双粗塔压蒸馏生产燃料乙醇工艺的研发与应用

双粗塔压蒸馏生产燃料乙醇工艺的研发与应用

周宏才

广东中科天元新能源科技有限公司

摘要：主要分析了双粗塔差压蒸馏生产燃料乙醇工艺技术的技术背景、节能工艺特征和应用分析等。这项技术主要是以双粗塔差压蒸馏原理，提高蒸馏设备的热能利用效率。现阶段，我国对于燃料乙醇的质量要求越来越严格，因此，运用双粗塔差压节能工艺，有效的降低了能源的消耗，进一步提高了乙醇的质量。从而加快了燃料乙醇行业的改革的步伐，提升了我国酒精行业的经济发展。

关键词：双粗塔差压蒸馏；燃料乙醇；工艺；应用

一、双粗塔压蒸馏生产燃料乙醇工艺

（一）研发背景

双粗塔差压蒸馏生产燃料乙醇工艺技术项目在经过不断地研究和运行，使得各项指标趋于正常，其系统运行也相对稳定。它的成功验收离不开广东中科天元新能源科技有限公司和泰国乌汶生物乙醇有限公司（Ubon-BioEthanolCo.，Ltd.简称UBBE酒业公司）的研发人员、管理人员、决策人员、运行人员的相互努力，使得该技术广泛应用到燃料乙醇生产的装置及其工艺中。

其中，广东中科天元新能源科技有限公司主要从事新能源和可再生能源及环保领域等科研创新及高科技研发工作。双粗塔差压蒸馏生产燃料乙醇工艺技术在成功运行一年之后，为其带来了巨大的经济效益和竞争地位。同时，该技术项目在UBBE酒业公司的投资下，使UBBE酒业公司成为其他酒精企业的示范企业，不仅创造了经济效益，还提升了社会影响力。

（二）燃料乙醇生产蒸馏工段主要采用的工艺

双粗塔差压蒸馏原理就是利用一个粗塔给另一个粗塔提供热负荷，其两个粗塔中都包含成熟醪进料，使之通过合作进行相互之间的作用。从而全面提高了蒸馏设备的热能利用效率。

（1）两塔气相过塔工艺

两塔气相过塔工艺不同于传统工艺，它是由粗馏塔和精馏塔两塔系统完成的。粗镏塔顶部蒸出的粗酒汽直接进入精馏塔，然后在经过精馏塔顶部采出气相半成品，在经分子筛装置脱水生产无水乙醇，最后在返回精馏塔进一步浓缩。他们所消耗的蒸馏蒸汽约占2.4～2.6吨/吨成品。这项工艺流程相对简单、省时、省工、操控起来也相对简单。但是，由于在此过程中，整个蒸馏系统没有排杂点，致使很多从粗镏塔顶部挥发出来的低沸点杂质进入成品中，从而造成成品含杂量过高，使其质量过低。而这类成品也最终被一些小规模的酒精厂所使用。

（2）两塔液相过塔差压工艺

两塔液相过塔工艺同样是由粗镏塔和精馏塔两塔系统来完成的，工艺过程与两塔气相过塔工艺过程不太相似，它主要是从粗镏塔顶部蒸出的粗酒汽经成熟醪预热器和粗塔冷凝系统冷凝，冷凝粗酒液进入精馏塔，从精馏塔顶部采出部分气相半成品去分子筛装置脱水生产无水乙醇，分子筛装置淡酒返回精馏塔进一步浓缩。其在加工时，粗塔是在负压工况下操作，精馏塔在微正压工况下操作他们蒸馏蒸汽所消耗的成品约占2.8～3.0吨/吨。由于此工艺增加了真空系统，所以系统控制也就相对复杂，设备投资也就相对较高。但是与两塔气相过塔工艺最大的区别就是燃料乙醇的最终的成品质量很好。

这两种工艺的一个共同点就是由于在生产过程中只有一个蒸馏塔，致使粗塔热负荷的消耗量造成了整个蒸馏系统的能耗量浪费。主要是由于蒸汽热力循环利用率较低，循环冷却水使用量大造成的。

二、双粗塔节能工艺说明

（一）蒸馏工艺流程

蒸馏工艺是采用最先进的“双粗塔差压节能工艺”。其在生产时是由粗馏塔、组合塔、精馏塔这三种配置共同完成。是基于精塔一塔供汽，塔顶酒汽供热组合塔，组合塔塔顶酒汽供热粗馏塔的热耦合方案，其它热源作为醪液多次预热，泡点进料。其工艺流程如下：

粗馏塔是由脱醛段、脱汽段和粗馏段组成，用粮食（玉米）等经过发酵制成的成熟醪，在经过预热后直接进入粗馏塔的脱汽段，然后使二氧化碳蒸发，脱汽后的成熟醪一部分进入粗馏段，一部分进入组和塔。粗馏段在从脱醛段顶部蒸出的乙醇蒸汽在经过成熟醪预热器和粗塔冷凝系统产生的冷凝液进入粗酒罐。与此同时，分离掉杂醇油的淡酒、分子筛装置淡酒等也同冷凝液一样进入粗酒罐。粗馏塔进过再沸器由组合塔塔顶酒汽供热，采用洁净清液作为再沸介质，粗馏塔在负压下操作。产生的粗酒精在经过与预热器预热后进入精馏塔，通过组和塔从精馏塔顶部采出95%（V/V）以上酒液到组合塔顶部。

