生物溶剂生产设计的的节能措施

摘要：生物法生产溶剂国内在1995年以前有较多的规模在千吨到五千吨的工厂，1996年到2005年国内基本停止了生物法溶剂的生产，从2005年开始国内才恢复和新建生物法溶剂生产线。本文结合作者的工作经验，对生物法生产溶剂的节能措施作出了探讨

关键词：生物溶剂生产节能措施

1. 概述

丁醇、丙酮等有机溶剂是重要的化工基本原料,除了大量用作溶剂外，还广泛用于制药、脱水剂、制醋酸丁酯和树脂；制醋酐、双丙酮醇、氯仿、磺仿、环氧树脂、聚异戊二烯橡胶、甲基丙烯酸甲脂、制染料、涂料、药物、合成橡胶、洗涤剂、清洁剂等。

生物溶剂以干木薯、玉米等为原料，采用生物发酵法生产工艺制备丁醇、丙酮等有机溶剂。主要有粉碎、蒸煮、菌种培养、发酵、蒸馏等生产工序。

生物发酵法以玉米、木薯等农产品为原料生产溶剂，利用农产品原料中的淀粉生产丁醇、丙酮等有机溶剂。农产品是我国农民的主要产品，为可再生资源。生物发酵法将玉米、木薯等原料经粉碎、水解得到淀粉乳液，然后在丙酮-丁醇菌作用下，经发酵制得丁醇、丙酮及乙醇的混合醪液，再采用蒸馏方法分离出丁醇、丙酮及乙醇，通常三者的比例为 6：3：1。与采用石化路线相比，生物发酵的工艺流程短、设备简单、投资少；而且生物技术生产的产品替代石化路线产品，其性能还优于后者，生物发酵法具有易于控制、对环境污染少、产品安全、原料来源丰富等优点。

2. 生产工艺

木薯干与玉米粉碎后进入拌料罐，在配料罐（带有搅拌器）内用一次清水和粗塔废醪、氢氧化钠一次配成的生浆液，用泵打入换热器加热后用二次蒸汽与物料喷射混合加热进入糊化锅糊化，再用一次蒸汽与物料喷射加热熟化，熟化完成后进入汽液分离器，分离出的二次蒸汽部分返回蒸汽喷射器，醪液降温后进入发酵工段。发酵是溶剂生产装置的核心工序，包括种子制备和连续发酵两部分，末级罐发酵液指标丙含达 5.5g/l 以上，残糖为4.5g/l 以下时，结束完成后发酵液放至成熟醪罐。

成熟发酵醪自贮醪罐经泵打到蒸馏车间首先与1#粗馏塔馏出汽换热，然后再与2#粗馏塔塔底废醪换热后分别进入两粗塔，2#粗馏塔底直接加入蒸汽，2#粗馏塔馏出气作为1#粗馏塔热源，进入再沸器与1#粗馏塔塔底废醪换热，2#粗馏塔冷凝液与1#粗馏塔顶馏出汽冷凝液汇合，部分回流到两个醪塔顶部，部分经放料罐放料至一丁塔上部 47 板液相进料。一丁塔对总溶剂进行分离，塔顶逸出乙丙蒸汽，经三级冷凝后部分回流，部分放料至丙酮塔中部 22 板，一丁塔下部粗丁醇从22板以液相放料形式流入二丁塔8板，二丁塔对粗丁醇进行精制，从二丁塔 45 板液相放出丁醇成品经冷却器去中间计量罐。丙酮塔对乙丙液进行分离，丙酮以气相形式从塔顶排出，经四级冷凝，部分回流，部分放料至除醛塔上部 59 板，对丙酮进行精制，除醛塔顶蒸汽通过两级冷凝，一级全部回流，二级冷凝液返回丙塔，反复排掉低沸物，成品丙酮从塔中部 28 板液相放料得成品丙酮，经冷却送到中间计量罐。丙酮塔釜排出液进入乙汽化器，蒸出蒸汽进入乙醇塔下部 13 板对乙醇进行提纯，顶部馏出气，一冷回流，二冷全部返回丙塔，割掉低沸物，乙醇从塔中部 46 板放料经冷却的乙醇成品放至中间计量罐。粗馏塔底部排出废醪除返回配料外，其余部分送到污水处理站处理。采用双粗塔差压蒸馏方式，可最大限度的节省能源。

