CN101302545B - 一种生产丙酮丁醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产丙酮丁醇的方法，采用本发明方法后的产品生产能力大大提高；通过对废液的回配利用、废气的综合开发和废固焚烧发电、产汽，大大降低综合能耗，单位溶剂的蒸汽使用量比传统工艺降低了47％，用水量降低了73％；采用本发明方法后，使得废水的COD排放低于国家排放标准，同时产生的沼气，用于气炉产汽供生产装置使用，大大降低了生产成本，保护了环境，达到清洁生产的目的。

Description

一种生产丙酮丁醇的方法
技术领域
本发明涉及一种生产丙酮丁醇的方法。
背景技术
生物发酵法生产丁醇、丙酮是以生物基代替石油基生产的生物化工产品，起源于20世纪40年代，由于来自石油化工的竞争，到20世纪50年代各国的丁醇、丙酮发酵工业纷纷停止生产。中国从二十世纪五十年代开始用粮食发酵法生产丁醇，七十年代后有较大发展，全国上马了几家小型生物法丁醇丙酮生产企业，生产规模在3000吨到5000吨，因技术落后，能耗高，污水处理不能达标，成本无法与石油化工的竞争，到20世纪80年代几乎全部关停。
传统的生物发酵法生产丁醇、丙酮技术主要制约因素有：产物对底物转化率低，总溶剂产量低，高附加值产品——丁醇所占比例低，生产强度低，综合利用、节能技术、废水处理技术落后，发酵后处理复杂以及成本较高等。每生产一吨总溶剂大约需要160吨水，19吨蒸汽。为了解决上述问题，自上世纪六十年代以来，世界各国科学工作者在生产菌种改良、发酵工艺的改进等方面进行了诸多研究，并取得了可喜的成就，使高强度生物发酵法生产丁醇、丙酮技术成为可能。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种生产丙酮丁醇的方法，使整个生产工艺能节能增效。
本发明采用的技术方案是：
一种生产丙酮丁醇的节能方法，以木薯为原料，发酵菌为梭状芽胞杆菌类的丙酮丁醇菌种，将木薯经过粉碎、配料、蒸煮、发酵、蒸馏、精馏步骤获得丙酮、丁醇及副产品乙醇，采用以下方法：
一、在粉碎步骤中，利用连消工序产生的二次蒸汽通过换热器给糊化罐进料预热；
二、发酵过程中产生的CO2和H2，经变压吸附法分离出适合电子工业使用的高纯CO2，剩余H2用于锅炉燃烧，产生蒸汽供生产装置使用；
蒸馏精制后的废醪经压滤后，滤渣经干燥后大部分做成优质牛羊饲料添加剂，剩余部分送往锅炉燃烧产气供生产装置使用；滤液的50％送往粉碎调浆步骤作为回配水，剩余滤液经环保厌氧处理后，产生大量沼气，送往锅炉燃烧产汽供生产装置使用；
三、蒸馏步骤采用双塔多效蒸馏工艺，发酵醪液经过常压塔第二冷凝器和醪塔A入料加热器进入醪塔A，以及同时经过常压塔第一冷凝器和醪塔B入料加热器进入醪塔B，醪塔B塔顶蒸汽经循环加热器作为A塔加热热源。
本发明方法的双塔多效蒸馏工艺如下：
经发酵工序生成38℃的发酵醪液经过常压塔第二冷凝器和醪塔A入料加热器进入醪塔A，以及同时经过常压塔第一冷凝器和醪塔B入料加热器进入醪塔B，醪塔B塔顶蒸汽经循环加热器作为A塔加热热源；从醪塔A塔上出来的气体经过与常压塔第一冷凝器、常压塔第二冷凝器换热后全部冷凝为液体，进入醪塔A回流罐；醪塔A、醪塔B塔下废醪液经过蒸汽喷射泵真空闪蒸，温度降为到90℃，产生的二次蒸汽作为A塔加热热源；入醪塔A发酵液经过与醪塔A塔顶第二冷凝器进行换热，温度升高至约50℃，与废醪液闪蒸罐出来去污水处理装置的废醪液进一步换热，温度达到约70℃后进入醪塔A；入醪塔B发酵液通过醪塔A塔顶第一冷凝器进行换热，温度达到约68℃，经过与醪塔B塔底采出废醪液进一步进行换热，温度达到约101.7℃，进入醪塔B；醪塔A操作压力为常压，塔上汽体经过与进入醪塔A、醪塔B物料进行换热，全部冷凝，进入醪塔A回流罐，作为回流液及第一丁醇塔入料；醪塔B操作压力为0.3Mpa，塔顶汽向压力0.3Mpa，温度130℃，做为A塔塔釜热源；醪塔A塔下废醪液进入废醪液蒸汽闪蒸罐，醪塔B塔下废醪液经过与醪塔B入料换热后进入废醪液蒸汽闪蒸罐；废醪液蒸汽闪蒸罐经过蒸汽喷射泵抽真空至0.07MPa，温度降为90℃；蒸汽喷射泵用动力蒸汽为0.8Mpa锅炉蒸汽，经过蒸汽喷射泵与废醪液蒸汽闪蒸罐闪蒸二次蒸汽混合后出口压力0.05Mpa，作为醪塔A塔底加热热源；经过上述工艺过程，醪塔B产生的混合气通过换热后冷凝依次进入第一丁醇塔、第一丁醇塔、丙酮塔、乙醇塔、脱醛塔和尾气吸收塔，分别得出不同的产品丁醇、丙酮和乙醇。
