一種糠醛制備耦合乙醇精餾的裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種糠醛制備耦合乙醇精餾 的裝置及其方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)水解發(fā)酵制備燃料乙醇工藝是生物質(zhì)能源利用研宄的重要 分支，對(duì)發(fā)展我國(guó)能源替代、維護(hù)能源安全、減少環(huán)境污染等方面有著重要意義。然而耗能 巨大和經(jīng)濟(jì)性低制約著燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展，開(kāi)發(fā)出低能耗、高產(chǎn)出工藝成為推動(dòng)其發(fā)展的 關(guān)鍵助力。目前常規(guī)的利用木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)資源來(lái)生產(chǎn)燃料乙醇的工藝過(guò)程主要包括 預(yù)處理、酶解發(fā)酵、酒精純化和廢棄物高值轉(zhuǎn)化等部分。燃料乙醇工藝多樣的預(yù)處理方式使 得后續(xù)酶解發(fā)酵手段豐富，技術(shù)上難以統(tǒng)一。而酒精純化和廢棄物轉(zhuǎn)化技術(shù)因其普遍適用， 易于推廣且效果顯著而愈發(fā)受到人們關(guān)注。
[0003] 現(xiàn)階段酒精純化工藝與廢棄物轉(zhuǎn)化方法之間各成體系，缺乏聯(lián)系。乙醇精餾或脫 水工藝主要著眼于降低能耗，如專利CN1686986提供了一種蒸餾乙醇液分子篩脫水制備無(wú) 水乙醇的生產(chǎn)方法，專利CN101525272提供了一種蒸餾乙醇?xì)夥肿雍Y脫水制備無(wú)水乙醇的 節(jié)能工藝及設(shè)備，專利申請(qǐng)?zhí)朇N101085717提供了采用三塔熱集成裝置進(jìn)行乙醇精餾的工 藝方法等；含糖廢液或木質(zhì)素殘?jiān)D(zhuǎn)化技術(shù)主要集中于產(chǎn)出產(chǎn)物，如專利CN102584751提 出以無(wú)機(jī)酸為催化劑，反應(yīng)精餾制備糠醛工藝，專利CN102391218提供了一種金屬鹽助催 化的固定床催化木糖脫水制備糠醛的方法，專利CN101225319發(fā)明的一種以木質(zhì)素為原料 加氫脫氧制備烴燃料及甲醇的方法等。事實(shí)上，糠醛等轉(zhuǎn)化產(chǎn)物大都需要附加耗能精餾工 藝將其轉(zhuǎn)化為高純度產(chǎn)品。為此綜合精餾與轉(zhuǎn)化反應(yīng)，開(kāi)發(fā)出低能高產(chǎn)工藝，對(duì)于平衡優(yōu)化 燃料乙醇工藝能耗和經(jīng)濟(jì)性具有雙重意義，但目前綜合酒精純化和廢棄物轉(zhuǎn)化的工藝還很 少。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)水解發(fā)酵制備燃料乙醇工 藝中存在的缺點(diǎn)與不足，提供一種糠醛制備耦合乙醇精餾的裝置及其方法，固體酸催化預(yù) 處理糖液反應(yīng)精餾制備糠醛，耦合發(fā)酵醪液萃取精餾制備無(wú)水乙醇，在高效制備糠醛的同 時(shí)有效降低乙醇脫水能耗。
[0005] 所述預(yù)處理糖液是指燃料乙醇生產(chǎn)預(yù)處理后所制得的含戊糖和（或）聚戊糖 的水溶液（參見(jiàn)文獻(xiàn)：木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)高溫液態(tài)水預(yù)處理技術(shù)，化工學(xué)報(bào)，2010， 29 (11) : 2177-2182.)。所述發(fā)酵醪液是指燃料乙醇生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)酶解發(fā)酵工藝產(chǎn)生的含 乙醇的戊糖溶液或水溶液（纖維素乙醇發(fā)酵技術(shù)的研宄進(jìn)展，廣東化工，2014,41 (15): 135-136.)〇
[0006] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種糠醛制備耦合乙醇精餾的裝置，包括依次連通的催化精餾塔、醇醛精制塔和 醇醛分離塔，所述催化精餾塔用于催化預(yù)處理糖液和發(fā)酵醪液中戊糖組分反應(yīng)制備糠醛并 初步萃取精餾乙醇；所述醇醛精制塔用于糠醛和乙醇的精餾脫水；醇醛分離塔用于分離糠 醛和乙醇；
[0008] 所述催化精餾塔由上而下分為精餾段、催化反應(yīng)段和提餾段；所述催化精餾塔催 化反應(yīng)段為含固體酸催化劑的填料或塔板，所述固體酸催化劑為強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 或酸性分子篩；所述催化反應(yīng)段頂部設(shè)有預(yù)處理糖液入口用于接收預(yù)處理糖液，中部設(shè)有 發(fā)酵醪液入口用于接收發(fā)酵醪液；所述精餾段頂部設(shè)有出料口，提餾段底部設(shè)有塔釜出料 P ；
