从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺装置，尤其涉及一种从工业尾气发酵液中通过精馏过程生产燃料乙醇的节能工艺方法和装置。整个酒精精馏系统至少包括第一精馏塔、第二精馏塔、第三精馏塔、第四精馏塔等四塔和脱水单元以及其他配套设备组成。第一精馏塔、第二精馏塔、第三精馏塔和第四精馏塔四塔之间热集成，加上系统内其他换热、节能技术的应用极大地降低了操作能耗。优化的换热系统，使脱水单元与精馏系统有机地统一在一起，提高了整个精馏系统的稳定性和灵活性。本实用新型专利技术克服了已有技术的缺点，操作能耗较目前先进的燃料乙醇精馏工艺方法降低30％以上，具有显著的实用性及经济效益，应用前景广阔。

Energy saving technology for fuel ethanol production from low concentration fermentation broth

The utility model relates to an energy-saving process device for producing fuel ethanol from a low concentration fermentation liquid, in particular to an energy-saving process method and device for producing fuel ethanol from an industrial tail gas fermentation liquid through a distillation process. The whole alcohol distillation system at least consists of the first distillation tower, the second distillation tower, the third distillation tower, the fourth distillation tower and other four towers, dehydration unit and other supporting equipment. The heat integration among the first distillation tower, the second distillation tower, the third distillation tower and the fourth distillation tower, together with the application of other heat exchange and energy-saving technologies in the system, greatly reduces the operation energy consumption. The optimized heat exchange system makes the dehydration unit and distillation system organically unified, and improves the stability and flexibility of the whole distillation system. The utility model overcomes the disadvantages of the existing technology, and the operation energy consumption is reduced by more than 30% compared with the current advanced fuel ethanol distillation process method, which has significant practicability and economic benefits, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺装置
本技术涉及一种从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺装置，尤其涉及一种从工业尾气发酵液中通过精馏过程生产燃料乙醇的节能工艺方法和装置。
技术介绍
