专利名称：生物丁醇装置乙醇产品分子筛复合精馏精制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物乙醇的精制方法和设备，特别是生物发酵法生产总溶剂过程中乙醇的精制。采用分子筛吸附脱水与精馏复合工艺脱除粗乙醇物料中的异丙醇和水。
背景技术：
随着能源和环境问题的日益突出，以生物质为原料采用生物技术生产化工产品是未来的发展方向。发酵法联合生产的丁醇，丙酮和乙醇产品共称为总溶剂。总溶剂的生产以玉米、小麦、高粱、红薯等淀粉质，甘蔗、糖蜜、菊芋等糖质或农作物秸秆、林业废弃物等纤维素为原料，经发酵基质制备、发酵和溶剂蒸馏而制得成品。如《发酵法丙酮和丁醇生产技术》所述，总溶剂蒸馏过程一般采用“四塔流程”或 “五塔流程”。以“五塔流程”为例(见附图1)发酵成熟醪液首先送入醪塔蒸馏，得到的粗溶剂再送入乙丙塔将丙酮、乙醇和水、丁醇分开。乙丙塔底排出的丁醇和水经冷却，分相后进入丁醇塔进行分离，最终得到丁醇产品。乙丙塔顶蒸出的丙酮和乙醇两种溶剂经冷凝后进入丙酮塔进行分离，塔顶得到丙酮产品，塔釜得到粗乙醇。粗乙醇进入乙醇塔进一步分离， 上部侧线采出得到的成品中乙醇含量为95. 95.2%，可以作为工业酒精产品。然而， 采用现有技术实际生产得到的乙醇产品中异丙醇含量为2% 15%，达不到工业酒精的标准GB/T 394. 1-2008，只能作为不合格的工业酒精出售。这就大大降低了采用生物法生产总溶剂企业的利润，减弱了其市场竞争力。乙醇和异丙醇分别可以与水形成二元共沸物，并且此二元共沸物的沸点接近，因而无法采用精馏技术实现乙醇、异丙醇和水的完全分离，这是导致乙醇产品质量差的根本原因。本发明采用分子筛吸附脱水与精馏复合的工艺可以制得无水乙醇产品。因此采用本技术的方法和装备，可以增加总溶剂企业的利润，提高生物丁醇产品的市场竞争力。
发明内容
本发明针对总溶剂生产过程中乙醇的精制发明了采用分子筛吸附脱水和精馏复合工艺的方法和设备。本发明可以解决总溶剂生产中乙醇产品的异丙醇和水含量超标的问题。本发明的分子筛复合精馏精制乙醇的方法及装备的原料为总溶剂精馏工段乙醇塔(1)采出的乙醇馏分。本发明的一种采用分子筛吸附与精馏复合工艺的乙醇精制方法，从乙醇塔采出的乙醇物料首先进入分子筛吸附床(2、3)脱水，脱水后的乙醇物料进入乙醇精制塔(4)进行分离精制；乙醇精制塔塔顶采出乙醇产品，塔釜采出富含异丙醇馏分。需要精制的乙醇物料为生物丁醇生产过程中乙醇塔侧线采出的乙醇物料，该物料为含有异丙醇和水杂质的乙醇，其中异丙醇含量为2% 15%，水含量为2% 15%。分子筛吸附床吸附操作的压力为绝对压力0. 01 0. 8MPa,脱附操作的压力为绝对压力0. 01-0. 5MPa ；乙醇精制塔的操作压力为绝对压力0. 01 0. 5MPa。
本发明的分子筛吸附与精馏复合的装置，分子筛吸附与精馏共用分离乙醇、异丙醇和水的设备，包括乙醇塔(1)、乙醇过热器(7)、分子筛吸附床0、3)、再生气冷却器(8)、 乙醇精制塔(4)和冷凝器装置(10)；分子筛吸附床以并联方式相连，物料经过吸附床脱水； 乙醇塔采用侧线采出，采出物料经过乙醇过热器后选择一台分子筛吸附床进行脱水；经过分子筛脱水后的物料送入乙醇精制塔，进行乙醇和异丙醇的分离，塔顶采出乙醇产品，塔釜采出富含异丙醇馏分。所述分子筛是能对乙醇、异丙醇和水进行选择性吸附的分子筛，包括A型，X型、Y 型、丝光沸石型或ZSM型。所述的乙醇精制塔，为填料结构或为板式和填料的复合结构。所述的分子筛吸附床为两个或多个。所述的分子筛吸附床操作压力为绝对压力0. 01 0. 8MPa,乙醇精制塔的操作压力为绝对压力0. 01-0. 5MPa。所述的分子筛吸附床为一台或多台，若为多台分子筛吸附床则以并联方式相连进行乙醇物料脱水操作，吸附床按操作周期进行循环操作以保证生产过程的连续进行。分子筛吸附床中分子筛采用再生气进行再生处理。本发明的乙醇精制方法和设备包括脱水和精馏两个单元乙醇塔采出的乙醇物料送至分子筛吸附床脱水；从分子筛吸附床采出物料进入乙醇精制塔，经乙醇精制塔精制获得无水乙醇产品和富含异丙醇馏分。