[0009] 所述醇醛精制塔中部設(shè)有跟催化精餾塔精餾段頂部的出料口連接的料液入口，用 于接收催化精餾塔精餾段頂部出來(lái)的乙醇、糠醛和水的混合物，醇醛精制塔頂部和底部均 設(shè)有出料口；
[0010] 所述醇醛分離塔中部設(shè)有進(jìn)料口，所述進(jìn)料口跟醇醛精制塔頂部設(shè)有的出料口連 接，用于接收醇醛精制塔頂部出來(lái)的乙醇和糠醛組成的混合物，所述醇醛分離塔頂部和底 部均設(shè)有出料口。
[0011] 所述催化精餾塔精餾段和提餾段為塔板或填料，所述醇醛精制塔和醇醛分離塔為 塔板塔或填料塔。
[0012] 所述醇醛精制塔中塔板數(shù)30~80,回流比1:1~4:1 ;所述醇醛分離塔中塔板數(shù) 20~60,回流比0· 1:1~2:1。
[0013] -種糠醛制備耦合乙醇精餾的方法，其特征在于利用上述糠醛制備耦合乙醇精餾 的裝置，包括以下步驟：
[0014] a、催化預(yù)處理糖液和發(fā)酵醪液中戊糖組分反應(yīng)制備糠醛并初步萃取精餾：預(yù)處理 糖液和發(fā)酵醪液在催化精餾塔中催化反應(yīng)段固體酸催化劑作用下，其中的聚戊糖水解為戊 糖，戊糖進(jìn)一步脫水為糠醛；同時(shí)，發(fā)酵醪液進(jìn)入催化精餾塔進(jìn)行乙醇初步萃取精餾并將 戊糖脫水制得的糠醛帶離催化反應(yīng)段進(jìn)入精餾段，塔頂出料為乙醇、糠醛和水的混合物；所 述發(fā)酵醪液中乙醇與預(yù)處理糖液中戊糖的進(jìn)料質(zhì)量比為0. 3:1~10:1 ;所述催化精餾塔壓 力0· 3~0· 8MPa(絕壓），催化反應(yīng)段溫度為150~180°C，回流比2:1~8:1 ;
[0015] b、脫水：步驟a得到的乙醇、糠醛和水的混合物進(jìn)入醇醛精制塔進(jìn)行萃取精餾分 離除去水分，塔頂為乙醇和糠醛組成的混合物，塔釜出料為水，所述水可循環(huán)用于預(yù)處理或 酶解發(fā)酵過(guò)程；
[0016] c、分離：步驟b得到的乙醇和糠醛組成的混合物進(jìn)入醇醛分離塔繼續(xù)精餾分離， 塔頂出料為乙醇，塔釜出料為糠醛。
[0017] 所述醇醛精制塔中塔板數(shù)30~80,回流比1:1~4:1 ;所述醇醛分離塔中塔板數(shù) 20~60,回流比0· 1:1~2:1。
[0018] 步驟a塔釜出料為低濃度糖液，包含有未反應(yīng)預(yù)處理糖液中糖和未反應(yīng)發(fā)酵醪液 中糖的水溶液，可循環(huán)用于預(yù)處理或酶解發(fā)酵過(guò)程。
[0019] 步驟c得到的乙醇質(zhì)量濃度>99. 5%，糠醛質(zhì)量濃度>99. 5%。
[0020] 本發(fā)明具有如下有益效果：
[0021] (1)本發(fā)明采用固體酸催化精餾法制備糠醛，可有效避免產(chǎn)物糠醛副反應(yīng)的發(fā)生， 提高糠醛收率，并減少?gòu)U水，經(jīng)濟(jì)環(huán)保；
[0022] (2)本發(fā)明乙醇萃取精餾與催化精餾同時(shí)發(fā)生，簡(jiǎn)化了工藝，且催化反應(yīng)制得的糠 醛與乙醇相互作用，提高乙醇與水的分離系數(shù)，產(chǎn)生萃取精餾效果，可有效降低能耗，提高 經(jīng)濟(jì)性；
[0023] (3)本發(fā)明使用固體酸催化，降低了設(shè)備材質(zhì)要求，并可利用現(xiàn)有乙醇精餾設(shè)備簡(jiǎn) 單改進(jìn)而成，節(jié)約設(shè)備成本，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；
[0024] (4)本發(fā)明發(fā)酵醪液中戊糖亦可經(jīng)催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為糠醛，提高資源化利用效率；
[0025] (5)本發(fā)明預(yù)處理糖液和發(fā)酵醪液經(jīng)催化精餾后排出的低濃度糖液溶液，可循環(huán) 使用于預(yù)處理和酶解發(fā)酵過(guò)程，可有效降低成本；
[0026] (6)本發(fā)明可同時(shí)得到質(zhì)量濃度>99. 5%的乙醇和糠醛。
[0027] 總之，本發(fā)明采用固體酸催化預(yù)處理糖液反應(yīng)精餾制備糠醛，耦合發(fā)酵醪液萃取 精餾制備無(wú)水乙醇工藝，在高效制備糠醛的同時(shí)能有效降低乙醇脫水能耗，具有顯著的使 用性與經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說(shuō)明】：
[0028] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 其中，T1、催化精餾塔，T2、醇醛精制塔，T3、醇醛分離塔；101、精餾段，102、催化反 應(yīng)段，103、提餾段;A、預(yù)處理糖液，B、發(fā)酵醪液，C、乙醇、糠醛和水的混合物，D