CN213232068U - 蒸馏与膜分离耦合生产燃料乙醇的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了蒸馏与膜分离耦合生产燃料乙醇的系统，其包括醪液一级预热器、醪液二级预热器、粗馏塔、粗塔再沸器A/B、粗塔再沸器C、精馏塔、加压塔、加压塔再沸器、加压塔回流罐、精塔采出预热器和膜精制单元。本实用新型将酒精蒸馏与膜精制工艺相结合，并充分采用热耦合技术，达到能量的循环回收利用，大大降低了蒸汽消耗量，吨燃料乙醇蒸馏蒸汽消耗较分子筛吸附法降低了0.3‑0.5t/t；依据市场需求可以同时生产燃料乙醇和普级酒精，适用范围更加广泛，灵活性高；本实用新型系统运行稳定，适用于万吨以上燃料乙醇的工业化生产。

Description

蒸馏与膜分离耦合生产燃料乙醇的系统

技术领域：

本实用新型涉及生产燃料乙醇的系统，特别是涉及蒸馏与膜分离耦合生产燃料乙醇的系统。

背景技术：

燃料乙醇是体积浓度达到99.5％以上的无水乙醇，燃料乙醇作为可再生的清洁生物质能源之一，能够帮助我国走出碳排放量居高不下、化石能源日益短缺所带来的困境。燃料乙醇不但可以拉动农业，解决人畜不可食用粮食库存问题，还可以保护环境。

目前，能够规模化生产燃料乙醇的主要方法有共沸精馏法、萃取精馏法、膜分离法和吸附法。上规模装置以分子筛吸附法为主，其技术成熟可靠，适应性广。然而，分子筛吸附法吸附、解吸再生频繁切换，工艺流程波动大，存在产品蒸汽热量无法回收利用，设备能耗高问题。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种运行稳定、低能耗的蒸馏与膜分离耦合生产燃料乙醇的系统。

本实用新型由如下技术方案实施：蒸馏与膜分离耦合生产燃料乙醇的系统，其包括醪液一级预热器、醪液二级预热器、粗馏塔、粗塔再沸器A/B、粗塔再沸器C、精馏塔、加压塔、加压塔再沸器、加压塔回流罐、加压塔进料预热器、精塔采出预热器和膜精制单元；

所述醪液一级预热器、所述醪液二级预热器、所述粗馏塔、所述精馏塔、精塔采出预热器、加压塔和膜精制单元依次通过管线连接；所述加压塔的回流口与所述精塔采出预热器的进口通过管线连接；

所述粗馏塔的底部出口分别与所述粗塔再沸器A/B的料液进口和所述粗塔再沸器C的料液进口通过管线连接，所述粗塔再沸器A/B的料液出口和所述粗塔再沸器C的料液出口均与所述粗馏塔的底部进口通过管线连接；

所述加压塔的底部出口与所述加压塔再沸器的进口通过管线连接，所述加压塔再沸器的出口与所述加压塔的底部进口通过管线连接；

所述精馏塔的塔底酒精出口与所述加压塔进料预热器的进口通过管线连接，加压塔进料预热器的出口与所述加压塔的进口通过管线连接；

成熟发酵醪经过醪液一级预热器和醪液二级预热器两级预热器预热至100℃后，在粗馏塔顶部进入，酒精蒸汽在粗馏塔顶部通过导气筒气相进入精馏塔；精馏塔塔底酒精经加压塔进料预热器预热后进入加压塔，精馏塔采出的酒精经精馏塔采出预热器预热后也进入加压塔。从加压塔的塔顶得到乙醇蒸汽，进入膜精制单元提纯后制得燃料酒精。

将酒精蒸馏与膜精制工艺相结合制备得到燃料乙醇，大大降低了蒸汽消耗量，吨燃料乙醇蒸馏蒸汽消耗较分子筛吸附法降低了0.3-0.5t/t；

优选的，所述膜精制单元的燃料乙醇出口与所述粗塔再沸器C的热源进口通过管线连接，所述粗塔再沸器C的热源出口与燃料乙醇成品换热器的进口连接，所述燃料乙醇成品换热器的出口与燃料乙醇储罐进口通过管线连接。用膜精制单元产出的燃料乙醇为粗塔再沸器C提供热源，降低粗塔再沸器C的蒸汽消耗量。

