[发明专利]乙醇生产过程中催化反应精馏脱酸方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种乙醇生产过程中催化反应精馏脱酸方法及装置。该发明为绿色清洁脱酸工艺，解决目前乙醇生产过程中，采用精馏加碱脱酸方法存在的乙醇产品质量不稳定，生产成本高，影响产品正常使用等问题，淘汰了目前普遍采用的乙醇精馏加碱脱酸工艺。

背景技术

乙醇(CH3CH2OH)，俗称酒精。酒精以玉米、小麦、薯类、甘蔗、纤维素等为原料，通过糖液化、发酵、精制等过程而制成。乙醇产品由于水含量和杂质含量不同，分为燃料乙醇和食用酒精两大类，燃料乙醇以酸度作为产品的酸含量指标，食用酒精以总酸作为产品的酸含量指标。

在酒精生产过程中，由发酵单元提供的成熟发酵醪液组份非常复杂，除目标组份乙醇外，还含有有机酸、醛等杂质，构成了复杂的被分离体系，并具有非常强的非理想性，相互之间可形成多种共沸物，给产品分离带来很大难度。特别是对燃料乙醇产品酸度影响较大的微量有机酸、醛等杂质的脱除，按照GB-18350-2001燃料乙醇国家标准，产品的酸度指标≤56mg/L，产品要达到以上标准，单纯依靠精馏手段困难较大，成本较高。

根据GB103343-2002食用酒精国家标准，普级、优级和特级食用酒精产品的总酸(以乙酸计)指标分别要小于20mg/L、10mg/L和7mg/L。产品中总酸高会影响饮料酒的口感，对人健康等产生不利影响。

通常的酒精精馏装置包括粗馏和精馏两个生产单元。在酒精精制过程中，发酵成熟醪经过粗馏、精馏两个生产单元，得到酒度为96％的酒精产品，燃料乙醇产品可通过分子筛吸附生产单元进一步处理得到，具体操作过程参见图1-食用酒精产品精馏装置流程简图、图2-燃料乙醇产品精馏装置流程简图、图3-原加碱精馏工艺的精馏塔内部结构简图。粗馏生产单元主要设备为粗馏塔和冷凝器等，主要任务是脱除发酵成熟醪中的固相物和大部分水，得到酒度30-70％的粗酒精，粗馏塔塔底排出废醪液至废水处理，粗馏塔塔顶采出得到粗酒精，送至精馏生产单元的精馏塔进料。精馏生产单元主要设备为精馏塔和杂醇油萃取器等，主要任务是脱除粗酒精中的大部分水，杂醇、醛和酸等杂质，得到合格的酒精产品。来自粗馏塔塔顶的粗酒精通过N2精馏塔进料口送至精馏塔，在精馏塔的N5金属塔盘及N7金属塔填料的表面进行汽液传质，实现分离操作，精馏塔塔底采出口N1排出的废水至废水处理，精馏塔塔顶采出口N4得到工业酒精，精馏塔上部侧线采出口N6得到酒精产品，精馏塔下部侧线采出口N8得到杂醇油流股，杂醇油流股送至杂醇油萃取器回收杂醇油，为了保证酒精产品的酸度或总酸达到产品的质量要求，在精馏塔操作过程中通过精馏塔加碱口N3连续流加NaOH，或高锰酸钾等碱溶液。如果生产燃料乙醇产品，可将精馏塔塔顶采出口N4得到汽相或液相酒精送至分子筛吸附生产单元，得到燃料乙醇产品，N6口盲死停用。

在目前酒精生产过程中，为了控制酒精产品的酸度或总酸指标，通常在酒精精馏单元的精馏塔操作过程中连续流加NaOH，或高锰酸钾等碱溶液，或在燃料乙醇产品中直接加入NaOH，或高锰酸钾，或有机碱等溶液。精馏加碱脱酸方法存在以下问题：(1)在酒精精馏脱水过程中加入NaOH，或高锰酸钾等碱溶液，得到的酒精产品酸值不稳定；(2)在燃料乙醇产品中直接加入NaOH，或高锰酸钾，使钠离子随燃料乙醇进入汽油中，汽油中的金属离子在燃烧过程中，会以氧化物形式部分残留在汽车汽缸或排气管中，腐蚀和磨损在高温、高压和高速下运行的汽车部件(3)精馏脱水过程中过量的碱堵塞塔盘和换热设备，需定期对精馏系统进行清理。(4)精馏废水中含有NaOH，或高锰酸钾等碱溶液增加了废水的处理难度。

实验研究研究表明，酒精产品中影响酸度的杂质的来源有两个：一是发酵过程中形成的有机酸；二是在酒精精制过程中少量不饱和醛(特别是2-丁烯醛俗称巴豆醛、丙烯醛等较为活泼的醛)氧化生成。为了防止其在酒精精馏过程及存放过程被缓慢氧化为酸，需要将其尽可能脱除。然而巴豆醛、丙稀醛等不饱和醛都可以与水形成共沸，在精制过程中去除比较繁琐。

发明内容

本发明提出了一种乙醇生产过程中催化反应精馏脱酸方法及装置，主要对精馏单元的关键设备精馏塔的内部构件进行了改造变化，具体参见图4-催化反应精馏脱酸工艺的精馏塔内部结构简图，从图4中可以看出表面结构特殊处理N9(通过虚线表示)的精馏塔金属塔填料内部构件，表面结构特殊处理N10(通过虚线表示)的精馏塔金属塔盘内部构件。其技术方案及特征如下：