WO2008046634A1 - Anlage zum destillieren von alkohol, insbesondere ethylalkohol aus fermentierter maische - Google Patents

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WO2008046634A1
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alcohol
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reboiler
distillation
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PCT/EP2007/009061
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Daniel Bethge
Paul Hildenbrand
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Gea Wiegand Gmbh
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/001—Processes specially adapted for distillation or rectification of fermented solutions
    • B01D3/003—Rectification of spirit
    • B01D3/004—Rectification of spirit by continuous methods
    • B01D3/005—Combined distillation and rectification
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the invention relates to a plant for distilling alcohol, in particular 5 ethyl alcohol from fermented mash.
  • ethyl alcohol is also suitable as a fuel for driving internal combustion engines.
  • the conventional production of ethyl alcohol from renewable agricultural raw materials requires relatively high energy consumption.
  • the alcohol is made from fermented, i. fermented and thus containing alcohol mash by means of a Destillationskolo ⁇ ne, also called mash column, expelled. Since the alcohol concentration of the crude alcohol expelled in the distillation column is comparatively low, the alcohol concentration in a subsequent rectification column and optionally a dehydrogenation process must be increased to a value sufficient for its later use as a fuel or industrial alcohol.
  • the energy requirement of the distillation plant is largely determined by the energy requirements of the rectification column, which is usually heated by live steam.
  • the distillation column can in turn be energy-saving by recovering the heat energy, for example, the Kopfbrüdens the rectification column, heated. 5 It is an object of the invention to provide a distillation plant for alcohol produced from renewable agricultural raw materials, in particular ethyl alcohol, which manages with less operating energy than before.
  • the invention is based on a plant for distilling alcohol, in particular o-ethyl alcohol from fermented mash, which contains at least one distillation column which leaves the fermented mash raw alcohol and one of the distillation column downstream, the alcohol concentrate.
  • tion increasing rectification column comprises.
  • the improvement according to the invention consists in that the at least one distillation column is followed by a rectifying column concentrating the crude alcohol of the distillation column, whose head vapor condensate can be fed to the rectification column as a head-side reflux and from whose foot region alcohol-water mixture of the rectification column can be fed as feed to be concentrated.
  • the head vapor of the booster column already consists of rectified alcohol. Due to the alcohol content in the foot region of the reinforcing column, the temperature difference to the top of the column is low.
  • the reinforcing column can therefore be easily integrated into the heat balance of the distillation unit, i. heat by the energy of product streams from other stages of the distillation plant.
  • ethanol is rectified to the azeotropic point, ie a concentration of about 96% by volume in the final product. It has been shown that for use as a fuel or industrial alcohol, rectification is only sufficient up to about 94% by volume, especially if the ethyl alcohol concentrated in this way is dehydrated in a subsequent stage, in particular a molecular sieve arrangement.
  • the energy requirement of the distillation unit can be considerably reduced by limiting the rectification to an alcohol concentration of about 94% by volume, especially if at the same time it is ensured that the distillation temperature of the distillation column is kept below 85 ° C.
  • distillation column subtracts the crude alcohol at a distillation temperature of less than 85 ° C and the rectification column increases the alcohol concentration of the crude alcohol to about 94 vol%.
  • a distillation temperature of less than 85 ° C is suitable especially for mash raw materials with a relatively high protein content, as is the case, for example, with rye, wheat, barley, etc. If, owing to the lower concentration in the rectification column, secondary constituents remain in the final alcohol product, this is tolerable in the intended use for fuel or industrial alcohol.
  • the rectified alcohol can be conventionally dehydrated.
  • the rectification column is preferably followed by a molecular sieve arrangement for the dehydrogenation of the rectified alcohol.
  • the rectification column is expediently operated with head overpressure, for example of up to 3 bar, so that the rectified alcohol obtained in the rectification column in the molecular sieve arrangement can already be supplied in vapor form.
  • the rectified alcohol can be fed to the molecular sieve arrangement via a superheater, for example a superheater heated with live steam.
  • the heat content of the dehydrogenated in the molecular sieve arrangement alcohol can be used for the improvement of the heat balance of the distillation plant when a reboiler heating the reinforcing column is heated by the dehydrated alcohol.
  • the molecular sieve assembly has at least two molecular sieves alternately in a drying mode in which the rectified alcohol is dehydrated at elevated pressure and a regeneration mode in which the molecular sieve is rinsed with dehydrated alcohol at reduced pressure, this portion of the dehydrated alcohol again is moistened.
  • the reinforcing column is heated by a further reboiler, which in turn is heated by Kopfbrüden the rectification column.
  • a reboiler associated with the rectification column is in turn heated by live steam in order to remove the
  • the or the reboiler of the reinforcing column or / and the reboiler of the rectification column are expediently designed as arranged in a forced circulation evaporator. Falling film evaporators are preferably used for this purpose, since they are distinguished by a comparatively low temperature difference between the heating temperature and the evaporation temperature.
  • the forced circulation loop of the reboiler of the reinforcing column is guided here by its foot region, wherein the alcohol inflow of the rectification column is branched off from this forced circulation loop.
  • Distillation column and / or the reboiler of the reinforcing column is advantageously fed to the reinforcing column and / or the rectification column as reflux.
  • the heated by dehydrated alcohol reboiler of the reinforcing column condenses the dehydrated alcohol usually not completely.
  • the heat content of the dehydrated alcohol can be used to preheat the condensed alcohol-water mixture as it leaves the condenser in the regeneration mode of the molecular sieve assembly.
  • the head vapor of the reinforcing column is expediently utilized for heating the distillation column.
  • the one caused by the head ulcer heated reboiler of the distillation column also forms the condenser of the reinforcing column, wherein the condensate of the overhead vapor of the reinforcing column and / or the rectification column can be fed as reflux.
  • Reinforcing column of this and / or the rectification column are fed as reflux.
  • the falling film evaporator forming the reboiler of the distillation column is heated by the reinforcing column arranged in the alcohol product stream between the distillation column and the rectification column and increasing the alcohol concentration of the crude alcohol. While this recovers some of the energy used to heat the boost column, this energy may not be enough to fully heat the distillation column after the boost column is operated at a lower energy level as compared to a conventional rectification column. In individual cases, therefore, the energy requirement of the distillation column must be supplemented elsewhere.
  • a forced circulation evaporator can be provided in a manner known per se, which is heated by overhead vapors of the distillation column. Since the pressure and the temperature of the top of the distillation column of the distillation column for the operation of the forced circulation evaporator is not sufficient, it is known to increase the pressure and the temperature of the Kopfbrüdens by means of a compressor. Since the compressor compresses vapors containing alcohol, the compressor must be explosion-proof, which reduces the constructive effort. increased significantly.
  • the crude alcohol vapor of the distillation column is at least partially condensable in an evaporator used to generate steam and the water vapor via a pressure and / or the temperature of the water vapor increasing mechanical compressor of the distillation column or another, from the fermented mash as crude alcohol stripping distillation column can be supplied to the heating thereof.
  • the compressor thus compresses non-alcoholic water vapor and thus does not have to be explosion-proof. Since it is a mechanical compressor, it can be driven electrically, which can be relatively easily and inexpensively.
  • the compressed by means of the mechanical compressor water vapor can be additionally supplied to the already partially heated by the reboiler distillation column.
  • a first distillation column can be heated by head vapor of a subsequent column increasing the alcohol concentration, for example the amplification column or rectification column, while the second distillation column is heated by the compressed water vapor of the mechanical compressor.
  • the two distillation columns, the mash is fed in parallel, but the second distillation column is preferably operated at a lower head temperature and lower pressure than the first distillation column.
  • the vapor-generating evaporator is preferably a falling-film evaporator in order to be able to use the low temperature difference between heating temperature and evaporation temperature in the case of the falling-film evaporator.
  • the falling-film evaporator is expediently arranged for the generation of the steam in a circulation circuit for fresh water or stillage or vapors.
  • the production of steam from vats or vials has the advantage that the steam has sufficient temperature, since the vinasse from the heated
  • Foot portion of the distillation column is withdrawn. If fresh water is used, it must be preheated. However, the use of fresh water avoids that components contained in the vinasse are transformed by cracking reactions in volatile substances that can reach the raw alcohol. The use of fresh water minimizes denaturation reactions and deposits in the falling film evaporator.
