CN101648848B - 燃料乙醇和食用酒精联合生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃料乙醇和食用酒精联合生产方法。发酵成熟醪进入粗馏塔，塔顶采出的粗酒送入精馏塔（2），侧线采出流股通过管线送入精馏塔（1），精馏塔（1）塔顶汽相采出物送至分子筛吸附塔，精馏塔（1）塔顶采出物经分子筛脱水剂的吸附作用获得燃料乙醇；生产食用酒精产品时，精馏塔1塔顶采送至脱醛塔进料，精馏塔（2）塔顶采出物和部分塔釜采出物送至脱醛塔进料，脱醛塔塔釜采出乙醇水溶液送至产品塔作为进料，产品塔塔上部侧线采出合格的食用酒精产品。本发明可在同一酒精装置上实现酒精产品的多品种，有效降低燃料乙醇和食用酒精生产过程中物耗和能耗，降低装置投资，提高燃料乙醇和食用酒精的市场竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料乙醇和食用酒精联合生产方法，可在同一酒精装置上实现酒精产品的多品种和规格，有效降低燃料乙醇和食用酒精生产过程中物耗和能耗，降低装置投资，提高燃料乙醇和食用酒精的市场竞争力。
背景技术
发酵酒精是一种可再生的重要基础原料及产品。按照使用功能和纯度要求不同，分为食用酒精和燃料乙醇产品。燃料乙醇产品主要作为燃料和化工生产原料等应用；食用酒精产品主要用来调制饮料酒和化工生产原料等应用。
以发酵法生产的燃料乙醇，具有和矿物燃料相似的燃烧性能，其生产原料为生物源，是一种可再生的能源。此外，乙醇燃烧过程所排放的一氧化碳和含硫气体均低于汽油燃烧，所产生的二氧化碳和作为原料的生物源生长所消耗的二氧化碳的数量上基本持平，这对减少对大气的污染及抑制温室效应意义重大。因此，燃料乙醇也被称为“清洁燃料”。
目前，燃料乙醇和食用酒精生产过程通常采用两大类原料，一类为玉米、小麦、高梁、水稻、木薯和红薯等淀粉质原料，另一类为甘蔗和糖蜜等糖质为原料。生产过程主要包括醪液制备、酒精精馏脱水生产单元。
食用酒精和燃料乙醇产品要求不同，食用酒精对杂质要求较高但对水份要求不高，而燃料乙醇对杂质要求不高，但对水份要求较高。目前，在实际生产中,采用不同的生产装置，分别生产食用酒精和燃料乙醇产品，相对于本发明的燃料乙醇和食用酒精联合生产方法建设一套装置，燃料乙醇和食用酒精产品分别采用两套生产装置生产，投资较高，设备利用率低。
本发明根据燃料乙醇与食用酒精的相同与不同的生产工艺特点,研究开发了燃料乙醇和食用酒精联合生产方法，有广泛的市场需求。
发明内容
本发明开发的燃料乙醇和食用酒精联合生产方法，原料为玉米、小麦、高梁、水稻、木薯和红薯等淀粉质原料，以及甘蔗和糖蜜等糖质原料，生产过程主要包括液化单元、发酵单元、精馏脱水单元等。根据燃料乙醇与食用酒精不同的生产工艺特点研究开发的。实现燃料乙醇与食用酒精同时生产装置。
本发明的技术方案如下：
本发明的燃料乙醇和食用酒精联合生产方法，生产过程包括液化单元、发酵单元、精馏脱水单元。其特征是
生产燃料乙醇产品流程是：发酵成熟醪进入粗馏塔，塔顶采出的粗酒送入精馏塔2进料，粗馏塔塔底采出至废水处理，粗塔侧线采出流股通过管线送入精馏塔1进料口；精馏塔1釜底采出物送至废水处理，塔顶汽相采出物送至分子筛吸附塔；精馏塔2塔顶采出物送至精馏塔1，精馏塔1塔顶采出物经分子筛脱水剂的吸附作用除去部分水份，获得燃料乙醇产品，精馏塔2釜底采出物送至废水处理；
生产食用酒精产品流程是：精馏塔1塔顶汽相采出物送至冷凝冷却器冷凝后，送至脱醛塔进料，精馏塔2塔顶采出物和部分塔釜采出物送至脱醛塔进料，脱醛塔塔釜采出乙醇水溶液送至产品塔作为进料；产品塔塔上部侧线采出合格的食用酒精产品，塔的中下部侧线采出杂醇油流股送至回收塔作进料，塔顶采出物送至回收塔进料，塔釜的釜底采出废水部分送至脱醛塔进料。
所述的产品塔的塔顶操作压力(绝对压力)为0.15—0.4Mpa.
