从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺装置的制作方法

本实用新型涉及一种从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺装置，尤其涉及一种从工业尾气发酵液中通过精馏过程生产燃料乙醇的节能工艺方法和装置。

背景技术：

随着石油、煤炭等能源资源的紧缺、环境污染、温室效应等问题的日益严重，燃料乙醇作为一种可再生能源，越来越受到各方面的重视。传统的燃料乙醇主要以粮食作物如高粱、玉米、地瓜、木薯等为原料，通过生物发酵途径获得。用粮食为原料制成燃料乙醇，不仅价格不菲，还存在“与人争粮，与粮争地”的现象。

采用工业尾气微生物发酵技术，将钢铁工业尾气转化为燃料乙醇，同时副产高蛋白饲料和压缩天然气，具有原料充足、集中度高、易于收集的特点，与传统燃料乙醇生产成本相比，其综合成本低、能源利用率高、产品附加值高，可实现对环境产生污染的资源进行高值化利用，经济效益显著。

由于工业尾气发酵属于气体发酵过程，发酵液中乙醇浓度很低(一般乙醇含量仅为2～4％。除特殊说明外，本申请文本中均指质量百分比)，远低于传统粮食作物发酵液乙醇浓度(10～16％)。目前从发酵醪液生产燃料乙醇的过程，多采用三塔蒸馏方法，这种方法存在生产能耗较高的缺点。若工业尾气发酵制燃料乙醇精馏过程仍采用常规工艺方法，必然导致精馏过程能耗很高，将严重制约工业尾气发酵生产燃料乙醇工艺的经济性。

中国专利cn200410094085.0公开了一种“燃料乙醇生产方法”，其实质是采用单醪塔、单精塔加分子筛的原始工艺方法，虽然工艺流程简单，但操作能耗很高。

cn200710057523.x公开了一种“采用三塔热集成装置进行乙醇精馏的工艺方法”：整个乙醇精馏系统包括粗馏塔、低压共沸精馏塔、高压共沸精馏塔等三塔，粗馏塔、低压共沸精馏塔、高压共沸精馏塔三塔之间热集成，粗馏塔侧线气相为低压共沸精馏塔提供部分能量，高压共沸精馏塔塔顶气相为粗馏塔塔釜提供能量，酒精产品由低压共沸精馏塔和高压共沸精馏塔分别采出，其实质仍是单醪塔、双精塔的双效精馏工艺，操作能耗高。

cn200710058736.4公开一种“燃料乙醇生产装备及方法”，其实质是采用双醪塔(粗塔、精馏塔下部)、双精塔(精馏塔上部、回收塔上部)加分子筛的三塔精馏工艺方法，粗塔、精馏塔和回收塔三台塔之间热集成操作，实现了三效工艺，操作能耗较低。

cn201010545523.6公开了“一种燃料乙醇和普级食用酒精联产的蒸馏脱水装置及工艺”，类似cn200710058736.4提供的工艺方法，粗馏塔、组合塔、精馏塔三台塔之间热集成操作，实现了三效工艺，其改进部分在于：组合塔塔顶气相经乙醇汽体压缩机升压后分为三股，一股去粗馏塔再沸器、一股去甲醇塔再沸器、另一股去分子筛吸附塔脱水，脱水后的无水乙醇气体返回精馏单元给粗馏塔塔釜再沸器加热，相对cn200710058736.4提供的工艺方法进一步降低了操作能耗。cn201010545523.6中设置的甲醇塔，属于联产普级食用乙醇的必需设备，但对于燃料乙醇装置属于多余设备。发酵液中甲醇浓度远远低于乙醇浓度，精馏所得的共沸酒精经脱水后无需脱除甲醇即可满足gb18350-2013《变性燃料乙醇》标准。压缩机的设置大大增加了cn201010545523.6提供工艺方法的电耗，并且增加了动设备(压缩机)的投资和维护成本。

cn201710542687.5公开了“一种燃料乙醇节能清洁生产方法”，其燃料乙醇精馏过程实质与cn200710058736.4一致，都是采用双醪塔(粗塔、精馏塔下部)、双精塔(精馏塔上部、回收塔上部)加分子筛的三塔精馏工艺方法，不同的是利用脱水后的无水乙醇气体用于预热发酵醪液，这一工艺与cn201010545523.6相同。cn201710542687.5与cn201010545523.6不同点在于，cn201710542687.5提供的工艺方法中，“精馏脱水单元的第一精塔再沸器的加热蒸汽为新鲜蒸汽，排出的蒸汽凝水收集后送至第一精塔塔釜直接加热塔釜液”，按此工艺方法，第一精塔塔釜再沸器完全可以省略、直接将蒸汽引入第一精塔塔釜、采用直接蒸汽加热即可达到相同效果。cn201710542687.5提供的工艺方法相对cn201010545523.6无实质突破，并且蒸汽凝液直接混入第一精塔塔釜废水属于非常不经济的方法。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺装置，尤其是从工业尾气发酵液中通过精馏过程生产燃料乙醇的节能工艺方法和装置，可以克服已有技术的缺点。本实用新型在目前常用的三塔酒精精馏系统的工艺基础上，突破性地采用四塔精馏、四效热集成工艺方法，极大地降低操作能耗。本实用新型提供的工艺方法具有显著的实用性及经济效益。