  • the mechanical compressor is nevertheless preferably connected to the circulation circuit via a separator separating the steam, in particular a flash separator.
  • the mechanical compressor may be constructed as a compressor or as a paddle wheel compressor. It is understood that the compressor may also include a plurality of serially connected mechanical compressor stages.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of an ethyl alcohol from fermented mash-producing distillation plant.
  • the distillation plant suitable for the production of ethyl alcohol as a fuel for internal combustion engines or for industrial purposes is fermented from a precursor 1 of the alcohol production process, ie fermented and thus ethyl alcohol-containing mash of a relatively high-protein agricultural raw material, such as rye, wheat, Barley, etc. supplied.
  • the mash is heated in a preheater 3 to the distillation temperature of a distillation column 5 and fed to the distillation column 5 via a line 7.
  • the head region, often also referred to as mashing column distillation column 5 is indicated at 11, her foot at 13.
  • the crude alcohol withdrawn from the head region 11 of the distillation column 5 as alcohol vapors is condensed in a multistage and at the same time energy recovery of the thermal energy contained in the crude alcohol and condensed in liquid form by means of a feed pump 17 via a raw alcohol to the rectification temperature of a booster column 19 Preheater 21 fed at 23 as an inlet.
  • the reinforcing column 19 already increases the alcohol content of the crude alcohol of the distillation column in the head to about 94% by volume; the remaining ethanol in the bottom is separated from the lutter water in the rectification column 33.
  • the rectified alcohol vapor withdrawn from the head region 25 of the amplification column 19 is, as will be explained in more detail below, condensed in a reboiler 27 which heats the distillation column 5 and used as a top condenser of the amplification column 19 and by means of a feed pump 29 both to the head region 25 of the amplification column 19 also fed to the head region 31 of a rectification column 33 connected downstream of the amplification column 19 as reflux.
  • the feed of the rectification column 33 is ethanol-water mixture, which is withdrawn via a forced circulation circuit 35 by means of a feed pump 37 from the foot region 39 of the reinforcing column 19 and fed via a line 41 of the rectification column 33.
  • the temperature difference of the base region 39 is Head region 25 of the reinforcing column 19 comparatively low, so that the amplification column 19 can be well integrated into the heat balance of the distillation still even if the rectification column 33 is operated only at a head temperature between 85 and 11O 0 C. It is essential for the reduction of the energy requirement of the distillation plant that the rectification column 33 only concentrates the alcohol to about 94% by volume before the rectified alcohol is fed to the molecular sieve arrangement 43 for dehydrogenation. At the same time the distillation temperature of the distillation column 5 is limited to a temperature of less than 85 ° C, so that the distillation process is carried out at a lower energy level than before.
  • the reboiler 27 which is heated by head vapor of the amplification column 19 and condenses the head vapor is designed as a falling film evaporator and heats the foot region 13 of the distillation column 5.
  • the non-alcoholic stillage obtained in the distillation column 5 is fed via a foot region outlet 49 to a decanter 51 which separates the vinasse into a at 53 removed from the process solids fraction and a via a line 54 downstream of the reboiler 27 but before a feed pump 56 into the forced circulation 47 split thin juice fraction divided.
  • the forced circulation circuit 47 does not circulate vinasse, but rather the thin juice fraction which is largely freed from solids.
  • the advantage of the falling-film evaporator 27 is that the temperature of the head vapor supplied at its head receiving the head column of the booster column 19 is only slightly greater, for example 5 ° C. higher than the boiling point of the product to be vaporized, here
  • Dünnsaftfr must be facilitates the integration of the plant in the energy balance of the distillation plant.
  • the amount of energy required to heat the distillation column 5 can thus be provided at a lower temperature level than heretofore.
  • the vinasse is withdrawn at a lowermost located in the foot area 13 point. It is understood that the vinasse can also be withdrawn at an overlying location, for example in the region of the lowest bottom of the distillation column 5, so that the forced circulation circuit 47 carrying the thin juice fraction can if necessary also run directly through the foot region 13.
  • the falling-film evaporator 55 is arranged in a forced circulation circuit 63 provided with a pump 61, and evaporates in the forced-circulation circuit.
  • circle circulating fresh water which is supplied at 65 from a source, not shown, in preheated form.
  • From the forced circulation circuit 47 downstream of the pump 56 running thin juice fraction or Dünnschlempe is supplied via the separator 57 to the forced circulation circuit 63 of the falling film evaporator 55 in addition to the fresh water supply and leaves the forced circulation circuit 63 and thus the process at 67.
  • the low-pressure steam on the input side of the compressor 59 has a pressure of, for example, about 200 to 250 mbar and is raised by the compressor 59 to an outlet pressure between 500 and 600 mbar at a temperature between 70 and 90 0 C.
  • the mechanical compressor can be designed as a single-stage or as a multi-stage compressor. Suitable are rotating compressors, but also bucket wheel compressors or Ventillatoren. Since the compressor 59 is driven by an electric motor, the drive energy can be made available more simply than is possible, for example, with a steam jet compressor.
  • the distillation column 5 expediently operates at a head temperature between 55 and 75 ° C and a top pressure between 300 and 500 mbar.
  • the falling film evaporator 55 instead of the falling film evaporator 55, another type of evaporator could also be used.
  • the advantage of the falling-film evaporator is its low temperature difference of, for example, 5 ° C. between the inlet temperature of the crude alcohol vapor of the distillation column 5 to be at least partially condensed and the outlet temperature of the low-pressure steam.
  • the compressor capacity of the compressor 59 can be reduced in this way.
  • the forced circulation circuit 63 fresh water is supplied, which reduces the risk of Denaturéessrevatien and secondary component formation. It is understood that it is also possible to work exclusively with thin juice fraction or thin still in the forced circulation circuit 63.
  • the mash of the distillation column 5 is supplied near its top portion 11, so dispensed with a separate from the gain column 19 gain range. Accordingly, the raw alcohol leaving the main condenser 71 has a concentration of only 40 to 60% by volume. The energy requirement of the distillation column 5 is thus comparatively low.
  • the concentration of the crude alcohol takes place in the reinforcing column 19 and subsequently the rectification column 33. Since the rectification is distributed in two stages, can be worked here energetically favorable. It is understood, however, that also the distillation column 5 may to some extent comprise additional soils for concentration.
  • the rectification column 33 is heated in a similar manner primarily via a reboiler 79 designed as a falling-film evaporator, which is connected to a forced circulation circuit 83 guided through the foot region 81 of the rectification column 33.
  • a feed pump of the forced circulation circuit 83 is shown at 85.
  • the reboiler 79 is heated by live steam, which is supplied to it from a live steam source 87 via a line 89.
  • Lutter water circulating in the forced circulation circuit 83 from the foot region 81 is withdrawn downstream of the pump 85 via a line 91 and removed from the process at 93 after it has been utilized in the preheater 21 to preheat the crude liquid alcohol fed to the boost column 19.
  • the rectification column 33 comprises about 50 trays and provides the rectified alcohol at a pressure of about 1.5 to 6 bar, for example 2 bar, on a side draw 95 in vapor form at an alcohol concentration of about 94 vol %.
  • the vaporous, rectified alcohol is fed to a superheater 97 which is likewise heated from the main steam source 87 and supplies the superheated alcohol vapor at 99 of the molecular sieve arrangement 43 for dehydrogenation.
  • the molecular sieve arrangement 43 has, in a manner known per se, a plurality of molecular sieves, in this case three molecular sieves 101, 103 and 105, which in FIG cyclic permutation in each case in a drying mode and a regeneration mode.
  • a plurality of molecular sieves in this case three molecular sieves 101, 103 and 105, which in FIG cyclic permutation in each case in a drying mode and a regeneration mode.
  • one molecular sieve in this case the molecular sieve 101, operates in the drying mode, while the other two molecular sieves 103, 105 in FIG. 5 are switched to their regeneration mode.
  • the superheated vaporous alcohol is fed to the molecular sieve currently operating in the drying mode, here the molecular sieve 101 which delivers the dehydrogenated alcohol to a manifold 107 to which the molecular sieves 101, 103, 105 share their dehydrogenated alcohol exits are connected.
  • the number of molecular sieves may differ from the illustrated embodiment.