所述的精馏脱水单元的产品塔塔顶汽分别送至回收塔再沸器和脱醛塔再沸器作为加热介质。
具体操作流程详细说明如下：
1.液化单元
液化单元生产过程参见图1－液化单元流程图。对于淀粉质原料，首先将原料由仓库送至液化车间，再将原料清理脱杂，再进行粉碎。粉碎后的原料在拌料器中加水制成粉浆送至粉浆罐，同时流加淀粉酶等辅助材料。在粉浆罐中粉浆用粉浆泵送至喷射液化器，喷射液化器通过控制水蒸气的量控制物料加热温度，喷射器出口物料温度控制到80℃～130℃，粉浆温度升高到设定的温度后，送至维持罐中停留5～60分钟后，物料进入到液化醪闪蒸降温罐至80℃～100℃，降温后的料液进入到液化罐，同时流加淀粉酶。料液在液化罐内停留30～240分钟，通过搅拌器使淀粉酶与料液混合均匀，进行液化操作。
完成液化操作的液化醪冷却将温度降至28～38℃。同时流加营养盐、糖化酶和硫酸溶液等辅助材料。用液化泵将液化醪送至发酵单元。
2.发酵单元
酒精发酵生产过程参见图2－发酵单元流程图。发酵操作方式为连续，或半连续，或间歇，整个系统主要由多个发酵罐、成熟醪储罐和CO2洗涤塔等组成。
自液化单元已冷却的液化醪，部分送入酒母扩培罐，部分送至发酵罐。将活化后的酒母放入酒母扩培罐中，同时加入液化醪，向罐内连续通入适量的无菌空气，在扩培温度28－38℃的条件下进行培养，在酵母细胞数达到要求后，连续向发酵罐供料，而酵母扩培罐继续添加液化醪。发酵罐控制温度28～38℃，成熟醪酒度达到发酵要求后，经发酵成熟醪泵向精馏脱水单元连续供应发酵成熟醪。
酒精发酵过程排出的CO2引入CO2洗涤塔，CO2洗涤塔的洗涤水洗涤后送至液化单元用于拌料。
对于糖质原料已含有相当数量的可发酵糖，如糖蜜和甘蔗汁等，经过酸化脱杂处理后，可直接送至发酵单元进行发酵生产酒精。
3.精馏脱水单元
酒精精馏脱水生产过程参见图3－精馏脱水单元流程图（1）、图4－精馏脱水单元流程图（2）。来自发酵单元的成熟醪在精馏脱水单元通过精馏和分子筛变压变温吸附操作，得到燃料乙醇产品和食用酒精产品。酒精精馏脱水单元主要由粗馏塔（可简称为粗塔）、精塔1、精塔2、脱醛塔、产品塔、回收塔和吸附塔构成。酒精精馏脱水单元主要由粗馏塔、精塔1、精塔2、脱醛塔、精塔3、回收塔和吸附塔构成。粗馏塔、精塔1、精塔2、脱醛塔、精塔3、回收塔为板式塔，或填料塔，或板式塔和填料塔复合塔，吸附塔中装有分子筛等水的吸附剂。
燃料乙醇生产操作流程具体参见图3－精馏脱水单元流程图（1）。自发酵单元的发酵成熟醪进入粗馏塔，粗馏塔操作压力(绝对压力)为0.01～0.1MPa，醪液在此脱除水、有机酸和重组份杂质等，塔顶采出（塔顶采出简称为顶采）的粗酒送入精塔2进料，粗馏塔塔底采出（塔底采出可简称为釜采）至废水处理，粗塔侧线采出流股通过管线送入精塔1进料口；物料在精塔1内进行传质操作，在此脱除水、有机酸和重组份杂质等,精塔1釜采至废水处理，操作压力(绝对压力)为0.2～0.6MPa，塔顶汽相采出至分子筛吸附塔；来自粗塔的粗酒在精塔2塔内进行传质操作，在此脱除水等杂质,浓缩回收酒精，操作压力(绝对压力)为0.4～0.8MPa,塔顶顶采送至精塔1，塔顶汽相流股（塔顶汽相流股简称为塔顶汽）送至精塔1再沸器冷凝后回流，精塔2釜采至废水处理；精塔1塔顶采送至分子筛吸附塔，经分子筛等脱水剂的吸附作用除去残余水份，再通过冷凝冷却后，最终获得到含水量小于0.8％（V%）的燃料乙醇产品，吸附操作压力(绝对压力)为0.01～0.6MPa，吸附再生汽冷凝后送至精塔2。
