专利名称：生物丁醇装置乙醇产品膜分离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。其特征是采用膜法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、林业废弃物等木质纤维素为原料，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/T394. 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。本发明的目的在于避免乙醇、异丙醇和水形成共沸物而提供一种精制乙醇产品的方法。本发明采用膜法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膜法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的乙醇产品异丙醇和水的含量超标的问题。本发明的膜分离复合精馏精制乙醇的方法及设备的原料为总溶剂精馏工段乙醇塔(1)采出的乙醇馏分。其特征为膜法脱水和精馏的复合工艺流程如下从乙醇塔采出的乙醇物料首先进入膜分离装置(2、3、4)脱水，脱水后的乙醇产品进入乙醇精制塔(5)进行分离精制；乙醇精制塔塔顶采出无水乙醇产品，塔釜采出富含异丙醇馏分(见附图2)。所述的方法中，需要精制的乙醇原料为总溶剂生产过程中乙醇塔侧线采出的乙醇物料，其中含有2% 15%异丙醇和2% 15%水。采用本发明能够解决或改善总溶剂生产过程中乙醇产品异丙醇杂质不易脱除的问题。本发明的膜法脱水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(8)、膜分离装置(2、3、4)、乙醇精制塔(5)和冷凝器装置(12)，所述的乙醇塔和乙醇精制塔为填料塔或为板式和填料的复合塔。其特征是膜分离装置为一台或多台(若为多台以并联方式相连)，物料经过膜分离装置脱水后，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。所述的膜分离装置使用的膜材料为选择性透水膜，其特征在于膜材料能对乙醇、 异丙醇和水选择透过，包括渗透蒸发膜和蒸气渗透膜。乙醇物料经过膜分离装置脱水处理后水含量降至2000ppm以下。所述的膜分离装置的操作压力为绝对压力0. 01 0. IMPa,乙醇精制塔的操作压力为绝对压力0. 01-0. 5MPa。所述的膜分离装置为一台或多台，若为多台膜分离装置则以并联方式相连进行乙醇物料脱水操作。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膜分离装置脱水；脱水后的物料，经乙醇精制塔精制获得无水乙醇产品和富含异丙醇馏分。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/T 678-2002。与现有技术相比，提高了产品级别，增加了发酵法生产丁醇的市场竞争力。
图1 总溶剂精馏工段流程示意图；图2 采用膜法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；2，3，4为膜分离装置；5为乙醇精制塔；6为乙醇塔冷凝器；7为乙醇塔再沸器；8为乙醇过热器(蒸发器)；9为再生气冷凝器；10为真空泵；11为渗透液储罐；12为乙醇精制塔冷凝器；13为乙醇精制塔再沸器。
具体实施例方式实施例1:生物丁醇生产过程中产生的粗乙醇可按照图2所示的方法进行脱水、精制生产无水乙醇。自生物丁醇生产过程中丙酮塔釜来的粗乙醇经过乙醇塔分离后得到水含量为 5 %，异丙醇含量为4%的乙醇物料。该物料为乙醇塔侧线采出的气相流股，连续送入蒸气渗透膜分离装置进行脱水。进入膜分离装置脱水的乙醇物料温度为100°c，绝对压力控制在 0. 3MPa，进料量为1吨/小时。从膜分离装置采出的脱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环泵进行釜液循环，循环釜液均经再沸器加热后送回乙醇精制塔，另一部分采出物料返回乙醇塔；乙醇精制塔塔顶采出乙醇产品，塔釜采出富含异丙醇馏分。乙醇产品质量分数达到99.8%，满足无水乙醇产品国标GB/T 678-2008。实施例2:将生物丁醇生产过程中产生的粗乙醇按照图2所示方法进行无水乙醇的生产。自生物丁醇生产过程中丙酮塔釜来的粗乙醇经过乙醇塔分离后得到水含量为8%，异丙醇含量为3%的乙醇物料。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，该液相物料直接进入渗透蒸发膜分离装置进行脱水，进料温度控制在80°C， 膜分离装置的操纵压力为0.4MPa。脱水后的物料送入乙醇精制塔精制。由塔顶采出的乙醇产品质量分数达到99. 8%，满足无水乙醇产品国标GB/T 678-2008。实施例3:将生物丁醇生产过程中产生的粗乙醇按照图2所示方法进行无水乙醇的生产。自生物丁醇生产过程中丙酮塔釜来的粗乙醇经过乙醇塔分离后得到水含量为15%，异丙醇含量为3%的乙醇物料。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，该液相物料直接进入渗透蒸发膜分离装置进行脱水，进料温度控制在 100°C，膜分离装置的操纵压力为0.2MPa。脱水后的物料送入乙醇精制塔精制。由塔顶采出的乙醇产品质量分数达到99. 8%，满足无水乙醇产品国标GB/T 678-2008。实施例4 将生物丁醇生产过程中产生的粗乙醇按照图2所示方法进行无水乙醇的生产。自生物丁醇生产过程中丙酮塔釜来的粗乙醇经过乙醇塔分离后得到水含量为2%，异丙醇含量为15%的乙醇物料。精馏，脱水步骤与实施例1基本相同，其不同点如下进入膜分离装置脱水的乙醇物料温度为110°C，绝对压力控制在0.4MPa。脱水后的物料送入乙醇精制塔精制。由塔顶采出得到的乙醇产品质量分数达到99.8%，满足无水乙醇产品国标GB/T 678-2008。本发明公开和提出的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
1.一种膜法脱水和精馏复合工艺精制乙醇的方法，其特征为生物法总溶剂精馏工段的乙醇塔采出的含有少量异丙醇和水的乙醇物料首先进入膜装置脱水，渗透液经过渗透液储罐收集后返回乙丙塔进料罐，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，其特征在于所述的乙醇物料为生物法生产总溶剂工艺中精馏工段乙醇塔侧线采出的乙醇流股，该物料为含有异丙醇和水的乙醇，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，从乙醇塔采出的含有异丙醇和水杂质的乙醇，先经过分子膜分离装置脱水，再进行异丙醇杂质的脱除。
4.如权利要求1所述的方法，其特征为所述的膜装置脱水单元操作压力为绝对压力 0. 01-0. IMPa,乙醇精制塔的操作压力为绝对压力0. 01-0. 5MPa。
5.如权利要求1所述的膜法脱水和精馏复合工艺精制乙醇的设备，其特征为包括乙醇塔、乙醇过热器、膜分离装置、乙醇精制塔和冷凝器装置，所述的乙醇塔和乙醇精制塔为填料塔或为板式和填料的复合塔；膜分离装置为一台或多台，物料经过膜分离装置脱水后，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。
6.如权利要求5所述的膜分离装置，其特征是所述的膜分离装置，使用的膜材料为具有选择性透水功能的膜材料，可以为渗透蒸发膜，或为蒸气渗透膜，乙醇物料经过膜分离装置脱水处理后水含量降至2000ppm以下。
7.如权利要求5所述的装置，其特征为所述的乙醇塔和乙醇精制塔为填料结构或为板式和填料的复合结构。
8.如权利要求5所述的装置，其特征为所述的膜分离装置为一台或多台，若为多台时膜装置以并联方式相连进行乙醇物料的脱水操作。
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。其特征是采用膜法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膜分离装置脱水，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。本发明可以解决总溶剂生产中乙醇产品的异丙醇杂质不易脱除的问题。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C07C31/08GK102351645SQ201110240949
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
发明者吕惠生, 张敏华, 李桂明, 李永辉, 欧阳胜利, 董秀芹 申请人:天津大学