  • at least two molecular sieves are required, operating alternately in the drying mode and the regeneration mode. Since the o regeneration mode may last longer than the dehydration usable drying cycle time, the number of molecular sieves operated in the regeneration mode is desirably greater than the number of molecular sieves operated in the drying mode.
  • the for the cyclical Reversal and Umschaltu ⁇ g the molecular sieves required controllable connection lines are indicated at 117.
  • the resulting in the regeneration mode alcohol-water mixture is 5 again fed to the rectification. Since the mixture was cooled in the condensation in the condenser 109 to a temperature of about 40 0 C, it is preheated in a preheater 119 and fed via a line 121 a forced circulation 123 of an evaporator 125 formed here as a falling film evaporator. The evaporator 125 is also heated with fresh steam from the steam source 87 and gives up
  • a feed pump of the forced circulation circuit 123 is shown at 129. 5 in the superheater 97 heated by live steam from the live steam source 87 and the falling film evaporator 79 and the evaporator 125 resulting Schudampfkondensat is withdrawn via lines 131, 133 and 135 at 137 from the process.
  • the alcohol dehydrogenated in the molecular sieve arrangement 43 heats a further reboiler 139 of the booster column 19, which is designed as a falling-film evaporator and is connected to the forced circulation circuit 35 in parallel to the reboiler 77.
  • the dehydrated alcohol is supplied to the reboiler 139 from the manifold 107 and is fed via a feed pump 5 141 to the preheater 119 for preheating the alcohol-water mixture obtained in the regeneration mode of the molecular sieve assembly 43, ultimately to be withdrawn at 45 as the final product.
  • the reboiler 27 of the distillation column 5 also forms the head-o condenser of the booster column 19, while the reboiler 77 of the booster column 19 at the same time forms the top condenser of the rectification column 33.
  • the alcohol condensate obtained in the reboilers 27 and 77 at 143 and 145, respectively, is conveyed by the feed pump 29 147 of the reinforcing column and fed at 149 of the rectification column in the head region as reflux.
  • Fusel oil accumulating in the rectification process is withdrawn at 151 from the boost column and at 153 from the rectification column and removed from the process at 155.
  • the above-described distillation plant allows to distill ethyl alcohol from wheat, rye, etc. in a low-temperature process. While conventional plants require about 2 kg of heating steam per liter of pure alcohol, corresponding to about 4000 kJ per liter of pure alcohol, the inventive distilling requires only about 2300 kJ per liter of pure alcohol plus about 54 W per liter of pure alcohol in electrical energy for the vapor compression.

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Abstract

Zur Destillation von Alkohol, insbesondere Ethylalkohol, aus fermentierter, alkoholhaltiger Maische wird vorgeschlagen, einer Rohalkohol aus der fermentierten Maische abziehenden Destillationskolone (5) eine den Rohalkohol aufkonzentrierende Verstärkungskolonne (19) nachzuschalten, deren Kopfbrüdenkondensat einer Rektifikationskolonne (33) als kopfseitiger Rücklauf zuführbar ist. Aus dem Fußbereich der Verstärkungskolonne (19) abgezogenes Alkohol-Wasser-Gemisch wird der Rektifikationskolonne (33) als aufzukonzentrierender Zulauf zugeführt. Die Destillationskolonne (5) zieht den Rohalkohol bei einer Destillationstemperatur von weniger als 85°C ab und die Rektifikationskolonne (33) erhöht die Alkoholkonzentration des Rohalkohols auf etwa 94 Vol.-%. Der rektifizierte Alkohol wird in einer Molekularsiebanordnung (43) dehydriert.

Description

Anlage zum Destillieren von Alkohol, insbesondere Ethylalkohol aus fermentierter Maische
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Destillieren von Alkohol, insbeson- 5 dere Ethylalkohol aus fermentierter Maische.
Neben Benzin und Dieselöl eignet sich auch Ethylalkohol als Kraftstoff für den Antrieb von Brennkraftmaschinen. Allerdings bedingt die herkömmliche Herstellung von Ethylalkohol aus nachwachsenden Agrarrohstoffen eineno relativ hohen Energieverbrauch. In einer herkömmlichen Destillieranlage wird der Alkohol aus fermentierter, d.h. vergorener und damit Alkohol enthaltender Maische mittels einer Destillationskoloπne, auch Maischekolonne genannt, ausgetrieben. Da die Alkoholkonzentration des in der Destillationskolonne ausgetriebenen Rohalkohols vergleichsweise niedrig ist, muss die5 Alkoholkonzentration in einer nachfolgenden Rektifikationskolonne und ggf. einem Dehydrierungsprozess auf einen seiner späteren Verwendung als Kraftstoff oder Industriealkohol genügenden Wert erhöht werden.
Der Energiebedarf der Destillieranlage wird zum größeren Teil durch deno Energiebedarf der Rektifikationskolonne bestimmt, die üblicherweise durch Frischdampf beheizt wird. Die Destillationskolonne kann ihrerseits energiesparend durch Rückgewinnen der Wärmeenergie, beispielsweise des Kopfbrüdens der Rektifikationskolonne, beheizt werden. 5 Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Destillieranlage für aus nachwachsenden Agrarrohstoffen hergestellten Alkohol, insbesondere Ethylalkohol anzugeben, die mit weniger Betriebsenergie als bisher auskommt.
Die Erfindung geht von einer Anlage zum Destillieren von Alkohol, ins-o besondere Ethylalkohol aus fermentierter Maische aus, die wenigstens eine aus der fermentierten Maische Rohalkohol abziehende Destillationskolonne und einer der Destillationskolonne nachgeschaltete, die Alkoholkonzentra- tion erhöhende Rektifikationskolonne umfasst. Die erfindungsgemäße Verbesserung besteht darin, dass der wenigstens einen Destillationskolonne eine den Rohalkohol der Destillationskolonne aufkonzentrierende Verstärkungskolonne nachgeschaltet ist, deren Kopfbrüdenkondensat der Rektifikationskolonne als kopfseitiger Rücklauf zuführbar ist und aus deren Fußbereich Alkohol-Wasser-Gemisch der Rektifikationskolonne als aufzukonzentrierender Zulauf zuführbar ist.
Der Kopfbrüden der Verstärkerungskolonne besteht bereits aus rektifi- ziertem Alkohol. Auf Grund des Alkoholgehalts im Fußbereich der Verstärkungskolonne ist die Temperaturdifferenz zum Kolonnenkopf gering. Die Verstärkungskolonne lässt sich deshalb problemlos in den Wärmehaushalt der Destillieranlage integrieren, d.h. durch die Energie von Produktströmen anderer Stufen der Destillieranlage beheizen.
Herkömmlich wird Ethanol bis zum azeotropen Punkt, d.h. einer Konzentration von etwa 96 Vol% im Endprodukt rektifiziert. Es hat sich gezeigt, dass für die Nutzung als Kraftstoff oder Industriealkohol eine Rektifikation lediglich bis etwa 94 Vol% hinreichend ist, insbesondere wenn der solchermaßen aufkonzentrierte Ethylalkohol in einer nachfolgenden Stufe, insbesondere einer Molekularsiebanordnung dehydriert wird. Der Energiebedarf der Destillieranlage kann durch Begrenzen der Rektifikation auf eine Alkoholkonzentration von etwa 94 Vol% beträchtlich verringert werden, insbesondere wenn zugleich dafür gesorgt wird, dass die Destillationstemperatur der Destillationskolonne unter 85°C gehalten wird. Der Energiebedarf der Destillationskolonne wird auf diese Weise gleichfalls verringert und kann zu einem wesentlichen Teil aus dem Energieabfluss insbesondere der Rektifikationskolonne gedeckt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist deshalb vorgesehen, dass die Destillationskolonne den Rohalkohol bei einer Destillationstemperatur von weniger als 85°C abzieht und die Rektifikationskolonne die Alkoholkonzentration des Rohalkohols auf etwa 94 Vol% erhöht. Diese Idee hat auch selbständige erfinderische Bedeutung. Eine Destillationstemperatur von weniger als 85°C eignet sich insbesondere für Maischerohstoffe mit einem relativ hohen Proteinanteil haben, wie dies zum Beispiel bei Roggen, Weizen, Gerste usw. der Fall ist. Sollten auf Grund der geringeren Aufkonzentrierung in der Rektifikationskolonne Nebenbestandteile in dem Alkohol-Endprodukt bleiben, so ist dies bei der vorgesehenen Verwendung für Kraftstoff oder Industriealkohol tolerabel.
