分離乙醇發酵液的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種分離乙醇發酵液的方法。
【背景技術】
[0002]乙醇在有機化工原料和有機溶劑具有廣泛的應用領域，也是一種極具潛力的新型生物燃料。近幾年，隨著石油資源的緊缺以及其不可再生性，同時低碳經濟的不斷被倡導，生物發酵法生產生物質燃料乙醇引起了廣泛的關注。在發酵工藝生產的發酵液中，除乙醇夕卜，還含有大量的水分和其他少量雜質。因此，發酵液必須經過精制以脫除其中的水和雜質，以得到高純度的可用作燃料添加劑的無水乙醇。
[0003]由于發酵液中存在大量的水，生物質燃料乙醇精制的工藝主要集中于乙醇的脫水工藝。在傳統的燃料乙醇生產工藝中，大多先通過蒸餾的方式來濃縮發酵液中的低濃度乙醇，再通過真空蒸餾法恒沸精餾法等方式得到無水乙醇，這些技術的共同點是都需要將待脫水的物料體系完全汽化，其過程需要消耗巨大的相變潛熱，產生極高的能耗。
[0004]傳統的乙醇精餾工藝如專利CN 101157890A所述，一種燃料乙醇生產裝備及方法，是將兩塔流程的粗餾塔和精餾塔分別拆分為兩個粗餾塔和兩個精餾塔，組成由醪塔、精餾塔、回收塔三塔工藝生產燃料乙醇。此流程中雖然僅有回收塔一塔使用新鮮蒸汽加熱，但回收塔處理的粗酒量太大，導致回收塔使用的新鮮蒸汽量過大；此外，經過吸附塔脫水后的無水乙醇蒸汽的熱量沒有得到利用，故而整個系統的未達到最優化，能耗很高。
[0005]較為先進的有專利CN 102126921B，該專利提供了一種制共沸乙醇的三塔加熱方法:采用粗餾塔、低壓精餾塔、高壓精餾塔三塔工藝生產燃料乙醇。壓力較高的新鮮蒸汽作為一效蒸汽給高壓精餾塔加熱，高壓精餾塔塔頂氣給低壓精餾塔加熱，粗餾塔熱量由分子篩脫水單元的無水乙醇氣和低壓精餾塔塔頂氣提供。工藝中只在精塔上外加熱量，相對于之前的專利已經有所進步，但依然有降低能耗的空間。
[0006]利用滲透汽化膜進行乙醇溶液的脫水是一種新型的分離技術，其原理是透水膜對料液中的水分子有選擇性透過，膜的另一側中水的蒸汽分壓小于其飽和氣壓，依靠這種在膜兩側的水蒸汽分壓的不同，使水分子得以不斷滲透通過膜，并在令一側汽化成蒸汽，從而為透過測可得到濃度較高的乙醇溶液。該方法無需消耗蒸汽，相較于傳統的精餾方法有更高的能量利用率，節能效果顯著。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是現有技術中能耗高的問題，提供一種新的分離乙醇發酵液的方法。該方法用于乙醇發酵液的分離中，具有能耗低的優點。
[0008]為解決上述問題，本發明采用的技術方案如下:一種分離乙醇發酵液的方法，包括如下步驟:(a)乙醇發酵液經預熱器預熱后分為至少兩部分，一部分進入精餾塔I，在精餾塔I頂部得到乙醇物流I，一部分進入精餾塔II，在精餾塔II頂部得到乙醇物流II ;(b)所述乙醇物流I和乙醇物流II分別經過預熱器、精餾塔I塔釜第二再沸器后匯合送入滲透汽化分離器，經滲透汽化分離器脫水后得到乙醇物流III ; (C)所述乙醇物流III進入分子篩變壓吸附器，從分子篩變壓吸附器頂部排出的物流中的至少一部分經精餾塔I塔釜第一再沸器后得到無水乙醇產品；其中，精餾塔II塔釜再沸器由蒸汽加熱。
[0009]上述技術方案中，優選地，所述乙醇發酵液中乙醇濃度以重量計為3?10%，經預熱后的乙醇發酵液以重量計，40?60%進入精餾塔I，40?60%進入精餾塔II。
[0010]上述技術方案中，更優選地，所述乙醇發酵液中乙醇濃度以重量計為5?8%。
