìn)行換熱的；另外，在對(duì)于發(fā)酵液原料的第四級(jí)換熱時(shí)，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)通過(guò)將發(fā)酵液原料分流之后，分別與加壓和常壓精餾塔的塔底液?jiǎn)为?dú)進(jìn)行換熱時(shí)，能夠進(jìn)一步地降低能耗，由于減壓精餾塔3的塔釜液的溫度較低，可以不進(jìn)行第四級(jí)換熱而只進(jìn)行第二級(jí)換熱；如圖1所示，較優(yōu)選的換熱方式是:沿著塔釜物料的排出方向，加壓精餾塔I的塔釜物料依次與單獨(dú)進(jìn)入加壓精餾塔1、進(jìn)入減壓精餾塔3的原料進(jìn)行換熱，得到釜液a，常壓精餾塔2的塔釜物料與單獨(dú)進(jìn)入常壓精餾塔2的原料進(jìn)行換熱，得到釜液b ;釜液a、釜液b與減壓精餾塔3的塔釜液混合之后，再與未分流的發(fā)酵液進(jìn)行換熱。另外，在本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)實(shí)施方式中，對(duì)于原料發(fā)酵液進(jìn)行上述的第三級(jí)換熱，也就是原料與成品乙醇進(jìn)行換熱時(shí)，是最好將原料分成多股流向各個(gè)精餾塔的物料，并且成品乙醇依次與這些物料進(jìn)行換熱，如圖1中所示的那樣，發(fā)酵液原料在經(jīng)過(guò)釜底混合液的第二級(jí)換熱之后，分成了多股分別流向各個(gè)精餾塔的物料，而成品乙醇在流出后，首先與進(jìn)入加壓精餾塔I的物料進(jìn)行換熱，再依次與流入常壓精餾塔2和減壓精餾塔3的物料進(jìn)行換熱，最后再與未分流的發(fā)酵液進(jìn)行換熱；在實(shí)際操作中，雖然也可以將成品乙醇的換熱順序進(jìn)行改變，例如:首先與未分流的發(fā)酵原料進(jìn)行換熱，再依次與減壓、常壓、加壓精餾的物料進(jìn)行換熱，但是后一種的能耗會(huì)比前一種更高。
[0060]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)實(shí)施方式，加壓精餾塔、常壓精餾塔的塔頂產(chǎn)物在分別與常壓、減壓的釜液液換熱之后，部分回流進(jìn)各個(gè)的塔內(nèi)，這些物料可以形成塔頂回流液，使精餾過(guò)程中的氣流分離效果更好，這也避免了在塔頂使用冷凝器，降低了能耗，而未凝的氣體可以直接送入滲透汽化膜進(jìn)行分離，如果溫度略低時(shí)，也可以在其進(jìn)入滲透汽化膜之前進(jìn)行一定的加熱。如圖1?3中所示的這樣，沿著加壓精餾塔的塔頂物料排出方向，加壓精餾塔的塔頂?shù)某隽瞎苈放c常壓精餾塔的塔釜之間為換熱連接，再通過(guò)第一分流裝置連接在加壓精餾塔的塔頂；沿著常壓精餾塔的塔頂物料排出方向，常壓精餾塔的塔頂?shù)某隽瞎苈放c減壓精餾塔的塔釜之間為換熱連接，再通過(guò)第二分流裝置連接在常壓精餾塔的塔頂；第一、第二分流裝置7、8起的作用是將部分的經(jīng)過(guò)換熱的塔頂物料返回至各自的精餾塔，實(shí)現(xiàn)回流。
[0061]在減壓精餾塔的塔頂物料可以采用常規(guī)冷凝器進(jìn)行冷凝后部分回流至減壓塔中。
[0062] 實(shí)施例1
如圖1，本發(fā)明實(shí)施例所述無(wú)水乙醇生產(chǎn)工藝中的分離技術(shù)所使用的設(shè)備包括:加壓精餾塔1、常壓精餾塔2、減壓精餾塔3、滲透汽化膜4、真空泵5、再沸器；換熱器；滲透液冷凝器18 ;加熱器19 ;塔頂冷凝器20，各設(shè)備之間通過(guò)管線和閥門連接。
