專利名稱：生物丁醇裝置乙醇產品膜分離復合精餾精制方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種生物乙醇的精制方法和設備，特別是生物發酵法生產總溶劑過程中乙醇的精制。其特征是采用膜法脫水與精餾復合工藝脫除粗乙醇物料中的異丙醇和水。
背景技術：
隨著能源和環境問題的日益突出，以生物質為原料采用生物技術生產化工產品是未來的發展方向。發酵法聯合生產的丁醇，丙酮和乙醇產品共稱為總溶劑。總溶劑的生產以玉米、小麥、高粱、紅薯等淀粉質，甘蔗、糖蜜、菊芋等糖質或農作物秸稈、林業廢棄物等木質纖維素為原料，經發酵基質制備、發酵和溶劑蒸餾而制得成品。如《發酵法丙酮和丁醇生產技術》所述，總溶劑蒸餾過程一般采用“四塔流程”或 “五塔流程”。以“五塔流程”為例(見附圖1)發酵成熟醪液首先送入醪塔蒸餾，得到的粗溶劑再送入乙丙塔將丙酮、乙醇和水、丁醇分開。乙丙塔底排出的丁醇和水經冷卻，分相后進入丁醇塔進行分離，最終得到丁醇產品。乙丙塔頂蒸出的丙酮和乙醇兩種溶劑經冷凝后進入丙酮塔進行分離，塔頂得到丙酮產品，塔釜得到粗乙醇。粗乙醇進入乙醇塔進一步分離， 上部側線采出得到的成品中乙醇含量為95. 95.2%，可以作為工業酒精產品。然而， 采用現有技術實際生產得到的乙醇產品中異丙醇含量為2% 15%，達不到工業酒精的標準GB/T394. 1-2008，只能作為不合格的工業酒精出售。這就大大降低了采用生物法生產總溶劑企業的利潤，減弱了其市場競爭力。乙醇和異丙醇分別可以與水形成二元共沸物，并且此二元共沸物的沸點接近，因而無法采用精餾技術實現乙醇、異丙醇和水的完全分離，這是導致乙醇產品質量差的根本原因。本發明的目的在于避免乙醇、異丙醇和水形成共沸物而提供一種精制乙醇產品的方法。本發明采用膜法脫水與精餾復合的工藝可以制得無水乙醇產品。因此采用本技術的方法和裝備，可以增加總溶劑企業的利潤，提高生物丁醇產品的市場競爭力。
發明內容
本發明針對總溶劑生產過程中乙醇的精制發明了采用膜法脫水和精餾復合工藝的方法和設備。本發明可以解決總溶劑生產中的乙醇產品異丙醇和水的含量超標的問題。本發明的膜分離復合精餾精制乙醇的方法及設備的原料為總溶劑精餾工段乙醇塔(1)采出的乙醇餾分。其特征為膜法脫水和精餾的復合工藝流程如下從乙醇塔采出的乙醇物料首先進入膜分離裝置(2、3、4)脫水，脫水后的乙醇產品進入乙醇精制塔(5)進行分離精制；乙醇精制塔塔頂采出無水乙醇產品，塔釜采出富含異丙醇餾分(見附圖2)。所述的方法中，需要精制的乙醇原料為總溶劑生產過程中乙醇塔側線采出的乙醇物料，其中含有2% 15%異丙醇和2% 15%水。采用本發明能夠解決或改善總溶劑生產過程中乙醇產品異丙醇雜質不易脫除的問題。本發明的膜法脫水與精餾共用分離乙醇、異丙醇和水的設備，包括乙醇塔(1)、乙醇過熱器(8)、膜分離裝置(2、3、4)、乙醇精制塔(5)和冷凝器裝置(12)，所述的乙醇塔和乙醇精制塔為填料塔或為板式和填料的復合塔。其特征是膜分離裝置為一臺或多臺(若為多臺以并聯方式相連)，物料經過膜分離裝置脫水后，送入乙醇精制塔進行乙醇和異丙醇的分離，塔頂采出乙醇產品，塔釜采出富含異丙醇餾分。所述的膜分離裝置使用的膜材料為選擇性透水膜，其特征在于膜材料能對乙醇、 異丙醇和水選擇透過，包括滲透蒸發膜和蒸氣滲透膜。乙醇物料經過膜分離裝置脫水處理后水含量降至2000ppm以下。