CN112118897B - 在具有分子筛和膜的乙醇生产中使产物流脱水的方法和*** - Google Patents

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Abstract

本公开提供用于乙醇生产的方法和***。在一个实施方案中，第一啤酒塔处接收包含乙醇和水的进料混合物的第一部分以形成第一啤酒塔底部物流和第一啤酒塔气态塔顶物流。啤酒塔接收进料混合物的第二部分。将第一啤酒塔底部物流的第一部分输送到第一啤酒塔再沸器。将第一啤酒塔底部物流的第二部分输送到多个蒸发器。将第一啤酒塔气态塔顶物流的冷凝部分输送到汽提塔。汽提塔形成进料流，其与分离***接触，从而形成渗透物和截留物。渗透物被直接输送到选自第一啤酒塔和汽提塔的至少一个。

Description

在具有分子筛和膜的乙醇生产中使产物流脱水的方法和***
优先权要求
本申请要求于2018年5月7日提交的题为“在乙醇生产中使产物流脱水的方法和***”(“Process and System for Dehydrating a Product Stream in EthanolProduction”)的美国临时专利申请号62/667,933的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开一般性地涉及用于乙醇生产的方法和***。
背景技术
已经使用各种方法和***从原料生产乙醇。例如，在某些现有***中，乙醇是通过发酵生产的，产生的釜馏物(啤酒)的乙醇浓度高达18％，随后将其分三个步骤浓缩：(1)在啤酒塔中蒸馏，增加乙醇浓缩到65％，然后(2)在汽提塔/精馏塔中处理，将乙醇浓度进一步提高到约90体积％，和(3)基于分子筛的脱水(也称为变压吸附)，脱水到99.0至99.95体积％的目标乙醇浓度。在汽提塔/精馏塔中，需要在侧引出物中除去高沸点组分(包括丙醇、丁醇和异构的戊醇)(也称为杂醇油(fusel oil))的混合物，以避免在其中积聚。
发明概述
根据本公开的一个非限制性方面，描述了一种用于在乙醇生产中使产物流脱水的方法的示例性实施方案。该示例性方法包括在第一啤酒塔处接收包含乙醇和水的进料混合物的第一部分，以形成第一啤酒塔底部物流和第一啤酒塔气态塔顶物流。在第二啤酒塔处接收进料混合物的第二部分。第二啤酒塔在比第一啤酒塔更高的压力下操作，以形成第二啤酒塔底部物流和第二啤酒塔气态塔顶物流。将第一啤酒塔底部物流的第一部分输送到第一啤酒塔再沸器。第一啤酒塔底部物流的第二部分输送到多个蒸发器。将第二啤酒塔底部物流的至少一部分输送到第二啤酒塔再沸器。冷凝第一啤酒塔气态塔顶物流。将第一啤酒塔气态塔顶物流的冷凝部分输送到汽提塔。汽提塔形成进料流。进料流与分离***接触，从而形成渗透物和截留物。将渗透物的至少一部分直接输送到选自第一啤酒塔和汽提塔的至少一个。
根据本公开的另一个非限制性方面，描述了用于在乙醇生产中使产物流脱水的方法的另一个示例实施方案。该示例性方法包括用一个或多个蒸馏单元蒸馏包含乙醇和水的进料混合物以形成蒸馏单元底部物流和气态塔顶物流。分子筛单元与包含气态塔顶物流的至少一部分的副产物流接触，从而形成产物流和再生流。使再生流与包括汽提塔和膜的分离***接触，从而形成渗透物和截留物。产物流的至少一部分输送到多个蒸发器。多个蒸发器至少包括在其间不具有任何中间蒸发器的情况下连接的第一蒸发器和第二蒸发器。多个蒸发器中的每一个形成植物蒸汽(vegetal steam)，并且植物蒸汽从第一蒸发器输送到第二蒸发器。