随着石油、煤炭等能源资源的紧缺、环境污染、温室效应等问题的日益严重，燃料乙醇作为一种可再生能源，越来越受到各方面的重视。传统的燃料乙醇主要以粮食作物如高粱、玉米、地瓜、木薯等为原料，通过生物发酵途径获得。用粮食为原料制成燃料乙醇，不仅价格不菲，还存在“与人争粮，与粮争地”的现象。采用工业尾气微生物发酵技术，将钢铁工业尾气转化为燃料乙醇，同时副产高蛋白饲料和压缩天然气，具有原料充足、集中度高、易于收集的特点，与传统燃料乙醇生产成本相比，其综合成本低、能源利用率高、产品附加值高，可实现对环境产生污染的资源进行高值化利用，经济效益显著。由于工业尾气发酵属于气体发酵过程，发酵液中乙醇浓度很低(一般乙醇含量仅为2～4％。除特殊说明外，本申请文本中均指质量百分比)，远低于传统粮食作物发酵液乙醇浓度(10～16％)。目前从发酵醪液生产燃料乙醇的过程，多采用三塔蒸馏方法，这种方法存在生产能耗较高的缺点。若工业尾气发酵制燃料乙醇精馏过程仍采用常规工艺方法，必然导致精馏过程能耗很高，将严重制约工业尾气发酵生产燃料乙醇工艺的经济性。中国专利CN200410094085.0公开了一种“燃料乙醇生产方法”，其实质是采用单醪塔、单精塔加分子筛的原始工艺方法，虽然工艺流程简单，但操作能耗很高。CN200710057523.X公开了一种“采用三塔热集成装置进行乙醇精馏的工艺方法”：整个乙醇精馏系统包括粗馏塔、低压共沸精馏塔、高压共沸精馏塔等三塔，粗馏塔、低压共沸精馏塔、高压共沸精馏塔三塔之间热集成，粗馏塔侧线气相为低压共沸精馏塔提供部分能量，高压共沸精馏塔塔顶气相为粗馏塔塔釜提供能量，酒精产品由低压共沸精馏塔和高压共沸精馏塔分别采出，其实质仍是单醪塔、双精塔的双效精馏工艺，操作能耗高。CN200710058736.4公开一种“燃料乙醇生产装备及方法”，其实质是采用双醪塔(粗塔、精馏塔下部)、双精塔(精馏塔上部、回收塔上部)加分子筛的三塔精馏工艺方法，粗塔、精馏塔和回收塔三台塔之间热集成操作，实现了三效工艺，操作能耗较低。CN201010545523.6公开了“一种燃料乙醇和普级食用酒精联产的蒸馏脱水装置及工艺”，类似CN200710058736.4提供的工艺方法，粗馏塔、组合塔、精馏塔三台塔之间热集成操作，实现了三效工艺，其改进部分在于：组合塔塔顶气相经乙醇汽体压缩机升压后分为三股，一股去粗馏塔再沸器、一股去甲醇塔再沸器、另一股去分子筛吸附塔脱水，脱水后的无水乙醇气体返回精馏单元给粗馏塔塔釜再沸器加热，相对CN200710058736.4提供的工艺方法进一步降低了操作能耗。CN201010545523.6中设置的甲醇塔，属于联产普级食用乙醇的必需设备，但对于燃料乙醇装置属于多余设备。发酵液中甲醇浓度远远低于乙醇浓度，精馏所得的共沸酒精经脱水后无需脱除甲醇即可满足GB18350-2013《变性燃料乙醇》标准。压缩机的设置大大增加了CN201010545523.6提供工艺方法的电耗，并且增加了动设备(压缩机)的投资和维护成本。CN201710542687.5公开了“一种燃料乙醇节能清洁生产方法”，其燃料乙醇精馏过程实质与CN200710058736.4一致，都是采用双醪塔(粗塔、精馏塔下部)、双精塔(精馏塔上部、回收塔上部)加分子筛的三塔精馏工艺方法，不同的是利用脱水后的无水乙醇气体用于预热发酵醪液，这一工艺与CN201010545523.6相同。CN201710542687.5与CN201010545523.6不同点在于，CN201710542687.5提供的工艺方法中，“精馏脱水单元的第一精塔再沸器的加热蒸汽为新鲜蒸汽，排出的蒸汽凝水收集后送至第一精塔塔釜直接加热塔釜液”，按此工艺方法，第一精塔塔釜再沸器完全可以省略、直接将蒸汽引入第一精塔塔釜、采用直接蒸汽加热即可达到相同效果。CN201710542687.5提供的工艺方法相对CN201010545523.6无实质突破，并且蒸汽凝液直接混入第一精塔塔釜废水属于非常不经济的方法。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺装置，尤其是从工业尾气发酵液中通过精馏过程生产燃料乙醇的节能工艺方法和装置，可以克服已有技术的缺点。本技术在目前常用的三塔酒精精馏系统的工艺基础上，突破性地采用四塔精馏、四效热集成工艺方法，极大地降低操作能耗。本技术提供的工艺方法具有显著的实用性及经济效益。