专利名称：燃料乙醇与食用酒精复合工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料乙醇与食用酒精复合工艺，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 产生的二氧化碳和做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。由于燃料乙醇和食用酒精是不同的产品，在实 际生产中，采用食用酒精装置生产食用酒精产品，燃料乙醇装置生产燃料乙醇产品，由于采 用两套装置分别生产食用酒精和燃料乙醇产品，设备投资高，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与 食用酒精复合工艺，将燃料乙醇和食用酒精两种不同的产品在一套生产装置上完成，降低了 生产成本，提高了设备利用率和企业的市场竞争力，有广泛的市场推广前景。
发明内容
本发明开发的燃料乙醇与食用酒精复合工艺，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，建设燃料乙醇 与食用酒精都能生产的生产装置。 本发明的技术方案如下
本发明的燃料乙醇与食用酒精复合工艺，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自发酵单元的发酵成熟醪进入粗馏塔，粗馏塔塔顶采出的粗 酒精送入精馏塔2，粗馏塔塔底采出至废水处理，粗馏塔侧线采出通过管线送入精馏塔l进料 口；精馏塔l釜底采出物送至废水处理，塔顶汽相采出送至分子筛吸附塔；精馏塔2塔塔顶采 出物送至精馏塔l，塔釜采出物送至废水处理；精馏塔l塔顶采出物经分子筛脱水剂的吸附作 用除去部分水份，再通过冷凝冷却后，获得燃料乙醇产品；
生产食用酒精产品的流程是粗馏塔塔顶采出舞、精馏塔1塔顶采出物及精馏塔2的部分 釜底采出废水都送至脱醛塔进料，脱醛塔釜底采出乙醇水溶液送至精馏塔2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；精馏塔2的塔上部 侧线采出的酒精和水的流股送至精馏塔3进料口 ，精馏塔2塔顶采出物和塔的中下部侧线采出 杂醇油流股送至回收塔进料；精馏塔3塔釜采出合格的食用酒精产品，塔顶采出工业酒精产 品。
所述脱醛塔操作绝对压力为O. l . 4MPa。 所述精馏塔3的塔顶操作绝对压力为0. 01 . 4Mpa。
本发明的燃料乙醇与食用酒精复合工艺中，精馏脱水单元，脱醛塔通过新鲜蒸汽直接或 间接加热，脱醛塔塔顶汽送至精馏塔3再沸器，作为加热介质。 具体操作流程详细说明如下 l.液化单元
液化单元生产过程参见图l一液化单元流程图。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8(TC 13(rC，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8(TC 10(TC，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。
4完成液化操作的液化醪冷却将温度降至28 38'C。同时流加营养盐、糖化酶和硫酸溶液 等辅助材料，通过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C02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 'C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'C，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C02引入C02洗涤塔，C02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)和图4一精馏脱水单元流程 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、精塔l、精塔2、脱醛塔、精 塔3、回收塔和吸附塔构成。粗馏塔、精塔l、精塔2、脱醛塔、精塔3和回收塔为板式塔，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的水的吸附剂。
燃料乙醇生产操作流程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 0.2MPa，醪液在此脱除水、有机酸和重组份杂质等，粗馏塔塔顶采出(塔顶 采出可简称为顶采)的粗酒送入精塔2，粗馏塔塔底采出(塔底采出可简称为釜采)排出系统 至废水处理，粗塔侧线采出(精馏塔非塔顶、塔釜采出简称为侧线采出)流股通过管线送入 精塔l进料口；物料在精塔l内进行传质操作，在此脱除水、有机酸和重组份杂质等，精塔l釜 采至废水处理，操作压力(绝对压力)为0.2 0.4MPa，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，浓縮回收酒精，操作压力(绝对 压力)为O. 4 0. 8MPa，塔顶顶采送至精塔l，其余塔顶汽相流股送至精塔l再沸器冷凝后回流 ，精塔2釜采至废水处理；精塔l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，获得满足国标GB18350 — 2001的燃料乙醇产品，吸附操作压力(绝对压力)为O. 01 0. 4MPa，吸附再生汽冷凝后送至精塔2。