根据本公开的另一个非限制性方面，描述了用于在乙醇生产中使产物流脱水的***的示例性实施方案。该示例性***包括一个或多个蒸馏单元，该蒸馏单元构造成接收包含乙醇和水的进料混合物，以形成蒸馏单元底部物流和气态塔顶物流。分子筛单元构造成接触包含气态塔顶物流的至少一部分的副产物流。分子筛单元被构造以形成产物流和再生流。分离***包括汽提塔和膜。分离***构造成接触再生流，从而形成渗透物和截留物。多个蒸发器包括选自2效蒸发器、4效蒸发器、6效蒸发器和8效蒸发器中的至少一个。所述多个蒸发器至少包括在其间不具有任何中间蒸发器的情况下连接的第一蒸发器和第二蒸发器。多个蒸发器中的每一个被构造以形成植物蒸汽。植物蒸汽从第一蒸发器输送到第二蒸发器。
附图简要说明
通过参考附图，可以更好地理解本文所述的方法和***的特征和优点，其中：
图1是相关技术中用于乙醇生产的***的示意图。
图2是相关技术中用于乙醇生产的另一种***的示意图。
图3是根据本公开的用于在乙醇生产中使产物流脱水的***的一个非限制性示例实施方案的示意图。
图4是根据本公开的用于在乙醇生产中使产物流脱水的***的另一个非限制性示例实施方案的示意图。
图5是根据本公开的用于在乙醇生产中使产物流脱水的***的一个非限制性示例实施方案的2效蒸发器的示意图。
图6是根据本公开的用于在乙醇生产中使产物流脱水的***的一个非限制性示例实施方案的3效蒸发器的示意图。
图7是根据本公开的用于在乙醇生产中使产物流脱水的***的另一个非限制性示例实施方案的3效蒸发器的示意图。
图8是根据本公开的用于在乙醇生产中使产物流脱水的***的一个非限制性示例实施方案的4效蒸发器的示意图。
图9是根据本公开的用于在乙醇生产中使产物流脱水的***的一个非限制性示例实施方案的8效蒸发段的示意图。
图10是根据本公开的用于在乙醇生产中使产物流脱水的***的又一个非限制性示例实施方案的示意图。
图11A-11B是根据本公开的用于在乙醇生产中使产物流脱水的***的其他非限制性示例实施方案的示意图。
图12是根据本公开的用于在乙醇生产中使产物流脱水的***的又一个非限制性示例实施方案的示意图。
图13是根据本公开的用于在乙醇生产中使产物流脱水的***的又一个非限制性示例实施方案的示意图。
图14是根据本公开的用于在乙醇生产中使产物流脱水的***的又一个非限制性示例实施方案的示意图。
图15是根据本公开的用于在乙醇生产中使产物流脱水的***的又一个非限制性示例实施方案的示意图。
图16是根据本公开的用于在乙醇生产中使产物流脱水的***的又一个非限制性示例实施方案的示意图。
图17是根据本公开的用于在乙醇生产中使产物流脱水的***的又一个非限制性示例实施方案的示意图。
在考虑以下对根据本公开的方法和***的某些非限制性实施方案的详细描述之后，读者将理解前述细节以及其他细节。读者还可以在使用本文描述的方法和***时理解某些这样的附加细节。
具体实施方式
从原料生产乙醇的现有***通常需要分子筛单元(MSU)以使来自汽提塔/精馏塔或专用汽化器的原料蒸气脱水。MSU包括两个或三个装有沸石颗粒的床，这些颗粒吸附水以产生无水蒸气，直到它们被水饱和为止。当第一床进行再生循环时，来自汽提塔/精馏塔的进料蒸气可以切换到第二床以继续脱水。在有或没有将一部分新鲜脱水的乙醇重定向到第一床中以从饱和沸石珠粒中除去水的情况下进行解吸/降压，形成再生流(也称为MSURegen)。由于水的解吸，再生流的乙醇浓度在50％至80体积％之间且需要循环到上游蒸馏进行再处理。该操作具有许多缺点。例如，由于大部分乙醇被连续循环利用，(1)上游蒸馏中的容量被用于MSU Regen的脱水，(2)MSU本身中的容量被用于基本上将其自身的再生流脱水以再循环，以及(3)MSU Regen的再处理需要额外的能量或蒸汽和冷却水。因此，需要克服现有乙醇生产方法的局限性的方法和***。