本技术提供的从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺方法包括：1)至少包括第一精馏塔、第二精馏塔、第三精馏塔和第四精馏塔；2)所述的第一精馏塔为复合塔，第一精馏塔上部为第一精馏段，中部为脱轻段，下部为第一粗塔；3)所述的第二精馏塔为汽提塔，其进料以下为第二粗塔；4)所述的第三精馏塔为汽提塔，其进料以下为第三粗塔；5)所述的第四精馏塔为复合塔，第四精馏塔上部为第二精馏段，中部为杂醇油采出段，下部为脱水段；6)所述的第一精馏塔、第二精馏塔、第三精馏塔和第四精馏塔之间为热集成，第四精馏塔塔顶气相作为第三精馏塔塔釜加热热源，为第三精馏塔提供所需热量；第三精馏塔塔顶气相作为第二精馏塔塔釜加热热源，为第二精馏塔提供所需热量；第二精馏塔塔顶气相作为第一精馏塔塔釜加热热源，为第一精馏塔提供所需热量；7)去脱水单元气相首选来自第四精馏塔塔顶气相，也可以是共沸酒精液相的蒸发气相，也可以是精馏系统内其他精馏塔塔顶气相；8)脱水单元产出的无水乙醇气相首选用做第三精馏塔塔釜加热热源，也可用做第二精馏塔塔釜加热热源，也可用做第一精馏塔塔釜加热热源，也可用于预热发酵醪液，也可用于预热第一精馏塔进料，也可用于预热第二精馏塔进料，也可用于预热第三精馏塔进料，也可用于预热第四精馏塔进料；前述无水乙醇气相冷凝物即为燃料乙醇产品(或酒精产品)。按本技术提供的工艺方法，脱水单元是分子筛脱水塔或渗透汽化膜。所述的脱水单元排出的淡酒首选进入第一精馏塔，或进料至第四精馏塔、第二精馏塔或者第三精馏塔。按本技术提供的工艺方法，当无需生产燃料乙醇时，所述的脱水单元可以停用，由第一精馏塔顶部或侧线采出部分共沸酒精，由第四精馏塔塔顶或上部液相侧线采出部分共沸酒精；或者第一精馏塔采出的共沸酒精进入第四精馏塔回流罐或塔顶，酒精产品全部由第四精馏塔塔顶或上部液相侧线采出；或者第四精馏塔采出的共沸酒精进入第一精馏塔回流罐或塔顶，酒精产品全部由第一精馏塔塔顶或上部液相侧线采出。实现燃料乙醇和共沸酒精产品的联产操作。按本技术提供的工艺方法，发酵醪液首选先进入所述的第一精馏塔；第二精馏塔的进料来自第一精馏塔进料以下液相侧线出料；第三精馏塔的进料来自第一精馏塔进料以下液相侧线出料或来自第二精馏塔进料以下液相侧线出料；发酵醪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺装置，其特征在于：至少包括第一精馏塔（T110）、第二精馏塔（T120）、第三精馏塔（T130）和第四精馏塔（T140）以及连接管线；/n进料管线与第一精馏塔（T110）的冷凝器(E111)管程入口连接，冷凝器(E111)管程出口与第一精馏塔进料预热器(E113)冷侧进口连接，进料预热器(E113)冷侧出口连接至第一精馏塔（T110）中部；第一精馏塔（T110）的塔顶气相出口与第一精馏塔（T110）的冷凝器（E111）壳程气相入口连接，第一精馏塔（T110）的冷凝器(E111)壳程气相出口与第一精馏塔（T110）的尾冷器（E112）壳程气相入口连接，第一精馏塔（T110）的尾冷器（E112）壳程气相出口连接至真空系统；第一精馏塔（T110）的冷凝器(E111)和第一精馏塔（T110）的尾冷器（E112）的凝液出口管线分为两根，一根连接至第一精馏塔（T110）的塔顶回流口、另一根连接至第四精馏塔（T140）塔顶回流口；尾冷器（E112）凝液出口管线还连接至工业酒精采出管线；第一精馏塔（T110）的塔釜分别与第一精馏塔（T110）的再沸器（E114）管程入口和第一精馏塔（T110）的进料预热器（E113）热侧进口相连；第一精馏塔（T110）的进料预热器（E113）热侧出口与废醪排出管线相连；第一精馏塔（T110）的再沸器管程出口连接至第一精馏塔（T110）的塔釜；/n第一精馏塔（T110）的进料以上液相侧线出口连接至第四精馏塔（T140）的第一进料预热器（E141）冷侧入口，第一精馏塔（T110）的进料以下液相侧线出口连接至第二精馏塔（T120）的进料预热器（E121）冷侧入口；/n第二精馏塔（T120）的进料预热器冷侧出口分为两根，一根连接至第二精馏塔（T120）的进料口，另一根连接至第三精馏塔（T130）的进料预热器（E131）冷侧入口；第二精馏塔（T120）的塔顶气相出口与第一精馏塔再沸器（E114）壳程气相入口连接，第一精馏塔（T110）的再沸器（E114）壳程凝液出口连接至第四精馏塔第一进料预热器（E141）冷侧入口；第二精馏塔（T120）的塔釜分别与第二精馏塔（T120）的再沸器（E122）管程入口和第二精馏塔（T120）的进料预热器（E121）热侧进口相连；第二精馏塔（T120）的进料预热器热侧出口连接至第一精馏塔（T110）的进料预热器（E113）热侧进口；第二精馏塔（T120）的再沸器管程出口连接至第二精馏塔（T120）的塔釜；/n第三精馏塔（T130）的进料预热器（E131）冷侧出口连接至第三精馏塔（T130）的进料口；第三精馏塔（T130）的塔顶气相出口与第二精馏塔（T120）的再沸器（E122）壳程气相入口连接，第二精馏塔（T120）的再沸器（E122）壳程凝液出口连接至第四精馏塔（T140）的第一进料预热器（E141）冷侧入口；第三精馏塔（T130）的塔釜