组合塔主要由精馏段和粗馏段组成。粗馏塔脱汽段脱汽后的部分醪液，经组合塔废醪预热后进入组合塔粗馏段顶部，组合塔粗馏段顶部蒸出的酒汽进入组合塔精馏段。一方面，组合塔精馏段顶部酒汽在通过粗塔再沸器供热粗塔，冷凝液回流至组合塔精馏段顶部。另一方面，酒气的一部分直接作为半成品经分子筛装置生成燃料乙醇。组和塔是在微正压下操作的，同样采用采用洁净清液作为再沸介质。组合塔底排出的废醪与粗馏塔废醪一起去废水处理工段。图一展示：

双粗塔节能工艺蒸馏流程简图如下：

（二）粗塔节能工艺流程特点

（1）液糖化工段：主要利用低压喷射器进行连续的蒸煮，使料液受热均匀，形成粘稠均匀的透明糊溶液。从而提高淀粉出酒率0.5％，比高温蒸煮节能30%。

（2）第一、成熟醪经脱汽段排除二氧化碳等气体之后，由于采用多点排杂工艺，使得粗酒酸值持续降低。第二、粗馏塔顶部酒汽经冷凝系统排除醛类、酯类等低沸点杂质；第三、燃料乙醇成品在经精馏塔和组合塔末级冷凝系统后可以排除较多的低沸点杂志，从而有效地减少了成品中的杂质，使成品的质量大大提高。

（3）采用洁净清液作为再沸介质减少了费糟液的处理量和废水的外排量，解决了再沸器结垢问题，使得再沸器的面积减少，为企业节省了一部分的设备投资。

（三）粗塔节能工艺优点

（1）蒸馏工段各塔在经过差压热耦合技术使各塔能量的相互作用和统一，从而使其系统能耗量出现下降的趋势，提高了综合效益。

（2）采用多点排杂，使得成品拥有较高的质量和较大的利用率。

（3）采用清液回用技术，有效地减少了污水的外排放量，使得固定投资风险较少，缓解了人工操作的负荷。

三、双粗塔压蒸馏生产燃料乙醇技术的应用

（一）经济效益

双粗塔差压蒸馏生产燃料乙醇的工艺技术的成功运行，填补了国内外对于这项技术的缺失，为企业创造了很大的经济效益。一方面，吨燃料乙醇汽耗低于1.5吨/吨酒精，相对两塔气相过塔工艺2.5吨/吨酒精水平降低40%，有效地降低了能耗量；另一方面，按燃料乙醇生产能力10万吨/年计，该装置年可节汽10万吨，年可节水650万吨，年耗电量增加150万千瓦时，按每吨蒸汽100元，每吨水1.4元，每度电0.55元计算，已经产生的直接经济效益约为1827.8万元人民币。

（三）社会意义

《“十三五”生物产业发展规划》明确到2020年，把生物产业发展成为国民经济支柱产业等目标。其中将生物医药、生物医学、生物农业、生物制造、生物能源、生物环保以及生物服务等七大产业确立为生物产业的重点领域和主要任务。

燃料乙醇是世界公认的最有发展前景的可再生清洁能源之一。自20世纪70年代以来，全球掀起了清洁替代能源的研究热潮，其中来源于生物质资源的燃料乙醇以其可再生性、无污染性、不引起温室效应等特点，成为替代部分石油资源有效途径。

国家能源局文件[2016]-291号，关于《生物质能发展“十三五”规划》通知指出，在十三五期间，稳步扩大燃料乙醇生产和消费。

根据国家能源局统计数据，2015年我国共生产燃料乙醇210万吨。2016年，国家能源局印发的《生物质能发展“十三五”规划》中生物燃料乙醇到2020年达到400万吨的目标，也有190万吨缺口。根据国家发改委印发的《可再生能源中长期发展规划》中生物燃料乙醇到2020年达到1000万吨的目标，尚有790万吨缺口。

总结

双粗塔差压蒸馏生产燃料乙醇的工艺技术具有自身优势，自控水平高、系统能耗低、成品质量高、综合效益高等，这些优势直接使该项技术的研发成果获得社会上的认可和广泛利用，为目前生产燃料乙醇的核心技术。同时，采用清液回用技术，使得污水排放得到有效地控制，解决了再沸器结垢问题，降低了工人操作负荷，特别是在我国注重节能环保发展战略行动中，为社会的可持续发展做出巨大贡献。

在政策大力支持和推广下，随着社会经济的不断进步和发展，先进节能的燃料乙醇技术的应用，以玉米、木薯等生物质生产燃料乙醇，极大地促进了农业经济发展，完善了粮食深加工布局，有效地消耗了沉积粮食库存，有效地减少了大气污染，抑制了全球将面临的温室效应。因此新技术的应用，极大地促进了燃料乙醇行业的发展，使其获得更多的经济效益和社会效益。

参考文献

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