本实用新型提供的从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺方法包括：

1)至少包括第一精馏塔、第二精馏塔、第三精馏塔和第四精馏塔；

2)所述的第一精馏塔为复合塔，第一精馏塔上部为第一精馏段，中部为脱轻段，下部为第一粗塔；

3)所述的第二精馏塔为汽提塔，其进料以下为第二粗塔；

4)所述的第三精馏塔为汽提塔，其进料以下为第三粗塔；

5)所述的第四精馏塔为复合塔，第四精馏塔上部为第二精馏段，中部为杂醇油采出段，下部为脱水段；

6)所述的第一精馏塔、第二精馏塔、第三精馏塔和第四精馏塔之间为热集成，第四精馏塔塔顶气相作为第三精馏塔塔釜加热热源，为第三精馏塔提供所需热量；第三精馏塔塔顶气相作为第二精馏塔塔釜加热热源，为第二精馏塔提供所需热量；第二精馏塔塔顶气相作为第一精馏塔塔釜加热热源，为第一精馏塔提供所需热量；

7)去脱水单元气相首选来自第四精馏塔塔顶气相，也可以是共沸酒精液相的蒸发气相，也可以是精馏系统内其他精馏塔塔顶气相；

8)脱水单元产出的无水乙醇气相首选用做第三精馏塔塔釜加热热源，也可用做第二精馏塔塔釜加热热源，也可用做第一精馏塔塔釜加热热源，也可用于预热发酵醪液，也可用于预热第一精馏塔进料，也可用于预热第二精馏塔进料，也可用于预热第三精馏塔进料，也可用于预热第四精馏塔进料；前述无水乙醇气相冷凝物即为燃料乙醇产品(或酒精产品)。

按本实用新型提供的工艺方法，脱水单元是分子筛脱水塔或渗透汽化膜。所述的脱水单元排出的淡酒首选进入第一精馏塔，或进料至第四精馏塔、第二精馏塔或者第三精馏塔。

按本实用新型提供的工艺方法，当无需生产燃料乙醇时，所述的脱水单元可以停用，由第一精馏塔顶部或侧线采出部分共沸酒精，由第四精馏塔塔顶或上部液相侧线采出部分共沸酒精；或者第一精馏塔采出的共沸酒精进入第四精馏塔回流罐或塔顶，酒精产品全部由第四精馏塔塔顶或上部液相侧线采出；或者第四精馏塔采出的共沸酒精进入第一精馏塔回流罐或塔顶，酒精产品全部由第一精馏塔塔顶或上部液相侧线采出。实现燃料乙醇和共沸酒精产品的联产操作。

按本实用新型提供的工艺方法，发酵醪液首选先进入所述的第一精馏塔；第二精馏塔的进料来自第一精馏塔进料以下液相侧线出料；第三精馏塔的进料来自第一精馏塔进料以下液相侧线出料或来自第二精馏塔进料以下液相侧线出料；发酵醪液也可以分为三股，分别去第一精馏塔、第二精馏塔和第三精馏塔；发酵醪液也可以先进入第二精馏塔，第一精馏塔的进料来自第二精馏塔进料以下液相侧线出料，第三精馏塔的进料来自第一精馏塔进料以下液相侧线出料或来自第二精馏塔进料以下液相侧线出料；发酵醪液也可以先进入第三精馏塔，第二精馏塔的进料来自第三精馏塔进料以下液相侧线出料，第一精馏塔的进料来自第三精馏塔进料以下液相侧线出料或来自第二精馏塔进料以下液相侧线出料；第四精馏塔的进料为来自第一精馏塔进料以上液相侧线出料、第二精馏塔顶馏出物或其进料以上液相侧线出料、第三精馏塔塔顶馏出物或其进料以上液相侧线出料的混合物料。按前述方法，可以将第二精馏塔顶馏出物或其进料以上液相侧线出料、第三精馏塔塔顶馏出物或其进料以上液相侧线出料分别或都引入第一精馏塔进料以上位置。

按本实用新型提供的工艺方法，整个精馏装置系统内有三个含醪段——第一精馏塔的下部、第二精馏塔的下部和第三精馏塔的下部；第一精馏塔、第二精馏塔和第三精馏塔塔釜分别排放含醪废水；第四精馏塔塔釜排放不含醪废水；所述的第一精馏塔可以是汽提塔、无顶部精馏段；第二精馏塔可以是复合塔，顶部设置精馏段；第三精馏塔可以是复合塔，顶部设置精馏段。

按本实用新型提供的工艺方法，所述的第三精馏塔可以停用，第四精馏塔塔顶气相作为第二精馏塔塔釜加热热源，为第二精馏塔提供所需热量。

按本实用新型提供的工艺方法，还可以在所述的第三精馏塔和第四精馏塔之间增加一台第五精馏塔，第五精馏塔与所述的第一精馏塔、第二精馏塔、第三精馏塔和第四精馏塔形成五效热集成操作，进一步降低操作能耗。第四精馏塔塔顶气相作为第五精馏塔塔釜加热热源，为第五精馏塔提供所需热量；第五精馏塔塔顶气相作为第三精馏塔塔釜加热热源，为第三精馏塔提供所需热量；第三精馏塔塔顶气相作为第二精馏塔塔釜加热热源，为第二精馏塔提供所需热量；第二精馏塔塔顶气相作为第一精馏塔塔釜加热热源，为第一精馏塔提供所需热量。脱水单元产出的无水乙醇气相首选用做第五精馏塔塔釜加热热源，也可用做第三精馏塔塔釜加热热源，也可用做第二精馏塔塔釜加热热源，也可用做第一精馏塔塔釜加热热源。按前述方法，可以将第二精馏塔顶馏出物或其进料以上液相侧线出料、第三精馏塔塔顶馏出物或其进料以上液相侧线出料、第五精馏塔塔顶馏出物或其进料以上液相侧线出料分别或都引入第一精馏塔进料以上位置。

按本实用新型提供的工艺方法，共沸酒精产品首选由第一精馏塔顶部或其上部侧线、以及第四精馏塔顶部或其上部侧线分别获得；杂醇油由第四精馏塔中部液相侧线采出；所述的第一精馏塔、第二精馏塔、第三精馏塔、第五精馏塔和第四精馏塔都是复合塔结构、各塔上部都设置精馏段。

