專利名稱：生物丁醇裝置乙醇產(chǎn)品分子篩復(fù)合精餾精制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物乙醇的精制方法和設(shè)備，特別是生物發(fā)酵法生產(chǎn)總?cè)軇┻^程中乙醇的精制。采用分子篩吸附脫水與精餾復(fù)合工藝脫除粗乙醇物料中的異丙醇和水。
背景技術(shù)：
隨著能源和環(huán)境問題的日益突出，以生物質(zhì)為原料采用生物技術(shù)生產(chǎn)化工產(chǎn)品是未來的發(fā)展方向。發(fā)酵法聯(lián)合生產(chǎn)的丁醇，丙酮和乙醇產(chǎn)品共稱為總?cè)軇??？側(cè)軇┑纳a(chǎn)以玉米、小麥、高粱、紅薯等淀粉質(zhì)，甘蔗、糖蜜、菊芋等糖質(zhì)或農(nóng)作物秸稈、林業(yè)廢棄物等纖維素為原料，經(jīng)發(fā)酵基質(zhì)制備、發(fā)酵和溶劑蒸餾而制得成品。如《發(fā)酵法丙酮和丁醇生產(chǎn)技術(shù)》所述，總?cè)軇┱麴s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(fā)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(jīng)冷卻，分相后進(jìn)入丁醇塔進(jìn)行分離，最終得到丁醇產(chǎn)品。乙丙塔頂蒸出的丙酮和乙醇兩種溶劑經(jīng)冷凝后進(jìn)入丙酮塔進(jìn)行分離，塔頂?shù)玫奖a(chǎn)品，塔釜得到粗乙醇。粗乙醇進(jìn)入乙醇塔進(jìn)一步分離， 上部側(cè)線采出得到的成品中乙醇含量為95. 95.2%，可以作為工業(yè)酒精產(chǎn)品。然而， 采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)際生產(chǎn)得到的乙醇產(chǎn)品中異丙醇含量為2% 15%，達(dá)不到工業(yè)酒精的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 394. 1-2008，只能作為不合格的工業(yè)酒精出售。這就大大降低了采用生物法生產(chǎn)總?cè)軇┢髽I(yè)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(diǎn)接近，因而無法采用精餾技術(shù)實(shí)現(xiàn)乙醇、異丙醇和水的完全分離，這是導(dǎo)致乙醇產(chǎn)品質(zhì)量差的根本原因。本發(fā)明采用分子篩吸附脫水與精餾復(fù)合的工藝可以制得無水乙醇產(chǎn)品。因此采用本技術(shù)的方法和裝備，可以增加總?cè)軇┢髽I(yè)的利潤，提高生物丁醇產(chǎn)品的市場競爭力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對總?cè)軇┥a(chǎn)過程中乙醇的精制發(fā)明了采用分子篩吸附脫水和精餾復(fù)合工藝的方法和設(shè)備。本發(fā)明可以解決總?cè)軇┥a(chǎn)中乙醇產(chǎn)品的異丙醇和水含量超標(biāo)的問題。本發(fā)明的分子篩復(fù)合精餾精制乙醇的方法及裝備的原料為總?cè)軇┚s工段乙醇塔(1)采出的乙醇餾分。本發(fā)明的一種采用分子篩吸附與精餾復(fù)合工藝的乙醇精制方法，從乙醇塔采出的乙醇物料首先進(jìn)入分子篩吸附床(2、3)脫水，脫水后的乙醇物料進(jìn)入乙醇精制塔(4)進(jìn)行分離精制；乙醇精制塔塔頂采出乙醇產(chǎn)品，塔釜采出富含異丙醇餾分。需要精制的乙醇物料為生物丁醇生產(chǎn)過程中乙醇塔側(cè)線采出的乙醇物料，該物料為含有異丙醇和水雜質(zhì)的乙醇，其中異丙醇含量為2% 15%，水含量為2% 15%。分子篩吸附床吸附操作的壓力為絕對壓力0. 01 0. 8MPa,脫附操作的壓力為絕對壓力0. 01-0. 5MPa ；乙醇精制塔的操作壓力為絕對壓力0. 01 0. 5MPa。