食用酒精产品生产操作流程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 0.2MPa，醪液在此脱除水、有机酸和重组份杂质等，塔顶采出送入脱醛塔，粗 馏塔釜至废水处理，粗塔侧线采出流股通过管线送入精塔l进料口；物料在精塔l内进行传质 操作，精塔l釜采至废水处理，操作压力(绝对压力)为O. 2 0. 4MPa，塔顶汽相采出至冷凝冷 却器冷凝后，也送至脱醛塔进料，其余顶汽加热粗馏塔；来自粗塔的顶采、精塔l的顶采及 精塔2的釜采废水至脱醛塔进料，脱醛塔操作压力(绝对压力)为O. l .4MPa，脱醛塔釜采乙 醇水溶液送至精塔2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；精塔2的塔顶操作压力(绝对压力)为O. 4 . 8Mpa，塔上部侧线采出的酒精 和水的流股送至精塔3进料口 ，塔顶采出和塔的中下部侧线采出杂醇油流股作为进料均送至 回收塔进料，塔釜的釜采废水部分排至废水处理，部分送至脱醛塔塔顶进料；精塔3的塔顶 操作压力(绝对压力)为O. 01 . 4Mpa，精塔3塔釜采出合格的食用酒精产品，塔顶采出工业酒 精产品；回收塔的塔顶操作压力(绝对压力)为O. 01 . 3Mpa，回收塔塔下部的侧线采出杂醇 油流股至杂醇油萃取器，釜采废水排至废水处理，塔顶采出工业酒精产品。精塔3和脱醛塔 回收塔加热方式脱醛塔通过新鲜蒸汽直接或间接加热，脱醛塔塔顶汽送至精塔3再沸器， 作为加热介质，冷凝后部分回流，部分采出送至回收塔进料。
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 食用酒精复合工艺，实现了单一装置生产燃料乙醇与食用酒精产品，降低了投资，提高了装 置的利用率，有广泛的市场需求。
图l:液化单元流程图2:发酵单元流程图3:精馏脱水单元流程图(1)
图4:精馏脱水单元流程图(2)
具体实施例方式
本发明的燃料乙醇与食用酒精复合工艺，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自发酵单元的发酵成熟醪进入粗馏塔，粗馏塔塔顶采出的 粗酒精送入精馏塔2 ，粗馏塔塔底采出至废水处理，粗馏塔侧线采出通过管线送入精馏塔l进 料口；精馏塔l釜底采出物送至废水处理，塔顶汽相采出送至分子筛吸附塔；精馏塔2塔塔顶采出物送至精馏塔l，塔釜采出物送至废水处理；精馏塔l塔顶采出物经分子筛脱水剂的吸附 作用除去部分水份，再通过冷凝冷却后，获得燃料乙醇产品；生产食用酒精产品的流程是 粗馏塔塔顶采出舞、精馏塔1塔顶采出物及精馏塔2的部分釜底采出废水都送至脱醛塔进料， 脱醛塔釜底采出乙醇水溶液送至精馏塔2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；精馏塔2的塔上部侧线采出的酒精和水的流股送至精 馏塔3进料口 ，精馏塔2塔顶采出物和塔的中下部侧线采出杂醇油流股送至回收塔进料；精馏 塔3塔釜采出合格的食用酒精产品，塔顶采出工业酒精产品。
脱醛塔操作绝对压力为O. l . 4MPa。
精馏塔3的塔顶操作绝对压力为0. 01 . 4Mpa。
本发明的燃料乙醇与食用酒精复合工艺中，精馏脱水单元，脱醛塔通过新鲜蒸汽直接或 间接加热，脱醛塔塔顶汽送至精馏塔3再沸器，作为加热介质。 实施例l:
采用木薯干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l一液化单元流程图。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12(TC，送至维持罐中停留20分钟后，物料进入到液化醪闪蒸降 温罐至9(TC，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50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'C。同时流加营养盐、糖化酶和硫酸溶液等辅 助材料，通过泵将完成液化的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，整个系统主要由8 个发酵罐和1个C02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'C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8个
7发酵罐，而酵母扩培罐继续添加液化醪。发酵罐控制温度3(TC，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C02引入C02洗涤塔，C02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。操作主要涉及的设 备粗馏塔为板式塔、精塔l为板式塔和填料塔复合塔、精塔2为填料塔复合塔，吸附塔内装 3A分子筛。
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O. 05MPa，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l进料口；物料在精塔l内进行传质操作，在此脱除水、 有机酸和重组份杂质等，精塔l釜采排出至废水处理，操作压力(绝对压力)为O. 2MPa，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 縮回收酒精，操作压力(绝对压力)为O. 6MPa，塔顶顶采送至精塔l进料，其余顶汽送至精塔l 再沸器冷凝后回流，精塔2釜采至废水处理；精塔l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O. 01 0. 2MPa，吸附再生汽冷凝后送至精塔2 。
实施例2:
采用玉米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
l.液化单元