所述的膜分離裝置的操作壓力為絕對壓力0. 01 0. IMPa,乙醇精制塔的操作壓力為絕對壓力0. 01-0. 5MPa。所述的膜分離裝置為一臺或多臺，若為多臺膜分離裝置則以并聯方式相連進行乙醇物料脫水操作。本發明的乙醇精制方法和設備包括脫水和精餾兩個單元乙醇塔采出的乙醇物料送至膜分離裝置脫水；脫水后的物料，經乙醇精制塔精制獲得無水乙醇產品和富含異丙醇餾分。采用本發明的方法和設備生產的乙醇產品滿足無水乙醇的國家標準GB/T 678-2002。與現有技術相比，提高了產品級別，增加了發酵法生產丁醇的市場競爭力。
圖1 總溶劑精餾工段流程示意圖；圖2 采用膜法脫水和精餾復合工藝精制乙醇的工藝流程圖；其中1為乙醇塔；2，3，4為膜分離裝置；5為乙醇精制塔；6為乙醇塔冷凝器；7為乙醇塔再沸器；8為乙醇過熱器(蒸發器)；9為再生氣冷凝器；10為真空泵；11為滲透液儲罐；12為乙醇精制塔冷凝器；13為乙醇精制塔再沸器。
具體實施例方式實施例1:生物丁醇生產過程中產生的粗乙醇可按照圖2所示的方法進行脫水、精制生產無水乙醇。自生物丁醇生產過程中丙酮塔釜來的粗乙醇經過乙醇塔分離后得到水含量為 5 %，異丙醇含量為4%的乙醇物料。該物料為乙醇塔側線采出的氣相流股，連續送入蒸氣滲透膜分離裝置進行脫水。進入膜分離裝置脫水的乙醇物料溫度為100°c，絕對壓力控制在 0. 3MPa，進料量為1噸/小時。從膜分離裝置采出的脫水后物料送入乙醇精制塔精制，乙醇精制塔塔釜采出物料一部分利用循環泵進行釜液循環，循環釜液均經再沸器加熱后送回乙醇精制塔，另一部分采出物料返回乙醇塔；乙醇精制塔塔頂采出乙醇產品，塔釜采出富含異丙醇餾分。乙醇產品質量分數達到99.8%，滿足無水乙醇產品國標GB/T 678-2008。實施例2:將生物丁醇生產過程中產生的粗乙醇按照圖2所示方法進行無水乙醇的生產。自生物丁醇生產過程中丙酮塔釜來的粗乙醇經過乙醇塔分離后得到水含量為8%，異丙醇含量為3%的乙醇物料。精餾，脫水步驟與實施例1基本相同，其不同點如下乙醇塔側線采出的產品為液相，該液相物料直接進入滲透蒸發膜分離裝置進行脫水，進料溫度控制在80°C， 膜分離裝置的操縱壓力為0.4MPa。脫水后的物料送入乙醇精制塔精制。由塔頂采出的乙醇產品質量分數達到99. 8%，滿足無水乙醇產品國標GB/T 678-2008。實施例3:將生物丁醇生產過程中產生的粗乙醇按照圖2所示方法進行無水乙醇的生產。自生物丁醇生產過程中丙酮塔釜來的粗乙醇經過乙醇塔分離后得到水含量為15%，異丙醇含量為3%的乙醇物料。精餾，脫水步驟與實施例1基本相同，其不同點如下乙醇塔側線采出的產品為液相，該液相物料直接進入滲透蒸發膜分離裝置進行脫水，進料溫度控制在 100°C，膜分離裝置的操縱壓力為0.2MPa。脫水后的物料送入乙醇精制塔精制。由塔頂采出的乙醇產品質量分數達到99. 8%，滿足無水乙醇產品國標GB/T 678-2008。實施例4 將生物丁醇生產過程中產生的粗乙醇按照圖2所示方法進行無水乙醇的生產。自生物丁醇生產過程中丙酮塔釜來的粗乙醇經過乙醇塔分離后得到水含量為2%，異丙醇含量為15%的乙醇物料。精餾，脫水步驟與實施例1基本相同，其不同點如下進入膜分離裝置脫水的乙醇物料溫度為110°C，絕對壓力控制在0.4MPa。脫水后的物料送入乙醇精制塔精制。由塔頂采出得到的乙醇產品質量分數達到99.8%，滿足無水乙醇產品國標GB/T 678-2008。