[发明专利]一种糠醛制备耦合乙醇精馏的装置及其方法

说明书

技术领域：

本发明涉及生物质能源转化利用技术领域，具体涉及一种糠醛制备耦合乙醇精馏的装置及其方法。

背景技术：

木质纤维素类生物质水解发酵制备燃料乙醇工艺是生物质能源利用研究的重要分支，对发展我国能源替代、维护能源安全、减少环境污染等方面有着重要意义。然而耗能巨大和经济性低制约着燃料乙醇产业发展，开发出低能耗、高产出工艺成为推动其发展的关键助力。目前常规的利用木质纤维素类生物质资源来生产燃料乙醇的工艺过程主要包括预处理、酶解发酵、酒精纯化和废弃物高值转化等部分。燃料乙醇工艺多样的预处理方式使得后续酶解发酵手段丰富，技术上难以统一。而酒精纯化和废弃物转化技术因其普遍适用，易于推广且效果显著而愈发受到人们关注。

现阶段酒精纯化工艺与废弃物转化方法之间各成体系，缺乏联系。乙醇精馏或脱水工艺主要着眼于降低能耗，如专利CN1686986提供了一种蒸馏乙醇液分子筛脱水制备无水乙醇的生产方法，专利CN101525272提供了一种蒸馏乙醇气分子筛脱水制备无水乙醇的节能工艺及设备，专利申请号CN101085717提供了采用三塔热集成装置进行乙醇精馏的工艺方法等；含糖废液或木质素残渣转化技术主要集中于产出产物，如专利CN102584751提出以无机酸为催化剂，反应精馏制备糠醛工艺，专利CN102391218提供了一种金属盐助催化的固定床催化木糖脱水制备糠醛的方法，专利CN101225319发明的一种以木质素为原料加氢脱氧制备烃燃料及甲醇的方法等。事实上，糠醛等转化产物大都需要附加耗能精馏工艺将其转化为高纯度产品。为此综合精馏与转化反应，开发出低能高产工艺，对于平衡优化燃料乙醇工艺能耗和经济性具有双重意义，但目前综合酒精纯化和废弃物转化的工艺还很少。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术中木质纤维素类生物质水解发酵制备燃料乙醇工艺中存在的缺点与不足，提供一种糠醛制备耦合乙醇精馏的装置及其方法，固体酸催化预处理糖液反应精馏制备糠醛，耦合发酵醪液萃取精馏制备无水乙醇，在高效制备糠醛的同时有效降低乙醇脱水能耗。

所述预处理糖液是指燃料乙醇生产预处理后所制得的含戊糖和(或)聚戊糖的水溶液(参见文献：木质纤维素类生物质高温液态水预处理技术，化工学报，2010，29(11):2177-2182.)。所述发酵醪液是指燃料乙醇生产过程中经酶解发酵工艺产生的含乙醇的戊糖溶液或水溶液(纤维素乙醇发酵技术的研究进展，广东化工，2014，41(15)：135-136.)。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种糠醛制备耦合乙醇精馏的装置，包括依次连通的催化精馏塔、醇醛精制塔和醇醛分离塔，所述催化精馏塔用于催化预处理糖液和发酵醪液中戊糖组分反应制备糠醛并初步萃取精馏乙醇；所述醇醛精制塔用于糠醛和乙醇的精馏脱水；醇醛分离塔用于分离糠醛和乙醇；

所述催化精馏塔由上而下分为精馏段、催化反应段和提馏段；所述催化精馏塔催化反应段为含固体酸催化剂的填料或塔板，所述固体酸催化剂为强酸型阳离子交换树脂或酸性分子筛；所述催化反应段顶部设有预处理糖液入口用于接收预处理糖液，中部设有发酵醪液入口用于接收发酵醪液；所述精馏段顶部设有出料口，提馏段底部设有塔釜出料口；

所述醇醛精制塔中部设有跟催化精馏塔精馏段顶部的出料口连接的料液入口，用于接收催化精馏塔精馏段顶部出来的乙醇、糠醛和水的混合物，醇醛精制塔顶部和底部均设有出料口；

所述醇醛分离塔中部设有进料口，所述进料口跟醇醛精制塔顶部设有的出料口连接，用于接收醇醛精制塔顶部出来的乙醇和糠醛组成的混合物，所述醇醛分离塔顶部和底部均设有出料口。

所述催化精馏塔精馏段和提馏段为塔板或填料，所述醇醛精制塔和醇醛分离塔为塔板塔或填料塔。

所述醇醛精制塔中塔板数30～80，回流比1:1～4:1；所述醇醛分离塔中塔板数20～60，回流比0.1:1～2:1。

一种糠醛制备耦合乙醇精馏的方法，其特征在于利用上述糠醛制备耦合乙醇精馏的装置，包括以下步骤：