CN101265159A - 应用疏水吸附剂免蒸馏节能工艺制取菊芋燃料酒精的方法 - Google Patents

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郭娟
陈筱诚
王莉
龙英才
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Abstract

本发明属于生物能源技术领域，具体涉及一种高效、节能制取生物燃料酒精的方法。其步骤如下：将20～40℃菊芋发酵液原料(醪液，含乙醇1－15％)经气提得到的乙醇/水混合蒸汽，经加热至100－120℃后通入疏水硅沸石吸附剂床层，乙醇被吸附，水被排出。疏水硅沸石吸附剂吸附的酒精脱附得到的浓酒精蒸汽、再经3A分子筛脱水即得到浓度大于99.2％燃料酒精。本发明的生产方法完全排除多级蒸馏，达到节能效果。

Description

应用疏水吸附剂免蒸馏节能工艺制取菊芋燃料酒精的方法
技术领域
本发明属于生物能源技术领域，具体涉及一种高效、节能制取生物燃料酒精的方法。
背景技术
石油作为不可再生能源，在全世界范围内储量有限。随着国际原油价格持续飙升，对国民经济持续健康发展、国家安全构成严重挑战。开辟新的可再生能源，是国家可持续发展战略之需求，也是当务之急。
生物资源-植物(或动物)是可持续生成，可供持续消耗的能源。一些石油资源短缺的国家如巴西，早已成功开发了用玉米和甘蔗榨糖下脚料发酵、生产燃料用酒精的工艺。目前，该国约50％的汽车动力来源于燃料酒精。
我国也于2000年前后发展了玉米和粮食发酵生产燃料酒精的工程。目前在东北、河南等地的燃料酒精的年生产能力已达数十万吨。由于生产成本高，不得不在政府财政补贴的支持下，一些地方开始推广燃料酒精用于汽车动力。因此，以非粮食植物菊芋发酵，高效分离、低成本生产燃料酒精的综合技术是发展菊芋生物能源关键。
目前制生物燃料酒精通常方法是将植物(包括粮食)发酵获取含量8～10％的稀酒精通过粗蒸馏，精馏和恒沸蒸馏等多级蒸馏最终制成燃料酒精。该方法能耗高。
文献已报道用吸附分离的方法部分替代传统的精馏浓缩发酵液可降低生产燃料酒精的能耗。通常利用3A(KA)沸石分子筛进行醇/水变压吸附分离可以有效的替代恒沸蒸馏可降低生产能耗(Adsorption-Journal of the International Adsorption Society8(3)；LatinAmerican Applied Research 31(4)：333-357，OCT 2001)；American Institute of Chemical Engineers，National Meeting，1987，27p)。以高硅ZSM-5或硅沸石(Silicalite-1)将低浓度乙醇(2％-4％)经液相吸附分离提浓到35％也有一定的节能效果(J.ofChemical Technology and Biotechnology，V31，n12，Dec，1981，p732-736；石油化工1994，23(6)，356-8)。但上述方法只是在发酵液(含乙醇8-10％)浓缩生产燃料酒精部分阶段有部分节约能耗效果，在降低总生产能耗上作用有限。国外成熟的生物能源工厂采用精馏与分子筛技术相结合的工艺进行发酵醪液中的乙醇浓缩分离，较之单纯的多效蒸馏工艺可以降低能耗20％。
本发明提供的一种新方法，采用疏水硅沸石(Silicalite-1)吸附剂或高硅ZSM-5分子筛将菊芋发酵醪液的低浓度乙醇(8％～10％)、经二级吸附分离直接浓缩获得燃料乙醇，与传统的蒸馏方法相比，可望节能40％～60％，为菊芋生物能源产业化提供了关键技术。本发明的方法简单，易于实现连续化和自动化生产。处理过程中菊芋发酵醪液的温度始终在30-40℃，无需过滤或离心分离其中的固体物质，因此，有利于实现连续发酵以及保持发酵醪液中其它生物质的活性，便于发酵产物的综合利用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高效低能耗从菊芋发酵液制备燃料酒精的方法，具体步骤如下：(1)首先将乙醇含量为8-10％的菊芋原料发酵液，经过气提或减压抽取的方式，得到20～40℃的酒精蒸汽；(2)将步骤(1)得到的乙醇蒸汽加热至100-120℃后，在吸附床1中用疏水硅沸石吸附剂，吸附温度100-120℃。吸附剂备乙醇饱和后，以减压脱附或载气脱附方式将其吸附的乙醇脱附，获得高浓度的乙醇蒸气。(3)将步骤(2)获得的高浓度酒精蒸汽通过装有3A分子筛的吸附床2，以脱除酒精蒸汽中少量的水分，便制成乙醇含量为99.2％-99.9％的燃料酒精。
