一种压缩蒸汽、分子筛膜联合生产燃料乙醇的工艺和装置的制作方法

本发明涉及燃料乙醇蒸馏的装置及工艺技术领域，具体涉及一种一种压缩蒸汽、差压蒸馏及分子筛膜联合生产燃料乙醇的装置及工艺技术。

背景技术：

目前燃料乙醇，即无水酒精的蒸馏提纯，主要用传统差压蒸馏工段，一般使用一次水蒸汽做为主供热源，通过各塔差压实现各效间的热传递，效数越多蒸汽消耗越低，但流程越为繁杂；传统差压蒸馏由于受到公用工程蒸汽温度的约束，一般最多形成三至四效差压蒸馏而无法再经济性的增加效数，节能技术形成瓶颈难以突破。

蒸馏多采用工段内部多塔差压蒸馏作为主要节能技术手段，工艺繁杂，投资高而节能效果有待提升。而工厂各工段间质能传递互相分割，未能形成一个优化的整体。

在现有燃料乙醇生产工艺中，传统分子筛装置液相供料，蒸发器需要新蒸汽加热，汽耗较大，并未与精馏装置形成高效热能耦合，热能利用低效。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种以压缩蒸汽和差压蒸馏所产生的热汽供热的，能源利用率高的一种压缩蒸汽、差压蒸馏及分子筛膜联合生产燃料乙醇的装置及工艺技术。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种压缩蒸汽、分子筛膜联合生产燃料乙醇的工艺和装置，包括粗馏塔、精馏塔、淡酒塔、分子筛脱水系统和蒸汽压缩机，所述粗馏塔和精馏塔均设有再沸器，粗馏塔的再沸器与粗馏塔连接，精馏塔的再沸器与精馏塔连接，所述粗馏塔的再沸器通过汽管分别与蒸汽压缩机的出汽端和粗馏塔的塔釜连接，所述粗馏塔的塔顶与精馏塔的进料口通过汽管连接，所述精馏塔的塔底通过管道与淡酒塔的进料口连接，所述精馏塔、精馏塔的再沸器和淡酒塔均与分子筛脱水系统连接。

需要进一步补充说明的是，蒸汽压缩机出汽、淡酒塔顶酒汽为粗馏塔的再沸器供热，使成熟醪液在粗馏塔内升温汽化成为粗酒汽，粗酒汽进入精馏塔的进料口，由于粗酒汽带有热量所以也能为精馏塔供热，粗酒汽经过精馏塔蒸馏后，在精馏塔上段形成半成品酒精，半成品酒精为95％的酒精。在精馏塔塔底形成淡酒并送往淡酒塔的进料口，经淡酒塔的蒸汽加热后形成酒汽通过汽管进入粗馏塔再沸器并为粗馏塔供热供汽。淡酒塔的上段产出半成品酒精，半成品酒精为浓度为95％的酒精。淡酒塔的上段和精馏塔的上段所形成的半成品酒精收集起来送往分子筛脱水系统，而经过脱水后的燃料乙醇则在分子筛脱水系统的出料口收集。分子筛脱水形成高温酒汽并再送往精馏塔的再沸器，精馏塔的再沸器用高温酒汽的热量为精馏塔加热。

特别地，因为粗塔顶酒汽是直接进入精馏塔进料口，能直接作为传递热(能)和料(质)。

进一步，所述分子筛脱水系统包括粒型分子筛系统和膜型分子筛系统；膜型分子筛系统包括膜型分子筛、膜型分子筛过热器和膜型分子筛蒸发器，精馏塔的上段、淡酒塔的上段均通过液管与膜型分子筛蒸发器连接，膜型分子筛蒸发器与膜型分子筛过热器连接，膜型分子筛过热器与膜型分子筛连接，膜型分子筛的淡酒出口端与真空冷凝器相连，再与精馏塔的进料口连接；粒型分子筛系统包括粒型分子筛、粒型分子筛过热器和粒型分子筛蒸发器，膜型分子筛的出汽段通过汽管与粒型分子筛蒸发器连接，粒型分子筛蒸发器还分别与精馏塔的上段、淡酒塔的上段和粒型分子筛过热器连接，粒型分子筛过热器再与粒型分子筛连接，粒型分子筛的出汽端通过汽管与精馏塔的再沸器连接。

特别地，其中膜型分子筛系统在正压工况下运行，将精馏塔上段和淡酒塔上段采出的半成品酒精液进料至膜型分子筛蒸发器，膜型分子筛蒸发器采用新鲜蒸汽加热汽化原料，再送至膜型分子筛过热器，然后将在膜型分子筛产出成品高温酒汽并通过汽管连接粒型分子筛蒸发器，耦合供热粒型分子筛系统；粒型分子筛系统在常压或正压工况下运行，以精馏塔上段和淡酒塔上段采出的半成品酒精液为原料并进料至粒型分子筛蒸发器，粒型分子筛蒸发器采用膜型分子筛产出成品酒汽加热汽化原料，再送至粒型分子筛过热器，然后在粒型分子筛产出成品高温酒汽并通过汽管连接精馏塔再沸器，作为其供热源。最后经过冷凝后在粒型分子筛的出料口和膜型分子筛的出料口得到燃料乙醇。