优选的，所述膜精制单元包括过热器和若干级膜组件，相邻的两个膜组件之间设置有补热器，所述膜组件与所述补热器依次通过管线连接，所述加压塔的乙醇蒸汽出口与所述过热器的进口通过管线连接，所述过热器的出口与第一个所述膜组件的进口通过管线连接，最后一个所述膜组件的燃料乙醇出口与所述粗塔再沸器C的热源进口通过管线连接。从加压塔的塔顶得到乙醇蒸汽，乙醇蒸汽通过过热器将乙醇蒸汽加热至130℃后依次进入各级膜组件进行分离，膜组件之间设置补热器将膜组件截留的物料蒸汽加热到130℃；在各级膜组件内，水汽透过分子筛膜进入冷凝器冷凝后进入真空缓冲罐，进入精馏系统蒸馏。乙醇蒸汽被分子筛膜截留，返回粗塔再沸器C经冷凝后做为燃料乙醇产品采出，并同时为粗塔再沸器C提供热源，降低蒸汽的消耗量。

优选的，所述膜组件为PVA膜、NaA分子筛膜、T型分子筛膜、MOR分子筛膜或ZSM-5分子筛膜中的任意一种。

优选的，所述粗馏塔的废糟液出口与所述醪液二级预热器的热源进口通过管线连接，所述醪液二级预热器的热源出口与废糟液储罐的进口通过管线连接。粗馏塔的废糟液为醪液二级预热器提供热源，降低醪液二级预热器的能量消耗。

优选的，所述精馏塔的酒气出口与所述醪液一级预热器的热源进口通过管线连接，所述醪液一级预热器的热源出口与精塔冷凝器的进口通过管线连接；精馏塔的酒气为醪液一级预热器提供热源，降低醪液一级预热器的能量消耗。

进一步，所述加压塔的乙醇蒸汽出口与所述粗塔再沸器A/B的热源进口通过管线连接，所述粗塔再沸器A/B的热源出口与所述加压塔回流罐的进口通过管线连接，所述加压塔回流罐的出口与所述加压塔的回流口通过管线连接。从加压塔的塔顶得到乙醇蒸汽，一部分进入膜精制单元提纯后制得燃料酒精，一部分进入粗塔再沸器A/B并经换热后回流至加压塔的塔顶，不进行燃料乙醇生产时，可作为普级酒精成品采出。同时，加压塔的乙醇蒸汽为粗塔再沸器A/B提供热源，降低粗塔再沸器A/B的蒸汽消耗量。

本实用新型的优点：本实用新型将酒精蒸馏与膜精制工艺相结合，并充分采用热耦合技术，达到能量的循环回收利用，大大降低了蒸汽消耗量，吨燃料乙醇蒸馏蒸汽消耗较分子筛吸附法降低了0.3—0.5t/t；解决了分子筛吸附法吸附、解吸再生频繁切换，工艺流程波动大，存在产品蒸汽热量无法回收利用、20～30v％的淡酒需循环精制处理、设备能耗高等问题，该工艺依据市场需求可以同时生产燃料乙醇和普级酒精，适用范围更加广泛，灵活性高；本实用新型系统运行稳定，适用于万吨以上燃料乙醇的工业化生产。

附图说明：

图1是蒸馏与膜分离耦合生产燃料乙醇的系统示意图。

图2为膜精制单元结构示意图。

醪液一级预热器1，醪液二级预热器2，粗馏塔3，粗塔再沸器A/B4，粗塔再沸器C5，精馏塔6，加压塔7，加压塔再沸器8，加压塔回流罐9，加压塔进料预热器10，精塔采出预热器11，膜精制单元12，过热器12-1，膜组件12-2，补热器12-3，加压塔回流罐9。

具体实施方式：

如图1-2所示，蒸馏与膜分离耦合生产燃料乙醇的系统，其包括醪液一级预热器1、醪液二级预热器2、粗馏塔3、粗塔再沸器A/B4、粗塔再沸器C5、精馏塔6、加压塔7、加压塔再沸器8、加压塔回流罐9、加压塔进料预热器10、精塔采出预热器11和膜精制单元12；