本發(fā)明的分子篩吸附與精餾復(fù)合的裝置，分子篩吸附與精餾共用分離乙醇、異丙醇和水的設(shè)備，包括乙醇塔(1)、乙醇過熱器(7)、分子篩吸附床0、3)、再生氣冷卻器(8)、 乙醇精制塔(4)和冷凝器裝置(10)；分子篩吸附床以并聯(lián)方式相連，物料經(jīng)過吸附床脫水； 乙醇塔采用側(cè)線采出，采出物料經(jīng)過乙醇過熱器后選擇一臺(tái)分子篩吸附床進(jìn)行脫水；經(jīng)過分子篩脫水后的物料送入乙醇精制塔，進(jìn)行乙醇和異丙醇的分離，塔頂采出乙醇產(chǎn)品，塔釜采出富含異丙醇餾分。所述分子篩是能對乙醇、異丙醇和水進(jìn)行選擇性吸附的分子篩，包括A型，X型、Y 型、絲光沸石型或ZSM型。所述的乙醇精制塔，為填料結(jié)構(gòu)或?yàn)榘迨胶吞盍系膹?fù)合結(jié)構(gòu)。所述的分子篩吸附床為兩個(gè)或多個(gè)。所述的分子篩吸附床操作壓力為絕對壓力0. 01 0. 8MPa,乙醇精制塔的操作壓力為絕對壓力0. 01-0. 5MPa。所述的分子篩吸附床為一臺(tái)或多臺(tái)，若為多臺(tái)分子篩吸附床則以并聯(lián)方式相連進(jìn)行乙醇物料脫水操作，吸附床按操作周期進(jìn)行循環(huán)操作以保證生產(chǎn)過程的連續(xù)進(jìn)行。分子篩吸附床中分子篩采用再生氣進(jìn)行再生處理。本發(fā)明的乙醇精制方法和設(shè)備包括脫水和精餾兩個(gè)單元乙醇塔采出的乙醇物料送至分子篩吸附床脫水；從分子篩吸附床采出物料進(jìn)入乙醇精制塔，經(jīng)乙醇精制塔精制獲得無水乙醇產(chǎn)品和富含異丙醇餾分。乙醇物料經(jīng)過分子篩床層吸附脫水處理后水含量降至2000ppm以下。采用本發(fā)明的方法和設(shè)備生產(chǎn)的乙醇產(chǎn)品滿足無水乙醇的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/ T678-2002。采用分子篩吸附脫水和精餾復(fù)合工藝精制乙醇的方法及設(shè)備的具體生產(chǎn)過程說明如下(1)將乙醇塔側(cè)線采出的乙醇物料經(jīng)乙醇過熱器加熱至過熱狀態(tài)，乙醇物料被加熱到78 180°C，送入多個(gè)分子篩吸附床中，其操作壓力為0. 01 0. 8MPa，水在吸附床中被吸附劑吸附，吸附操作的時(shí)間為3 72分鐘。脫水后的乙醇物料從吸附床的另一端采出， 經(jīng)冷凝得到含有少量異丙醇的乙醇。(2)當(dāng)任意一個(gè)吸附床中的水濃度接近飽和時(shí)，停止對該吸附床的進(jìn)料，轉(zhuǎn)入再生階段。具體為，將吸附床與冷凝器連通，通過冷凝降壓，由于冷凝器的冷凝作用，使吸附床中的壓力降至脫附壓力0 0. 09MPa，吸附床進(jìn)行脫附操作。排出的含水量高的乙醇物料冷凝后排出系統(tǒng)，送回總?cè)軇┱麴s工段的乙丙塔進(jìn)料罐。當(dāng)通過降低壓力的方式脫附到一定程度后，將再生氣或由其他吸附床得到的低含水量的乙醇物料加熱至120 220°C，引入要再生的吸附床，對其進(jìn)行吹掃脫附。脫附操作的時(shí)間為1 M分鐘。(3)在脫除吸附床中的水后，將吸附床用經(jīng)過吸附床脫水處理的低含水量的乙醇充壓至吸附床吸附所需的壓力狀態(tài)，準(zhǔn)備進(jìn)行下一個(gè)周期的吸附操作。(4)將經(jīng)過分子篩吸附床吸附脫水后含少量異丙醇的乙醇物料，送入乙醇精制塔進(jìn)行進(jìn)一步分離，從乙醇精制塔頂部采出符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T678-2002的無水乙醇產(chǎn)品，從乙醇精制塔底部采出富含異丙醇餾分。本發(fā)明采用吸附脫水和精餾的復(fù)合工藝，可以使總?cè)軇┑纳a(chǎn)過程中的乙醇產(chǎn)品達(dá)到無水乙醇標(biāo)準(zhǔn)，提高了產(chǎn)品級別，從而可以增加生物法生產(chǎn)總?cè)軇┢髽I(yè)的利潤，同時(shí)會(huì)增加生物丁醇產(chǎn)品的市場競爭力。