按本实用新型提供的工艺方法，在第四精馏塔进料位置附近(进料以上或以下)设置若干杂醇油采出口，根据进料浓度和第四精馏塔的操作状况，选用适宜的杂醇油采出口排出杂醇油。

按本实用新型提供的工艺方法，所述的燃料乙醇产品(或酒精产品、或蒸汽凝液)可以给第一精馏塔采出的共沸酒精预热、可以给脱水单元排出的淡酒预热、可以给发酵醪液预热、可以给第一精馏塔进料预热、可以给第二精馏塔进料预热、可以给第三精馏塔进料预热、可以给第四精馏塔进料预热，回收其中热量，减少冷却水消耗。

按本实用新型提供的工艺方法，所述的第四精馏塔与第三精馏塔之间的热集成换热器、第四精馏塔与第五精馏塔之间的热集成换热器、第三精馏塔与第二精馏塔之间的热集成换热器、第二精馏塔与第一精馏塔之间的热集成换热器、脱水单元产出的无水乙醇气相冷凝器可以采用降膜再沸器、泵强制循环换热器、间接换热的蒸汽发生器、板式换热器、热虹吸式再沸器。按本实用新型提供的工艺方法，发酵液精馏装置中仅所述的第四精馏塔塔釜再沸器需引入外部热源加热，其他各再沸器、换热器所需热量均可利用系统内部热量。所述的第四精馏塔塔釜再沸器的加热介质可以是蒸汽、导热油或者是加热炉。热集成换热器的型式、采用何种加热介质仅为本实用新型提供的工艺方法的实施细节，不构成对本实用新型精神的任何限制，对本领域技术人员来说是完全可以自由组合或采用其他型式的换热器来实现本技术。

本实用新型提供的工艺方法是一种从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺方法和装置，尤其是一种从工业尾气发酵液中通过精馏过程生产燃料乙醇的节能工艺方法和装置，还可以用于其他能与水形成低沸点共沸物的水溶液的精馏和脱水过程。所述的能与水形成低沸点共沸物典型的物质包括但不限于异丙醇、正丙醇、仲丁醇、叔丁醇、四氢呋喃、乙酸甲酯、乙酸乙酯、吡啶、乙腈等。

按本实用新型提供的工艺方法，所述的各塔典型操作条件为：

第一精馏塔塔顶操作压力范围为8～90kpa；

第二精馏塔塔顶操作压力范围为20～280kpa；

第三精馏塔塔顶操作压力范围为70～500kpa；

第四精馏塔塔顶操作压力范围为100～1280kpa；

脱水单元操作压力范围为100～1280kpa。

除特殊说明外，本实用新型中所有压力均指绝对压力。

按本实用新型提供的工艺方法，所述的各塔优选操作条件为：

第一精馏塔塔顶操作压力为30kpa，塔顶50℃，塔釜78℃；

第二精馏塔塔顶操作压力为100kpa，塔顶97℃，塔釜103℃；

第三精馏塔塔顶操作压力为180kpa，塔顶114℃，塔釜119℃；

第四精馏塔塔塔顶操作压力为590kpa，塔顶130℃，塔釜159℃；

脱水单元(气相脱水膜组件)操作压力为590kpa。

工业尾气发酵属于气体发酵过程，发酵液中乙醇浓度很低(一般仅为2～4％)，如此低浓度工业尾气发酵液精馏过程的能耗控制属于典型的醪液酒精汽提控制分离过程。cn201710542687.5提供的双醪塔、双精塔加分子筛的三塔精馏工艺方法是目前粮食作物发酵生产燃料乙醇行业普遍采用的精馏工艺方法，如将这种精馏工艺方法用于工业尾气发酵液精馏过程，操作能耗很高。以工业尾气发酵液乙醇浓度3％为例，按cn201710542687.5提供的三塔精馏工艺方法，每吨燃料乙醇的蒸汽消耗高达3.0吨蒸汽。

按本实用新型提供的工艺方法，所述的第一精馏塔下部的第一粗塔、第二精馏塔下部的第二粗塔、第三精馏塔下部的第三粗塔形成低浓度发酵醪液的三效、热集成汽提操作；所述的第一精馏塔下部的第一粗塔、第二精馏塔下部的第二粗塔、第三精馏塔下部的第三粗塔、第五精馏塔下部的第五粗塔形成低浓度发酵醪液的四效、热集成汽提操作；有效克服了现有技术(双醪塔、醪液双效汽提操作)的缺陷，极大地降低了工业尾气发酵液生产燃料乙醇的操作能耗。

采用本实用新型提供的工艺方法，如附图1～附图6所示，将常规的双醪塔(双醪塔、醪液双效汽提操作)改进为三台醪塔，实现醪液的三效、热集成汽提操作，操作能耗仅为2.0吨蒸汽/吨燃料乙醇产品，操作能耗大大降低。

采用本实用新型提供的工艺方法，如附图8所示，将常规的双醪塔(双醪塔、醪液双效汽提操作)改进为四台醪塔，实现醪液的四效、热集成汽提操作，操作能耗仅为1.8吨蒸汽/吨燃料乙醇产品，操作能耗极大降低。

本实用新型涉及一种从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺方法和装置，尤其涉及一种从工业尾气发酵液中通过精馏过程生产燃料乙醇的节能工艺方法和装置。整个酒精精馏系统至少包括第一精馏塔、第二精馏塔、第三精馏塔、第四精馏塔等四塔和脱水单元以及其他配套设备组成。第一精馏塔、第二精馏塔、第三精馏塔和第四精馏塔四塔之间热集成，加上系统内其他换热、节能技术的应用极大地降低了操作能耗。优化的换热系统，使脱水单元与精馏系统有机地统一在一起，提高了整个精馏系统的稳定性和灵活性。本实用新型克服了已有技术的缺点，操作能耗较目前先进的燃料乙醇精馏工艺方法降低30％以上，具有极其显著的实用性及经济效益，应用前景广阔。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种典型的从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺方法流程图；脱水单元采用气相脱水膜组件。