Der rektifizierte Alkohol kann herkömmlich dehydriert werden. Bevorzugt ist der Rektifikationskolonne jedoch eine Molekularsiebanordnung zur De- hydrierung des rektifizierten Alkohols nachgeschaltet. Die Rektifikationskolonne wird hierbei zweckmäßigerweise mit Kopfüberdruck, beispielsweise von bis zu 3 bar betrieben, so dass der in der Rektifikationskolonne dampfförmig anfallende rektifizierte Alkohol der Molekularsiebanordnung bereits in Dampfform zugeführt werden kann. Der rektifizierte Alkohol kann der Molekularsiebanordnung ggf. über einen Überhitzer, beispielsweise einem mit Frischdampf beheizten Überhitzer zugeführt werden.
Der Wärmeinhalt des in der Molekularsiebanordnung dehydrierten Alkohols kann für die Verbesserung des Wärmehaushalts der Destillieranlage genutzt werden, wenn ein die Verstärkungskolonne beheizender Reboiler durch den dehydrierten Alkohol beheizt wird. Die Molekularsiebanordnung weist wenigstens zwei Molekularsiebe auf, die wechselweise in einem Trocknungsmodus, in welchem der rektifizierte Alkohol bei erhöhtem Druck dehydriert wird und einem Regenerationsmodus, in welchem das Molekular- sieb bei erniedrigtem Druck mit dehydriertem Alkohol gespült wird, wobei dieser Anteil des dehydrierten Alkohols wieder befeuchtet wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das im Trocknungsmodus betriebene Molekularsieb den dehydrierten Alkohol über den Reboiler der Verstärkungskolonne abgibt, während das andere, im Regenerationsmodus be- triebene Molekularsieb einen Anteil des dehydrierten Alkohols aufnimmt und den hierbei befeuchteten Alkohol über einen den befeuchteten Alkohol kondensierenden Kondensator und einen mit Frischdampf beheizten Verdampfer, insbesondere Fallfilmverdampfer der Rektifikationskolonne als zu rektifizierender Zulauf zuführt. Der im Regenerationsmodus befeuchtete, d.h. mit Wasser verdünnte Alkohol wird auf diese Weise erneut der Rektifikation zugeführt.
Der Energiebedarf des in der Molekularsiebanordnung dehydrierten
Alkohols reicht in aller Regel nicht zur Beheizung der Verstärkungskolonne aus. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Verstärkungskolonne durch einen weiteren Reboiler beheizt, der seinerseits durch Kopfbrüden der Rektifikationskolonne beheizt wird. Ein der Rektifikationskolonne zugeord- neter Reboiler wird seinerseits durch Frischdampf beheizt, um den
Energiebedarf der Rektifikationskolonne decken zu können. Der bzw. die Reboiler der Verstärkungskolonne oder/und der Reboiler der Rektifikationskolonne sind zweckmäßigerweise als in einem Zwangsumlaufkreis angeordnete Verdampfer ausgebildet. Bevorzugt werden hierzu Fallfilmverdampfer eingesetzt, da sich diese durch eine vergleichsweise niedrige Temperaturdifferenz zwischen Heiztemperatur und Verdampfungstemperatur auszeichnen. Der Zwangsumlaufkreis des Reboilers der Verstärkungskolonne ist hierbei durch deren Fußbereich geführt, wobei der Alkohol-Zufluss der Rektifikationskolonne aus diesem Zwangsumlaufkreis abgezweigt ist. Das Kondensat des Reboilers der
Destillationskolonne oder/und des Reboilers der Verstärkungskolonne wird zweckmäßigerweise der Verstärkungskolonne oder/und der Rektifikationskolonne als Rückfluss zugeführt.
Der durch dehydrierten Alkohol beheizte Reboiler der Verstärkungskolonne kondensiert den dehydrierten Alkohol in aller Regel nicht vollständig. Der Wärmeinhalt des dehydrierten Alkohols kann zur Vorwärmung des kondensierten Alkohol-Wasser-Gemisches genutzt werden, wie es im Regenerationsmodus der Molekularsiebanordnung deren Kondensator verlässt.
Der Kopfbrüden der Verstärkungskolonne wird zweckmäßigerweise zur Beheizung der Destillationskolonne ausgenutzt. Der durch den Kopfbrüden be- heizte Reboiler der Destillationskolonne bildet zugleich den Kondensator der Verstärkungskolonne, wobei das Kondensat des Kopfbrüdens der Verstärkungskolonne oder/und der Rektifikationskolonne als Rückfluss zuführbar ist. In entsprechender Weise kann auch das Kondensat des durch Kopfbrüden der Rektifikationskolonne beheizten Reboilers der
Verstärkungskolonne dieser oder/und der Rektifikationskolonne als Rücklauf zugeführt werden.
Es ist bekannt, die Destillationskolonne über einen als Zwangsumlauf- Verdampfer ausgebildeten Reboiler zu beheizen. Nachteilig bei diesem bekannten Reboiler ist, dass die im Zwangsumlaufverdampfer im Kreislauf geführte Schlempe überhitzt werden muss, was die Integrierung des Reboilers in den Energiehaushalt der Destillieranlage erschwert, denn der zur Beheizung des Reboilers beispielsweise aus einer anderen Prozessstufe zugeführte Brüden muss sich auf einen vergleichsweise hohen Temperaturniveau befinden, um eine Entspannungsverdampfung in der Destillationskolonne zu ermöglichen. Wird hingegen ein Fallfilmverdampfer eingesetzt, so erfolgt die Verdampfung anders als bei bisherigen Zwangsumlaufverdampfern nicht in der Destillationskolonne, sondern direkt in dem Reboiler. Das Produkt muss nicht für die Entspannungsverdampfung in der Destillationskolonne überhitzt werden und dementsprechend genügt eine vergleichsweise geringe Temperaturdifferenz zwischen der Heizseite und der Produktseite des Fallfilmverdampfers.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die auch selbständige erfinderische Bedeutung hat, ist vorgesehen, dass in der Destillationskolonne anfallende Schlempe einer die Schlempe in eine Feststofffraktion und eine Dünnsaftfraktion trennenden Trennvorrichtung zuführbar ist, dass der Destillationskolonne zu deren Beheizung ein als Fallfilmverdampfer ausge- bildeter, durch Kopfbrüden einer im Produktstrom nachfolgenden, die Alkoholkonzentration erhöhenden Kolonne oder durch Frischdampf beheizter Reboiler zugeordnet ist und zumindest ein Teil der Dünnsaftfraktion in einen Zwangsumlaufkreis durch den Fallfilmverdampfer geführt ist und dass zumindest ein Teil der in den Zwangsumlaufkreis umlaufenden Dünnsaftfraktion oder Brüden hiervon der Destillationskolonne zu deren Beheizung zuführbar ist. Der als Reboiler der Destillationskolonne benutzte Fallfilmverdampfer kann problemlos in den Energiehaushalt der Destillier- anläge integriert werden. Da die Feststofffraktion der Schlempe in der beispielsweise als Dekanter ausgebildeten Trennvorrichtung abgetrennt wird und lediglich die Dünnsaftfraktion durch den Zwangsumlaufkreis zirkuliert, wird die Verschmutzung des an sich verschmutzungsempfindlichen Fallfilmverdampfers weitgehend vermieden. Die abgetrennte Feststofffraktion wird aus dem Prozess entfernt. Zweckmäßigerweise wird der in dem Fallfilmverdampfer erzeugte Brüden direkt in die Destillationskolonne zur Beheizung eingespeist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der den Reboiler der Destillations- kolonne bildende Fallfilmverdampfer durch die im Alkoholproduktstrom zwischen der Destillationskolonne und der Rektifikationskolonne angeordneten, die Alkoholkonzentration des Rohalkohols erhöhenden Verstärkungskolonne beheizt. Zwar wird hierdurch ein Teil der zur Beheizung der Verstärkungskolonne aufgewandten Energie rückgewonnen, doch reicht diese Energie unter Umständen für die vollständige Beheizung der Destillationskolonne nicht aus, nachdem die Verstärkungskolonne verglichen mit einer herkömmlichen Rektifikationskolonne auf einem niedrigeren Energieniveau betrieben wird. Im Einzelfall muss deshalb der Energiebedarf der Destillationskolonne anderweitig ergänzt werden.