参照图1，现有的乙醇生产方法典型地包括(1)采用啤酒塔、精馏器和侧汽提塔进行的蒸馏，(2)190proof罐，(3)采用汽化器(V)和分子筛单元(MSU)进行的脱水，(4)离心机，(5)分流器和(6)用4个双效蒸发器进行的蒸发(Evap 1-Evap 8)。来自啤酒井的具有2％至20％的乙醇浓度的啤酒与来自二效蒸发器的植物蒸汽(直接蒸汽注入)一起被泵送到啤酒塔中，以分离成啤酒塔塔顶物(包含至多65％乙醇和35％水)和全釜馏物(包含约90％水和约10％悬浮的固体(纤维)和溶解的固体(盐))。啤酒塔塔顶物进料到精馏塔中以分离成具有约93％乙醇和7％水的精馏塔塔顶物，包含乙醇、异构的戊醇和水的杂醇油引出物(fuseloil draw,FOD)，以及基本上仅包含水的侧汽提塔塔底物。精馏塔塔顶物在190proof冷凝器中冷凝，并与FOD一起送入190proof罐。然后将190proof混合物泵送到用高压蒸汽(HPS)加热的汽化器(V)中。然后将190proof蒸气在60-85psig的压力下输送到分子筛以进行改良，使乙醇浓度达到99％或更高(200proof蒸气)。在第一蒸发器(Evap 1)中回收200proof蒸气中的热量。MSU再生物(Regen)被送回精馏器。
继续参考图1，图示了以200,000lbs/h的流量的具有i)啤酒所引入的大部分过程水和ii)冷凝的VS2的全釜馏物。物流在离心机中分离成湿饼和稀釜馏物。参照图2，湿饼将被转移到干燥器段。稀釜馏物将分为两个物流-i)蒸发器进料和逆流，进一步在图2中描述。蒸发器进料现在被泵送到一系列蒸发器中。当固体穿过一系列蒸发器(通常是八个蒸发器)行进并且作为具有约39％浆液的固体浓度的浆液离开第八蒸发器(Evap 8)时，其将被浓缩。进入蒸发器的能量通过200proof蒸气供应到第一蒸发器(Evap 1)，而低压蒸汽则供应到第二蒸发器(Evap2)、第三蒸发器(Evap 3)和第四蒸发器(Evap 4)，产生14.7psia的压力的第一效植物蒸汽，将其在9.6psia的压力下送到第二效，在将其再次注入啤酒塔中之前，产生第二植物蒸汽。
如本文所用，术语“植物蒸汽”表示其是气态过程水流，与可以冷凝并返回锅炉房的一次蒸汽相反，其可能包含各种污染物。图1显示大型的水循环回路，约占全釜馏物流的25％。循环利用的多余水会显著增加下游的各个段，主要是离心机、蒸发段、干燥段(经由湿饼)和发酵(经由逆流)。
参照图2，示出了乙醇生产装置的其他部分。啤酒从发酵被泵送到啤酒井，再从此处被泵送到啤酒塔，啤酒塔产生被送到精馏塔的啤酒塔塔顶物。将全釜馏物送入离心机，分成湿饼和稀釜馏物。在随后的分流器中，稀釜馏物被分成蒸发器进料和逆流，逆流被循环回到发酵中。来自蒸发段的湿饼和浆液被送入干燥器段，在干燥器段中注入能量(E，入)以驱走残留的水分，从而产生干燥的最终DDGS产品(蒸馏器的干燥谷物和可溶物)。干燥器能量可以以各种形式提供，包括纯天然气、蒸汽和吹扫空气。典型的干燥器类型是旋转直接燃烧式干燥器、旋转间接燃烧式干燥器、环形干燥器、旋转蒸汽管干燥器和过热蒸汽干燥器，使用来自其他装置工段的热物流，例如热氧化器和再生热氧化器。所有干燥器都会产生有价值的余热(E，出)，其可以在装置的其他工段进行回收。
继续参考图2，逆流物流代表经由蒸煮和液化段循环到发酵中的大量的固体和水。提供了一些益处，包括i)降低蒸发器负荷，ii)pH调节和iii)营养物的循环利用。另一方面，逆流回收存在许多负面影响，包括：i)提高发酵抑制剂(例如乳酸、乙酸、钠)和悬浮固体细粉的浓度，增加浆液粘度，以及ii)增加干燥器负荷。
图1所示的设计可能有很多缺点。主要缺点是，通过将啤酒塔操作与蒸发的两个功能联系起来，整个***将自动集成为一个整体。啤酒塔的蒸汽需求取决于其容量。蒸发的两个功能是：i)产生约39％的浆液浓度和ii)产生啤酒塔所需的蒸汽。产生的变量是逆流流量，其可以被调节以平衡***。逆流是返回到蒸煮段的循环回路，由逆流份额(split)确定，定义为逆流流量与稀釜馏物流量之比。理想地，逆流份额应在8％-25％之间，并且不高于50％。因此，两个参数i)啤酒塔容量和ii)浆液浓度决定了向蒸发供应的蒸汽，从而决定了逆流份额。