[0063]來(lái)自發(fā)酵工段的10900kg/h含乙醇11.4wt%的40°C原料液通過(guò)管路輸入精餾-滲透汽化系統(tǒng)。加壓精餾塔I的塔頂絕壓0.42MPa，塔頂溫度119°C，塔底溫度146°C，塔底的再沸器的熱量由一次蒸汽提供，回流比為0.58 ;常壓精餾塔2的塔頂絕壓0.13MPa，塔頂溫度85°C，塔底溫度109°C，加壓精餾塔I的塔頂物料通過(guò)管路與常壓精餾塔2塔底的再沸器進(jìn)行換熱連接，常壓精餾塔2的塔底再沸的熱量全部由高壓塔塔頂產(chǎn)物提供，加壓精餾塔I的塔頂物料進(jìn)行換熱之后，通過(guò)第一回流裝置7部分回流至加壓精餾塔1，回流比為0.58(可以稱為加壓精餾塔I的回流比)；所述減壓精餾塔塔頂絕壓0.02MPa，塔頂溫度41°C，塔底溫度67V，常壓精餾塔2的塔頂物料通過(guò)管路與減壓精餾塔3塔底再沸器進(jìn)行換熱連接，塔底再沸的熱量全部由常壓塔塔頂產(chǎn)物提供，常壓精餾塔的塔頂物料進(jìn)行換熱之后，通過(guò)第二回流裝置8部分回流至常壓精餾塔，回流比為0.61 (可以稱為常壓精餾塔的回流比)，減壓精餾塔的塔頂?shù)奈锪辖?jīng)過(guò)塔頂冷凝器20冷凝之后，部分回流至減壓精餾塔，回流比為1.4。
[0064]經(jīng)過(guò)滲透汽化膜4脫水之后的無(wú)水乙醇對(duì)原料進(jìn)行預(yù)熱到45°C，發(fā)酵液原料輸入至系統(tǒng)之后，首先經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇進(jìn)行一級(jí)預(yù)熱，接下來(lái)，三個(gè)精餾塔的塔釜液的混合液再對(duì)其進(jìn)行二級(jí)預(yù)熱到65°C，然后按質(zhì)量比1.33:1:1分配比進(jìn)行分流，分別進(jìn)入加壓、常壓、減壓精餾塔，并且經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇的三級(jí)預(yù)熱，如圖1所示，對(duì)這三股物料進(jìn)行預(yù)熱的無(wú)水乙醇是位于無(wú)水乙醇流出方向的上流，而且是首先對(duì)進(jìn)入加壓精餾塔的原料進(jìn)行預(yù)熱到97°C，然后依次對(duì)進(jìn)入常壓和減壓精餾塔的物料進(jìn)行預(yù)熱到85°C和80°C。這些原料接下來(lái)需要經(jīng)過(guò)塔釜液的預(yù)熱，這些塔釜液是位于塔釜混合液的上游，如圖1中所示的那樣，三股物料在匯集到一起對(duì)原料進(jìn)行二級(jí)預(yù)熱之前，是分別獨(dú)立排出的，從加壓精餾塔中流出的塔釜液首先是對(duì)進(jìn)入加壓精餾塔的原料進(jìn)行四級(jí)預(yù)熱122°C，再對(duì)進(jìn)入減壓精餾塔的物料預(yù)熱至100°C，然后再與其它釜液進(jìn)行匯集，而從常壓精餾塔中排出的塔釜液是首先對(duì)進(jìn)入常壓精餾塔的原料進(jìn)行四級(jí)預(yù)熱100°C，然后再與其它釜液進(jìn)行匯集，而減壓精餾塔的塔釜液并不參加預(yù)熱，由于它溫度較低，直接與其它的塔釜液混合后，對(duì)發(fā)酵液原料進(jìn)行二級(jí)預(yù)熱。
[0065]加壓精懼塔塔頂580kg/h含水14.6 wt %的乙醇、常壓精懼塔塔頂450kg/h含水16.6 wt %的乙醇、減壓精懼塔塔頂600kg/h含水19.5 wt %的乙醇混合后1630kg/h含水17 wt %的乙醇蒸發(fā)成為115°C飽和蒸汽進(jìn)入滲透汽化膜脫水裝置，采用200M2的分子篩膜，膜滲透?jìng)?cè)壓力為1500Pa，成品為99.7 wt %，300kg/h的滲透物經(jīng)低溫載冷劑冷凝到0°C后經(jīng)釜?dú)堃侯A(yù)熱到57°C再進(jìn)入減壓精餾塔進(jìn)行回收。
[0066]采用本工藝藝需要蒸汽供熱的為加壓精餾塔I的塔底的再沸器和加熱器19(用于對(duì)進(jìn)入滲透汽化膜的蒸汽進(jìn)行加熱)，其他供熱全部進(jìn)行熱量回用，獲得99.7%的乙醇每噸需要的蒸汽量為1.35?1.40噸。本發(fā)明生產(chǎn)方法考慮了系統(tǒng)內(nèi)的各級(jí)能量?jī)?yōu)化配置，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的目的，與傳統(tǒng)的工藝相比可節(jié)省蒸汽達(dá)30?50%以上。