本发明中第一级吸附床使用的吸附剂为疏水硅沸石吸附剂，其化学成分为SiO2，热和化学稳定性极高，使用寿命很长，(见中国发明专利ZL 94 1 12035.X)。它对水的饱和吸附容量＜1％，在不同温度下，对酒精蒸汽的静态吸附容量依吸附温度和蒸汽压的不同而不同，在2-12％范围内。该沸石对酒精的吸附是微弱的物理吸附作用，其吸附热仅0.82KJ/g，远低于水的汽化热(2.26KJ/g)，也低于乙醇的汽化热(0.90KJ/g)(石油化工1994，23(6)，356-8)。因此被该疏水吸附剂吸附的酒精吸附/脱附速度很快，热效应小，能耗很低。
本发明中，所述的疏水吸附床3可采用2床或3床联动形式。
本发明的优点在于：使用疏水硅沸石吸附剂吸附分离过程是基于分子筛的孔径对分子的择型吸附选择性效应、以拆分水和酒精之间以氢键相互的缔合。这种拆分所需的能量远远低于单纯依赖蒸馏进行的缔合分子拆分消耗的热能，使得本发明非常节能、高效。
根据理论计算本方法生产1吨菊芋燃料乙醇的能耗(已水蒸气量计算)为3.127吨。相当于多效蒸馏法的耗能7.86吨的40.0％，节能幅度达50％以上。
附图说明
图1，菊芋发酵醪液气相色谱图。
图2，由吸附床1脱附的菊芋酒精蒸汽浓度变化曲线。
图3，经吸附床脱水后获得的菊芋燃料酒精气相色谱图。
具体实施方式
实施例1.含乙醇8.48％(见附图1)温度35℃菊芋发酵醪液，以空气气体获得的乙醇/水混合蒸汽连续通人装有装填疏水硅沸石吸附剂600克的吸附床1，40分钟后吸附饱和。吸附床1的温度是105℃。
实施例2.以二氧化碳为载气，连续通人已吸附饱和的吸附床1进行脱附，对脱附出来的蒸汽进行及时在线色谱分析，其乙醇浓度由初期的45％左右逐步上升至90-100％(见附图2)。
实施例3.由吸附床1中脱附的浓乙醇蒸汽，通入装有500克3A分子筛的温度为130℃的吸附床后冷却收集产物，可获得乙醇浓度大于99.2％(见附图3)的菊芋燃料乙醇
以上是对本发明的描述而非限制，基于本发明思想的其它实施例，亦均在本发明的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种菊芋制生物燃料酒精的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)首先将乙醇含量为8-10％的菊芋原料发酵液，经过气提或减压抽取的方式，得到20～40℃的酒精蒸汽；
(2)将步骤(1)得到的乙醇蒸汽加热至100-120℃后，在吸附床1中用疏水硅沸石吸附剂，吸附温度100-120℃，吸附剂待乙醇饱和后，以减压脱附或载气脱附方式将其吸附的乙醇脱附，获得高浓度的乙醇蒸气。
(3)将步骤(2)获得的高浓度酒精蒸汽通过装有3A分子筛的吸附床2，以脱除酒精蒸汽中少量的水分，便制成乙醇含量为99.2％-99.9％的燃料酒精。
2.根据权利要求1所述的应用疏水吸附剂免蒸馏节能工艺制取菊芋燃料酒精的方法，其特征在于：所使用的疏水吸附剂是MSI(ZSM-5)型疏水硅沸石吸附剂。
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Addressee: Shanghai Lead Biotechnology Co., Ltd. Wang Li

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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20080917