更进一步，所述膜型分子筛系统还包括有膜型分子筛真空冷凝器，膜型分子筛的淡酒出口端与膜型分子筛真空冷凝器的进口相连，膜型分子筛真空冷凝器的出口与精馏塔的进料口连接；所述粒型分子筛系统还包括有粒型分子筛真空冷凝器，粒型分子筛的淡酒出口端与粒型分子筛真空冷凝器的进口相连，粒型分子筛真空冷凝器的出口与精馏塔的进料口连接。膜型分子筛和粒型分子筛都会产生淡酒，淡酒汽从两种分子筛出来后，分别通过膜型分子筛真空冷凝器和粒型分子筛真空冷凝器冷凝成淡酒液，两种分子筛的淡酒液汇总后运送至精馏塔的进料口。

进一步，所述粗馏塔的再沸器通过汽管与新鲜蒸汽输入端或汽凝水闪蒸汽输入端连接。蒸汽压缩机的蒸汽和淡酒塔塔顶酒汽作为粗馏塔再沸器的主要供热源。粗馏塔可以根据实际需求，灵活配置新鲜蒸汽或汽凝水闪蒸汽作为补充热源。特别地，新鲜蒸汽由外界装置，即公用工程锅炉输送进粗馏塔；汽凝水闪蒸汽由液化工段或蒸馏脱水本工段内部产生供应。

再进一步，还包括有醪液收集装置，所述粗馏塔的塔底通过液管与醪液收集装置连接。粗馏塔塔底所产出的废醪液通过醪液收集装置收集。

进一步，所述粗馏塔设有脱汽段，粗馏塔的进料口与脱汽段连接。粗馏塔的酒汽通过汽管上引部分酒汽至脱汽段，通过热酒汽与进料醪液在脱汽段内塔板位置的充分接触与传热，将醪液中的二氧化碳等液溶杂质带走，实现进料醪液的除杂效果。

压缩蒸汽、差压蒸馏及分子筛膜联合生产燃料乙醇的装置的工艺技术，包括如下步骤：

s1原料成熟醪液进入粗馏塔上部脱汽段的进料口，经除杂后进入粗馏塔下部蒸馏，粗馏塔主要由蒸汽压缩机压缩的水汽、淡酒塔塔顶的酒汽供汽供热，新鲜蒸汽和系统内汽凝水闪蒸汽为补充热源，成熟醪液在粗馏塔的塔顶形成粗酒汽，粗酒汽直接进入精馏塔的进料口供热供汽，粗馏塔的底部形成的废醪液外送倒醪液收集装置中；

s2淡酒塔的进料口接收精馏塔塔底的淡酒，经蒸汽加热后在淡酒塔的塔顶形成酒汽先通入粗馏塔的再沸器再通入粗馏塔，为粗馏塔供热供汽，淡酒塔产出半成品酒精，半成品酒精为浓度为95％的酒精；

s3精馏塔的进料口接收粗馏塔的塔顶粗酒汽和在粒型分子筛系统和膜型分子筛采集淡酒，粒型分子筛系统产出的成品高温酒汽流经精馏塔的再沸器，精馏塔的再沸器将热量传送到精馏塔为其供热，精馏塔的上段产出其余的半成品酒精，半成品酒精为浓度为95％的酒精；

s4从精馏塔、淡酒塔的塔上段采出半成品酒精汇总后作为原料液分别送至膜型分子筛蒸发器和粒型分子筛蒸发器的进料口，部分原料液在膜型分子筛蒸发器由新鲜蒸汽汽化并于膜型分子筛过热器过热后，送至膜型分子筛脱水得到无水乙醇酒汽和淡酒汽，此无水乙醇酒汽全部送至加热粒型分子筛蒸发器并冷凝获得成品燃料乙醇，淡酒汽经和膜型分子筛真空冷凝器和粒型分子筛真空冷凝器冷凝成淡酒液后重新送到精馏塔的进料口；其余原料液在粒型分子筛蒸发器由膜型分子筛系统的无水乙醇酒汽汽化并于粒型分子筛过热器过热后，送至粒型分子筛脱水产出无水乙醇酒汽和淡酒汽，此无水乙醇酒汽全部送至加热粒型分子筛蒸发器并冷凝获得剩余的成品燃料乙醇，淡酒汽经膜型分子筛系统真空冷凝器和粒型分子筛真空冷凝器冷凝成淡酒液后重新送到精馏塔的进料口。