Für die Ergänzung des Energiebedarfs der Destillationskolonne kann in an sich bekannter Weise ein Zwangsumlaufverdampfer vorgesehen sein, der durch Kopfbrüden der Destillationskolonne beheizt wird. Da der Druck und die Temperatur des Kopfbrüdens der Destillationskolonne für den Betrieb des Zwangsumlaufverdampfers nicht ausreicht, ist es bekannt, den Druck und die Temperatur des Kopfbrüdens mittels eines Verdichters zu erhöhen. Da der Verdichter alkoholhaltigen Brüden verdichtet, muss der Verdichter explosionsgeschützt ausgeführt sein, was den konstruktiven Aufwand be- trächtlich erhöht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung, die auch selbständige erfinderische Bedeutung hat, ist vorgesehen, dass der Rohalkoholbrüden der Destillations- kolonne in einem zur Erzeugung von Wasserdampf genutzten Verdampfer zumindest zu einem Teil kondensierbar ist und der Wasserdampf über einen den Druck oder/und die Temperatur des Wasserdampfs erhöhenden mechanischen Verdichter der Destillationskolonne oder einer weiteren, aus der fermentierten Maische als Rohalkohol abziehenden Destillationskolonne zu deren Beheizung zuführbar ist.
Der Verdichter komprimiert damit alkoholfreien Wasserdampf und muss damit nicht explosionsgeschützt ausgeführt sein. Da es sich um einen mechanischen Verdichter handelt, kann er elektrisch angetrieben werden, was sich relativ einfach und kostengünstig realisieren lässt. Der
Energiebedarf der Destillationskolonne kann auf diese Weise ergänzt werden, ohne das der Energieinhalt des Kopfbrüdens der Verstärkungskolonne oder einer sonstigen Stufe der Destillieranlage lediglich unter dem Gesichtspunkt der Beheizung der Destillationskolonne erhöht werden müsste.
Der mittels des mechanischen Verdichters verdichtete Wasserdampf kann der bereits mittels des Reboilers teilbeheizten Destillationskolonne zusätzlich zugeführt werden. Bei einer mehrstufigen, z.B. zweistufigen Destillationskolonne kann eine erste Destillationskolonne mittels des durch Kopfbrüden einer nachfolgenden, die Alkoholkonzentration erhöhenden Kolonne, beispielsweise der Verstärkungskolonne oder Rektifikationskolonne beheizt werden, während die zweite Destillationskolonne durch den verdichteten Wasserdampf des mechanischen Verdichters beheizt wird. Den beiden Destillationskolonnen wird die Maische parallel zugeführt, wobei jedoch die zweite Destillationskolonne bevorzugt bei einer tieferen Kopftemperatur und niedrigerem Druck betrieben wird als die erste Destillationskolonne. Bevorzugt handelt es sich bei dem den Wasserdampf erzeugenden Verdampfer um einen Fallfilmverdampfer, um auch hier die im Fall des Fallfilmverdampfers niedrige Temperaturdifferenz zwischen Heiztemperatur und Verdampfungstemperatur energetisch nutzen zu können. Der Fallfilmverdampfer ist zweckmäßigerweise für die Erzeugung des Wasserdampfs in einem Zirkulationskreis für Frischwasser oder Schlempe oder Schlempebrüden angeordnet. Die Erzeugung des Wasserdampfs aus Schlempe oder Schlempebrüden hat den Vorteil, dass der Wasserdampf hinreichende Temperatur hat, da die Schlempe aus dem beheizten
Fußbereich der Destillationskolonne abgezogen wird. Wird Frischwasser genutzt, so muss dieses vorgewärmt werden. Allerdings wird bei Nutzung von Frischwasser vermieden, dass sich in der Schlempe enthaltene Komponenten durch Crackreaktionen in leichtflüchtige Stoffe verwandeln, die in den Rohalkohol gelangen können. Die Nutzung von Frischwasser minimiert Denaturierungsreaktionen und Ablagerungen in dem Fallfilmverdampfer. Der mechanische Verdichter ist dennoch bevorzugt über einen den Wasserdampf abtrennenden Abscheider, insbesondere einem Entspannungsabscheider an den Zirkulationskreis angeschlossen.
Der mechanische Verdichter kann als Kompressor aufgebaut sein oder als Schaufelradverdichter. Es versteht sich, dass der Verdichter auch mehrere seriell verbundene mechanische Verdichterstufen umfassen kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Figur der Zeichnung zeigt ein schematisches Schaltbild einer Ethyl- alkohol aus fermentierter Maische erzeugenden Destillieranlage.
Der für die Erzeugung von Ethylalkohol als Kraftstoff für Brennkraft- maschinen oder für Industriezwecke geeigneten Destillieranlage wird aus einer Vorstufe 1 des Alkoholherstellungsprozesses fermentierte, d.h. vergorene und damit ethylalkoholhaltige Maische eines nachwachsenden Agrarrohstoffs mit relativ hohem Proteinanteil, wie z.B. Roggen, Weizen, Gerste usw. zugeführt. Die Maische wird in einem Vorwärmer 3 auf die Destillationstemperatur einer Destillationskolonne 5 erwärmt und der Destillationskolonne 5 über eine Leitung 7 zugeführt. Der Kopfbereich, der vielfach auch als Maischekolonne bezeichneten Destillationskolonne 5 ist bei 11 angedeutet, ihr Fußbereich bei 13.
Die aus dem Kopfbereich 11 der Destillationskolonne 5 als Alkoholbrüden abgezogene Rohalkohol wird in einer hier mehrstufigen und zugleich der Energierückgewinnung der in dem Rohalkohol enthaltenen Wärmeenergie genutzten Kondensatoranordnung 15 kondensiert und in flüssiger Form mittels einer Förderpumpe 17 über einen den Rohalkohol auf die Rektifikationstemperatur einer Verstärkungskolonne 19 erwärmenden Vorwärmer 21 bei 23 als Zulauf zugeführt. Die Verstärkungskolonne 19 erhöht den Alkoholgehalt des Rohalkohols der Destillationskolonne im Kopf bereits auf etwa 94 Vol%; das verbleibende Ethanol im Sumpf wird in der Rektifikationskolonne 33 vom Lutterwasser getrennt.
Der aus dem Kopfbereich 25 der Verstärkungskolonne 19 abgezogene, rektifizierte Alkoholbrüden wird, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, in einem die Destillationskolonne 5 beheizenden, als Kopfkondensator der Verstärkungskolonne 19 ausgenutzten Reboiler 27 kondensiert und mittels einer Förderpumpe 29 sowohl dem Kopfbereich 25 der Verstärkungskolonne 19 als auch dem Kopfbereich 31 einer der Verstärkungskolonne 19 nachgeschalteten Rektifikationskolonne 33 als Rücklauf zugeführt. Als Zulauf der Rektifikationskolonne 33 dient Ethanol-Wasser-Gemisch, das über einen Zwangsumlaufkreis 35 mittels einer Förderpumpe 37 aus dem Fußbereich 39 der Verstärkungskolonne 19 abgezogen und über eine Leitung 41 der Rektifikationskolonne 33 zugeführt wird.