本發明公開和提出的生物丁醇生產過程中異丙醇、乙醇和水的吸附和精餾工藝方法及設備，本領域技術人員可通過借鑒本文的內容，適當改變原料、工藝參數和結構設計等環節實現。本發明的方法與技術已通過較佳實施例子進行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本發明內容、精神和范圍內對本文所述的方法和技術進行改動或適當變更與組合， 來實現本發明技術。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發明精神、范圍和內容中。
權利要求
1.一種膜法脫水和精餾復合工藝精制乙醇的方法，其特征為生物法總溶劑精餾工段的乙醇塔采出的含有少量異丙醇和水的乙醇物料首先進入膜裝置脫水，滲透液經過滲透液儲罐收集后返回乙丙塔進料罐，脫水后的乙醇物料進入乙醇精制塔進行分離精制，乙醇精制塔塔頂采出乙醇產品，塔釜采出富含異丙醇餾分。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的乙醇物料為生物法生產總溶劑工藝中精餾工段乙醇塔側線采出的乙醇流股，該物料為含有異丙醇和水的乙醇，其中異丙醇含量為2% 15%，水含量為2% 15%。
3.如權利要求1所述的方法，從乙醇塔采出的含有異丙醇和水雜質的乙醇，先經過分子膜分離裝置脫水，再進行異丙醇雜質的脫除。
4.如權利要求1所述的方法，其特征為所述的膜裝置脫水單元操作壓力為絕對壓力 0. 01-0. IMPa,乙醇精制塔的操作壓力為絕對壓力0. 01-0. 5MPa。
5.如權利要求1所述的膜法脫水和精餾復合工藝精制乙醇的設備，其特征為包括乙醇塔、乙醇過熱器、膜分離裝置、乙醇精制塔和冷凝器裝置，所述的乙醇塔和乙醇精制塔為填料塔或為板式和填料的復合塔；膜分離裝置為一臺或多臺，物料經過膜分離裝置脫水后，送入乙醇精制塔進行乙醇和異丙醇的分離，塔頂采出乙醇產品，塔釜采出富含異丙醇餾分。
6.如權利要求5所述的膜分離裝置，其特征是所述的膜分離裝置，使用的膜材料為具有選擇性透水功能的膜材料，可以為滲透蒸發膜，或為蒸氣滲透膜，乙醇物料經過膜分離裝置脫水處理后水含量降至2000ppm以下。
7.如權利要求5所述的裝置，其特征為所述的乙醇塔和乙醇精制塔為填料結構或為板式和填料的復合結構。
8.如權利要求5所述的裝置，其特征為所述的膜分離裝置為一臺或多臺，若為多臺時膜裝置以并聯方式相連進行乙醇物料的脫水操作。
全文摘要
本發明涉及一種生物乙醇的精制方法和設備，特別是生物發酵法生產總溶劑過程中乙醇的精制。其特征是采用膜法脫水與精餾復合工藝脫除粗乙醇物料中的異丙醇和水，其工藝流程如下從乙醇塔采出的乙醇物料首先進入膜分離裝置脫水，脫水后的乙醇物料進入乙醇精制塔進行分離精制；乙醇精制塔塔頂采出乙醇產品，塔釜采出富含異丙醇餾分。本發明可以解決總溶劑生產中乙醇產品的異丙醇雜質不易脫除的問題。因此采用本技術的方法和裝備，可以增加總溶劑企業的利潤，提高生物丁醇產品的市場競爭力。
文檔編號C07C31/08GK102351645SQ201110240949
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月19日 優先權日2011年8月19日
發明者呂惠生, 張敏華, 李桂明, 李永輝, 歐陽勝利, 董秀芹 申請人:天津大學