[发明专利]一种三塔二膜耦合强化精制燃料乙醇的方法

说明书

本发明公开了一种三塔二膜耦合强化精制燃料乙醇的方法，该方法是以进料醪液并联进料的一个减压精镏塔和两个加压粗镏塔组成的三塔精馏段，与一个膜分离装置构成的提纯段组成的精馏‑提纯工艺系统，通过对精馏段和提纯段的物料与热量体系高度匹配，来降低单位产品蒸汽用量，通过蒸汽渗透膜分离结合，降低了进料乙醇浓度要求的同时，减少加压粗塔的塔板数和降低回流比，从而对生物质发酵醪液进行精馏提纯以制备满足燃料乙醇要求的高纯乙醇的过程，并达到环保节能高效的生产目的。本发明方法具有大大节约蒸汽用量、一次出料品质高、系统自动化程度高、装置占地面积小、设备维护方便、膜耗品材料可靠耐用、资源利用率高等诸多优势。

技术领域

本发明涉及一种三塔二膜耦合强化精制燃料乙醇的方法。

背景技术

化石能源的开发利用面临着严重的环境污染和资源枯竭问题。乙醇燃烧时具有碳氧组成适中、辛烷值高、燃烧后不过载温室气体和污染物等优点，已被用作汽油添加剂使用，市场巨大。燃料乙醇是体积浓度达到99.5％以上的无水乙醇，作为燃油改善剂使用时具有增氧助燃，达到节能环保的目的。同时，生物燃料乙醇具有可再生性，因此生物路线制备燃料乙醇的工艺被国内外乙醇行业广泛使用。在国家节能减排要求提高，及燃料乙醇补贴减少的背景下，为达到企业降本盈利的目的，一条主要的途径是通过不断优化生物燃料乙醇精制的工艺来实现。淀粉、果糖基多糖、纤维素类等生物质发酵醪液中乙醇体积浓度为2～20％，以淀粉类生物质发酵时，乙醇体积浓度可达到9～20％。精馏提燃料乙醇过程中需要借助加盐萃取精馏或分子筛吸附脱水实现。针对此工艺路线，优化过程主要集中在精馏段的热量回收利用工艺设计上[文献1：李鹏辉.燃料乙醇三塔差压蒸馏工艺模拟优化及塔器工艺设计 [D].西安:西北大学,2017；文献2：Shelfer JR,Bennett H,Shelfer Grant T,et al.Process and apparatus for commercially producing motor fuel-gradeethanol:WO2008024109A1[P]. 2008-02-28.]，或者在燃料乙醇制备工艺中的提纯段采用更为节能的新技术。

蒸汽渗透膜分离提纯技术具有分离效率高、自动化程度高、操作简单、对设备使用条件要求不高、不引入第三组分、不易污染环境等优点，在有机溶剂精制过程中具有明显的优势。采用蒸汽渗透膜分离提纯工艺，整个系统蒸汽单耗与传统的工艺相比可节省蒸汽达30～50％以上[文献3，顾学红,相里粉娟,余从立,等.一种生物质无水乙醇的生产方法及装置:CN104262090B[P].2016-06-29.]。

专利CN102126920B[文献4，韩飞,丁伟军,林长骏,等.三塔三效差压热集成制取共沸乙醇的方法:CN102126920B[P].2013-09-25.]描述的三塔三效差压热集成精馏乙醇的工艺较传统的二塔精馏提纯工艺(文献5，张敏华,董秀芹,吕惠生,等.燃料乙醇生产方法:CN1298859C[P].2007-02-07.])具有明显的节能优势。精馏段采用粗镏塔、精馏塔Ⅰ、精馏塔Ⅱ三塔集成装置精馏乙醇，提纯段采用分子筛吸附脱水。热量主流程中，外界一次蒸汽先给精馏塔Ⅱ再沸器提供热源，塔顶蒸汽给精馏塔Ⅰ塔釜加热。粗镏塔配有两个再沸器，热源一方面来源于精馏塔Ⅰ塔顶物流，另一方面来源于分子筛吸附单元的无水乙醇产品蒸汽。物料主流程中，发酵醪液经过两段预热后进入粗镏塔上部，粗馏后塔顶粗酒气经换热后一部分形成粗酒凝液并进料精馏塔Ⅰ。精馏后塔顶共沸乙醇气一部分回流至精馏塔Ⅰ上部，一部分进入分子筛吸附单元。精馏后塔釜物料进入精馏塔Ⅱ下部进一步精馏，馏出物一部分回流，其他进入精馏塔Ⅰ。本工艺过程只对精馏段进行优化描述，实际配备分子筛吸附工艺过程中，存在进分子筛乙醇溶液要求浓度高(乙醇体积浓度≥93.5％左右)，进而对精馏塔Ⅰ塔板数要求较高的问题。分子筛吸附过程会产生约为25％的低浓度乙醇溶液，这部分如果不回用会降低原料的利用率，反之又会造成额外的蒸汽消耗。此外，精馏过程使用多个闪蒸罐，增加设备投资。