[发明专利]一种生产燃料乙醇的系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料乙醇生产装置与方法，特别是一种发酵与蒸汽渗透耦合生产燃料乙醇的系统与方法。

背景技术

近年来，全球范围内面临严重的能源危机，寻找新型可替代能源已成为世界各国未来能源战略的关键。随着世界石油储量的日益减少，能源危机日渐凸显，燃料乙醇因具有清洁、环保、可再生等优点而深受人们的青睐。燃料乙醇生产工艺大多采用生物发酵法，而在传统发酵工艺中，随着乙醇的不断积累和乙醇浓度的不断增加，乙醇对酵母细胞的抑制作用不断增强，严重制约着燃料乙醇生产能力的提高。在乙醇发酵过程中，及时将产物中的乙醇移除，不但可降低乙醇对酵母的抑制、提高乙醇生产率，而且还有利于降低分离系统能耗，实现乙醇发酵的连续化，大幅提高设备利用率。发酵与分离耦合技术大致有以下4种：

(1)汽提发酵：汽提发酵是将气体通入水中，经气液充分接触，水中溶解的气体和挥发性物质一起穿过气液界面，转移到气相，从而达到脱除目标物的目的。在汽提发酵过程中，需要较高能耗的空气压缩机，同时还要对填料塔进行定期冲洗，增加了操作上的难度；

(2)真空发酵：真空发酵是在真空的条件下，发酵液中的乙醇会不断析出，从而减小了乙醇对酵母的抑制。真空发酵虽然可以移除产物乙醇，削弱抑制效应，但长时间的操作过程中要求系统保持真空状态，比较困难，因此该过程能耗很高；

(3)萃取发酵：萃取发酵是将萃取剂直接加入发酵液中，利用萃取剂将发酵液中的乙醇萃取出来的方法。但是大多萃取剂对细胞生长有毒性和抑制作用；

(4)渗透汽化发酵：渗透汽化技术是以混合物中各组分蒸汽分压的为驱动力，以及分离膜中各组分的扩散和溶解速率的不同来实现分离的过程。渗透汽化在乙醇发酵中应用的很广，具有分离效率高、流程简单、对微生物无毒害等优点，渗透汽化虽然能够从发酵液中及时且连续地分离出乙醇，但也有其缺点：在进料侧容易产生细胞老龄化，聚集无机盐和非挥发性产物，造成膜污染，从而使膜的渗透汽化性能下降，分离效果不佳，膜使用寿命较短，在一定程度上提高了操作成本。

如申请号为“201110251056”，名称为“一种利用蒸汽渗透耦合技术合成萘普生缩酮中间体的方法”的中国发明专利申请，公开了一种利用蒸汽渗透耦合技术合成萘普生缩酮中间体的方法，将蒸汽渗透膜装置与缩酮反应过程耦合，采用蒸汽渗透膜分离技术脱除萘普生缩酮中间体合成反应体系中的副产物水，从而打破反应平衡，提高反应的转化率。但该方法中，蒸汽渗透膜的下游物料没有尾气回收装置，存在污染环境和产品回收率低等缺点。

如申请号为“200910148257”，名称为“一种原位分离发酵中易挥发有机物的方法和设备”的中国发明专利申请公开了一种分离发酵产品中易挥发有机物的方法和设备，该方法将发酵与气提/蒸汽渗透过程耦合，实现了易挥发有机物的原位分离。从发酵罐底部的气体分布器通入惰性气体，原位气提出易挥发性的有机物，进入蒸汽渗透装置，以实现水和有机物的分离，脱水后的混合气进入冷凝器回收易挥发的有机物，不凝气和含有少量有机物的水蒸气组分可以循环利用。但该方法与设备存在流程复杂，设备投资大，二氧化碳无法回收等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高效、节能、低碳、环保的燃料乙醇生产装置与方法，以实现燃料乙醇的连续生产，并具有绿色、环保、投资小、二氧化碳回收率高等优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种生产燃料乙醇的系统，其中，采用发酵与膜分离耦合技术，包括：

发酵装置，包括发酵罐，用于生物发酵法生产燃料乙醇；

膜分离装置，进一步包括：

膜组件，通过发酵管路与所述发酵装置连接，所述发酵管路上设置有第一增压器和第一压力调节阀，使所述膜组件的渗余侧保持恒定正压力，所述膜组件采用优先透醇膜；

真空喷射器，与所述膜组件连接，利用所述发酵装置产生的二氧化碳为循环载气，通过真空喷射提供真空，使所述膜组件的渗透侧为负压；

气液分离装置，包括气液分离罐，分别通过分离管路和第一气体管路与所述真空喷射器连接，通过第二气体管路与一气体收集器连接，通过液体管路与一精馏装置连接，所述真空喷射器排出的混合物料进入所述气液分离罐后，所述混合物料中的一部分气相物料经第一气体管路进入所述真空喷射器，所述混合物料中的另一部分气相物料经第二气体管路进入所述气体收集器，所述混合物料中的液相物料进入所述精馏装置。

上述的生产燃料乙醇的系统，其中，所述第一气体管路上设置有干燥器、第二增压器和第二压力调节阀。