液化单元生产过程参见图l一液化单元流程图。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10(TC，送至维持罐中停留10分钟后，物料进入到液化醪闪蒸降 温罐至95。C，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120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3(TC。同时流加营养盐、糖化酶和硫酸溶液等辅 助材料，通过泵将完成液化的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。发酵操作方式为间歇，整个系统主要由 10个发酵罐和1个C02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3(TC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10个 发酵罐，而酵母扩培罐继续添加液化醪。发酵罐控制温度34'C，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C02引入C02洗涤塔，C02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4一精馏脱水单元流程 图(2)，酒精精馏脱水单元主要由粗馏塔、精塔l、精塔2、脱醛塔、精塔3、回收塔和吸附 塔构成。操作主要涉及的设备粗馏塔为板式塔、精塔l为板式塔、精塔2为填料塔、脱醛 塔为板式塔、精塔3为板式塔和填料塔复合塔、回收塔为填料塔。
食用酒精产品生产操作流程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O. lMPa，醪液在此脱除水、有机酸和重组份杂质等，塔顶采出送入脱醛塔，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l进料口；物料在精塔l内进行传质操作 ，精塔l釜采至废水处理，操作压力(绝对压力)为0.3MPa，塔顶采送至脱醛塔进料；来自粗塔 的顶采、精塔1的侧采和精塔2的釜采废水为脱醛塔进料，脱醛塔操作压力(绝对压力)为 0.2MPa，脱醛塔釜采乙醇水溶液送至精塔2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；精塔2的塔顶操作压力(绝对压力)为0.6Mpa，塔上 部侧线采出的酒精和水的流股送至精塔3进料口 ，塔顶采出和塔的中下部侧线采出杂醇油流 股作为进料均送至回收塔进料，塔釜的釜采废水部分排至废水处理，部分送至脱醛塔塔顶进 料；精塔3的塔顶操作压力(绝对压力)为0.05Mpa，精塔3塔釜采出合格的食用酒精产品，食 用乙醇产品满足食用酒精产品国标(GB10343-2000)的特级标准，塔顶采出工业酒精产品； 回收塔的塔顶操作压力(绝对压力)为O. 15Mpa，回收塔塔下部的侧线采出杂醇油流股至杂醇 油萃取器，塔釜釜采废水排至废水处理，塔顶采出工业酒精产品。精塔3和脱醛塔回收塔加 热方式脱醛塔通过新鲜蒸汽直接或间接加热，脱醛塔塔顶汽送至精塔3再沸器，作为加热 介质，冷凝后部分回流，部分采出送至回收塔进料。
权利要求
1.一种燃料乙醇与食用酒精复合工艺，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自发酵单元的发酵成熟醪进入粗馏塔，粗馏塔塔顶采出的粗酒精送入精馏塔2，粗馏塔塔底采出至废水处理，粗馏塔侧线采出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，塔顶汽相采出送至分子筛吸附塔；精馏塔2塔塔顶采出物送至精馏塔1，塔釜采出物送至废水处理；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，再通过冷凝冷却后，获得燃料乙醇产品；生产食用酒精产品的流程是粗馏塔塔顶采出舞、精馏塔1塔顶采出物及精馏塔2的部分釜底采出废水都送至脱醛塔进料，脱醛塔釜底采出乙醇水溶液送至精馏塔2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；精馏塔2的塔上部侧线采出的酒精和水的流股送至精馏塔3进料口，精馏塔2塔顶采出物和塔的中下部侧线采出杂醇油流股送至回收塔进料；精馏塔3塔釜采出合格的食用酒精产品，塔顶采出工业酒精产品。
2 如权利要求l所述的燃料乙醇与食用酒精复合工艺，其特征是所述脱醛塔操作绝对压力为O. l . 4MPa。
3 如权利要求l所述的燃料乙醇与食用酒精复合工艺，其特征是所述精馏塔(3)的塔顶操作绝对压力为O. 01 . 4Mpa。
4 如权利要求l所述的燃料乙醇与食用酒精复合工艺，其特征是精馏脱水单元，脱醛塔通过新鲜蒸汽直接或间接加热，脱醛塔塔顶汽送至精馏塔(3)再沸器，作为加热介质。
全文摘要
本发明涉及燃料乙醇与食用酒精复合工艺。生产燃料乙醇产品时，自发酵单元发酵成熟醪进入粗馏塔，粗馏塔塔顶采出的粗酒精送入精馏塔(2)，粗馏塔侧线采出送入精馏塔(1)进料口，塔顶汽相采出送至分子筛吸附塔，获得燃料乙醇产品；生产食用酒精产品时，粗馏塔顶采、精馏塔(1)塔顶采及精馏塔(2)的部分釜采都送至脱醛塔进料，脱醛塔釜采乙醇水溶液送至精馏塔，塔顶采出送至回收塔作为进料；精馏塔(2)的塔上部侧线采出流股送精馏塔(3)进料口，精馏塔(3)塔釜采出合格的食用酒精产品。本发明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，降低投资，提高燃料乙醇和食用酒精的市场竞争力。
文档编号C07C31/08GK101648847SQ20091030676
公开日2010年2月17日 申请日期2009年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者吕惠生, 张志强, 张敏华, 李永辉, 欧阳胜利, 董秀芹, 钱胜华 申请人:天津大学