用于低温应用的从发酵液中分离乙醇的集成方法技术

本发明专利技术提供了用于从由不同发酵技术产生的发酵液中回收有机化合物(即乙醇、丙醇、丁醇、丙酮、异丙醇)的方法。本发明专利技术特别涉及用于使用集成的蒸气压缩单元(涡轮风扇)、蒸发器(降膜)和发酵液汽提塔(真空蒸馏系统)从发酵液中分离乙醇的集成方法。所述方法通常在低于或为50℃的低温度下进行，以从含有活微生物的发酵液中分离和回收有机化合物(特别是乙醇)，以确保发酵液再循环中微生物的活性。另外，还通过将含微生物的发酵液在发酵罐外部的停留时间保持为小于或等于10分钟来进一步确保微生物的活性。

【技术实现步骤摘要】
用于低温应用的从发酵液中分离乙醇的集成方法
本专利技术涉及用于低温度应用的从发酵液中分离乙醇的集成方法，其中所述发酵液由不同发酵技术产生。本专利技术特别涉及用于使用集成的蒸气压缩单元(涡轮风扇)、降膜蒸发器和发酵液汽提塔(真空蒸馏系统)从由气体发酵工艺产生的发酵液中分离乙醇的集成方法。本专利技术同样适用于从发酵液中分离其他有机化合物，即丙醇、丁醇、丙酮和异丙醇(IPA)。
技术介绍
来自发酵罐的发酵液(broth)包含乙醇、水、微生物(活微生物)/生物质以及由副反应产生的痕量其他工艺化学品。必须从含有1-5重量％乙醇的发酵液中回收乙醇，并将剩余发酵液在发酵过程中再循环回发酵罐部分。由于发酵液中含有活微生物，因此通常必须在低于45℃下进行从发酵液的乙醇分离，以在返回发酵罐中使微生物保持存活和用于发酵过程的活性。此外，微生物的生存强烈依赖于进料气体。这要求发酵液(含有微生物)在发酵系统外的停留时间最短，以确保微生物保持存活和活性。因此，设计在低温度下并且具有最短发酵罐外停留时间的乙醇分离系统具有挑战。另外，为了与其他可用技术竞争，在满足在所需条件下进行乙醇分离的目标的同时，非常希望将工厂的CAPEX和OPEX保持在最小。用于乙醇回收的常规1G/2G技术不是基于活微生物的再循环，因此可以使用低压蒸汽再沸器/直接注入在约90℃或更高的蒸馏塔温度下进行乙醇分离。将塔顶蒸气冷凝，并进一步送至下游乙醇回收和脱水部分，以获得高纯度乙醇。这种类型的常规方案不适用于使用生物催化剂(活微生物)进行发酵过程的工艺。如此高的温度将导致杀死微生物，以及降低上游发酵罐中气体/生物质发酵过程中微生物的生长/活性。此外，在诸如乙醇回收的膜分离方法的其他方法中，使用细胞再循环膜在低温度要求下从含有活微生物的发酵液中分离乙醇-水混合物，并使微生物再循环回发酵过程。然而，膜分离模块的维修和保养成本很高。另外，安装这种膜需要非常大的面积，尤其是对于较低的微生物生长速率，这取决于进料气体的成分。另外，关于操作条件、进料质量的变化以及发酵液中的颗粒物质的任何进入，膜的可靠性较差，导致膜的寿命周期降低，这反过来又需要在项目寿命期间频繁更换。US2007/0031954描述了包括多个膜的集成方法，其包括第一膜分离，随后的分凝步骤和用于乙醇脱水的另一膜分离。该方法的问题是在膜分离过程之前需要从发酵液中去除固体。固体去除步骤产生了额外的资本投资和运营成本，这增加了总的乙醇生产成本。US13/809269利用与热集成一起实现的低温度发酵液分离原理进行乙醇分离，其仅适合于通过糖化发酵产生的乙醇发酵液，其中目的是分离乙醇以及还防止酶变性。然而，所述技术具有由真空蒸馏、压缩机和简单的热交换器组成的热集成系统。从塔底抽出富含酶的物流。因此，由所述专利申请描述的方法不能确保在工厂运行期间在各种运行条件/运行干扰下对微生物的全面保护。US8535413B2公开了使用集成的机械蒸气再压缩(MechanicalVapourRecompression，MVR)和膜蒸气渗透系统进行乙醇回收的发酵方法，其中发酵在超过75-100℃的温度下进行。