[0067]實(shí)施例2
采用的裝置如圖2所示，與實(shí)施例1的區(qū)別在于:滲透汽化膜4的脫水乙醇的換熱次序發(fā)生了變化，它首先是與發(fā)酵液原料的總料液進(jìn)行第一級(jí)換熱，接下來(lái)，原料液與精餾塔的塔釜的混合液進(jìn)行第二級(jí)的換熱，然后脫水乙醇依次與單獨(dú)進(jìn)入至減壓、常壓、加壓精餾塔的物料進(jìn)行換熱，獲得99.7%的乙醇每噸需要的蒸汽量為1.40?1.45噸。
[0068] 實(shí)施例3
如圖3所示，與實(shí)施例1的區(qū)別在于:滲透汽化膜4的脫水乙醇的換熱方式發(fā)生了變化，它首先與經(jīng)過(guò)了二級(jí)換熱的發(fā)酵液進(jìn)行三級(jí)換熱，在三級(jí)換熱時(shí)并非是像實(shí)施例1中那樣是分別依次對(duì)進(jìn)入三個(gè)精餾塔的原料液進(jìn)行換熱，而是對(duì)來(lái)自于換熱器的發(fā)酵液總料液直接進(jìn)行換熱，之后再進(jìn)行分流至三個(gè)精餾塔，分流后的料液再分別與精餾塔的塔釜液進(jìn)行四級(jí)換熱，獲得99.7%的乙醇每噸需要的蒸汽量為1.4?1.5噸。
【權(quán)利要求】
1.生物質(zhì)無(wú)水乙醇的生產(chǎn)方法，其特征在于，包括如下步驟:發(fā)酵液分別通過(guò)至少一次加壓精餾、至少一次常壓精餾和至少一次減壓精餾之后，精餾塔的塔頂蒸汽通過(guò)滲透汽化膜進(jìn)一步脫水，得到成品乙醇；發(fā)酵液在送入精餾塔之前，與成品乙醇和精餾塔的塔釜液進(jìn)行換熱；所述的精餾塔是指加壓精餾塔、常壓精餾塔和減壓精餾塔中的至少一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)無(wú)水乙醇的生產(chǎn)方法，其特征在于:加壓精餾的塔頂蒸汽與常壓精餾的塔釜液進(jìn)行換熱；常壓精餾的塔頂蒸汽與減壓精餾的塔釜液進(jìn)行換熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)無(wú)水乙醇的生產(chǎn)方法，其特征在于:沿著發(fā)酵液在進(jìn)入精餾塔的流動(dòng)方向，發(fā)酵液依次經(jīng)過(guò)如下四級(jí)換熱:第一級(jí):成品乙醇換熱；第二級(jí):精餾塔的塔釜液換熱；第三級(jí):成品乙醇換熱；第四級(jí):精餾塔的塔釜液換熱；所述的第二級(jí)的精餾塔的塔釜液是指加壓精餾、常壓精餾和減壓精餾的塔釜液的混合液；沿著滲透汽化膜脫水后的成品乙醇的流動(dòng)方向，成品乙醇依次與進(jìn)入加壓精餾的原料液、常壓精餾的原料液、減壓精餾的原料液和未分流的發(fā)酵液進(jìn)行換熱；沿著塔釜物料的排出方向，加壓精餾塔的塔釜物料依次與進(jìn)入加壓精餾塔、進(jìn)入減壓精餾塔的原料進(jìn)行換熱，得到釜液a ;常壓精餾塔的塔釜物料與進(jìn)入常壓精餾塔的原料進(jìn)行換熱，得到釜液b;釜液a、釜液b與減壓精餾塔的塔釜液混合之后，再與未分流的發(fā)酵液進(jìn)行換熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)無(wú)水乙醇的生產(chǎn)方法，其特征在于:加壓精餾、常壓精餾的塔頂產(chǎn)物在換熱之后，分別部分回流至各自的塔內(nèi)；加壓精餾的塔頂絕壓0.4?0.45MPa，塔頂溫度115?125°C，塔底溫度140?150°C ;常壓精餾的塔頂絕壓0.10?0.15MPa，塔頂溫度80?90 °C，塔底溫度105?115°C ;減壓精餾的塔頂絕壓0.015?0.020MPa，塔頂溫度35?45°C，塔底溫度65?75°C ;發(fā)酵液中含有乙醇3?20wt.% ;精餾塔的塔頂產(chǎn)物中的含水量是15?20wt.% ;滲透汽化膜的滲透?jìng)?cè)料液返回至減壓精餾塔進(jìn)行回收。