[0011]上述技術方案中，優選地，所述精餾塔I的塔板數為20?28，塔頂溫度為60?80°C，塔釜溫度為80?100°C，操作壓力為30?60kPa，進料板位置從上至下數位于第2?5塊塔板處；精餾塔II的塔板數為20?28，塔頂溫度為90?110°C，塔釜溫度為100?120°C，操作壓力為130?160kPa，進料板位置從上至下數位于第2?5塊塔板處。
[0012]上述技術方案中，優選地，所述精餾塔I的塔板數為23?26，塔頂溫度為65?780C，塔釜溫度為85?98°C ;精餾塔II的塔板數為23?26，塔頂溫度為95?108°C，塔釜溫度為105?118°C。
[0013]上述技術方案中，優選地，所述滲透汽化分離器操作溫度為60?90°C，操作壓力為 30 ?80kPa。
[0014]上述技術方案中，優選地，所述滲透汽化分離器使用的膜材料為選擇性透水膜，選自有機膜、無機膜或有機無機雜化膜，所述膜材料能對乙醇和水選擇透過。
[0015]上述技術方案中，更優選地，所述膜材料選自硅鋁分子篩膜、殼聚糖膜、聚乙烯醇膜、聚醚酰亞胺膜或聚乙烯醇-Na分子篩膜。
[0016]上述技術方案中，優選地，所述分子篩變壓吸附器的操作溫度為125?145°C，操作壓力為220?280kPa。
[0017]本發明采用滲透汽化與精餾耦合的方法，通過滲透汽化-精餾耦合脫水，以滲透汽化替代部分精餾操作，簡化了操作工藝，降低了能耗。同時，本工藝采用兩個精餾塔，其中精餾塔I在負壓下操作，精餾塔II在常壓附近操作，從而精餾塔II塔頂的氣相物流為精餾塔I再沸器提供熱量，而精餾塔I可為進料物流預熱，從而提高了能量的利用率，進一步有效地節省了能耗，與現有技術相比，具有良好的經濟效益，取得了較好的技術效果。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明所述方法的流程示意圖。
[0019]圖2為文獻CN 102126920B的流程簡圖。
[0020]圖1中，I為乙醇發酵液；2為經過預熱器后的乙醇物流I ;3為經過精餾塔I塔釜第二再沸器后的乙醇物流II ;4為蒸汽；5為分子篩變壓吸附器的進料物流；6為分子篩變壓吸附器頂部出料物流；B01為滲透汽化分離器；B02為分子篩變壓吸附器；E01為精餾塔I塔釜第一再沸器；E02為精餾塔I塔釜第二再沸器；E03為精餾塔II塔釜再沸器；E04為預熱器；T01為精餾塔I ;??2為精餾塔II。
[0021]圖2中，11為乙醇發酵液；12為粗餾塔頂部粗酒物流；13為低壓精餾塔塔頂共沸乙醇；14為共沸乙醇出料；15為高壓精餾塔塔頂共沸乙醇；16、17為共沸乙醇回流液；18為蒸汽；Ε05為粗餾塔塔釜第一再沸器；Ε06為粗餾塔塔釜第二再沸器；Ε06為低壓精餾塔塔釜再沸器；Ε07為高壓精餾塔塔釜再沸器；??3為粗餾塔；??4為低壓精餾塔；??5為高壓精餾塔。
[0022]下面通過實施例對本發明作進一步的闡述，但不僅限于本實施例。
【具體實施方式】
[0023]【實施例1】
[0024]乙醇含量為5wt %的發酵液經預熱器加熱后分為第一、第二部分，第一部分占重量比45%，第一部分占重量比55%，第一部分進入精餾塔I的上部，經精餾后，塔頂得到40wt%的乙醇物流I，該乙醇物流I經預熱器換熱冷凝；第二部分原料液進入精餾塔II的上部，經精餾后，塔頂得到40wt%的乙醇物流II，該乙醇物流I II進入精餾塔I塔釜第二再沸器換熱冷凝，精餾塔II塔釜再沸器由新鮮蒸汽加熱。冷凝后的乙醇物流I和乙醇物流II混合后進入滲透汽化分離器，經滲透汽化分離器脫水后得到90wt%的乙醇物流III，乙醇物流III經飽和蒸汽過熱后進入分子篩變壓吸