此外，该方法公开了从乙醇浓度高于5重量％的发酵液进料中回收乙醇。另外，该方法在称为发酵汽提塔的设备中使用蒸汽和二氧化碳作为汽提介质。US2013/0175158A1公开了适于酶的再循环利用的用于生产乙醇的方法和用于生产乙醇的装置。该专利申请提供了用于生产乙醇的方法，其中所述方法包括从通过生物质原料的糖化发酵产生的乙醇发酵液中纯化乙醇，而所述用于生产乙醇的装置，除了被配置用于精馏从真空蒸馏塔蒸馏的乙醇蒸气的精馏塔以外，还包括用于蒸馏包含水蒸气的乙醇蒸气并且将含有酶的浓缩废液作为塔底产物除去的真空蒸馏塔由于用于乙醇生产的这些类型的技术的上述局限性，无法根据第一代(1G)或第二代(2G)技术中可用的常规方法以及乙醇工厂的膜分离方法来有效地进行从发酵液的乙醇分离。因此，非常希望找到可用于从这中类型的发酵液分离乙醇并且也是节能的替代技术/工艺/方法。已经或正在探索多种方法以寻找在非常低的温度下对乙醇分离要求问题的解决方案，目的是保护活微生物以及使用于从发酵液中回收乙醇的能耗和CAPEX最小化。此外，在这样的技术中，必须基于温度和停留时间的限制来保护气体发酵罐外部的发酵液溶液中的微生物。这要求从发酵液中分离乙醇后，将微生物再循环回去，使温度和停留时间保持在设计极限之内。尽管第一代(1G)或第二代(2G)技术和膜分离方法的从发酵液分离乙醇的方法是周知的，但是对现有技术的研究并未揭示任何确保从含有活微生物的发酵液有效分离乙醇(及其他低级醇和低级酮)以使得在乙醇分离之后微生物保留在再循环发酵液中的集成工艺或方法。
技术实现思路
因此，本专利技术提供了用于从发酵液中分离有机化合物(即乙醇、丙醇、丁醇、丙酮、异丙醇)，特别是乙醇的“集成方法”，其中该方法在较低的系统温度和停留时间下进行，确保在低温度下乙醇回收最大化，并保持再循环发酵液中微生物的活性，以用于气体发酵部分中的进一步发酵。本专利技术基于使用包括发酵液汽提塔(真空蒸馏系统)、降膜蒸发器和蒸气压缩单元(涡轮风扇)的集成系统克服了现有技术的缺点，并确保在低温度下的乙醇回收最大化，同时确保了气体发酵部分中发酵所需的微生物的活性。专利技术提供了用于从发酵液中分离有机化合物的集成方法，所述方法包括：(a)将脱气并预热的发酵液供给至发酵液汽提塔以产生蒸气；(b)在涡轮风扇中压缩从所述发酵液汽提塔的顶部获得的蒸气，以获得压力为160至200mmHg的压缩蒸气；(c)将软化水从所述发酵液汽提塔的底部送至降膜蒸发器以获得汽提蒸汽，其中将所述汽提蒸汽送至所述发酵液汽提塔；(d)将步骤(b)中获得的所述压缩蒸气送至所述降膜蒸发器，以从所述压缩蒸气向所述软化水进行热传递以产生所述汽提蒸汽，其中所述压缩蒸气冷凝以获得冷凝液和剩余蒸气的混合物；(e)将骤(d)中获得的所述冷凝液和剩余蒸气的混合物送至发酵液汽提冷凝器，以将所述剩余蒸气冷凝成冷凝液；以及(f)将步骤(d)和步骤(e)中获得的所述冷凝液收集在整流筒式进料机中用于进行蒸馏，以获得15-25重量％的所述有机化合物；其中所述发酵液汽提塔在15℃至50℃的温度下操作，停留时间为1-10分钟；其中所述有机化合物选自乙醇、丙醇、丁醇、丙酮和异丙醇。本专利技术步骤(a)至(f)中描述的方法同样适用于从发酵液中分离丙醇、丁醇、丙酮、异丙醇(IPA)此外，本专利技术提供了用于从发酵液中分离有机化合物的集成系统，其中所述有机化合物选自乙醇、丙醇、丁醇、丙酮、异丙醇，所述系统包括：发酵液汽提塔(C-1)，其设置有填充有填充材料传质床的填充床部分，位于所述填充床部分下方的用于除去发酵液再循环的烟囱塔板，以及位于底部的用于将软化水提供给降膜蒸发器以产生汽提蒸汽的塔板部分；涡轮风扇(K-1)，用于压缩从所述发酵液汽提塔(C-1)的顶部获得的