5.生物質(zhì)無(wú)水乙醇的生產(chǎn)裝置，其特征在于，包括有:至少一個(gè)加壓精餾塔(I)、至少一個(gè)常壓精餾塔(2)、至少一個(gè)減壓精餾塔(3)、滲透汽化膜(4);加壓精餾塔(I)、常壓精餾塔(2 )和減壓精餾塔(3 )的塔頂分別與滲透汽化膜(4)的入口連接；發(fā)酵液原料管路(6 )分別與滲透汽化膜(4)的料液側(cè)的排出管路和精餾塔的塔釜液排出管路進(jìn)行換熱連接之后，分別進(jìn)入至精餾塔內(nèi)；所述的精餾塔是指加壓精餾塔(I)、常壓精餾塔(2)和減壓精餾塔(3)中的至少一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物質(zhì)無(wú)水乙醇的生產(chǎn)裝置，其特征在于:加壓精餾塔(I)的塔頂?shù)某隽瞎苈放c常壓精餾塔(2)的塔釜之間為換熱連接；沿著加壓精餾塔(I)的塔頂物料排出方向，加壓精餾塔(I)的塔頂在進(jìn)行換熱連接之后，再通過(guò)第一分流裝置(7 )連接在加壓精餾塔(I)的塔頂；常壓精餾塔(2)的塔頂?shù)某隽瞎苈放c減壓精餾塔(3)的塔釜之間為換熱連接；沿著常壓精餾塔(2)的塔頂物料排出方向，常壓精餾塔(2)的塔頂在進(jìn)行換熱連接之后，再通過(guò)第二分流裝置(8 )連接在常壓精餾塔(2 )的塔頂。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物質(zhì)無(wú)水乙醇的生產(chǎn)裝置，其特征在于:沿著發(fā)酵液在進(jìn)入精餾塔的流動(dòng)方向，發(fā)酵液原料管路(6)依次與如下管路進(jìn)行四級(jí)換熱連接:第一級(jí)，滲透汽化膜(4)的料液側(cè)的排出管路；第二級(jí)，精餾塔的塔釜液排出管路；第三級(jí)，滲透汽化膜(4)的料液側(cè)的排出管路；第四級(jí)，精餾塔的塔釜液排出管路；所述的第二級(jí)的精餾塔塔釜液的排出管路是指加壓精餾塔(I)、常壓精餾塔(2 )和減壓精餾塔(3 )的塔釜液相互混合后的排出管路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物質(zhì)無(wú)水乙醇的生產(chǎn)裝置，其特征在于:沿著滲透汽化膜(4)脫水后的成品乙醇的流動(dòng)方向，滲透汽化膜(4)的料液側(cè)的排出管路依次與進(jìn)入加壓精餾塔(I)的原料液的管路、進(jìn)入常壓精餾塔(2)的原料液的管路、進(jìn)入減壓精餾塔(3)的原料液的管路和未分流的發(fā)酵液的管路進(jìn)行換熱連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的生物質(zhì)無(wú)水乙醇的生產(chǎn)裝置，其特征在于:沿著塔釜物料的排出方向，加壓精餾塔(I)的排出管路依次與進(jìn)入加壓精餾塔(I)、進(jìn)入減壓精餾塔(3)的原料管路換熱連接之后，作為管路a ;常壓精餾塔(2)的排出管路與進(jìn)入常壓精餾塔(2)的原料管路換熱連接之后，作為管路b ;管路a和管路b再與減壓精餾塔(3)的塔釜液排出管路相互匯集，匯集管路再與未分流的發(fā)酵液的管路進(jìn)行換熱連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物質(zhì)無(wú)水乙醇的生產(chǎn)裝置，其特征在于:滲透汽化膜(4)的滲透?jìng)?cè)與減壓精餾塔(3)的進(jìn)口連接。
【文檔編號(hào)】C07C29/80GK104262090SQ201410486917
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】顧學(xué)紅, 相里粉娟, 余從立, 慶祖森 申請(qǐng)人:江蘇九天高科技股份有限公司