[发明专利]一种从发酵尾气中提取乙醇的装置及方法

说明书

本发明涉及一种从发酵尾气中提取乙醇的装置及方法，属于可再生能源制备技术领域。本发明的装置设计多个膜组件可以按需求选择串联个数，在生物质发酵制乙醇的过程中，产生的发酵尾气通过气体增压泵控制其压力，进入本装置，通过膜组件处理，膜组件截留侧气体处理达标排放或直接供下游工艺或用户使用，在渗透侧用冷凝器将可凝气体冷凝为液体收集，不可凝气体经过气体增压泵加压后继续在渗透侧管道中循环或按比例排放，以减少不可凝性气体透过膜，并使透过膜组件的气体快速离开膜组件出口，增加膜两侧可凝组分的分离推动力。

技术领域

本发明涉及一种从发酵尾气中提取乙醇的装置及方法，属于可再生能源制备技术领域。

背景技术

随着经济的发展、人口的持续增长，对能源需求增加。虽然传统的化石燃料(煤、石油、天然气)是全球范围内的主要能源，但其可持续性较低，不能满足社会发展的需求，而可再生能源不仅可以实现能源的自给自足，同时也可以降低温室气体排放，从而减缓气候变化的进度。

生物乙醇作为一种可再生清洁能源，是一条减少碳排放的重要途径。在很多方面得到了广泛的应用。在生物质发酵制乙醇过程中，产生的发酵尾气中含有大量的二氧化碳和以微量乙醇(0.1-2vol％)为主要成分的有机气体组成，对发酵尾气中少量乙醇进行高效回收利用。本研究工作将为VOCs治理技术的发展与应用提供重要的基础

根据VOCs治理是否具有回收价值，我们分为回收技术与销毁技术两大类处理手段。其中回收处理主要是利用VOCs的物理性质(比如：沸点、溶解度、扩散速率的差异)，通过吸收、吸附、冷凝或者膜法分离技术等物理过程，对挥发有机物进行分离、回收的操作；销毁处理主要是利用焚烧、生物降解、催化、等离子体技术等过程，使挥发有机物通过化学过程分解为无害或者无挥发的小分子物质。

膜法分离因具有(1)高选择性、分离效率低；(2)操作流程简易；(3)不需要通过复杂的化学反应，可以直接得到可冷凝的VOCs气体；(4)操作温度、压力要求低，对设备要求低，并且不引入第三种有机组分；(5)更重要的是极易耦合其他技术。

蒸汽渗透分离作为一种新型的膜分离技术，以溶解-扩散为原理，利用VOCs与不可凝气体混合物在膜中的溶解度与扩散速率的不同来实现分离的过程它已经应用于回收高价值溶剂、液化石油气、甲烷富集(CO₂去除)、去除挥发性有机化合物等方面，并且其具有分离性能好、进料清洁、能量损耗低、操作弹性大等优点，将蒸汽渗透膜分离与冷凝技术相结合在燃料乙醇生产领域与VOCs分离回收都具有更广阔的应用前景。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种从发酵尾气中提取乙醇的装置及方法。

本发明的技术解决方案是：

一种从发酵尾气中提取乙醇的方法，该方法的步骤包括：

第一步，在生物质发酵制乙醇的过程中，将产生的发酵尾气输送进入膜组件，渗透通过膜的气体为渗透气，截留的渗余气处理达标直接排放或供下游工艺或用户使用；

第二步，将第一步中的渗透气通过冷凝管进行冷凝，对冷凝液进行回收，同时对不可凝气体通过渗透侧进行管路循环或按比例排放，完成从发酵尾气中提取乙醇的操作。

所述的膜组件为卷式膜组件、中空纤维组件和管式膜组件，膜组件中的膜为有机物优先透过的聚合物膜、有机物优先透过的混合基质膜或有机物优先透过的聚合物-无机基体复合膜。

所述的聚合物膜为聚二甲基硅氧烷膜；所述的混合基质膜的制备方法为：利用无机物纳米材料作为分散粒子，将其填充到聚合物连续相基质中，使无机物填料与聚合物相结合。

所述的聚合物为聚二甲基硅氧烷；

所述聚合物-无机基体复合膜的制备方法为：以无机超滤膜为基体，在膜表面涂敷聚二甲基硅氧烷或上述制备混合基质膜的材料。