蒸气；降膜蒸发器(E-1)，用于从压缩蒸气向从所述发酵液汽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从发酵液中分离有机化合物的集成方法，所述方法包括：/n(a)将脱气并预热的发酵液供给至发酵液汽提塔以产生蒸气；/n(b)在涡轮风扇中压缩从所述发酵液汽提塔的顶部获得的所述蒸气，以获得压力为160至200mmHg的压缩蒸气；/n(c)将软化水从所述发酵液汽提塔的底部送至降膜蒸发器以获得汽提蒸汽，其中将所述汽提蒸汽送至所述发酵液汽提塔；/n(d)将步骤(b)中获得的所述压缩蒸气送至所述降膜蒸发器，以从所述压缩蒸气向所述软化水进行热传递以产生所述汽提蒸汽，其中所述压缩蒸气冷凝以获得冷凝液和剩余蒸气的混合物；/n(e)将步骤(d)中获得的所述冷凝液和所述剩余蒸气的混合物送至发酵液汽提冷凝器，以将所述剩余蒸气冷凝成冷凝液；以及/n(f)将步骤(d)和步骤(e)中获得的所述冷凝液收集在整流筒式进料机中用于进行蒸馏，以获得15-25重量％的所述有机化合物；/n其中所述发酵液汽提塔在15℃至50℃的温度下操作，停留时间为1-10分钟；/n其中所述有机化合物选自乙醇、丙醇、丁醇、丙酮和异丙醇。/n

【技术特征摘要】
20190409 IN 2019210142611.一种用于从发酵液中分离有机化合物的集成方法，所述方法包括：
(a)将脱气并预热的发酵液供给至发酵液汽提塔以产生蒸气；
(b)在涡轮风扇中压缩从所述发酵液汽提塔的顶部获得的所述蒸气，以获得压力为160至200mmHg的压缩蒸气；
(c)将软化水从所述发酵液汽提塔的底部送至降膜蒸发器以获得汽提蒸汽，其中将所述汽提蒸汽送至所述发酵液汽提塔；
(d)将步骤(b)中获得的所述压缩蒸气送至所述降膜蒸发器，以从所述压缩蒸气向所述软化水进行热传递以产生所述汽提蒸汽，其中所述压缩蒸气冷凝以获得冷凝液和剩余蒸气的混合物；
(e)将步骤(d)中获得的所述冷凝液和所述剩余蒸气的混合物送至发酵液汽提冷凝器，以将所述剩余蒸气冷凝成冷凝液；以及
(f)将步骤(d)和步骤(e)中获得的所述冷凝液收集在整流筒式进料机中用于进行蒸馏，以获得15-25重量％的所述有机化合物；
其中所述发酵液汽提塔在15℃至50℃的温度下操作，停留时间为1-10分钟；
其中所述有机化合物选自乙醇、丙醇、丁醇、丙酮和异丙醇。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述发酵液包含1-5重量％的所述有机化合物。


3.根据权利要求1所述的方法，其中包含小于或等于0.15重量％的所述有机化合物的发酵液再循环从所述汽提塔的侧馏分获得，并且从所述发酵液汽提塔再循环以用于发酵。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述发酵液汽提塔设置有填充床部分，所述填充床部分填充有填充材料传质床，以用于在45-60mmHg压力的真空条件下操作所述发酵液汽提塔。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述发酵液汽提塔在所述填充床部分下方设置有烟囱塔板，以用于除去所述发酵液再循环。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述发酵液汽提塔在底部设置有塔板部分，以用于将所述软化水提供给所述降膜蒸发...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆凯什·库马·夏尔马，戈拉夫·巴贾杰，阿洛克·夏尔马，
申请(专利权)人：印度石油有限公司，
类型：发明
国别省市：印度;IN