图2是图1的一种演变工艺方法，图1所示的第四精馏塔塔顶不采出共沸酒精气相去脱水单元；第一精馏塔塔顶采出的液相共沸酒精和第四精馏塔塔顶采出的液相共沸酒精一起进蒸发器e144，汽化后的酒精气相去脱水单元。

图3是图2的一种演变工艺方法，图2所示的第一精馏塔塔上部侧线采出一部分液相共沸酒精去第四精馏塔塔顶，最终全部共沸酒精从第四精馏塔上部液相侧线采出，然后进蒸发器e144，汽化后的酒精气相去脱水单元。

图4是图1的一种演变工艺方法，图1所示的脱水单元产出的无水乙醇气相改为给第二精馏塔第二再沸器e123加热；脱水单元采用分子筛吸附/再生切换操作脱水。

图5是图1的一种演变工艺方法，当切换生产共沸酒精时，停用脱水单元，第一精馏塔塔顶采出液相和第四精馏塔塔顶采出液相一起作为共沸酒精产品。

图6是图5的一种演变工艺方法，当切换生产共沸酒精时，第一精馏塔塔上部侧线采出一部分共沸酒精去第四精馏塔塔顶，最终全部共沸酒精从第四精馏塔上部液相侧线采出。

图7是图1的一种演变工艺方法，对图1的工艺方法进行了简化，省略了第三精馏塔，第四精馏塔塔顶气相一部分给第二精馏塔再沸器e122加热，另一部分去脱水单元。经脱水单元脱水后的无水乙醇气相给第二精馏塔第二再沸器e123加热。

图8是图1的一种演变工艺方法，对图1的工艺方法进行了进一步节能优化，在第三精馏塔和第四精馏塔之间增加了第五精馏塔。第四精馏塔塔顶气相一部分给第五精馏塔再沸器e162加热，另一部分去脱水单元；经脱水单元脱水后的无水乙醇气相给第五精馏塔第二再沸器e163加热；第五精馏塔塔顶气相给第三精馏塔再沸器e132加热。

具体实施方式

本实用新型的具体实施方案参照附图详细说明如下，但仅作说明而不是限制本实用新型。

如无特殊说明，实施例中未注明具体使用的塔件等工艺设备的组成、结构，材料(用于连通各塔件之间的连接管线等)、试剂等，均可从商业途径得到，或本领域的普通技术人员用熟知的方法得到。所涉及的具体实验方法、操作条件，通常按照常规工艺条件以及手册中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件。

如图1-图8所示，本实用新型提供了一种从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能装置：

至少包括第一精馏塔t110、第二精馏塔t120、第三精馏塔t130和第四精馏塔t140四台塔以及连接管线。

所述的进料管线与第一精馏塔t110的冷凝器e111管程入口连接，e111管程出口与第一精馏塔t110的进料预热器e113冷侧进口连接，e113冷侧出口连接至第一精馏塔t110的中部。第一精馏塔t110的塔顶气相出口与第一精馏塔t110的冷凝器e111壳程气相入口连接，第一精馏塔t110的冷凝器e111壳程气相出口与第一精馏塔t110的尾冷器e112壳程气相入口连接，第一精馏塔t110的尾冷器e112壳程气相出口连接至真空系统。第一精馏塔t110的冷凝器e111和第一精馏塔t110的尾冷器e112的凝液出口管线分为两根，一根连接至第一精馏塔t110的塔顶回流口、另一根连接至第四精馏塔t140塔顶回流口。e112凝液出口管线还连接至工业酒精采出管线。第一精馏塔t110的塔釜分别与第一精馏塔t110的再沸器e114管程入口和第一精馏塔t110的进料预热器e113热侧进口相连。第一精馏塔t110的进料预热器e113热侧出口与废醪排出管线相连。第一精馏塔t110的再沸器管程出口连接至第一精馏塔t110的塔釜。

第一精馏塔t110进料以上液相侧线出口连接至第四精馏塔t140第一进料预热器e141冷侧入口，第一精馏塔t110进料以下液相侧线出口连接至第二精馏塔t120进料预热器e121冷侧入口。

第二精馏塔t120进料预热器冷侧出口分为两根，一根连接至第二精馏塔t120进料口，另一根连接至第三精馏塔t130进料预热器e131冷侧入口。第二精馏塔t120塔顶气相出口与第一精馏塔t110再沸器e114壳程气相入口连接，第一精馏塔t110再沸器e114壳程凝液出口连接至第四精馏塔t140第一进料预热器e141冷侧入口。第二精馏塔t120塔釜分别与第二精馏塔t120再沸器e122管程入口和第二精馏塔t120进料预热器e121热侧进口相连。第二精馏塔t120进料预热器热侧出口连接至第一精馏塔t110进料预热器e113热侧进口。第二精馏塔t120再沸器管程出口连接至第二精馏塔t120塔釜。

第三精馏塔t130进料预热器e131冷侧出口连接至第三精馏塔t130进料口。第三精馏塔t130塔顶气相出口与第二精馏塔t120再沸器e122壳程气相入口连接，第二精馏塔t120再沸器e122壳程凝液出口连接至第四精馏塔t140第一进料预热器e141冷侧入口。第三精馏塔t130塔釜分别与第三精馏塔t130第一再沸器e132管程入口、第三精馏塔t130第二再沸器e133管程入口和第三精馏塔t130进料预热器e131热侧进口相连。第三精馏塔t130进料预热器热侧出口连接至第二精馏塔t120进料预热器e121热侧进口。第三精馏塔t130第一再沸器e132管程出口和第三精馏塔t130第二再沸器e133管程出口连接至第三精馏塔t130塔釜。