Der in der Rektifikationskolonne 33 weiter aufkonzentrierte Ethylalkohol wird in einer Molekularsiebanordnung 43 dehydriert und steht als rektifizierter und dehydrierter Ethylalkohol bei 45 als Endprodukt zur Verfügung. Der Energiebedarf der Destillieranlage wird in erster Linie durch den Energiebedarf der Aufkonzentrierung und weniger durch das Abziehen des Rohalkohols aus der Maische bestimmt. Die Rektifizierung erfolgt in zwei Stufen, d.h. in der Verstärkungskolonne 19 und der Rektifikationskolonne 33. Da der Rückfluss der Rektifikationskolonne 33 dem Kopfprodukt der Verstärkungskolonne 19 und der Zufluss der Rektifikationskolonne 33 dem Fußbereich 39 der Verstärkungskolonne 19 entnommen wird, ist die Temperaturdifferenz des Fußbereichs 39 zum Kopfbereich 25 der Verstärkungskolonne 19 vergleichsweise gering, so dass sich die Verstärkungs- kolonne 19 selbst dann gut in den Wärmehaushalt der Destillieranlage integrieren lässt, wenn die Rektifikationskolonne 33 lediglich bei einer Kopftemperatur zwischen 85 und 11O0C betrieben wird. Wesentlich für die Verringerung des Energiebedarfs der Destillieranlage ist, dass die Rektifikationskolonne 33 den Alkohol lediglich auf etwa 94 Vol% auf- konzentriert, bevor der rektifizierte Alkohol der Molekularsiebanordnung 43 zur Dehydrierung zugeführt wird. Zugleich wird die Destillationstemperatur der Destillationskolonne 5 auf eine Temperatur von weniger als 85°C begrenzt, so dass der Destillierprozess auf einem niedrigeren Energieniveau als bisher durchgeführt wird.
Der durch Kopfbrüden der Verstärkungskolonne 19 beheizte und den Kopfbrüden kondensierende Reboiler 27 ist als Fallfilmverdampfer ausgebildet und beheizt den Fußbereich 13 der Destillationskolonne 5. Die in der Destillationskolonne 5 anfallende, alkoholfreie Schlempe wird über einen Fußbereichsauslass 49 einem Dekanter 51 zugeführt, der die Schlempe in eine bei 53 aus dem Prozess entfernte Feststofffraktion und eine über eine Leitung 54 stromabwärts des Reboilers 27 jedoch vor einer Förderpumpe 56 in den Zwangsumlaufkreis 47 eingeleitete Dünnsaftfraktion aufteilt. In den Zwangsumlaufkreis 47 zirkuliert damit anders als bei herkömmlichen Re- boilern auf der Basis eines Zwangsumlaufverdampfers nicht Schlempe, sondern deren von Feststoffen weitestgehend befreite Dünnsaftfraktion. Ein Teil der in dem Fallfilmverdampfer 27 erwärmten Dünnsaftfraktion der Schlempe oder daraus gewonnener Brüden wird bei 58 direkt in den Fuß- bereich 13 der Destillationskolonne 5 zu deren Beheizung zurückgeführt. Der Vorteil des Fallfilmverdampfers 27, dass die Temperatur des an seinem den Kopfbrüden der Verstärkungskolonne 19 aufnehmenden Anschluss zugeführten Kopfbrüdens nur wenig größer, beispielsweise 5°C höher als die Siedetemperatur des zu verdampfenden Produkts, hier der
Dünnsaftfraktion, sein muss, erleichtert die Einbindung der Anlage in die Energiebilanz der Destillieranlage. Die zum Beheizen der Destillationskolonne 5 erforderliche Energiemenge kann damit auf einem niedrigeren Temperaturniveau als bisher bereitgestellt werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Schlempe an einer zuunterst im Fußbereich 13 liegenden Stelle abgezogen. Es versteht sich, dass die Schlempe auch an einer darüber liegenden Stelle, beispielsweise im Bereich des untersten Bodens der Destillationskolonne 5 abgezogen werden kann, so dass der die Dünnsaftfraktion führende Zwangsumlaufkreis 47 ggf. auch direkt durch den Fußbereich 13 verlaufen kann.
Die den Rohalkoholbrüden aus dem Kopfbereich 11 der Destillationskolonne 5 kondensierende Kondensatoranordnung 15 umfasst als erste Stufe einen Fallfilmverdampfer 55 zur Erzeugung von Niederdruck-Wasserdampf, der über einen Entspannungs-Schwerkraftabscheider 57 an einen mechanischen Verdichter 59 abgegeben wird. Der mechanische Verdichter 59 erhöht den Druck und die Temperatur des Wasserdampfs und bläst den verdichteten Wasserdampf unmittelbar in den Fußbereich 13 zur zusätz- liehen Beheizung der Destillationskolonne 5 ein. Auf diese Weise wird ein Teil der Kondensationswärme des Rohalkohol-Kopfbrüdens der Destillationskolonne 5 für die Beheizung der Destillationskolonne zurückgewonnen. Da der mechanische Verdichter 59 anders als bei herkömmlichen Brüdenverdichtern nicht Alkoholbrüden verdichtet, sondern Wasser- dampf, muss der Verdichter 59 nicht explosionsgeschützt ausgeführt sein.
Der Fallfilmverdampfer 55 ist in einer mit einer Pumpe 61 versehenen Zwangsumlaufkreis 63 angeordnet, und verdampft in dem Zwangsumlauf- kreis zirkulierendes Frischwasser, das bei 65 aus einer nicht dargestellten Quelle in vorgewärmter Form zugeführt wird. Aus dem Zwangsumlaufkreis 47 stromab der Pumpe 56 ablaufende Dünnsaftfraktion bzw. Dünnschlempe wird über den Abscheider 57 dem Zwangsumlaufkreis 63 des Fallfilmverdampfers 55 ergänzend zur Frischwasserzufuhr zugeführt und verlässt den Zwangsumlaufkreis 63 und damit den Prozess bei 67.
Der Niederdruck-Wasserdampf hat eingangsseitig des Verdichters 59 einen Druck von beispielsweise etwa 200 bis 250 mbar und wird von dem Verdichter 59 auf einen Ausgangsdruck zwischen 500 und 600 mbar bei einer Temperatur zwischen 70 und 900C angehoben. Der mechanische Verdichter kann als einstufiger oder auch als mehrstufiger Verdichter ausgebildet sein. Geeignet sind rotierende Kompressoren, aber auch Schaufelradverdichter bzw. Ventillatoren. Da der Verdichter 59 elektromotorisch angetrieben wird, lässt sich die Antriebsenergie einfacher zur Verfügung stellen, als dies beispielsweise bei einem Dampfstrahlverdichter möglich ist.
Die Destillationskolonne 5 arbeitet zweckmäßigerweise bei einer Kopftemperatur zwischen 55 und 75°C und einem Kopfdruck zwischen 300 und 500 mbar. Im Prinzip könnte anstelle des Fallfilmverdampfers 55 auch ein anderer Verdampfertyp eingesetzt werden. Vorteil des Fallfilmverdampfers ist jedoch seine geringe Temperaturdifferenz von beispielsweise 5°C zwischen der Eingangstemperatur des zumindest teilweise zu kondensierenden Rohalkoholbrüdens der Destillationskolonne 5 und der Aus- gangstemperatur des Niederdruck-Wasserdampfs. Die Verdichterleistung des Verdichters 59 kann auf dieser Weise verringert werden.
Nicht näher dargestellt ist eine Variante, bei welcher der in vorstehend erläuterter Weise von dem Fallfilmverdampfer 55 mit der Kondensations- wärme der Destillationskolonne 5 erzeugte und durch den Verdichter 59 verdichtete Wasserdampf nicht der Destillationskolonne 5 zur Beheizung zugeführt wird, sondern einer weiteren Destillationskolonne, deren Rohalkoholbrüden dann den Vorwärmer 3 betreibt. Da diese weitere Destillationskolonne bei einer niedrigeren Destillationstemperatur betrieben wird als die Destillationskolonne 5, kann die für den Betrieb des mechanischen Verdichters 59 aufzuwendende elektrische Energie weiter verringert werden. Die beiden Destillationskolonnen werden, was die Zuführung der Maische anbelangt, parallel und was den Energiehaushalt anbelangt, in Serie betrieben.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird dem Zwangsumlaufkreis 63 Frischwasser zugeführt, was die Gefahr von Denaturierungsreaktionen und Nebenkomponentenbildung mindert. Es versteht sich, dass in den Zwangsumlaufkreis 63 auch ausschließlich mit Dünnsaftfraktion bzw. Dünnschlempe gearbeitet werden kann.
