[发明专利]一种生物质无水乙醇的生产方法及装置

说明书

 

技术领域

    本发明涉及一种生物质无水乙醇的生产方法及装置，属于有机溶剂脱水技术领域。

 

背景技术

无水乙醇在食品、化工、燃料、军工、医药等领域广泛使用。生物质发酵出来的乙醇浓度一般为3～20wt%，经普通蒸馏工段脱除大部分水、醛和杂醇油等杂质后的乙醇最高浓度达到95%时和水形成了恒沸物，难以用普通蒸馏的方法分离开来。为得到无水乙醇，必须将上述乙醇进行进一步脱水处理。 

现有的脱水方法主要有吸附脱水、共沸精馏、加盐萃取精馏、渗透汽化膜脱水等。共沸精馏加入苯，在主精馏塔中蒸馏，在塔底得无水乙醇，塔顶得乙醇-水-苯三元混合物（沸点64.8℃）。把该三元混合物引入分离器中分成两层，上层富于苯，下层富于乙醇。上层液体再引入主精馏塔，回收苯。下层液体则于副精馏塔中回收其中的乙醇和苯。加盐萃取精馏加入溶剂（如乙二醇）以及盐类（如氯化钙）组成的复合分离剂，然后精馏，塔顶得到无水乙醇，塔底的水以及复合分离剂送往溶剂再生塔精馏除去水，溶剂再生利用。

渗透汽化膜脱水技术是热驱动的蒸馏法与膜法相结合的一种分离方法，有机溶剂和水的混合物在组分蒸汽分压差的推动下，利用组分通过渗透汽化膜吸附和扩散速度的不同实现物质的分离过程。采用无机渗透汽化膜脱水技术进行有机物脱水，可以替代蒸馏、吸附等传统的分离工艺，可以以较低的能耗获得高质量的产品，实现常规方法很难或无法实现的分离要求。该分离过程表现出高度的节能效果，特别适合共沸物、近沸混合物的分离，与传统的精馏、吸附技术相比可节能50%以上；该过程不需要引入第三种组分，避免了第三种组分对环境造成的污染，同时少量透过液可以回收处理并循环使用；渗透汽化膜脱水装置结构紧凑，占地面积小；渗透汽化膜脱水工艺流程简单，自动化程度高。

共沸精馏和加盐萃取精馏需加入和回收第三组分，能耗高，操作不稳定，环境不友好。分子筛吸附使用3A分子筛，高浓度乙醇加热气化后再加热至过热状态通入分子筛吸附装置吸附脱水得到无水乙醇，该法应用广泛，具有渗透汽化膜法的优点，但是脱附出来的淡酒量大，浓度低，蒸汽消耗量较渗透汽化膜法大。普通精馏和进一步脱水工段采用不同的工艺和热量回用系统，蒸汽单耗差别较大，普通精馏段双塔工艺单耗高达2.5吨蒸汽/吨无水乙醇，多塔工艺单耗约2吨蒸汽/吨无水乙醇。

 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：生物质发酵生产无水乙醇的过程中的产品能耗大，提供一种生物质无水乙醇的生产方法及装置。

技术方案：

根据本发明的一个方面，一种生物质无水乙醇的生产方法，包括如下步骤：发酵液分别通过至少一次加压精馏、至少一次常压精馏和至少一次减压精馏之后，精馏塔的塔顶蒸汽通过渗透汽化膜进一步脱水，得到成品乙醇；发酵液在送入精馏塔之前，与成品乙醇和精馏塔的塔釜液进行换热；所述的精馏塔是指加压精馏塔、常压精馏塔和减压精馏塔中的至少一个。

进一步，所述的精馏塔是指加压精馏塔、常压精馏塔和减压精馏塔。

进一步，加压精馏的塔顶蒸汽与常压精馏的塔釜液进行换热。

进一步，常压精馏的塔顶蒸汽与减压精馏的塔釜液进行换热。

进一步，沿着发酵液在进入精馏塔的流动方向，发酵液依次经过如下四级换热：第一级：成品乙醇换热；第二级：精馏塔的塔釜液换热；第三级：成品乙醇换热；第四级：精馏塔的塔釜液换热。

进一步，所述的第二级的精馏塔的塔釜液是指加压精馏、常压精馏和减压精馏的塔釜液的混合液。

进一步，沿着渗透汽化膜脱水后的成品乙醇的流动方向，成品乙醇依次与进入加压精馏的原料液、常压精馏的原料液、减压精馏的原料液和未分流的发酵液进行换热。

进一步，沿着塔釜物料的排出方向，加压精馏塔的塔釜物料依次与进入加压精馏塔、进入减压精馏塔的原料进行换热，得到釜液a；常压精馏塔的塔釜物料与进入常压精馏塔的原料进行换热，得到釜液b；釜液a、釜液b与减压精馏塔的塔釜液混合之后，再与未分流的发酵液进行换热。

进一步，加压精馏、常压精馏的塔顶产物在换热之后，分别部分回流至各自的塔内。

进一步，加压精馏的塔顶绝压0.4～0.45MPa，塔顶温度115～125℃，塔底温度140～150℃。

进一步，常压精馏的塔顶绝压0.10～0.15MPa，塔顶温度80～90℃，塔底温度105～115℃。

进一步，减压精馏的塔顶绝压0.015～0.020MPa，塔顶温度35～45℃，塔底温度65～75℃。