第四精馏塔t140第一进料预热器e141冷侧出口与第四精馏塔t140第二进料预热器e142冷侧入口相连，第四精馏塔t140第二进料预热器e142冷侧出口与第四精馏塔t140进料口相连。第四精馏塔t140塔顶气相出口分别与第三精馏塔t130第一再沸器e132壳程气相入口、脱水单元气相进口相连。第三精馏塔t130第一再沸器e132壳程凝液出口管线连接至第四精馏塔t140塔顶回流口。

脱水单元产出的无水乙醇气相管线连接至第三精馏塔t130第二再沸器e133壳程气相入口，第三精馏塔t130第二再沸器e133壳程凝液出口与燃料乙醇产品采出管线相连。脱水单元排出的淡酒管线连接至第一精馏塔t110进料以上淡酒进料口。

第四精馏塔t140进料位置以上或以下分别设置若干杂醇油采出口，杂醇油采出口分别与杂醇油采出管线连接。

第四精馏塔t140塔釜分别与第四精馏塔再沸器e143管程入口和第四精馏塔t140第一进料预热器e141热侧进口相连。第四精馏塔t140第一进料预热器e141热侧出口与废水排出管线连接。第四精馏塔t140再沸器e143管程出口连接至第四精馏塔塔釜。加热蒸汽管线连接在第四精馏塔t140再沸器e143壳程气相入口，第四精馏塔t140再沸器e143壳程凝液出口连接至第四精馏塔t140第二进料预热器e142热侧进口。第四精馏塔t140第二进料预热器e142热侧出口与加热蒸汽凝液排出管线相连。

本实用新型提供的一种从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺方法包括如下步骤：

1)至少包括第一精馏塔t110、第二精馏塔t120、第三精馏塔t130和第四精馏塔t140；

2)所述的第一精馏塔t110为复合塔，第一精馏塔上部为第一精馏段s1101，中部为脱轻段s1102)，下部为第一粗塔s1103；

3)所述的第二精馏塔t120为汽提塔，其进料以下为第二粗塔s1203；

4)所述的第三精馏塔t130)为汽提塔，其进料以下为第三粗塔s1303；

5)所述的第四精馏塔t140为复合塔，第四精馏塔上部为第二精馏段s1401，中部为杂醇油采出段s1402，下部为脱水段s1403；

6)所述的第一精馏塔t110、第二精馏塔t120、第三精馏塔t130和第四精馏塔t140之间为热集成，第四精馏塔t140塔顶气相作为第三精馏塔t130塔釜加热热源，为第三精馏塔t130提供所需热量；第三精馏塔t130塔顶气相作为第二精馏塔t120塔釜加热热源，为第二精馏塔t120提供所需热量；第二精馏塔t120塔顶气相作为第一精馏塔t110塔釜加热热源，为第一精馏塔t110提供所需热量；

7)整个精馏装置系统内有三个含醪段——第一精馏塔下部s1103、第二精馏塔下部s1203和第三精馏塔下部s1303；第一精馏塔t110、第二精馏塔t120和第三精馏塔t130塔釜分别排放含醪废水；第四精馏塔t140塔釜排放不含醪废水。

8)共沸酒精产品由第一精馏塔t110顶部或其上部侧线、以及第四精馏t140塔顶部或其上部侧线分别获得；杂醇油由第四精馏塔t140中部液相侧线采出；

9)第四精馏塔t140塔顶气相或共沸酒精液相的蒸发气相去脱水单元；

10)脱水单元产出的无水乙醇气相首选用做第三精馏塔t130塔釜加热热源，也可用做第二精馏塔t120塔釜加热热源，也可用做第一精馏塔t110塔釜加热热源，也可用于预热发酵醪液，也可用于预热第一精馏塔t110进料，也可用于预热第二精馏塔t120进料，也可用于预热第三精馏塔t130进料，也可用于预热第四精馏塔t140进料。

前述无水乙醇气相冷凝物即为燃料乙醇产品。

按本实用新型提供的工艺方法，具体步骤是：

工业尾气发酵醪液101先进第一精馏塔冷凝器e111管程，被第一精馏塔t110塔顶气相104预热后物流102进第一精馏塔t110进料预热器e113冷侧入口，被第一精馏塔t110塔釜排出废醪液111预热后的物流103进入第一精馏塔t110中部脱轻段s1102的上方。第一精馏塔t110塔顶气相104进入第一精馏塔t110冷凝器e111壳程，e111未凝气相105进第一精馏塔t110尾冷器e112壳程，e112壳程出口不凝气106去真空系统。第一精馏塔t110冷凝器e111壳程凝液与第一精馏塔t110尾冷器e112壳程凝液混合后的物流108分为两股，一股109回流至第一精馏塔t110塔顶，另一股110进入第四精馏塔t140塔顶。第一精馏塔t110尾冷器e112壳程凝液还有一股107作为工业酒精采出。第一精馏塔t110塔釜排出废醪液111经第一精馏塔t110进料预热器e113与物流102换热后的物流112排出精馏装置。

第一精馏塔t110进料以上、第一精馏段s1101与脱轻段s1102之间引出液相侧线物流113。第一精馏塔t110进料以下、脱轻段s1102与第一粗塔s1103之间引出液相侧线物流114。物流114经第二精馏塔进料预热器e121与第二精馏塔t120塔釜排出废醪液205换热后的物流115分为两股，第一股物流201进入第二精馏塔t120；第二股物流202经第三精馏塔进t130料预热器e131与第三精馏塔t130塔釜排出废醪液304换热，换热后的物流301进入第三精馏塔t130。