食用酒精产品生产的操作流程具体参见图3－精馏脱水单元流程图（1）和图4－精馏脱水单元流程图（2）。自发酵单元的发酵成熟醪进入粗馏塔，操作压力(绝对压力)为0.01～0.1MPa，醪液在此脱除水、有机酸和重组份杂质等，塔顶采出的粗酒送入精塔2，粗馏塔釜采至废水处理，粗塔侧线采出流股通过管线送入精塔1进料口；物料在精塔1内进行传质操作，在此脱除水、有机酸和重组份杂质等,精塔1釜采至废水处理，操作压力(绝对压力)为0.2～0.6MPa，塔顶汽相采出至冷凝冷却器冷凝后，再送至脱醛塔进料；来自粗塔的粗酒在精塔2塔内进行传质操作，在此脱除水等杂质，操作压力(绝对压力)为0.4～0.8MPa,塔顶顶汽送至精塔1再沸器冷凝后部分回流，部分送至脱醛塔进料，精塔2釜采部分排出至废水处理，部分送至脱醛塔进料；脱醛塔操作压力(绝对压力)为0.01—0.2MPa，脱醛塔釜采乙醇水溶液送至产品塔作为进料，塔顶采出酯类、醇类和杂醇油为主要杂质的乙醇水溶液送至回收塔作为进料；产品塔的塔顶操作压力(绝对压力)为0.15—0.4Mpa，塔上部侧线采出合格的食用酒精产品，塔的中下部侧线采出杂醇油流股送至回收塔作进料，塔顶采出液送至回收塔进料，塔釜的釜采废水部分排至废水处理，部分送至脱醛塔进料；回收塔的塔顶操作压力(绝对压力)为0.01—0.2Mpa，回收塔塔下部的侧线采出杂醇油流股至杂醇油萃取器，塔釜釜采废水部分排至废水处理，部分返回脱醛塔进料，塔顶采出工业酒精产品。产品塔、脱醛塔和回收塔加热方式：产品塔通过新鲜蒸汽直接或间接加热，产品塔塔顶汽分别送至回收塔再沸器和脱醛塔再沸器的加热介质，冷凝后部分回流，部分采出至回收塔进料。
本发明根据燃料乙醇与食用酒精的相同与不同的生产工艺特点,研究开发了燃料乙醇和食用酒精联合生产方法，实现了单一装置生产的多品种，降低了装置投资，有广泛的市场需求。
附图说明
图1：液化单元流程图；
图2：发酵单元流程图；
图3：精馏脱水单元流程图（1）
图4:精馏脱水单元流程图（2）
具体事实方式
本发明的燃料乙醇和食用酒精联合生产方法，生产过程包括液化单元、发酵单元、精馏脱水单元；生产燃料乙醇产品流程是：发酵成熟醪进入粗馏塔，塔顶采出的粗酒送入精馏塔2进料，粗馏塔塔底采出至废水处理，粗塔侧线采出流股通过管线送入精馏塔1进料口；精馏塔1釜底采出物送至废水处理，塔顶汽相采出物送至分子筛吸附塔；精馏塔2塔顶采出物送至精馏塔1，精馏塔1塔顶采出物经分子筛脱水剂的吸附作用除去部分水份，获得燃料乙醇产品，精馏塔2釜底采出物送至废水处理；生产食用酒精产品流程是：精馏塔1塔顶汽相采出物送至冷凝冷却器冷凝后，送至脱醛塔进料，精馏塔2塔顶采出物和部分塔釜采出物送至脱醛塔进料，脱醛塔塔釜采出乙醇水溶液送至产品塔作为进料；产品塔塔上部侧线采出合格的食用酒精产品，塔的中下部侧线采出杂醇油流股送至回收塔作进料，塔顶采出物送至回收塔进料，塔釜的釜底采出废水部分送至脱醛塔进料。
产品塔的塔顶操作绝对压力为0.15—0.4Mpa.产品塔塔顶汽分别送至回收塔再沸器和脱醛塔再沸器作为加热介质。
实施例1：
采用玉米为原料生产燃料乙醇产品，生产过程主要包括液化单元、发酵单元、精馏脱水单元等。具体步骤如下：
1.液化单元
液化单元生产过程参见图1－液化单元流程图。首先将玉米干原料清理脱杂，再进行粉碎。粉碎后的原料在拌料器中加水制成粉浆送至粉浆罐，同时流加淀粉酶等辅助材料。在粉浆罐中粉浆用粉浆泵送至喷射液化器，喷射液化器通过控制水蒸气的量控制物料加热温度，喷射器出口物料温度控制到115℃，送至维持罐中停留25分钟后，物料进入到液化醪闪蒸降温罐至85℃，降温后的料液进入到液化罐，同时流加淀粉酶。料液在液化罐内停留90分钟，通过搅拌器使淀粉酶与料液混合均匀，进行液化操作。