醪液一级预热器1、醪液二级预热器2、粗馏塔3、精馏塔6、精塔采出预热器11、加压塔7和膜精制单元12依次通过管线连接；加压塔7的回流口与所述精塔采出预热器11的进口通过管线连接；

粗馏塔3的底部出口分别与粗塔再沸器A/B4的料液进口和粗塔再沸器C5的料液进口通过管线连接，粗塔再沸器A/B4的料液出口和粗塔再沸器C5的料液出口均与粗馏塔3的底部进口通过管线连接；

加压塔7的底部出口与加压塔再沸器8的进口通过管线连接，加压塔再沸器8的出口与加压塔7的底部进口通过管线连接；

精馏塔6的塔底酒精出口与加压塔进料预热器10的进口通过管线连接，加压塔进料预热器10的出口与加压塔7的进口通过管线连接；

成熟发酵醪经过醪液一级预热器1和醪液二级预热器2两级预热器预热至100℃后，在粗馏塔3顶部进入，酒精蒸汽在粗馏塔3顶部通过导气筒气相进入精馏塔6；精馏塔6塔底酒精经加压塔进料预热器10预热后进入加压塔7，精馏塔6采出的酒精经精馏塔采出预热器11预热后也进入加压塔7。从加压塔7的塔顶得到乙醇蒸汽，进入膜精制单元12提纯后制得燃料酒精。

将酒精蒸馏与膜精制工艺相结合制备得到燃料乙醇，大大降低了蒸汽消耗量，吨燃料乙醇蒸馏蒸汽消耗较分子筛吸附法降低了0.3-0.5t/t；

在一具体实施方式中，膜精制单元12的燃料乙醇出口与粗塔再沸器C5的热源进口通过管线连接，粗塔再沸器C5的热源出口与燃料乙醇成品换热器的进口连接，燃料乙醇成品换热器的出口与燃料乙醇储罐进口通过管线连接。用膜精制单元12产出的燃料乙醇为粗塔再沸器C5提供热源，降低粗塔再沸器C5的蒸汽消耗量。

在一具体实施方式中，膜精制单元12包括过热器12-1和若干级膜组件12-2，本实施例设有三级膜组件，相邻的两个膜组件之间设置有补热器12-3，膜组件12-2与补热器12-3依次通过管线连接，加压塔7的乙醇蒸汽出口与过热器12-1的进口通过管线连接，过热器12-1的出口与第一个膜组件的进口通过管线连接，最后一个膜组件的燃料乙醇出口与粗塔再沸器C5的热源进口通过管线连接。从加压塔7的塔顶得到乙醇蒸汽，乙醇蒸汽通过过热器12-1将乙醇蒸汽加热至130℃后依次进入各级膜组件进行分离，膜组件之间设置补热器将膜组件截留的物料蒸汽加热到130℃；在各级膜组件内，水汽透过分子筛膜进入冷凝器冷凝后进入真空缓冲罐，进入精馏系统蒸馏。乙醇蒸汽被分子筛膜截留，返回粗塔再沸器C5经冷凝后做为燃料乙醇产品采出，并同时为粗塔再沸器C5提供热源，降低蒸汽的消耗量。

在一具体实施方式中，膜组件12-2为PVA膜、NaA分子筛膜、T型分子筛膜、MOR分子筛膜或ZSM-5分子筛膜中的任意一种。

在一具体实施方式中，粗馏塔3的废糟液出口与醪液二级预热器2的热源进口通过管线连接，醪液二级预热器2的热源出口与废糟液储罐的进口通过管线连接。粗馏塔3的废糟液为醪液二级预热器2提供热源，降低醪液二级预热器2的能量消耗。

在一具体实施方式中，精馏塔6的酒气出口与醪液一级预热器1的热源进口通过管线连接，醪液一级预热器1的热源出口与精塔冷凝器的进口通过管线连接；精馏塔6的酒气为醪液一级预热器1提供热源，降低醪液一级预热器1的能量消耗。