第二精馏塔t120与第一精馏塔t110热集成操作，第二精馏塔t120塔顶气相203进第一精馏塔t110再沸器e114壳程、为第一精馏塔t110提供分离所需热量。

第三精馏塔t130与第二精馏塔t120热集成操作，第三精馏塔t130塔顶气相302进第二精馏塔再沸器e122壳程、为第二精馏塔t120提供分离所需热量。

第四精馏塔t140与第三精馏塔t130热集成操作，第四精馏塔t140塔顶一股气相404进第三精馏塔t130第一再沸器e132壳程、给第三精馏塔t130提供分离所需部分热量；第四精馏塔t140塔顶另一股气相405进气相脱水膜组件m150，脱水后的无水乙醇气相407进第三精馏塔t130第二再沸器e133壳程、为第三精馏塔t130提供分离所需另一部分热量。加热蒸汽430进入第四精馏塔t140再沸器e143壳程。

第一精馏塔t110进料以上、第一精馏段s1101与脱轻段s1102之间引出液相侧线物流113、第一精馏塔再沸器e114壳程凝液204和第二精馏塔t120再沸器e122壳程凝液303混合，混合后物流401经第四精馏塔t140第一进料预热器e141与第四精馏塔t140塔釜排出废水411换热，换热后的物流402再进第四精馏塔t140第二进料预热器e142，与第四精馏塔t140再沸器e143壳程蒸汽凝液431换热，换热后的物流403进入第四精馏塔t140下部脱水段s1403的上方。

第一精馏塔t110冷凝器e111壳程凝液与第一精馏塔t110尾冷器e112壳程凝液混合后的一股凝液110与第三精馏塔t130第一再沸器e132壳程凝液406混合后的物流413进入第四精馏塔t140塔顶。

第三精馏塔t130塔釜排出废醪液304经第三精馏塔t130进料预热器e131换热后的物流305进入第二精馏塔t120进料预热器e121热侧，第二精馏塔t120进料预热器e121热侧出口物流206进入第一精馏塔t110进料预热器e113热侧。

气相脱水膜组件m150生成的淡酒409进入第一精馏塔t110的第一精馏段s1101

第三精馏塔t130第二再沸器e133壳程凝液408为燃料乙醇产品。

第四精馏塔t140中部杂醇油采出段s1402采出杂醇油410。

第四精馏塔t140第一进料预热器e141热侧出口排放不含醪废水412。

第四精馏塔t140第二进料预热器e142热侧出口排放蒸汽凝液432。

按本实用新型提供的工艺方法，其典型的原料组成为：

上述原料组成范围不构成对本实用新型的任何限制，本实用新型可用于各种组成的燃料乙醇发酵液的分离。

实施例1：

如图1所示，所述的工业尾气发酵醪液101先进第一精馏塔t110冷凝器e111管程，被第一精馏塔t110塔顶气相104预热后物流102进第一精馏塔t110进料预热器e113冷侧入口，被第一精馏塔t110塔釜排出废醪液111预热后的物流103进入第一精馏塔t110中部脱轻段s1102的上方。第一精馏塔t110塔顶气相104进入第一精馏塔t110冷凝器e111壳程，e111未凝气相105进第一精馏塔t110尾冷器e112壳程，e112壳程出口不凝气106去真空系统。第一精馏塔t110冷凝器e111壳程凝液与第一精馏塔t110尾冷器e112壳程凝液混合后的物流108分为两股，一股109全回流至第一精馏塔t110塔顶，另一股110进入第四精馏塔t140塔顶。第一精馏塔t110尾冷器e112壳程凝液还有一股107作为工业酒精采出。第一精馏塔t110塔釜排出废醪液111经第一精馏塔t110进料预热器e113与物流102换热后的物流112排出精馏装置。

第一精馏塔t110进料以上、第一精馏段s1101与脱轻段s1102之间引出液相侧线物流113。第一精馏塔t110进料以下、脱轻段s1102与第一粗塔s1103之间引出液相侧线物流114。物流114经第二精馏塔t120进料预热器e121与第二精馏塔t120塔釜排出废醪液205换热后的物流115分为两股，第一股物流201进入第二精馏塔t120，第二股物流202经第三精馏塔t130进料预热器e131与第三精馏塔t130塔釜排出废醪液304换热，换热后的物流301进入第三精馏塔t130。

第二精馏塔t120与第一精馏塔t110热集成操作，第二精馏塔t120塔顶气相203进第一精馏塔t110再沸器e114壳程、为第一精馏塔t110提供分离所需热量。

第三精馏塔t130与第二精馏塔t120热集成操作，第三精馏塔t130塔顶气相302进第二精馏塔t120再沸器e122壳程、为第二精馏塔t12提供分离所需热量。

第四精馏塔t140与第三精馏塔t130热集成操作，第四精馏塔t140塔顶一股气相404进第三精馏塔t130第一再沸器e132壳程、给第三精馏塔t130提供分离所需部分热量；第四精馏塔t140塔顶另一股气相405进气相脱水膜组件m150，脱水后的无水乙醇气相407进第三精馏塔t130第二再沸器e133壳程、为第三精馏塔t130提供分离所需另一部分热量。加热蒸汽430进入第四精馏塔t140再沸器e143壳程。

第一精馏塔t110进料以上、第一精馏段s1101与脱轻段s1102之间引出液相侧线物流113、第一精馏塔t110再沸器e114壳程凝液204和第二精馏塔再沸器e122壳程凝液303混合，混合后物流401经第四精馏塔t140第一进料预热器e141与第四精馏塔t140塔釜排出废水411换热，换热后的物流402再进第四精馏塔t140第二进料预热器e142，与第四精馏塔t140再沸器e143壳程蒸汽凝液431换热，换热后的物流403进入第四精馏塔t140下部脱水段s1403的上方。