完成液化操作的液化醪冷却将温度降至30℃。同时流加营养盐、糖化酶和硫酸溶液等辅助材料。
2.发酵单元
酒精发酵生产过程参见图2－发酵单元流程图。发酵操作方式为连续，整个系统主要由6个发酵罐和1个CO2洗涤塔等组成。
自液化单元已冷却的液化醪，部分送入酒母扩培罐，部分送至发酵罐。将活化后的酒母放入酒母扩培罐中，同时加入液化醪，向罐内连续通入适量的无菌空气，在扩培温度30℃的条件下进行培养，在酵母细胞数达到要求后，连续向发酵罐供料，发酵醪依次连续通过6个发酵罐，而酵母扩培罐继续添加液化醪。发酵罐控制温度32℃，最后一个发酵罐中发酵醪经发酵成熟醪泵向精馏脱水单元连续供应发酵成熟醪。酒精发酵过程排出的CO2引入CO2洗涤塔，CO2洗涤塔的洗涤水洗涤后送至液化单元用于拌料。
3.精馏脱水单元
酒精精馏脱水生产过程参见图3－精馏脱水单元流程图（1）。来自发酵单元的成熟醪在精馏脱水单元通过精馏和分子筛变压变温吸附操作，得到燃料乙醇产品。酒精精馏脱水单元主要由。操作主要涉及的设备:粗馏塔为填料和板式复合塔、精塔1为板式塔、精塔2为填料和板式复合塔、吸附塔内装3A分子筛。
燃料乙醇生产操作流程具体参见图3－精馏脱水单元流程图（1）。自发酵单元的发酵成熟醪进入粗馏塔，粗馏塔操作压力(绝对压力)为0.6MPa，醪液在此脱除水、有机酸和重组份杂质等，塔顶采出的粗酒送入精塔2进料，粗馏塔釜采系统至废水处理，粗塔侧线采出流股通过管线送入精塔1进料口；物料在精塔1内进行传质操作，在此脱除水、有机酸和重组份杂质等,精塔1釜采排出至废水处理，操作压力(绝对压力)为0.25MPa，塔顶汽相采出至分子筛吸附塔；来自粗塔的粗酒在精塔2塔内进行传质操作，在此脱除水等杂质,浓缩回收酒精，操作压力(绝对压力)为0.6MPa,塔顶顶采送至精塔1，其余顶汽送至精塔1再沸器冷凝后回流，精塔2釜采排出至废水处理；精塔1塔顶采送至分子筛吸附塔，经分子筛等脱水剂的吸附作用除去残余水份，再通过冷凝冷却后，最终获得的燃料乙醇产品满足国标GB18350－2001，吸附操作压力(绝对压力)为0.01～0.25MPa，吸附再生汽冷凝后送至精塔2。
实施例2：
采用木薯为原料生产食用酒精产品，生产过程主要包括液化单元、发酵单元、精馏脱水单元等。具体步骤如下：
1.液化单元
液化单元生产过程参见图1－液化单元流程图。首先将木薯干原料清理脱杂，再进行粉碎。粉碎后的原料在拌料器中加水制成粉浆送至粉浆罐，同时流加淀粉酶等辅助材料。在粉浆罐中粉浆用粉浆泵送至喷射液化器，喷射液化器通过控制水蒸气的量控制物料加热温度，喷射器出口物料温度控制到110℃，送至维持罐中停留8分钟后，物料进入到液化醪闪蒸降温罐至83℃，降温后的料液进入到液化罐，同时流加淀粉酶。料液在液化罐内停留150分钟，通过搅拌器使淀粉酶与料液混合均匀，进行液化操作。
完成液化操作的液化醪冷却将温度降至32℃。同时流加营养盐、糖化酶和硫酸溶液等辅助材料。
2.发酵单元
酒精发酵生产过程参见图2－发酵单元流程图。发酵操作方式为间歇，整个系统主要由8个发酵罐和1个CO2洗涤塔等组成。
自液化单元已冷却的液化醪，部分送入酒母扩培罐，部分送至发酵罐。将活化后的酒母放入酒母扩培罐中，同时加入液化醪，向罐内连续通入适量的无菌空气，在扩培温度30℃的条件下进行培养，在酵母细胞数达到要求后，连续向发酵罐供料，发酵醪依次分别送入8个发酵罐，而酵母扩培罐继续添加液化醪。发酵罐控制温度36℃，发酵罐中发酵醪酒度达到要求后，经发酵成熟醪泵向精馏脱水单元连续供应发酵成熟醪。酒精发酵过程排出的CO2引入CO2洗涤塔，CO2洗涤塔的洗涤水洗涤后送至液化单元用于拌料。