圖1 總?cè)軇┚s工段流程示意圖；圖2 采用分子篩吸附脫水和精餾復(fù)合工藝精制乙醇的工藝流程圖；其中1為乙醇塔；2，3為分子篩吸附床；4為乙醇精制塔；5為乙醇塔再沸器；6為乙醇塔冷凝器；7為乙醇過熱器；8為再生氣冷凝器；9乙醇精制塔再沸器；10乙醇精制塔冷 凝器。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 將來自乙醇塔側(cè)線采出的乙醇物料，其中乙醇含量為90%，異丙醇含量為5%，水含量為5%，按照圖2所示方法和設(shè)備進(jìn)行無水乙醇的生產(chǎn)。該物料為乙醇塔側(cè)線采出的氣相產(chǎn)品，流量為lOOOkg/hr，經(jīng)過乙醇過熱器過熱至160°C后連續(xù)送入分子篩吸附床進(jìn)行吸附脫水，分子篩吸附床采用的吸附劑為A型分子篩。分子篩吸附床的操作壓力為0. 5MPa，每臺(tái)吸附床的操作時(shí)間為30min，此后轉(zhuǎn)入再生階段。分子篩吸附脫水床為兩臺(tái)，一臺(tái)進(jìn)行吸附脫水時(shí)，另一臺(tái)進(jìn)行再生。再生階段的操作壓力為0.05MPa，操作時(shí)間為15min。經(jīng)分子篩吸附床脫水后的物料冷凝后送入乙醇精制塔精制，塔頂采出無水乙醇產(chǎn)品，塔釜采出異丙醇。乙醇產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到99. 8%，達(dá)到無水乙醇產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T678-2002。實(shí)施例2 將來自乙醇塔側(cè)線采出的乙醇物料，其中乙醇含量為85%，異丙醇含量為10%， 水含量為5%，按照圖2所示方法和設(shè)備進(jìn)行無水乙醇的生產(chǎn)。精餾，脫水步驟與實(shí)施例1 基本相同，其不同點(diǎn)如下乙醇塔側(cè)線采出的產(chǎn)品為液相，經(jīng)過乙醇蒸發(fā)器變?yōu)檎羝笤龠M(jìn)入分子篩吸附床脫水，分子篩吸附床采用的吸附劑為X型分子篩。經(jīng)乙醇精制塔精制后，乙醇產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到99. 8%，達(dá)到無水乙醇產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 678-2002。實(shí)施例3 將來自乙醇塔側(cè)線采出的乙醇物料，其中乙醇含量為82%，異丙醇含量為3%，水含量為15%，按照圖2所示方法和設(shè)備進(jìn)行無水乙醇的生產(chǎn)。精餾，脫水步驟與實(shí)施例1基本相同，其不同點(diǎn)如下文所述。分子篩吸附床為4臺(tái)，采用的吸附劑為Y型分子篩，吸附和脫附的操作壓力分別為0. SMPa和0. 03MPa。在一個(gè)操作周期內(nèi)保證三臺(tái)吸附床同時(shí)進(jìn)行吸附操作，一臺(tái)進(jìn)行脫附操作。脫水后的乙醇物料再經(jīng)乙醇精制塔精制，得到的乙醇產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到99. 8%，達(dá)到無水乙醇產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 678-2002。實(shí)施例4 將來自乙醇塔側(cè)線采出的乙醇物料，其中乙醇含量為82%，異丙醇含量為15%， 水含量為3%，按照圖2所示方法和設(shè)備進(jìn)行無水乙醇的生產(chǎn)。精餾，脫水步驟與實(shí)施例1 基本相同，其不同點(diǎn)如下文所述。分子篩吸附床采用的吸附劑為絲光型分子篩，吸附和脫附的操作壓力分別為0. 6MPa和0. 06MPao脫水后的乙醇物料再經(jīng)乙醇精制塔精制，得到的乙醇產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到99. 8%，達(dá)到無水乙醇產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 678-2002。實(shí)施例5
將來自乙醇塔側(cè)線采出的乙醇物料，其中乙醇含量為95%，異丙醇含量為2%，水含量為3%，按照圖2所示方法和設(shè)備進(jìn)行無水乙醇的生產(chǎn)。精餾，脫水步驟與實(shí)施例1基本相同，其不同點(diǎn)如下文所述。分子篩吸附床采用的吸附劑為ZSM型分子篩，吸附和脫附的操作壓力分別為0. 和0. 04MPa。脫水后的乙醇物料再經(jīng)乙醇精制塔精制，得到的乙醇產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到99. 8%，達(dá)到無水乙醇產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 678-2002。