乙醇物料经过分子筛床层吸附脱水处理后水含量降至2000ppm以下。采用本发明的方法和设备生产的乙醇产品满足无水乙醇的国家标准GB/ T678-2002。采用分子筛吸附脱水和精馏复合工艺精制乙醇的方法及设备的具体生产过程说明如下(1)将乙醇塔侧线采出的乙醇物料经乙醇过热器加热至过热状态，乙醇物料被加热到78 180°C，送入多个分子筛吸附床中，其操作压力为0. 01 0. 8MPa，水在吸附床中被吸附剂吸附，吸附操作的时间为3 72分钟。脱水后的乙醇物料从吸附床的另一端采出， 经冷凝得到含有少量异丙醇的乙醇。(2)当任意一个吸附床中的水浓度接近饱和时，停止对该吸附床的进料，转入再生阶段。具体为，将吸附床与冷凝器连通，通过冷凝降压，由于冷凝器的冷凝作用，使吸附床中的压力降至脱附压力0 0. 09MPa，吸附床进行脱附操作。排出的含水量高的乙醇物料冷凝后排出系统，送回总溶剂蒸馏工段的乙丙塔进料罐。当通过降低压力的方式脱附到一定程度后，将再生气或由其他吸附床得到的低含水量的乙醇物料加热至120 220°C，引入要再生的吸附床，对其进行吹扫脱附。脱附操作的时间为1 M分钟。(3)在脱除吸附床中的水后，将吸附床用经过吸附床脱水处理的低含水量的乙醇充压至吸附床吸附所需的压力状态，准备进行下一个周期的吸附操作。(4)将经过分子筛吸附床吸附脱水后含少量异丙醇的乙醇物料，送入乙醇精制塔进行进一步分离，从乙醇精制塔顶部采出符合国家标准GB/T678-2002的无水乙醇产品，从乙醇精制塔底部采出富含异丙醇馏分。本发明采用吸附脱水和精馏的复合工艺，可以使总溶剂的生产过程中的乙醇产品达到无水乙醇标准，提高了产品级别，从而可以增加生物法生产总溶剂企业的利润，同时会增加生物丁醇产品的市场竞争力。
图1 总溶剂精馏工段流程示意图；图2 采用分子筛吸附脱水和精馏复合工艺精制乙醇的工艺流程图；其中1为乙醇塔；2，3为分子筛吸附床；4为乙醇精制塔；5为乙醇塔再沸器；6为乙醇塔冷凝器；7为乙醇过热器；8为再生气冷凝器；9乙醇精制塔再沸器；10乙醇精制塔冷 凝器。
具体实施例方式实施例1 将来自乙醇塔侧线采出的乙醇物料，其中乙醇含量为90%，异丙醇含量为5%，水含量为5%，按照图2所示方法和设备进行无水乙醇的生产。该物料为乙醇塔侧线采出的气相产品，流量为lOOOkg/hr，经过乙醇过热器过热至160°C后连续送入分子筛吸附床进行吸附脱水，分子筛吸附床采用的吸附剂为A型分子筛。分子筛吸附床的操作压力为0. 5MPa，每台吸附床的操作时间为30min，此后转入再生阶段。分子筛吸附脱水床为两台，一台进行吸附脱水时，另一台进行再生。再生阶段的操作压力为0.05MPa，操作时间为15min。经分子筛吸附床脱水后的物料冷凝后送入乙醇精制塔精制，塔顶采出无水乙醇产品，塔釜采出异丙醇。乙醇产品质量分数达到99. 8%，达到无水乙醇产品的国家标准GB/T678-2002。实施例2 将来自乙醇塔侧线采出的乙醇物料，其中乙醇含量为85%，异丙醇含量为10%， 水含量为5%，按照图2所示方法和设备进行无水乙醇的生产。精馏，脱水步骤与实施例1 基本相同，其不同点如下乙醇塔侧线采出的产品为液相，经过乙醇蒸发器变为蒸汽后再进入分子筛吸附床脱水，分子筛吸附床采用的吸附剂为X型分子筛。经乙醇精制塔精制后，乙醇产品质量分数达到99. 8%，达到无水乙醇产品的国家标准GB/T 678-2002。实施例3 将来自乙醇塔侧线采出的乙醇物料，其中乙醇含量为82%，异丙醇含量为3%，水含量为15%，按照图2所示方法和设备进行无水乙醇的生产。精馏，脱水步骤与实施例1基本相同，其不同点如下文所述。分子筛吸附床为4台，采用的吸附剂为Y型分子筛，吸附和脱附的操作压力分别为0. SMPa和0. 03MPa。在一个操作周期内保证三台吸附床同时进行吸附操作，一台进行脱附操作。脱水后的乙醇物料再经乙醇精制塔精制，得到的乙醇产品质量分数达到99. 8%，达到无水乙醇产品的国家标准GB/T 678-2002。实施例4 将来自乙醇塔侧线采出的乙醇物料，其中乙醇含量为82%，异丙醇含量为15%， 水含量为3%，按照图2所示方法和设备进行无水乙醇的生产。精馏，脱水步骤与实施例1 基本相同，其不同点如下文所述。分子筛吸附床采用的吸附剂为丝光型分子筛，吸附和脱附的操作压力分别为0. 6MPa和0. 06MPao脱水后的乙醇物料再经乙醇精制塔精制，得到的乙醇产品质量分数达到99. 8%，达到无水乙醇产品的国家标准GB/T 678-2002。实施例5