3.精馏脱水单元
酒精精馏脱水生产过程参见图3－精馏脱水单元流程图（1）和图4－精馏脱水单元流程图（2），酒精精馏脱水单元主要由粗馏塔、精塔1、精塔2、脱醛塔、产品塔、回收塔构成。操作主要涉及的设备:粗馏塔为板式复合塔、精塔1为板式塔、精塔2为板式塔、脱醛塔为填料和板式复合塔、产品塔为填料塔、回收塔为板式塔。
食用酒精产品生产的操作流程具体参见图3－精馏脱水单元流程图（1）和图4－精馏脱水单元流程图（2）。自发酵单元的发酵成熟醪进入粗馏塔，操作压力(绝对压力)为0.02MPa，醪液在此脱除水、有机酸和重组份杂质等，塔顶采出的粗酒送入精塔2进料，粗馏塔釜采系统至废水处理，粗塔侧线采出流股通过管线送入精塔1进料口；物料在精塔1内进行传质操作，在此脱除水、有机酸和重组份杂质等,精塔1釜采排出至废水处理，操作压力(绝对压力)为0.3MPa，塔顶汽相采出至冷凝冷却器冷凝后，再送至脱醛塔进料；来自粗塔的粗酒在精塔2塔内进行传质操作，在此脱除水等杂质，操作压力(绝对压力)为0.8MPa,塔顶顶汽送至精塔1再沸器冷凝后部分回流，部分送至脱醛塔进料，精塔2釜采部分排出至废水处理，部分送至脱醛塔进料；脱醛塔操作压力(绝对压力)为0.15MPa，脱醛塔塔釜釜采乙醇水溶液送至产品塔作为进料，塔顶采出酯类、醇类和杂醇油为主要杂质的乙醇水溶液送至回收塔作为进料；产品塔的塔顶操作压力(绝对压力)为0.4Mpa，塔上部侧线采出食用酒精产品，满足食用酒精产品国标（GB10343-2000）的特优级标准，塔的中下部侧线采出杂醇油流股送至回收塔作进料，塔顶采出液送至回收塔进料，塔釜的釜采废水部分排至废水处理，部分送至脱醛塔进料；回收塔的塔顶操作压力(绝对压力)为0.2Mpa，回收塔塔下部的侧线采出杂醇油流股至杂醇油萃取器，塔釜釜采废水部分排至废水处理，塔顶采出工业酒精产品。产品塔、脱醛塔和回收塔加热方式：产品塔通过新鲜蒸汽直接或间接加热，产品塔塔顶汽分别送至回收塔再沸器和脱醛塔再沸器的加热介质，冷凝后部分回流，部分采出至回收塔进料。
Claims (3)
1.一种燃料乙醇和食用酒精联合生产方法，生产过程包括液化单元、发酵单元、精馏脱水单元,其特征是:
生产燃料乙醇产品流程是：发酵成熟醪进入粗馏塔，塔顶采出的粗酒送入精馏塔（2）进料，粗馏塔塔底采出至废水处理，粗塔侧线采出流股通过管线送入精馏塔（1）进料口；精馏塔（1）釜底采出物送至废水处理，塔顶汽相采出物送至分子筛吸附塔；精馏塔（2）塔顶采出物送至精馏塔（1），精馏塔（1）塔顶采出物经分子筛脱水剂的吸附作用除去部分水份，获得燃料乙醇产品，精馏塔（2）釜底采出物送至废水处理；
生产食用酒精产品流程是：精馏塔（1）塔顶汽相采出物送至冷凝冷却器冷凝后，送至脱醛塔进料，精馏塔（2）塔顶采出物和部分塔釜采出物送至脱醛塔进料，脱醛塔塔釜采出乙醇水溶液送至产品塔作为进料；产品塔塔上部侧线采出合格的食用酒精产品，塔的中下部侧线采出杂醇油流股送至回收塔作进料，塔顶采出物送至回收塔进料，塔釜的釜底采出废水部分送至脱醛塔进料。
2.如权利要求1所述的联合生产方法，其特征是所述的产品塔的塔顶操作绝对压力为0.15—0.4Mpa。
3.如权利要求1所述的生产方法，其特征是所述的产品塔塔顶汽分别送至回收塔再沸器和脱醛塔再沸器作为加热介质。
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