在一具体实施方式中，加压塔7的乙醇蒸汽出口与粗塔再沸器A/B4的热源进口通过管线连接，粗塔再沸器A/B4的热源出口与加压塔回流罐9的进口通过管线连接，加压塔回流罐9的出口与加压塔7的回流口通过管线连接。从加压塔7的塔顶得到乙醇蒸汽，一部分进入膜精制单元12提纯后制得燃料酒精，一部分进入粗塔再沸器A/B4并经换热后由加压塔回流罐9回流至加压塔7的塔顶，不进行燃料乙醇生产时，可作为普级酒精成品采出。同时，加压塔7的乙醇蒸汽为粗塔再沸器A/B4提供热源，降低粗塔再沸器A/B4的蒸汽消耗量。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.蒸馏与膜分离耦合生产燃料乙醇的系统，其特征在于，其包括醪液一级预热器、醪液二级预热器、粗馏塔、粗塔再沸器A/B、粗塔再沸器C、精馏塔、加压塔、加压塔再沸器、加压塔回流罐、加压塔进料预热器、精塔采出预热器和膜精制单元；

所述醪液一级预热器、所述醪液二级预热器、所述粗馏塔、所述精馏塔、精塔采出预热器、加压塔和膜精制单元依次通过管线连接；所述加压塔的回流口与所述精塔采出预热器的进口通过管线连接；

所述粗馏塔的底部出口分别与所述粗塔再沸器A/B的料液进口和所述粗塔再沸器C的料液进口通过管线连接，所述粗塔再沸器A/B的料液出口和所述粗塔再沸器C的料液出口均与所述粗馏塔的底部进口通过管线连接；

所述加压塔的底部出口与所述加压塔再沸器的进口通过管线连接，所述加压塔再沸器的出口与所述加压塔的底部进口通过管线连接；

所述精馏塔的塔底酒精出口与所述加压塔进料预热器的进口通过管线连接，所述加压塔进料预热器的出口与所述加压塔的进口通过管线连接。

2.根据权利要求1所述的蒸馏与膜分离耦合生产燃料乙醇的系统，其特征在于，所述膜精制单元的燃料乙醇出口与所述粗塔再沸器C的热源进口通过管线连接，所述粗塔再沸器C的热源出口与燃料乙醇成品换热器的进口连接，所述燃料乙醇成品换热器的出口与燃料乙醇储罐进口通过管线连接。

3.根据权利要求2所述的蒸馏与膜分离耦合生产燃料乙醇的系统，其特征在于，所述膜精制单元包括过热器和若干级膜组件，相邻的两个膜组件之间设置有补热器，所述膜组件与所述补热器依次通过管线连接，所述加压塔的乙醇蒸汽出口与所述过热器的进口通过管线连接，所述过热器的出口与第一个所述膜组件的进口通过管线连接，最后一个所述膜组件的燃料乙醇出口与所述粗塔再沸器C的热源进口通过管线连接。

4.根据权利要求3所述的蒸馏与膜分离耦合生产燃料乙醇的系统，其特征在于，所述膜组件为PVA膜、NaA分子筛膜、T型分子筛膜、MOR分子筛膜或ZSM-5分子筛膜中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的蒸馏与膜分离耦合生产燃料乙醇的系统，其特征在于，所述粗馏塔的废糟液出口与所述醪液二级预热器的热源进口通过管线连接，所述醪液二级预热器的热源出口与废糟液储罐的进口通过管线连接。

6.根据权利要求1所述的蒸馏与膜分离耦合生产燃料乙醇的系统，其特征在于，所述精馏塔的酒气出口与所述醪液一级预热器的热源进口通过管线连接，所述醪液一级预热器的热源出口与精塔冷凝器的进口通过管线连接。

7.根据权利要求1所述的蒸馏与膜分离耦合生产燃料乙醇的系统，其特征在于，所述加压塔的乙醇蒸汽出口与所述粗塔再沸器A/B的热源进口通过管线连接，所述粗塔再沸器A/B的热源出口与所述加压塔回流罐的进口通过管线连接，所述加压塔回流罐的出口与所述加压塔的回流口通过管线连接。

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