[发明专利]一种从发酵液中分离乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物分离技术领域，具体涉及一种从发酵液中分离乙醇的方法。

背景技术

乙醇是一种可再生的清洁能源，用添加乙醇的汽油-汽油醇作燃料，可以显著减少石油的消耗和二氧化碳的排放。由于乙醇中氧的含量高，可使燃料燃烧的更加充分，减少燃烧过程中一氧化碳和烃类物质的排放。随着石油资源的过度消耗和环保意识的不断增强，发展以乙醇为燃料的替代能源，能够缓解能源危机和减轻环境污染，其发展前景十分广阔。

发酵法生产乙醇存在着明显的产物抑制现象。微生物对乙醇的耐受力依菌种、温度等条件而改变，但通常乙醇的质量分数达到5～8％时，就会对微生物产生明显的抑制作用。Jones等人(Jones R，Tezel F H，Thibault J，et al.Adsorption separation of ethanol from water for bio-ethanol production[C].AIChE Annual Meeting，Cincinnati，OH，United states，2005.)发现当发酵液中乙醇浓度高于8％时，乙醇的发酵过程就会停止。这一原因限制了发酵原料液中含糖量的提高和发酵液中乙醇浓度的提高，从而增加了原料糖化和无水乙醇制取过程的能耗。

专利(CN101891590A)公开了一种在发酵的同时分离出发酵液中乙醇的方法。其方法是：先将发酵醪液送入分离罐，通过真空泵将乙醇、CO₂、空气和部分水蒸气分离出发酵醪液，醪液返回到发酵罐中继续发酵，控制发酵时醪液中乙醇浓度低于2％，从而解除发酵过程中乙醇对菌体的抑制作用。分离出的乙醇混合气体加热到80-100℃，进入吸附柱中进行吸附，脱附产生的高浓度乙醇再经过脱水得到无水乙醇。该方法能够将乙醇的发酵与分离耦合起来，但操作工艺条件比较苛刻。

专利(CN101024846A)公开了一种发酵液蒸汽相吸附分离制备燃料酒精的方法与装置。其方法是：发酵液经粗馏浓缩后被硅沸石吸附床层蒸汽相吸附，脱附得到的高浓度乙醇蒸汽被干燥剂吸水后得到燃料乙醇。与传统蒸馏相比，此分离装置能够降低乙醇分离能耗约30％，但装置在工艺上却不能与乙醇发酵耦合起来，无法消除乙醇发酵过程效率低下的问题。

美国专利(US19800195917)公开了一种分离乙醇的方法。其方法是：采用颗粒状碳质焦化聚合物作为吸附剂，对乙醇水溶液中的乙醇进行吸附，再采用有机溶剂在一定压力、95℃条件下进行脱附，分部收集脱附液，从而获得高浓度的乙醇。该方法使用了有机溶剂在加压的条件下进行脱附，且脱附温度较高，因而其工艺条件比较苛刻，成本较高，且该分离工艺很难与发酵过程进行耦合。

另一方面，采用蒸馏的方法从发酵液中分离乙醇能耗较高，约占乙醇生产能耗的40％。发酵效率低下及乙醇分离能耗高是目前发酵法生产乙醇工艺成本居高不下的主要原因。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种从发酵液中分离乙醇的方法，该方法可解除乙醇对酵母细胞的抑制作用，同时减小乙醇分离过程的能耗。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种从发酵液中分离乙醇的方法，乙醇发酵液经过固液分离得清液，清液通过装有大孔吸附树脂的吸附柱，乙醇被选择性的吸附，饱和后的大孔吸附树脂经热空气加热脱附和真空抽吸脱附，收集乙醇和水的蒸气经冷凝得到高浓度的乙醇溶液，脱附后的吸附剂经再生处理重复使用。

作为本发明优选的技术方案，本发明从发酵液中分离乙醇的方法包括如下步骤：

(1)吸附操作：乙醇发酵液经过固液分离得清液，清液以0.5～3BV/h的流速通过装有大孔吸附树脂的吸附柱，乙醇被选择性的吸附，吸附操作时间为10～60min，不含乙醇的流出液从吸附柱的另一端流出；

(2)脱附操作：当吸附柱吸附饱和后，停止进料，将吸附柱内的液体排干，向吸附柱内通入热空气进行加热脱附，当床层温度达到50～80℃，停止通入热空气，采用真空抽吸方式脱附，真空压力为-0.06～-0.1MPa，真空抽吸操作时间为5～60min，收集加热脱附和真空抽吸脱附产生的乙醇和水的蒸汽经冷凝得到高浓度的乙醇溶液；

(4)再生操作：脱附结束后，向吸附柱中以0.5～3BV/h的流速通入热水，对大孔吸附树脂吸附的杂质进行解析再生，再生操作时间为10～60min；

(5)冷却操作：向再生后的吸附柱中以0.5～3BV/h的流速通水冷却，冷却时间为10～60min，吸附柱冷却至常温后即可用于下一次的吸附操作。