[发明专利]发酵液免蒸馏全分子筛吸附分离制燃料酒精的方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种燃料酒精的制备方法与装置。

背景技术

石油作为不可再生能源，在全世界范围内储量有限。随着国际原油价格持续飙升，对国民经济持续健康发展、国家安全构成严重挑战。开辟新的可再生能源，是国家可持续发展战略之需求，也是当务之急。

生物资源-植物(或动物)是可持续生成，可供持续消耗的能源。一些石油资源短缺的国家如巴西，早已成功开发了用玉米和甘蔗榨糖下脚料发酵、生产燃料用酒精的工艺。目前，该国约50％的汽车动力来源于燃料酒精。

我国也于2000年前后发展了玉米和粮食发酵生产燃料酒精的工程。目前在东北、河南等地的燃料酒精的年生产能力已达数十万吨。由于生产成本高，不得不在政府财政补贴的支持下，一些地方开始推广燃料酒精用于汽车动力。因此，以非粮食植物发酵，高效分离、低成本生产燃料酒精的综合技术是发展生物能源的核心和关键。

植物(包括粮食)发酵只能获取含量8～10％的稀酒精。通常，燃料酒精(含水0.2～0.8％)要通过三次蒸馏才可制得：1，粗蒸馏。由发酵产生的含酒精8～10％的发酵醪液蒸馏获得30-50％左右浓度的酒精；2，精馏。高效蒸馏工艺将30％-50％的浓度浓缩至95％左右浓度的恒沸点酒精；3，恒沸蒸馏。添加夹带剂(如苯等有机物)破坏恒沸点再次蒸馏，这三次蒸馏设备复杂，能耗高。虽然，采用多塔多效蒸馏等新工艺和设备可大幅降低生产能耗，但仍然相当高。其各阶段能耗计算如下(以生产1吨无水酒精的蒸汽耗量计算)：

(醪液-95％酒精)：        5.6吨

恒沸蒸馏(95％-燃料酒精)：2.22吨

合计：                 ：7.82吨

一般燃煤锅炉，1吨煤可产7吨蒸汽。生产1吨燃料酒精，需燃煤1.12吨。按1克标准煤的热值为5千千卡(～20.93KJ/g)计算，1.12吨标准煤的热值23.44×10⁶KJ。

由此计算出该锅炉为生产1吨酒精所用的燃料的热值23.44×10⁶KJ、与生产的1吨酒精的热值29.71×10⁶KJ相比，仅仅增加了6.27×10⁶KJ，增加的幅度为26.8％。如考虑到发酵过程消耗的能量、下脚料处理和环保运转的耗能、原料和燃料运输的能耗等，以多效蒸馏法生产燃料酒精只是把一种能源(如煤炭)转化为另一种能源(燃料酒精)，从能量观点来看是不合算的。而实际的生物产品(如玉米)应产生的能量被燃料酒精生产过程以多效蒸溜法分离乙醇和水所消耗的能源抵消。因此，必须创建发酵酒精醇/水分离高效节能新方法。

目前尝试以吸附分离的方法替代传统的精馏浓缩发酵液以降低生产燃料酒精的能耗已有若干文献报道。利用3A(KA)沸石分子筛进行醇/水变压吸附分离可以有效的降低由95％浓度的恒沸乙醇蒸馏到＞99.2％的燃料酒精的能耗(Adsorption-Journal of theInternational Adsorption Society 8(3)；LatinAmerican Applied Research 31(4)：333-357，OCT2001)；American Institute of Chemical Engineers，National Meeting，1987，27p)。以高硅ZSM-5或硅沸石(Silicalite-1)将低浓度乙醇(2％～4％)经液相吸附分离提浓到35％也有一定的节能效果(J.of Chemical Technology and Biotechnology，V31，n12，Dec，1981，p732-736；石油化工1994，23(6)，356-8)。但上述方法只是在发酵液(含乙醇8-10％)浓缩生产燃料酒精部分阶段有部分节约能耗效果，在降低总生产能耗上作用有限。国外成熟的生物能源工厂采用精馏与分子筛技术相结合的工艺进行发酵醪液中的乙醇浓缩分离，较之单纯的多效蒸馏工艺可以降低能耗20％。

乙醇浓度由50％提高至88％是精馏过程能耗最主要因素。因为在此范围，液相和蒸汽相中醇、水分量比较接近(见图1(A))，精馏效率较低。因此，在将浓度1％-30％的稀酒精浓缩至恒沸酒精阶段采用疏水吸附剂的蒸汽相吸附/脱附分离、结合干燥剂的干燥功能，就可使生产能耗显著降低。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能量消耗少、分离效率高的从发酵液制备燃料酒精的方法与装置。

本发明提出的制备燃烧酒精的方法，具体步骤如下：