本发明的有益技术效果：

1.本发明改进了一般工艺中以一次蒸汽为主要加热源的差压蒸馏技术，改以蒸汽压缩机蒸汽、水蒸汽、膜型分子筛高温酒汽等为多种热源为供热手段，实现整个酒精或燃料乙醇生产工艺的消耗水平的降低；

2.本发明的粗馏塔和精馏塔在负压条件下均为质能直接传递，差压系统仅有新鲜蒸汽加热淡酒塔和淡酒塔加热粗馏塔两效，较现有的多效差压系统相比能间接热耦合，传质传热利用率最高，工艺配置简化，达到提高效率和减少投资的效果；

3.本发明中，传统粒型分子筛酒汽与蒸馏形成热能耦合，将粒型分子筛产出酒汽与精馏塔的再沸器相连供热，分子筛酒汽热能回收率远高于一般工艺水平。

4.本发明中，传统粒型分子筛蒸发器不再由新鲜蒸汽加热，而由膜型分子筛产生的高温酒汽耦合加热，大量节约蒸发用汽。

附图说明

图1为实施例1的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

一种压缩蒸汽、分子筛膜联合生产燃料乙醇的工艺和装置，包括粗馏塔、精馏塔、淡酒塔、分子筛脱水系统和蒸汽压缩机，所述粗馏塔和精馏塔均设有再沸器，粗馏塔的再沸器与粗馏塔连接，精馏塔的再沸器与精馏塔连接，所述粗馏塔的再沸器通过汽管分别与蒸汽压缩机的出汽端和粗馏塔的塔釜连接，所述粗馏塔的塔顶与精馏塔的进料口通过汽管连接，所述精馏塔的塔底通过管道与淡酒塔的进料口连接，所述精馏塔、精馏塔的再沸器和淡酒塔均与分子筛脱水系统连接。

需要进一步补充说明的是，蒸汽压缩机出汽、淡酒塔顶酒汽为粗馏塔的再沸器供热，使成熟醪液在粗馏塔内升温汽化成为粗酒汽，粗酒汽进入精馏塔的进料口，由于粗酒汽带有热量所以也能为精馏塔供热，粗酒汽经过精馏塔蒸馏后，在精馏塔上段形成半成品酒精，半成品酒精为95％的酒精。在精馏塔塔底形成淡酒并送往淡酒塔的进料口，经淡酒塔的蒸汽加热后形成酒汽通过汽管进入粗馏塔再沸器并为粗馏塔供热供汽。淡酒塔的上段产出半成品酒精，半成品酒精为浓度为95％的酒精。淡酒塔的上段和精馏塔的上段所形成的半成品酒精收集起来送往分子筛脱水系统，而经过脱水后的燃料乙醇则在分子筛脱水系统的出料口收集。分子筛脱水形成高温酒汽并再送往精馏塔的再沸器，精馏塔的再沸器用高温酒汽的热量为精馏塔加热。

特别地，因为粗塔顶酒汽是直接进入精馏塔进料口，能直接作为传递热(能)和料(质)。

进一步，所述分子筛脱水系统包括粒型分子筛系统和膜型分子筛系统；膜型分子筛系统包括膜型分子筛、膜型分子筛过热器和膜型分子筛蒸发器，精馏塔的上段、淡酒塔的上段均通过液管与膜型分子筛蒸发器连接，膜型分子筛蒸发器与膜型分子筛过热器连接，膜型分子筛过热器与膜型分子筛连接，膜型分子筛的淡酒出口端与真空冷凝器相连，再与精馏塔的进料口连接；粒型分子筛系统包括粒型分子筛、粒型分子筛过热器和粒型分子筛蒸发器，膜型分子筛的出汽段通过汽管与粒型分子筛蒸发器连接，粒型分子筛蒸发器还分别与精馏塔的上段、淡酒塔的上段和粒型分子筛过热器连接，粒型分子筛过热器再与粒型分子筛连接，粒型分子筛的出汽端通过汽管与精馏塔的再沸器连接。

特别地，其中膜型分子筛系统在正压工况下运行，将精馏塔上段和淡酒塔上段采出的半成品酒精液进料至膜型分子筛蒸发器，膜型分子筛蒸发器采用新鲜蒸汽加热汽化原料，再送至膜型分子筛过热器，然后将在膜型分子筛产出成品高温酒汽并通过汽管连接粒型分子筛蒸发器，耦合供热粒型分子筛系统；粒型分子筛系统在常压或正压工况下运行，以精馏塔上段和淡酒塔上段采出的半成品酒精液为原料并进料至粒型分子筛蒸发器，粒型分子筛蒸发器采用膜型分子筛产出成品酒汽加热汽化原料，再送至粒型分子筛过热器，然后在粒型分子筛产出成品高温酒汽并通过汽管连接精馏塔再沸器，作为其供热源。最后经过冷凝后在粒型分子筛的出料口和膜型分子筛的出料口得到燃料乙醇。