第一精馏塔t110冷凝器e111壳程凝液与第一精馏塔t110尾冷器e112壳程凝液混合后的一股凝液110与第三精馏塔t130第一再沸器e132壳程凝液406混合后的物流413进入第四精馏塔t140塔顶。

第三精馏塔t130塔釜排出废醪液304经第三精馏塔t130进料预热器e131换热后的物流305进入第二精馏塔t120进料预热器e121热侧，第二精馏塔t120进料预热器e121热侧出口物流206进入第一精馏塔t110进料预热器e113热侧。

气相脱水膜组件m150生成的淡酒409进入第一精馏塔t110的第一精馏段s1101

第三精馏塔t130第二再沸器e133壳程凝液408为燃料乙醇产品。

第四精馏塔t140中部杂醇油采出段s1402采出杂醇油410。

第四精馏塔t140第一进料预热器e141热侧出口排放不含醪废水412。

第四精馏塔t140第二进料预热器e142热侧出口排放蒸汽凝液432。

以下给出了实施例1中各塔的一种典型操作条件，典型操作条件及操作能耗如下：

第一精馏塔t110塔顶操作压力为30kpa，塔顶50℃，塔釜78℃；

第二精馏塔t120塔顶操作压力为100kpa，塔顶97℃，塔釜103℃；

第三精馏塔t130塔顶操作压力为180kpa，塔顶114℃，塔釜119℃；

第四精馏塔t140塔塔顶操作压力为590kpa，塔顶130℃，塔釜159℃；

脱水单元(气相脱水膜组件)操作压力为590kpa。

按本实用新型图1提供的工艺方法，将常规的双醪塔(双醪塔、醪液双效汽提操作)改进为三台醪塔——第一精馏塔t110下部的第一粗塔s1103、第二精馏塔t120下部的第二粗塔s1203、第三精馏塔t130下部的第三粗塔s1303，实现醪液的三效、热集成汽提操作。整个精馏系统第一精馏塔t110、第二精馏塔t120、第三精馏塔t130和第四精馏塔t140形成四效热集成操作，第四精馏t140塔塔顶气相作为第三精馏塔t130塔釜第一再沸器e132加热热源，为第三精馏塔t130提供一部分热量，脱水单元产出的无水乙醇气相作为第三精馏塔t130塔釜第二再沸器e133加热热源，为第三精馏塔t130提供另一部分热量；第三精馏塔t130塔顶气相作为第二精馏塔t120塔釜加热热源，为第二精馏塔t120提供所需热量；第二精馏塔t120塔顶气相作为第一精馏塔t110塔釜加热热源，为第一精馏塔t110提供所需热量。整个精馏系统仅第四精馏塔t140塔底再沸器e143需要中压蒸汽加热，操作能耗仅为2.0吨蒸汽/吨燃料乙醇产品，操作能耗大大降低。

按20万吨/年燃料乙醇装置、操作时数8000小时/年，中压蒸汽耗量为50吨/小时。其他各再沸器、换热器所需热量均可利用系统内部热量。

按中国专利cn201710542687.5提供的双醪塔、双精塔加分子筛的三塔精馏工艺方法，精馏系统操作能耗为3.0吨蒸汽/吨燃料乙醇。按20万吨/年燃料乙醇装置、操作时数8000小时/年，中压蒸汽耗量为75吨/小时。

(3.0-2.0)/3.0≈33％

相对中国专利cn201710542687.5提供的双醪塔、双精塔加分子筛的三塔精馏工艺方法，本实用新型图1提供的工艺方法能耗降低约33％。

每小时可节省蒸汽75-50＝25吨/小时。

每年可节省中压蒸汽25吨/小时×8000小时/年＝200000吨/年。

按每吨蒸汽150元计算，每年可节省蒸汽费用：

200000吨/年×150元/吨÷10000＝3000万元/年。

本实用新型提供的一种从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺方法和装置，具有极其显著的经济效益。

实施例2：

如图2所示，它是图1的一种演变工艺方法，相对图1所示的工艺方法不同之处如下：

图1所示的第四精馏塔t140塔顶不采出共沸酒精气相去脱水单元。第一精馏塔t110塔顶采出的液相共沸酒精110和第四精馏塔t140塔顶采出的液相共沸酒精414混合后的物流415进蒸发器e144，汽化后的酒精气相405去脱水单元。

实施例3：

如图3所示，它是图2的一种演变工艺方法，相对图2所示的工艺方法不同之处如下：

图2所示的第一精馏塔t110上部侧线采出一部分液相共沸酒精110去第四精馏塔t140塔顶，最终全部共沸酒精从第四精馏塔t140上部液相侧线415采出，然后进蒸发器e144，汽化后的酒精气相405去脱水单元。

实施例4：

如图4所示，它是图1的一种演变工艺方法，相对图1所示的工艺方法不同之处如下：

图1所示的脱水单元改为采用分子筛t150a/b吸附/再生切换操作脱水，脱水单元产出的无水乙醇气相407改为给第二精馏塔t120第二再沸器e123加热。脱水单元生成的淡酒409进入第一精馏塔t110的第一精馏段s1101。第二精馏塔t120第二再沸器e123壳程凝液408为燃料乙醇产品。