本發(fā)明公開和提出了生物丁醇生產(chǎn)過程中異丙醇、乙醇和水的吸附和精餾工藝方法及設(shè)備，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過借鑒本文的內(nèi)容，適當(dāng)改變原料、工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的方法與技術(shù)已通過較佳實(shí)施例子進(jìn)行了描述，相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法和技術(shù)進(jìn)行改動(dòng)或適當(dāng)變更與組合， 來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動(dòng)對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。
權(quán)利要求
1.一種采用分子篩吸附與精餾復(fù)合工藝的乙醇精制方法，其特征為從乙醇塔采出的乙醇物料首先進(jìn)入分子篩吸附床脫水，脫水后的乙醇物料進(jìn)入乙醇精制塔進(jìn)行分離精制；乙醇精制塔塔頂采出乙醇產(chǎn)品，塔釜采出富含異丙醇餾分。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于需要精制的乙醇物料為生物丁醇生產(chǎn)過程中乙醇塔側(cè)線采出的乙醇物料，該物料為含有異丙醇和水雜質(zhì)的乙醇，其中異丙醇含量為 2% 15%，水含量為2% 15%。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為分子篩吸附床吸附操作的壓力為絕對壓力 0. 01 0. 8MPa，脫附操作的壓力為絕對壓力0. 01-0. 5MPa ；乙醇精制塔的操作壓力為絕對壓力 0. 01 0. 5MPa。
4.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的分子篩吸附與精餾復(fù)合工藝的乙醇精制的裝置，其特征是分子篩吸附與精餾共用分離乙醇、異丙醇和水的設(shè)備，包括乙醇塔、乙醇過熱器、分子篩吸附床、再生氣加熱器、再生氣冷卻器、乙醇精制塔和冷凝器裝置；其特征是分子篩吸附床以并聯(lián)方式相連，物料經(jīng)過吸附床脫水；乙醇塔采用側(cè)線采出，采出物料經(jīng)過乙醇過熱器后選擇一臺(tái)分子篩吸附床進(jìn)行脫水；經(jīng)過分子篩脫水后的物料送入乙醇精制塔，進(jìn)行乙醇和異丙醇的分離，塔頂采出乙醇產(chǎn)品，塔釜采出富含異丙醇餾分。
5.如權(quán)利要求4的裝置，其特征是所述分子篩是能對乙醇、異丙醇和水進(jìn)行選擇性吸附的分子篩，包括A型，X型、Y型、絲光沸石型或ZSM型。
6.如權(quán)利要求4的裝置，其特征是所述的乙醇精制塔，為填料結(jié)構(gòu)或?yàn)榘迨胶吞盍系膹?fù)合結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征為所述的分子篩吸附床為兩個(gè)或多個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物乙醇的精制方法和設(shè)備，特別是生物發(fā)酵法生產(chǎn)總?cè)軇┻^程中乙醇的精制。其特征是采用分子篩吸附脫水與精餾復(fù)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(jìn)入分子篩吸附床脫水，脫水后的乙醇物料進(jìn)入乙醇精制塔進(jìn)行分離精制；乙醇精制塔塔頂采出乙醇產(chǎn)品，塔釜采出富含異丙醇餾分。本發(fā)明可以解決生物丁醇生產(chǎn)中乙醇產(chǎn)品的異丙醇和水含量超標(biāo)問題。因此，采用本技術(shù)的方法和裝備，可以增加總?cè)軇┢髽I(yè)的利潤，提高生物丁醇產(chǎn)品的市場競爭力。
文檔編號(hào)C07C31/08GK102351644SQ201110240530
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者張志強(qiáng), 張敏華, 耿中峰, 董秀芹, 錢勝華, 陶敏莉 申請人:天津大學(xué)