Da der Rohalkohol-Kopfbrüden der Destillationskolonne 5 in dem Fallfilm- Verdampfer 55 nicht vollständig kondensiert, wird der nicht kondensierte Brüdenanteil bei 69 dem die zweite Stufe der Kondensationsanordnung 15 bildenden Vorwärmer 3 für die Vorwärmung der Maische zugeführt. Der Ausgangsbrüden des Vorwärmers 3 wird schließlich einem Hauptkondensator 71 zugeführt, der die dritte Stufe der Kondensationsanordnung 15 bildet und den Rohalkohol als flüssiges Kondensat über die Förderpumpe 17 zur Weiterleitung an die Verstärkungskolonne 19 abgibt. Der Hauptkondensator 71 ist an eine Kühlwasserquelle 73 angeschlossen und ist überdies mit einer Vakuumpumpe 75 verbunden, über die der Unterdruck in der Destillieranlage eingestellt wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Maische der Destillationskolonne 5 nahe ihres Kopfbereichs 11 zugeführt, also auf einen von der Verstärkungskolonne 19 gesonderten Verstärkungsbereich verzichtet. Dementsprechend hat der den Hauptkondensator 71 verlassende Rohalkohol eine Konzentration von lediglich 40 bis 60 Vol%. Der Energiebedarf der Destillationskolonne 5 ist damit vergleichsweise gering. Die Aufkonzentration des Rohalkohols erfolgt in der Verstärkungskolonne 19 und nachfolgend der Rektifikationskolonne 33. Da die Rektifikation auf zwei Stufen verteilt ist, kann auch hier energetisch günstig gearbeitet werden. Es versteht sich jedoch, dass auch die Destillationskolonne 5 in gewissem Umfang zusätzliche Böden zur Aufkonzentration umfassen kann.
Die Verstärkungskolonne 19 wird in erster Linie durch einen als Fallfilmverdampfer ausgebildeten Reboiler 77 beheizt, der zugleich den Kopfkondensator der Rektifikationskolonne 33 bildet. Der Reboiler 77 ist an den durch den Fußbereich 39 der Verstärkungskolonne 19 führenden Zwangsumlaufkreis 35 angeschlossen.
Die Rektifikationskolonne 33 wird in ähnlicher Weise in erster Linie über einen als Fallfilmverdampfer ausgebildeten Reboiler 79 beheizt, der an einen durch den Fußbereich 81 der Rektifikationskolonne 33 geführten Zwangsumlaufkreis 83 angeschlossen ist. Eine Förderpumpe des Zwangs- umlaufkreises 83 ist bei 85 dargestellt. Beheizt wird der Reboiler 79 durch Frischdampf, der ihm aus einer Frischdampfquelle 87 über eine Leitung 89 zugeführt wird. In dem Zwangsumlaufkreis 83 zirkulierendes Lutterwasser aus dem Fußbereich 81 wird stromab der Pumpe 85 über eine Leitung 91 abgezogen und, nachdem es in dem Vorwärmer 21 zur Vorerwärmung des der Verstärkungskolonne 19 zugeführten, flüssigen Rohalkohols ausgenutzt wurde, bei 93 aus dem Prozess entfernt.
Während die Verstärkungskolonne 19 etwa 30 Böden hat, umfasst die Rektifikationskolonne 33 etwa 50 Böden und liefert den rektifizierten Alkohol bei einem Druck von etwa 1 ,5 bis 6 bar, beispielsweise 2 bar, an einem Seitenabzug 95 in Dampfform bei einer Alkoholkonzentration von etwa 94 Vol%. Der dampfförmige, rektifizierte Alkohol wird einem gleichfalls aus der Frischdampfquelle 87 beheizten Überhitzer 97 zugeführt, der den überhitzten Alkoholdampf bei 99 der Molekularsiebanordnung 43 zur De- hydrierung zuführt.
Die Molekularsiebanordnung 43 weist in an sich bekannter Weise mehrere Molekularsiebe, hier drei Molekularsiebe 101 , 103 und 105 auf, die in zyklischer Vertauschung jeweils in einem Trocknungsmodus und einem Regenerationsmodus betrieben werden. Im dargestellten Ausführungs- beispiel arbeitet jeweils ein Molekularsieb, hier das Molekularsieb 101 im Trocknungsmodus, während die beiden anderen Molekularsiebe 103, 105 in 5 ihren Regenerationsmodus geschaltet sind.
Im Trocknungsmodus wird der dampfförmige, überhitzte Alkohol unter erhöhtem Druck dem aktuell im Trocknungsmodus arbeitenden Molekularsieb, hier dem Molekularsieb 101 zugeführt, das den dehydrierten Alkoholo an eine Sammelleitung 107 abgibt, an die die Molekularsiebe 101 , 103, 105 mit ihren Ausgängen für dehydrierten Alkohol gemeinsam angeschlossen sind.
Die aktuell im Regenerationsmodus betriebenen Molekularsiebe 103, 1055 sind für den Betrieb im Regenerationsmodus über einen Kondensator 109 an eine Vakuumquelle 111 angeschlossen, die den Molekularsieben 103, 105 über die Sammelleitung 107 zugeführten dehydrierten Alkohol in Rückwärtsrichtung durch die zu regenerierenden Molekularsiebe 103, 105 und durch den Kondensator 109 saugt. Der Kondensator 109 wird aus der Kühl-o wasserquelle 73 mit Kühlwasser versorgt und kondensiert das bei der Regeneration in den Molekularsieben 103, 105 sich erneut befeuchtende Alkohol-Wasserdampf-Gemisch. Eine Pumpe 113 fördert das in einem Sammelbehälter 115 sich sammelnde Alkohol-Wasser-Gemisch in dem Pro- zess zurück. 5
Es versteht sich, dass die Anzahl der Molekularsiebe von dem dargestellten Ausführungsbeispiel abweichen kann. Für einen kontinuierlichen Betrieb sind mindestens zwei Molekularsiebe erforderlich, die wechselweise im Trocknungsmodus und Regenerierungsmodus arbeiten. Da der o Regenerierungsmodus länger dauern kann als die für die Dehydrierung nutzbare Trocknungszyklusdauer, ist die Anzahl der im Regenerierungsmodus betriebenen Molekularsiebe zweckmäßigerweise größer als die Zahl der im Trocknungsmodus betriebenen Molekularsiebe. Die für die zyklische Vertauschung und Umschaltuπg der Molekularsiebe erforderlichen steuerbaren Verbindungsleitungen sind bei 117 angedeutet.
Das im Regenerationsmodus anfallende Alkohol-Wasser-Gemisch wird 5 erneut der Rektifikation zugeführt. Da das Gemisch bei der Kondensation im Kondensator 109 auf eine Temperatur von etwa 400C abgekühlt wurde, wird es in einem Vorwärmer 119 vorgewärmt und über eine Leitung 121 einem Zwangsumlaufkreis 123 eines hier als Fallfilmverdampfer ausgebildeten Verdampfers 125 zugeführt. Der Verdampfer 125 wird gleichfalls mit Frisch-o dampf aus der Frischdampfquelle 87 beheizt und gibt das auf
Rektifikationstemperatur erwärmte Gemisch bei 127 als Zulauf an die Rektifikationskolonne 33 ab. Eine Förderpumpe des Zwangsumlaufkreises 123 ist bei 129 dargestellt. 5 In dem durch Frischdampf aus der Frischdampfquelle 87 beheizten Überhitzer 97 bzw. dem Fallfilmverdampfer 79 sowie dem Verdampfer 125 anfallendes Heizdampfkondensat wird über Leitungen 131 , 133 und 135 bei 137 aus dem Prozess abgezogen. o Der in der Molekularsiebanordnung 43 dehydrierte Alkohol heizt einen weiteren, als Fallfilmverdampfer ausgebildeten Reboiler 139 der Verstärkungskolonne 19, der parallel zu dem Reboiler 77 an den Zwangsumlaufkreis 35 angeschlossen ist. Der dehydrierte Alkohol wird dem Reboiler 139 aus der Sammelleitung 107 zugeführt und über eine Förderpumpe5 141 dem Vorwärmer 119 zur Vorerwärmung des im Regenerationsmodus der Molekularsiebanordnung 43 anfallenden Alkohol-Wasser-Gemisches zugeführt wird, um letztendlich bei 45 als Endprodukt abgezogen zu werden.