生物溶剂生产废水具有污染负荷高和可生化性好的特点，主要指标为CODcr：42500mg/l，BOD5：22300mg/l，SS：15800mg/l。污水处理采用厌氧-好氧处理的工艺路线产生大量的沼气。

污水处理站工艺流程方框图

3. 能耗分析

生物溶剂生产过程中采用了加热蒸煮、低温发酵、精馏等操作单元，特别是精馏过程中的气化和冷凝对能源消耗较大。年产4万吨生物丁醇项目动力消耗情况。

生物溶剂动力消耗指标表

总能耗达 44466t标煤，单位产品能耗指标1112 kg标煤/t产品。

4实际应用

江苏连云港某公司年产4万吨生物丁醇项目配套建设有35t/h的锅炉一台，以提供生产用蒸汽。

锅炉房建设以资源综合利用、循环经济为原则。锅炉燃料首先使用项目污水处理站厌氧发酵产生的沼气和生产中的木薯废渣、污水处理站的干污泥等生物质燃料及发酵车间发酵产生的废氢气，不足的燃料再使用外购原煤。

项目污水处理站可产沼气28853760立方米，木薯废渣（40%干度）25160吨，污水处理站的干污泥（40%干度）2160吨，发酵车间发酵产生的可回用氢气1589吨。综合利用的燃料热值分别是：沼气热值为22990kJ/Nm3，木薯废渣（40%干度）热值为8360kJ/kg，污水处理站的干污泥（40%干度）热值按7526kJ/kg考虑。

可综合利用的生物质燃料能源折标煤

沼气：年利用量24696000立方米，折标煤：17640t

木薯废渣（40%干度）：年利用量15725吨，折标煤：4493t

污泥（40%干度）：年利用量2160吨，折标煤：555t

因此生物质燃料折标煤总量为：22688 t

企业能源自给率为

22688/44466＝51.0％

5 节能措施

选用国内先进技术和设备，应用各项先进和节能技术，从各个方面降低能耗物耗，综合利用木薯渣、污水处理站的沼气和污泥等生物质燃料达到资源节约的目的。

（1）35t/h供热锅炉为燃煤、沼气及木薯渣混烧的中温中压锅炉，利用污水处理站厌氧产生的沼气、污泥和生产中的木薯渣等生物质作锅炉燃料，并进行热电联产，减少燃料的消耗，综合利用能源。

（2）生产过程中采用节能新技术、新工艺。

（3）总图布置上各生产车间按物料流向布置，缩短供物及供能距离，减少管网长度，并从工艺流程设计上考虑使物流、能源供应便捷、合理。

（4）生产设备如锅炉、汽轮机、泵、空压机、换热器、粉碎机、蒸馏塔等均选用国产优质设备，性能高，能耗低。

（5）对生产中采用的大功率电器设备采用变频控制,在设备未满负荷生产时降低电机转速,节约用电。

（6）管件、阀门选用国产优质产品，安装时应把好质量关，尽量避免“跑、冒、滴、漏”现象。

（7）配备完善的原料、水、电汽等计量装置，加强对能源的管理。

（（8）生产车间的建筑设计尽量采用自然采光，在许可条件下，满足工艺操作窗地比。采用保温、隔热效果良好的屋面和建筑围护结构，使厂房有较好的采暖效果和工作环境。

（9） 对需要保温、保冷的设备与管道，采用高效绝热材料，尽量减少热量、冷量损耗。

（10）蒸煮液化的汽液分离器分离的二次蒸汽用作蒸汽混合器的热；蒸馏采用差压蒸馏。提高热能利用率,节约能源。

6结束语

生物法生产溶剂国内在1995年以前有较多的规模在千吨到五千吨的工厂，1996年到2005年国内基本停止了生物法溶剂的生产，从2005年开始国内才恢复和新建生物法溶剂生产线。蒸馏目前采用传统的正压蒸馏法和双塔差压蒸馏法，双塔差压蒸馏法要求较高，能节约20-30%的蒸汽。且生物技术生产的产品替代石化路线产品，其性能还优于后者，生物发酵法具有易于控制、对环境污染少、产品安全、原料来源丰富等优点。

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