本发明在粉碎步骤中，利用连消工序产生的二次蒸汽通过换热器给糊化罐进料预热，可节约蒸汽约7吨/小时。发酵过程中产生的CO2和H2，经变压吸附法分离出适合电子工业使用的高纯CO2，剩余H2用于锅炉燃烧，产生蒸汽供生产装置使用，减少了装置的蒸汽消耗，估算可节约蒸汽54吨/小时。蒸馏精制后的废醪经压滤后，滤渣经干燥后大部分做成优质牛羊饲料添加剂，剩余部分送往锅炉燃烧产气供生产装置使用；滤液的50％送往粉碎调浆步骤作为回配水，剩余滤液经环保厌氧处理后，产生大量沼气，送往锅炉燃烧产汽供生产装置使用，CO2回收措施是经济可行的，而且可减少二氧化碳的排放量。配料用水在使用前，先经与蒸馏后的废水进行充分换热，可减少蒸煮时的用汽量，节约蒸汽消耗。估算可节约蒸汽14吨/小时。蒸馏步骤采用双塔多效蒸馏工艺，发酵醪液经过常压塔第二冷凝器和醪塔A入料加热器进入醪塔A，以及同时经过常压塔第一冷凝器和醪塔B入料加热器进入醪塔B，醪塔B塔顶蒸汽经循环加热器作为A塔加热热源，估算可节约蒸汽15吨/小时。
采用本发明方法后的能源消费数量见下表：
  序号 能源名称   小时消耗(吨) 年消耗(吨)   自产(吨/年)   外供(吨/年)
  1   蒸汽(饱和)   69.44   500000   388800   111200
  2   沼气   2700万m3
  3   氢气   6480万m3
  4   废渣(干渣)   48000
  序号 能源名称   小时消耗(吨) 年消耗(吨)   自产(吨/年)   外供(吨/年)
  5   水   298   215万   108万   107万
  6   电(KWh)   3472KWh   2500万KWh   2500万KWh
采用本发明方法后的能耗指标见下表：
  序号   能源名称   单耗(T/T)   年消耗(T)   自产(T/年)   外供(T/年)   热值(大卡/KG) 折算系数(/T标煤) 折标煤(T)
1   饱和蒸汽 10 50万 388800 111200 600 8.032T/T 62320
2 沼气   2700万m3   5000大卡/m3 1400m3/T -19286
3 H2   6480万m3   900大卡/m3 7778m3/T -8331
  4   废渣   48000   3500   2T/T   -24000
  5   水   43   215万   108万   107万   4000/T   267
6 电 500KWh   2500万KWh   2500万KWh 2475KWh/T 10100
  7   合计   21070
  序号   能源名称   单耗(T/T)   年消耗(T)   自产(T/年)   外供(T/年)   热值(大卡/KG) 折算系数(/T标煤) 折标煤(T)
8   综合能耗(吨产品) 0.421
9   万元GDP能耗 0.421
采用本发明方法后生产的丁醇及所需能耗等与国内外同类产品比较如下表：
Figure GSB00000072679800051
由上表可以看出，采用本发明方法后的产品生产能力大大提高；通过对废液的回配利用、废气的综合开发和废固焚烧发电、产汽，大大降低综合能耗，单位溶剂的蒸汽使用量比传统工艺降低了47％，用水量降低了73％；采用本发明方法后，使得废水的COD排放低于国家排放标准，同时产生的沼气，用于气炉产汽供生产装置使用，大大降低了生产成本，保护了环境，达到清洁生产的目的。