实施例5：

如图5所示，它是图1的一种演变工艺方法，相对图1所示的工艺方法不同之处如下：

当切换生产共沸酒精时，停用脱水单元，第一精馏塔t110塔顶采出液相110和第四精馏塔t140塔顶采出液相414一起作为共沸酒精产品415。

实施例6：

如图6所示，它是图5的一种演变工艺方法，相对图5所示的工艺方法不同之处如下：

当切换生产共沸酒精时，第一精馏塔t110上部侧线采出一部分共沸酒精110去第四精馏塔t140塔顶，最终全部共沸酒精从第四精馏塔t140上部液相侧线415采出。

实施例7：

如图7所示，它是图1的一种演变工艺方法，相对图1所示的工艺方法不同之处如下：

对图1的工艺方法进行了简化，省略了第三精馏塔t130，第四精馏塔t140塔顶气相一部分404给第二精馏塔t120再沸器e122加热，另一部分405去脱水单元m150。经脱水单元脱水后的无水乙醇气相407给第二精馏塔t120第二再沸器e123加热。

以下给出了实施例7中各塔的一种典型操作条件，典型操作条件及操作能耗如下：

第一精馏塔t110塔顶操作压力为30kpa，塔顶50℃，塔釜78℃；

第二精馏塔t120塔顶操作压力为170kpa，塔顶92℃，塔釜118℃；

第四精馏塔t140塔塔顶操作压力为570kpa，塔顶129℃，塔釜158℃；

脱水单元(气相脱水膜组件)操作压力为570kpa。

按本实用新型图7提供的工艺方法，整个精馏系统仅第四精馏塔t140塔底再沸器e143需要中压蒸汽加热，精馏系统操作能耗为2.7吨蒸汽/吨燃料乙醇。

实施例8：

如图8所示，它是图1的一种演变工艺方法，相对图1所示的工艺方法不同之处如下：

对图1的工艺方法进行了进一步节能优化，在第三精馏塔t130和第四精馏塔t140之间增加了第五精馏塔t160。第四精馏塔t140塔顶气相一部分404给第五精馏塔t160再沸器e162加热，另一部分405去脱水单元m150。经脱水单元脱水后的无水乙醇气相407给第五精馏塔t160第二再沸器e163加热。第五精馏塔t160塔顶气相602给第三精馏塔t130再沸器e132加热。第二精馏塔t120顶馏出物亦即第一精馏塔t110再沸器e114壳程凝液204去第一精馏塔t110进料以上位置。第四精馏塔t140的进料为来自第一精馏塔t110进料以上液相侧线出料113、第三精馏塔t130塔顶馏出物303、第五精馏塔t160塔顶馏出物603的混合物料。

以下给出了实施例8中各塔的一种典型操作条件，典型操作条件及操作能耗如下：

第一精馏塔t110塔顶操作压力为25kpa，塔顶46℃，塔釜74℃；

第二精馏塔t120塔顶操作压力为70kpa，塔顶87℃，塔釜93℃；

第三精馏塔t130塔顶操作压力为120kpa，塔顶102℃，塔釜107℃；

第五精馏塔t160塔顶操作压力为195kpa，塔顶116℃，塔釜121℃；

第四精馏塔t140塔顶操作压力为590kpa，塔顶130℃，塔釜159℃；

脱水单元(气相脱水膜组件)操作压力为590kpa。

按本实用新型图8提供的工艺方法，将常规的双醪塔(双醪塔、醪液双效汽提操作)改进为四台醪塔——第一精馏塔t110下部的第一粗塔s1103、第二精馏塔t120下部的第二粗塔s1203、第三精馏塔t130下部的第三粗塔s1303、第五精馏塔t160下部的第五粗塔s1603形成低浓度发酵醪液的四效、热集成汽提操作。整个精馏系统第一精馏塔t110、第二精馏塔t120、第三精馏塔t130、第五精馏塔t160和第四精馏塔t140形成五效热集成操作，第四精馏塔t140塔顶气相作为第五精馏塔塔釜第一再沸器e162加热热源，为第五精馏塔t160提供一部分热量，脱水单元产出的无水乙醇气相作为第五精馏塔t160塔釜第二再沸器e163加热热源，为第五精馏塔t160提供另一部分热量；第五精馏塔t160塔顶气相作为第三精馏塔塔釜加热热源，为第三精馏塔t130提供所需热量；第三精馏塔t130塔顶气相作为第二精馏塔t120塔釜加热热源，为第二精馏塔t120提供所需热量；第二精馏塔t120塔顶气相作为第一精馏塔t110塔釜加热热源，为第一精馏塔t110提供所需热量。仅第四精馏塔t140塔底再沸器e143需要中压蒸汽加热，操作能耗仅为1.8吨蒸汽/吨燃料乙醇产品，操作能耗大大降低。

按20万吨/年燃料乙醇装置、操作时数8000小时/年，按本实用新型图8提供的工艺方法，中压蒸汽耗量为45吨/小时。其他各再沸器、换热器所需热量均可利用系统内部热量。

对比cn201710542687.5提供的双醪塔、双精塔加分子筛的三塔精馏工艺方法，其精馏系统操作能耗为3.0吨蒸汽/吨燃料乙醇，中压蒸汽耗量为75吨/小时：

(3.0-1.8)/3.0＝40％

相对cn201710542687.5提供的双醪塔、双精塔加分子筛的三塔精馏工艺方法，本实用新型图8提供的工艺方法能耗降低约40％。

每小时可节省蒸汽75-45＝30吨/小时。

每年可节省中压蒸汽30吨/小时×8000小时/年＝240000吨/年。

按每吨蒸汽150元计算，每年可节省蒸汽费用：

240000吨/年×150元/吨÷10000＝3600万元/年。

本实用新型提供的一种从低浓度发酵液生产燃料乙醇的节能工艺方法和装置，具有极其显著的经济效益。

结合实施例加以具体说明，相关领域的人员完全可以根据本实用新型提供的方法进行适当改动或变更与组合，来实现该技术。需要特别说明的是，所有这些通过对本实用新型提供的工艺流程进行相类似的改动或变更与重新组合，对本领域技术人员来说是显而易见的，都被视为在本实用新型的精神、范围和内容中。