[發明專利]一種生產燃料乙醇的系統與方法

有效

• 申請號: 201410697442.6
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN105695311B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 惠繼星;馬中義;劉海軍;朱慶偉;張衛東;徐友海;胡世洋;岳軍
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: C12M1/12
• 分類號: C12M1/12;C12M1/04;C12M1/00;C12P7/06;C07C29/76;C07C31/08
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司11006
• 代理人: 王玉雙,尚群

技術領域

本發明涉及燃料乙醇生產裝置與方法，特別是一種發酵與蒸汽滲透耦合生產燃料乙醇的系統與方法。

背景技術

近年來，全球范圍內面臨嚴重的能源危機，尋找新型可替代能源已成為世界各國未來能源戰略的關鍵。隨著世界石油儲量的日益減少，能源危機日漸凸顯，燃料乙醇因具有清潔、環保、可再生等優點而深受人們的青睞。燃料乙醇生產工藝大多采用生物發酵法，而在傳統發酵工藝中，隨著乙醇的不斷積累和乙醇濃度的不斷增加，乙醇對酵母細胞的抑制作用不斷增強，嚴重制約著燃料乙醇生產能力的提高。在乙醇發酵過程中，及時將產物中的乙醇移除，不但可降低乙醇對酵母的抑制、提高乙醇生產率，而且還有利于降低分離系統能耗，實現乙醇發酵的連續化，大幅提高設備利用率。發酵與分離耦合技術大致有以下4種：

(1)汽提發酵：汽提發酵是將氣體通入水中，經氣液充分接觸，水中溶解的氣體和揮發性物質一起穿過氣液界面，轉移到氣相，從而達到脫除目標物的目的。在汽提發酵過程中，需要較高能耗的空氣壓縮機，同時還要對填料塔進行定期沖洗，增加了操作上的難度；

(2)真空發酵：真空發酵是在真空的條件下，發酵液中的乙醇會不斷析出，從而減小了乙醇對酵母的抑制。真空發酵雖然可以移除產物乙醇，削弱抑制效應，但長時間的操作過程中要求系統保持真空狀態，比較困難，因此該過程能耗很高；

(3)萃取發酵：萃取發酵是將萃取劑直接加入發酵液中，利用萃取劑將發酵液中的乙醇萃取出來的方法。但是大多萃取劑對細胞生長有毒性和抑制作用；

(4)滲透汽化發酵：滲透汽化技術是以混合物中各組分蒸汽分壓的為驅動力，以及分離膜中各組分的擴散和溶解速率的不同來實現分離的過程。滲透汽化在乙醇發酵中應用的很廣，具有分離效率高、流程簡單、對微生物無毒害等優點，滲透汽化雖然能夠從發酵液中及時且連續地分離出乙醇，但也有其缺點：在進料側容易產生細胞老齡化，聚集無機鹽和非揮發性產物，造成膜污染，從而使膜的滲透汽化性能下降，分離效果不佳，膜使用壽命較短，在一定程度上提高了操作成本。

如申請號為“201110251056”，名稱為“一種利用蒸汽滲透耦合技術合成萘普生縮酮中間體的方法”的中國發明專利申請，公開了一種利用蒸汽滲透耦合技術合成萘普生縮酮中間體的方法，將蒸汽滲透膜裝置與縮酮反應過程耦合，采用蒸汽滲透膜分離技術脫除萘普生縮酮中間體合成反應體系中的副產物水，從而打破反應平衡，提高反應的轉化率。但該方法中，蒸汽滲透膜的下游物料沒有尾氣回收裝置，存在污染環境和產品回收率低等缺點。

如申請號為“200910148257”，名稱為“一種原位分離發酵中易揮發有機物的方法和設備”的中國發明專利申請公開了一種分離發酵產品中易揮發有機物的方法和設備，該方法將發酵與氣提/蒸汽滲透過程耦合，實現了易揮發有機物的原位分離。從發酵罐底部的氣體分布器通入惰性氣體，原位氣提出易揮發性的有機物，進入蒸汽滲透裝置，以實現水和有機物的分離，脫水后的混合氣進入冷凝器回收易揮發的有機物，不凝氣和含有少量有機物的水蒸氣組分可以循環利用。但該方法與設備存在流程復雜，設備投資大，二氧化碳無法回收等缺點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種高效、節能、低碳、環保的燃料乙醇生產裝置與方法，以實現燃料乙醇的連續生產，并具有綠色、環保、投資小、二氧化碳回收率高等優點。

為了實現上述目的，本發明提供了一種生產燃料乙醇的系統，其中，采用發酵與膜分離耦合技術，包括：

發酵裝置，包括發酵罐，用于生物發酵法生產燃料乙醇；

膜分離裝置，進一步包括：

膜組件，通過發酵管路與所述發酵裝置連接，所述發酵管路上設置有第一增壓器和第一壓力調節閥，使所述膜組件的滲余側保持恒定正壓力，所述膜組件采用優先透醇膜；

真空噴射器，與所述膜組件連接，利用所述發酵裝置產生的二氧化碳為循環載氣，通過真空噴射提供真空，使所述膜組件的滲透側為負壓；

氣液分離裝置，包括氣液分離罐，分別通過分離管路和第一氣體管路與所述真空噴射器連接，通過第二氣體管路與一氣體收集器連接，通過液體管路與一精餾裝置連接，所述真空噴射器排出的混合物料進入所述氣液分離罐后，所述混合物料中的一部分氣相物料經第一氣體管路進入所述真空噴射器，所述混合物料中的另一部分氣相物料經第二氣體管路進入所述氣體收集器，所述混合物料中的液相物料進入所述精餾裝置。

上述的生產燃料乙醇的系統，其中，所述第一氣體管路上設置有干燥器、第二增壓器和第二壓力調節閥。