将来自乙醇塔侧线采出的乙醇物料，其中乙醇含量为95%，异丙醇含量为2%，水含量为3%，按照图2所示方法和设备进行无水乙醇的生产。精馏，脱水步骤与实施例1基本相同，其不同点如下文所述。分子筛吸附床采用的吸附剂为ZSM型分子筛，吸附和脱附的操作压力分别为0. 和0. 04MPa。脱水后的乙醇物料再经乙醇精制塔精制，得到的乙醇产品质量分数达到99. 8%，达到无水乙醇产品的国家标准GB/T 678-2002。本发明公开和提出了生物丁醇生产过程中异丙醇、乙醇和水的吸附和精馏工艺方法及设备，本领域技术人员可通过借鉴本文的内容，适当改变原料、工艺参数和结构设计等环节实现。本发明的方法与技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术进行改动或适当变更与组合， 来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
权利要求
1.一种采用分子筛吸附与精馏复合工艺的乙醇精制方法，其特征为从乙醇塔采出的乙醇物料首先进入分子筛吸附床脱水，脱水后的乙醇物料进入乙醇精制塔进行分离精制；乙醇精制塔塔顶采出乙醇产品，塔釜采出富含异丙醇馏分。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于需要精制的乙醇物料为生物丁醇生产过程中乙醇塔侧线采出的乙醇物料，该物料为含有异丙醇和水杂质的乙醇，其中异丙醇含量为 2% 15%，水含量为2% 15%。
3.如权利要求1所述的方法，其特征为分子筛吸附床吸附操作的压力为绝对压力 0. 01 0. 8MPa，脱附操作的压力为绝对压力0. 01-0. 5MPa ；乙醇精制塔的操作压力为绝对压力 0. 01 0. 5MPa。
4.实现权利要求1的分子筛吸附与精馏复合工艺的乙醇精制的装置，其特征是分子筛吸附与精馏共用分离乙醇、异丙醇和水的设备，包括乙醇塔、乙醇过热器、分子筛吸附床、再生气加热器、再生气冷却器、乙醇精制塔和冷凝器装置；其特征是分子筛吸附床以并联方式相连，物料经过吸附床脱水；乙醇塔采用侧线采出，采出物料经过乙醇过热器后选择一台分子筛吸附床进行脱水；经过分子筛脱水后的物料送入乙醇精制塔，进行乙醇和异丙醇的分离，塔顶采出乙醇产品，塔釜采出富含异丙醇馏分。
5.如权利要求4的装置，其特征是所述分子筛是能对乙醇、异丙醇和水进行选择性吸附的分子筛，包括A型，X型、Y型、丝光沸石型或ZSM型。
6.如权利要求4的装置，其特征是所述的乙醇精制塔，为填料结构或为板式和填料的复合结构。
7.如权利要求4所述的装置，其特征为所述的分子筛吸附床为两个或多个。
全文摘要
本发明涉及一种生物乙醇的精制方法和设备，特别是生物发酵法生产总溶剂过程中乙醇的精制。其特征是采用分子筛吸附脱水与精馏复合工艺脱除粗乙醇物料中的异丙醇和水，其工艺流程如下从乙醇塔采出的乙醇物料首先进入分子筛吸附床脱水，脱水后的乙醇物料进入乙醇精制塔进行分离精制；乙醇精制塔塔顶采出乙醇产品，塔釜采出富含异丙醇馏分。本发明可以解决生物丁醇生产中乙醇产品的异丙醇和水含量超标问题。因此，采用本技术的方法和装备，可以增加总溶剂企业的利润，提高生物丁醇产品的市场竞争力。
文档编号C07C31/08GK102351644SQ201110240530
公开日2012年2月15日 申请日期2011年8月19日 优先权日2011年8月19日
发明者张志强, 张敏华, 耿中峰, 董秀芹, 钱胜华, 陶敏莉 申请人:天津大学