更进一步，所述膜型分子筛系统还包括有膜型分子筛真空冷凝器，膜型分子筛的淡酒出口端与膜型分子筛真空冷凝器的进口相连，膜型分子筛真空冷凝器的出口与精馏塔的进料口连接；所述粒型分子筛系统还包括有粒型分子筛真空冷凝器，粒型分子筛的淡酒出口端与粒型分子筛真空冷凝器的进口相连，粒型分子筛真空冷凝器的出口与精馏塔的进料口连接。膜型分子筛和粒型分子筛都会产生淡酒，淡酒汽从两种分子筛出来后，分别通过膜型分子筛真空冷凝器和粒型分子筛真空冷凝器冷凝成淡酒液，两种分子筛的淡酒液汇总后运送至精馏塔的进料口。

进一步，所述粗馏塔的再沸器通过汽管与新鲜蒸汽输入端或汽凝水闪蒸汽输入端连接。蒸汽压缩机的蒸汽和淡酒塔塔顶酒汽作为粗馏塔再沸器的主要供热源。粗馏塔可以根据实际需求，灵活配置新鲜蒸汽或汽凝水闪蒸汽作为补充热源。

再进一步，还包括有醪液收集装置，所述粗馏塔的塔底通过液管与醪液收集装置连接。粗馏塔塔底所产出的废醪液通过醪液收集装置收集。

进一步，所述粗馏塔设有脱汽段，粗馏塔的进料口与脱汽段连接。粗馏塔的酒汽通过汽管上引部分酒汽至脱汽段，通过热酒汽与进料醪液在脱汽段内塔板位置的充分接触与传热，将醪液中的二氧化碳等液溶杂质带走，实现进料醪液的除杂效果。

实施例1

如图1所示，包括如下步骤：

s1原料成熟醪液进入粗馏塔上部脱汽段的进料口，经除杂后进入粗馏塔下部蒸馏，粗馏塔主要由蒸汽压缩机压缩的水汽、淡酒塔塔顶的酒汽供汽供热，新鲜蒸汽和系统内汽凝水闪蒸汽为补充热源，成熟醪液在粗馏塔的塔顶形成粗酒汽，粗酒汽直接进入精馏塔的进料口供热供汽，粗馏塔的底部形成的废醪液外送倒醪液收集装置中；

s2淡酒塔的进料口接收精馏塔塔底的淡酒，经蒸汽加热后在淡酒塔的塔顶形成酒汽先通入粗馏塔的再沸器再通入粗馏塔，为粗馏塔供热供汽，淡酒塔产出半成品酒精，半成品酒精为浓度为95％的酒精；

s3精馏塔的进料口接收粗馏塔的塔顶粗酒汽和在粒型分子筛系统和膜型分子筛采集淡酒，粒型分子筛系统产出的成品高温酒汽流经精馏塔的再沸器，精馏塔的再沸器将热量传送到精馏塔为其供热，精馏塔的上段产出其余的半成品酒精，半成品酒精为浓度为95％的酒精；

s4从精馏塔、淡酒塔的塔上段采出半成品酒精汇总后作为原料液分别送至膜型分子筛蒸发器和粒型分子筛蒸发器的进料口，部分原料液在膜型分子筛蒸发器由新鲜蒸汽汽化并于膜型分子筛过热器过热后，送至膜型分子筛脱水得到无水乙醇酒汽和淡酒汽，此无水乙醇酒汽全部送至加热粒型分子筛蒸发器并冷凝获得成品燃料乙醇，淡酒汽经和膜型分子筛真空冷凝器和粒型分子筛真空冷凝器冷凝成淡酒液后重新送到精馏塔的进料口；其余原料液在粒型分子筛蒸发器由膜型分子筛系统的无水乙醇酒汽汽化并于粒型分子筛过热器过热后，送至粒型分子筛脱水产出无水乙醇酒汽和淡酒汽，此无水乙醇酒汽全部送至加热粒型分子筛蒸发器并冷凝获得剩余的成品燃料乙醇，淡酒汽经膜型分子筛系统真空冷凝器和粒型分子筛真空冷凝器冷凝成淡酒液后重新送到精馏塔的进料口。

各塔运行参数如下：

粗馏塔塔顶操作压力为－85～－50kpa，塔顶温度50～75℃，塔底温度75～100℃；

淡酒塔塔顶操作压力为15～400kpa，塔顶温度85～135℃，塔底温度115～145℃；

精馏塔塔顶操作压力为－85～70kpa，塔顶温度45～65℃，塔底温度55～75℃；

粒型分子筛系统操作压力为－85～150kpa，温度85～125℃；

膜型分子筛系统操作压力为－85～500kpa，温度105～135℃。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。