[发明专利]由生物乙醇水溶液制取无水乙醇的节能工艺

说明书

发明领域

本发明涉及由生物乙醇水溶液制取无水乙醇的节能新工艺。

背景技术

生物乙醇是指通过微生物的发酵将各种生物质转化而得的乙醇，是一种可再生资源；无水乙醇是指含水量不高于0.3-0.5%wt的乙醇，其相对密度为0.7893（20℃），熔点为：-114.5℃，沸点为78.32℃，折射率为1.3614，闪点14℃。无水乙醇广泛应用于化学试剂、农药、医药，生物、油漆、颜料、化妆品、香料、电子等诸多行业中，尤其是在当前石油资源紧缺形势下，无水乙醇已被大量加入到汽油中作内燃机的燃料。由于乙醇燃烧只产生二氧化碳和水，不会产生其它有害气体，因此使用乙醇汽油有利于减少对环境的污染。

无水乙醇的生产起始上世纪20年代，用CaO吸附工业乙醇（95%）中的多余水分制取无水乙醇，后来又利用盐效应来制取，即将CaCl₂等盐类加入工业乙醇中来改变乙醇水溶液的汽液平衡。目前制备无水乙醇的方法主要有生石灰脱水法、萃取精馏法、减压精馏法、离子交换法、共沸精馏法、盐溶精馏法、无水硫酸钙法、分子筛吸附法及膜分离法等。其中共沸精馏法、萃取精馏法和分子筛吸附法是目前工业上生产无水乙醇的主要方法，而作为新型的制取无水乙醇的分子筛吸附法和膜分离法已经在实践中得到了应用，具有良好的发展前景。

由生物发酵法制取无水乙醇的传统工艺如附图一所示，将生物质加入到发酵池V-1中进行发酵，发酵完成后将V-1中的物料进行低温过滤分离其中发酵残渣，得到常温下含乙醇15-25%的发酵液，将发酵液通过输送泵P-1和换热器E-4后得到85-90℃的料液通过管道3进入到精馏塔T-1中进行初步分离，精馏塔T-1的压力为1-1.2个大气压，再沸器E-4的温度为105-110℃，加热介质为2-5公斤低压蒸汽，塔顶得到含乙醇85-90%的混合溶液，塔底主要为水和高沸点杂质，塔底得到高温且含极少量乙醇的水，将这部分水用来预热原料。将塔顶的混合溶液通过管道7进入精馏塔T-2进行精制分离，精馏塔T-2的操作压力一般为常压，再沸器E-5的温度为100-105℃，加热介质为2-5公斤低压蒸汽，塔顶得到乙醇-水的共沸液，其乙醇质量百分含量为95.57%。将T-2塔顶的乙醇-水的共沸液经过管道11进入分子筛吸附塔T-3，脱除其中的水分。吸附后得到乙醇含量为99.5%-99.7%的无水乙醇。之后用干的热空气脱水使分子筛再生。

此传统工艺生产无水乙醇的能耗主要包括：精馏塔T-1、T-2的塔釜再沸器耗用的低压蒸汽和分子筛脱水再生的所用的热耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种由生物乙醇水溶液制取无水乙醇的更为节能的新工艺及装置，如附图二所示。本发明采用三塔变压精馏工艺，并配备空气源热泵系统，同时利用塔底和塔顶料液的废热与再沸器和原料预热器形成热耦合，从而实现较大幅度节能降耗之目的。

本发明的目的可通过以下技术解决方案来实现：

一种由生物乙醇水溶液制取无水乙醇的工艺，它包括下列步骤：

步骤1. 从储罐V-2将发酵获得的含乙醇约15-25％的生物乙醇料液用泵P-2输送到换热器E-6和E-8换热至40-55℃，加热介质为第一精馏塔T-4塔顶蒸汽以及加热第二精馏塔T-5塔底再沸器E-11后的第一精馏塔T-4的塔底出料料液和第二精馏塔T-5塔底出料料液的混合料液，然后将生物乙醇料液通过管道15输送到第一精馏塔T-4进行分离，第一精馏塔T-4的操作绝对压力为0.3-0.35个大气压，塔顶温度为50-55℃，第一精馏塔T-4塔底再沸器E-10的温度为65-72℃，并通过一台能提供80℃以上热水的空气源热泵系统E-13对第一精馏塔T-4塔底再沸器E-10加热； 

步骤2. 经过第一精馏塔T-4蒸馏后，塔顶的乙醇混合溶液中乙醇含量达到80-90%，将其部分通过管道18回流，部分通过管道19进入到第二精馏塔T-5中进行精馏，第二精馏塔T-5的操作绝对压力为0.15-0.25个大气压，回流比选择0.8-1.2，塔顶温度为40-45℃，第二精馏塔T-5塔底再沸器E-11的温度为50-55℃，第二精馏塔T-5塔底再沸器E-11（必要时设置A/B两台）主要通过T-4塔釜出料（为65-72℃的水溶液）进行加热，热量不足部分则由空气源热泵系统E-13（80℃以上热水）提供，从第二精馏塔T-5顶部可以得到纯度为95％以上的乙醇水溶液，它将作为第三精馏塔T-6的进料；