Der Reboiler 27 der Destillationskolonne 5 bildet zugleich den Kopf-o kondensator der Verstärkungskolonne 19, während der Reboiler 77 der Verstärkungskolonne 19 zugleich den Kopfkondensator der Rektifikationskolonne 33 bildet. Das in den Reboilern 27 und 77 bei 143 bzw. 145 anfallende Alkoholkondensat wird, gefördert von der Förderpumpe 29 bei 147 der Verstärkungskolonne und bei 149 der Rektifikationskolonne im Kopfbereich als Rückfluss zugeführt. Im Rektifikationsprozess anfallendes Fuselöl wird bei 151 aus der Verstärkungskolonne und bei 153 aus der Rektifikationskolonne abgezogen und bei 155 aus dem Prozess entfernt.
Die vorstehend erläuterte Destillieranlage erlaubt es in einem Niedertemperaturverfahren Ethylalkohol aus Weizen, Roggen usw. zu destillieren. Während herkömmliche Anlagen etwa 2 kg Heizdampf pro Liter reinen Alkohols, entsprechend etwa 4000 kJ pro Liter reinen Alkohols benötigen, erfordert die erfiπdungsgemäße Destillieranlage lediglich etwa 2300 kJ pro Liter reinen Alkohols zuzüglich etwa 54 W pro Liter reinen Alkohols an elektrischer Energie für die Brüdenverdichtung.

Claims

Ansprüche
1. Anlage zum Destillieren von Alkohol, insbesondere Ethylalkohol aus fermentierter Maische, umfassend wenigstens eine aus der fermentierten Maische Rohalkohol abziehende Destillationskolonne (5) und eine der Destillationskolonne (5) nachgeschaltete, die Alkoholkonzentration erhöhende Rektifikationskolonne (33), dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens einen Destillationskolonne (5) eine den Rohalkohol der Destillationskolonne aufkonzentrierende Verstärkungskolonne (19) nachgeschaltet ist, deren Kopfbrüdenkondensat der Rektifikationskolonne (33) als kopfseitiger Rücklauf zuführbar ist und aus deren Fuß- bereich (39) Alkohol-Wasser-Gemisch der Rektifikationskolonne (33) als aufzukonzentrierender Zulauf zuführbar ist.
2. Anlage nach Anspruch 1 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Destillationskolonne (5) den 0 Rohalkohol bei einer Destillationstemperatur von weniger als 85°C abzieht und die Rektifikationskolonne (33) die Alkoholkonzentration des Rohalkohols auf etwa 94 Vol% erhöht.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der5 Rektifikationskolonne (33) eine Molekularsiebanordnung (43) zur Dehydrierung des rektifizierten Alkohols nachgeschaltet ist.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rektifikationskolonne (33) bei einem Kopf-Überdruck von bis zu 6 baro betrieben ist und der rektifizierte Alkohol der Molekularsiebanordnung
(43) in Dampfform zugeführt ist.
5. Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Verstärkungskolonπe (19) beheizender Reboiler (139) durch dehydrierten Alkohol der Molekularsiebanordnung (43) beheizt ist.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Molekular- siebanordnung (43) wenigstens zwei Molekularsiebe (101, 103, 105) aulweist, von denen in zyklischer Vertauschung wenigstens eines (101) im Trocknungsmodus den rektifizierten Alkohol aufnimmt und den dehydrierten Alkohol über den Reboiler (139) der Verstärkungskolonne (19) abgibt und von denen wenigstens ein zweites (103, 105) der Molekularsiebe im Regenerationsmodus einen
Anteil des dehydrierten Alkohols aufnimmt und den im Regenerationsmodus befeuchteten Alkohol über einen Kondensator (109) und einen mit Frischdampf beheizten Verdampfer (125), insbesondere Fallfilmverdampfer der Rektifikationskolonne (33) als zu rektifiziemder Zulauf zuführt.
7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Verstärkungskolonne (19) beheizender weiterer Reboiler (77) durch Kopfbrüden der Rektifikationskolonne (33) beheizt ist.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Rektifikationskolonne (33) beheizender Reboiler (79) durch Frischdampf beheizt ist.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reboiler (77) der Verstärkungskolonne (19) oder/und der Reboiler (79) der Rektifikationskolonne (33) als in einen Zwangsumlaufkreis (35, 83) angeordnete Verdampfer, insbesondere Fallfilmverdampfer ausgebildet sind.
10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwangsumlaufkreis (35) des Reboilers (77) der Verstärkungskolonne (19) durch deren Fußbereich (39) geführt ist und der Alkoholzufluss der Rektifikatioπskolonne (33) aus diesem Zwangsumlaufkreis (35) abgezweigt ist.
11. Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das 5 Kondensat des Reboilers (27) der Destillationskolone (5) oder/und das
Kondensat des Reboilers (77) der Verstärkungskolonne (19) als Rück- fluss der Verstärkungskolonne (19) oder/und der Rektifikationskolonne (33) zuführbar ist. o 12. Anlage nach Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der dehydrierte Alkohol stromab des Reboilers (139) der Verstärkungskolonne (19) in einem Wärmetauscher (119) das kondensierte Alkohol- Wasser-Gemisch aus dem Kondensator (109) vorwärmt. 5
13. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat des durch Kopfbrüden der Rektifikationskolonne (33) beheizten Reboilers (77) der Verstärkungskolonne (19) als Rücklauf der Verstärkungskolonne (19) oder/und der Rektifikationskolonne (33) zuführbar ist. 0
14. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Destillationskolonne (5) ein durch Kopfbrüden der Verstärkungskolonne (19) beheizter Reboiler (27) zugeordnet ist und das Kondensat des Kopfbrüdens dieses Reboilers (27) der Verstärkungs-5 kolonne (19) oder/und der Rektifikationskolonne (33) als Rückfluss zuführbar ist.
15. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, o dass in der Destillationskolonne (5) anfallende Schlempe einer die
Schlempe in eine Feststofffraktion und eine Dünnsaftfraktion trennenden Trennvorrichtung (51) zuführbar ist, dass der Destillationskolonne (5) zu deren Beheizung ein als Fallfilm- Verdampfer (27) ausgebildeter, durch Kopfbrüden einer im Produktstrom nachfolgenden, die Alkoholkonzentration erhöhende Kolonne (19) oder durch Frischdampf beheizter Reboiler zugeordnet ist und zumindest ein Teil der Dünnsaftfraktion in einem Zwangsumlaufkreis 5 (47) durch den Fallfilmverdampfer (27) geführt ist und dass zumindest ein Teil der in dem Zwangsumlaufkreis (47) umlaufenden Dünnsaftfraktion oder Brüden hiervon der Destillationskolonne (5) zu deren Beheizung zuführbar ist. o 16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Fallfilmverdampfer (27) durch Kopfbrüden einer im Alkoholproduktstrom zwischen der Destillationskolonne (5) und der Rektifikationskolonne (33) angeordneten, die Alkoholkonzentration des Rohalkohols erhöhenden Verstärkungskolonne (19) beheizt ist. 5
17. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
Rohalkoholbrüden der Destillationskolonne (5) in einem zur Erzeugung von Wasserdampf genutzten Verdampfer (55) zumindest zu einem Teilo kondensierbar ist und der Wasserdampf über einen den Druck oder/und die Temperatur des Wasserdampfs erhöhenden mechanischen Verdichter (59) der Destillationskolonne (5) oder einer weiteren aus der fermentierten Maische Rohalkohol abziehenden Destillationskolonne zu deren Beheizung zuführbar ist. 5
18. Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (55) als Fallfilmverdampfer ausgebildet ist.
19. Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Fallfilm-o Verdampfer für die Erzeugung des Wasserdampfs in einem
Zirkulationskreis (63) für Frischwasser oder Schlempe oder Schlempebrüden angeordnet ist.
20. Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Verdichter (59) über einen den Wasserdampf abtrennenden Abscheider (57) an den Zirkulationskreis (63) angeschlossen ist.
21. Anlage nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Verdichter (59) mehrere seriell verbundene mechanische Verdichterstufen umfasst.
22. Anlage nach Anspruch 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Destillationskolonne (5) mittels eines durch Kopfbrüden einer nachfolgenden die Alkoholkonzentration erhöhenden Kolonne, insbesondere einer im Produktstrom zwischen der Destillationskolonne (5) und der Rektifikationskolonne (33) angeordneten Verstärkungskolonne (19) beheizten Reboilers (27) und zusätzlich mittels des verdichteten
Wasserdampfs des mechanischen Verdichters (59) beheizt ist.
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