附图说明
图1为本发明方法的工艺路线图。
图2为本发明方法中蒸馏精制步骤的工艺路线图。
具体实施方式
如图1和2所示，一种生产丙酮丁醇的节能方法，以木薯为原料，发酵菌为梭状芽胞杆菌类的丙酮丁醇菌种，将木薯经过粉碎、配料、蒸煮、发酵、蒸馏、精馏步骤获得丙酮、丁醇及副产品乙醇，采用以下方法：
一、在粉碎步骤中，利用连消工序产生的二次蒸汽通过换热器给糊化罐进料预热；
二、发酵过程中产生的CO2和H2，经变压吸附法分离出适合电子工业使用的高纯CO2，剩余H2用于锅炉燃烧，产生蒸汽供生产装置使用；
蒸馏精制后的废醪经压滤后，滤渣经干燥后大部分做成优质牛羊饲料添加剂，剩余部分送往锅炉燃烧产气供生产装置使用；滤液的50％送往粉碎调浆步骤作为回配水，剩余滤液经环保厌氧处理后，产生大量沼气，送往锅炉燃烧产汽供生产装置使用；
三、蒸馏步骤采用双塔多效蒸馏工艺，发酵醪液经过常压塔第二冷凝器和醪塔A入料加热器进入醪塔A，以及同时经过常压塔第一冷凝器和醪塔B入料加热器进入醪塔B，醪塔B塔顶蒸汽经循环加热器作为A塔加热热源。
本发明方法的双塔多效蒸馏工艺如下：
经发酵工序生成38℃的发酵醪液经过常压塔第二冷凝器和醪塔A入料加热器进入醪塔A，以及同时经过常压塔第一冷凝器和醪塔B入料加热器进入醪塔B，醪塔B塔顶蒸汽经循环加热器作为A塔加热热源；从醪塔A塔上出来的气体经过与常压塔第一冷凝器、常压塔第二冷凝器换热后全部冷凝为液体，进入醪塔A回流罐；醪塔A、醪塔B塔下废醪液经过蒸汽喷射泵真空闪蒸，温度降为到90℃，产生的二次蒸汽作为A塔加热热源；入醪塔A发酵液经过与醪塔A塔顶第二冷凝器进行换热，温度升高至约50℃，与废醪液闪蒸罐出来去污水处理装置的废醪液进一步换热，温度达到约70℃后进入醪塔A；入醪塔B发酵液通过醪塔A塔顶第一冷凝器进行换热，温度达到约68℃，经过与醪塔B塔底采出废醪液进一步进行换热，温度达到约101.7℃，进入醪塔B；醪塔A操作压力为常压，塔上汽体经过与进入醪塔A、醪塔B物料进行换热，全部冷凝，进入醪塔A回流罐，作为回流液及第一丁醇塔入料；醪塔B操作压力为0.3Mpa，塔顶汽向压力0.3Mpa，温度130℃，做为A塔塔釜热源；醪塔A塔下废醪液进入废醪液蒸汽闪蒸罐，醪塔B塔下废醪液经过与醪塔B入料换热后进入废醪液蒸汽闪蒸罐；废醪液蒸汽闪蒸罐经过蒸汽喷射泵抽真空至0.07MPa，温度降为90℃；蒸汽喷射泵用动力蒸汽为0.8Mpa锅炉蒸汽，经过蒸汽喷射泵与废醪液蒸汽闪蒸罐闪蒸二次蒸汽混合后出口压力0.05Mpa，作为醪塔A塔底加热热源；经过上述工艺过程，醪塔B产生的混合气通过换热后冷凝依次进入第一丁醇塔、第二丁醇塔、丙酮塔、乙醇塔、脱醛塔和尾气吸收塔，分别得出不同的产品丁醇、丙酮和乙醇。
采用本发明方法可以大大降低生产成本、节能降耗、保护环境，达到清洁生产的目的。

Claims (1)

1.一种生产丙酮丁醇的方法，以木薯为原料，发酵菌为梭状芽胞杆菌类的丙酮丁醇菌种，将木薯经过粉碎、配料、蒸煮、发酵、蒸馏、精馏步骤获得丙酮、丁醇及副产品乙醇，其特征是：
一、在粉碎步骤中，利用连消工序产生的二次蒸汽通过换热器给糊化罐进料预热；
二、发酵过程中产生的CO2和H2，经变压吸附法分离出适合电子工业使用的高纯CO2，剩余H2用于锅炉燃烧，产生蒸汽供生产装置使用；
蒸馏精制后的废醪经压滤后，滤渣经干燥后大部分做成优质牛羊饲料添加剂，剩余部分送往锅炉燃烧产汽供生产装置使用；滤液的50％送往粉碎调浆步骤作为回配水，剩余滤液经环保厌氧处理后，产生大量沼气，送往锅炉燃烧产汽供生产装置使用；
三、蒸馏步骤采用双塔多效蒸馏工艺，发酵醪液经过常压塔第二冷凝器和醪塔A入料加热器进入醪塔A，以及同时经过常压塔第一冷凝器和醪塔B入料加热器进入醪塔B，醪塔B塔顶蒸汽经循环加热器作为A塔加热热源。
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