分别与第三精馏塔（T130）的第一再沸器（E132）管程入口、第三精馏塔（T130）的第二再沸器（E133）管程入口和第三精馏塔（T130）的塔进料预热器（E131）热侧进口相连；第三精馏塔（T130）的进料预热器热侧出口连接至第二精馏塔（T120）的进料预热器（E121）热侧进口；第三精馏塔（T130）的第一再沸器（E132）管程出口和第三精馏塔（T130）的第二再沸器（E133）管程出口连接至第三精馏塔（T130）的塔釜；/n第四精馏塔（T140）的第一进料预热器（E141）冷侧出口与第四精馏塔（T140）的第二进料预热器（E142）冷侧入口相连，第四精馏塔（T140）的第二进料预热器（E142）冷侧出口与第四精馏塔（T140）的进料口相连；第四精馏塔（T140）的塔顶气相出口分别与第三精馏塔（T130）的第一再沸器（E132）壳程气相入口、脱水单元气相进口相连；第三精馏塔（T130）的第一再沸器（E132）壳程凝液出口管线连接至第四精馏塔（T140）的塔顶回流口；/n脱水单元产出的无水乙醇气相管线连接至第三精馏塔（T130）的第二再沸器（E133）壳程气相入口，第三精馏塔（T130）的第二再沸器（E133）壳程凝液出口与燃料乙醇产品采出管线相连；脱水单元排出的淡酒管线连接至第一精馏塔（T110）的进料以上淡酒进料口；/n第四精馏塔（T140）的进料位置以上或以下分别设置若干杂醇油采出口，杂醇油采出口分别与杂醇油采出管线连接；/n第四精馏塔（T140）的塔釜分别与第四精馏塔（T140）的再沸器（E143）管程入口和第四精馏塔（T140）的第一进料预热器（E141）热侧进口相连；第四精馏塔（T140）的第一进料预热器（E141）热侧出口与废水排出管线连接；第四精馏塔（T140）的再沸器（E143）管程出口连接...

【技术特征摘要】
1.一种从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺装置，其特征在于：至少包括第一精馏塔（T110）、第二精馏塔（T120）、第三精馏塔（T130）和第四精馏塔（T140）以及连接管线；
进料管线与第一精馏塔（T110）的冷凝器(E111)管程入口连接，冷凝器(E111)管程出口与第一精馏塔进料预热器(E113)冷侧进口连接，进料预热器(E113)冷侧出口连接至第一精馏塔（T110）中部；第一精馏塔（T110）的塔顶气相出口与第一精馏塔（T110）的冷凝器（E111）壳程气相入口连接，第一精馏塔（T110）的冷凝器(E111)壳程气相出口与第一精馏塔（T110）的尾冷器（E112）壳程气相入口连接，第一精馏塔（T110）的尾冷器（E112）壳程气相出口连接至真空系统；第一精馏塔（T110）的冷凝器(E111)和第一精馏塔（T110）的尾冷器（E112）的凝液出口管线分为两根，一根连接至第一精馏塔（T110）的塔顶回流口、另一根连接至第四精馏塔（T140）塔顶回流口；尾冷器（E112）凝液出口管线还连接至工业酒精采出管线；第一精馏塔（T110）的塔釜分别与第一精馏塔（T110）的再沸器（E114）管程入口和第一精馏塔（T110）的进料预热器（E113）热侧进口相连；第一精馏塔（T110）的进料预热器（E113）热侧出口与废醪排出管线相连；第一精馏塔（T110）的再沸器管程出口连接至第一精馏塔（T110）的塔釜；
第一精馏塔（T110）的进料以上液相侧线出口连接至第四精馏塔（T140）的第一进料预热器（E141）冷侧入口，第一精馏塔（T110）的进料以下液相侧线出口连接至第二精馏塔（T120）的进料预热器（E121）冷侧入口；
第二精馏塔（T120）的进料预热器冷侧出口分为两根，一根连接至第二精馏塔（T120）的进料口，另一根连接至第三精馏塔（T130）的进料预热器（E131）冷侧入口；第二精馏塔（T120）的塔顶气相出口与第一精馏塔再沸器（E114）壳程气相入口连接，第一精馏塔（T110）的再沸器（E114）壳程凝液出口连接至第四精馏塔第一进料预热器（E141）冷侧入口；第二精馏塔（T120）的塔釜分别与第二精馏塔（T120）的再沸器（E122）管程入口和第二精馏塔（T120）的进料预热器（E121）热侧进口相连；第二精馏塔（T120）的进料预热器热侧出口连接至第一精馏塔（T110）的进料预热器（E113）热侧进口；第二精馏塔（T120）的再沸器管程出口连接至第二精馏塔（T120）的塔釜；
第三精馏塔（T130）的进料预...

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝仁水，黄贵明，
申请(专利权)人：天津市新天进科技开发有限公司，
类型：新型
国别省市：天津;12