第二，***的能量效率取决于不同压力下各个装置工段的操作情况，即高压(60-85psia)下的脱水，中压(9.6/14.7psia)下的蒸发和真空(6-8psia)下的蒸馏。然而，精馏器和汽化器之间的能量级联被破坏，因为190proof蒸气必须在真空下冷凝并泵送到汽化器以在压力下重新汽化。该冷凝/重新汽化步骤本质上是能量密集的步骤。
第三，大量的水/固体循环流带走装置设备的潜在容量，从而导致容量瓶颈。
第四，由于不断努力以提高生产容量，啤酒塔正日益过载，从而成为整个设施的主要瓶颈。
第五，啤酒塔和精馏塔的过载会导致杂醇油意外流入精馏塔塔底，导致杂醇油再循环到发酵中，导致酵母中毒。
本公开部分地涉及用于在乙醇生产中使产物流脱水的方法和***，以减少蒸汽消耗和逆流份额而不降低容量和/或浆液浓度。压力级联***包括两个啤酒塔和一个汽提塔，该汽提塔直接进料蒸汽渗透膜。蒸馏***与装置的其他工段接触以进行热整合。在某些非限制性实施方案中，在蒸馏***和蒸发段之间进行热交换。在某些非限制性实施方案中，在蒸馏***和干燥器段之间进行热交换。在某些非限制性实施方案中，在蒸馏***和RT/TO段之间进行热交换。在某些非限制性实施方案中，在蒸馏***和CHP段之间进行热交换。在某些非限制性实施方案中，乙醇工艺包括一个啤酒塔、一个精馏器/侧汽提器和产生直接进料蒸气渗透膜的蒸气的汽化器。蒸馏***与装置的其他工段接触以进行热整合。
参照图3，用于在乙醇生产中使产物流脱水的***或生产装置的图示实施方案包括两个平行的啤酒塔—i)真空啤酒塔(啤酒塔1，在3至11psia之间操作)和ii)中压啤酒塔(啤酒塔2，在14.7至35psia之间操作)。尽管图3将***图示为包括两个啤酒塔，但是在其他实施方案中，该***可以包括三个或更多啤酒塔。取决于特定***的使用要求或偏好，包括单个啤酒塔的***可能无法提供所需的压力级联，如下文进一步解释。
在某些非限制性实施方案中，两个啤酒塔塔顶物(啤酒塔塔顶物1，啤酒塔塔顶物2)中的热量可通过啤酒塔1再沸器和冷凝器中的冷凝回收，然后泵送到高压汽提器中，这在40至85psia下操作。汽提器产生具有60％至95％的乙醇浓度的蒸气，将其引向产生无水乙醇产物(200proof)和具有1至60％的乙醇浓度的富水渗透物的膜段。
在某些非限制性实施方案中，膜是建立在中空纤维骨架上的聚合物膜。在某些非限制性实施方案中，选择性层置于中空纤维的外部(壳侧)或内部(内腔侧)上。在其他实施方案中，膜可以采取任何其他形式，例如包含沸石作为吸附剂的管状膜或螺旋缠绕膜，只要该膜可以将膜进料蒸气脱水至取决于对特定***的偏好或使用要求的一定水含量即可。在某些非限制性实施方案中，汽提器/膜可在最终组装时安装至新***，或翻新至现有装置，该现有装置包括使用萃取蒸馏与此类分离***的装置。
在所示的实施方案中，截留物中所含的能量经由截留物冷凝器和闪蒸罐在啤酒塔2再沸器中回收，且渗透物中所含的能量通过直接注入第一啤酒塔(啤酒塔1)中回收。或者，可以将渗透物在专用的渗透物冷凝器中冷凝，并且根据渗透物的浓度将其泵送到第一啤酒塔(啤酒塔1)或第二啤酒塔(啤酒塔2)中。
在图3所示的实施方案中，由于两个啤酒塔都使用再沸器，不存在直接蒸汽注入(DSI)，这会降低全釜馏物的质量流量高达25％。在某些非限制性实施方案中，由于最佳解决方案可能有利于直接蒸汽注入和使用啤酒塔再沸器的组合，因此可能无法完全消除DSI。换句话说，两个啤酒塔都可以使用i)再沸器和ii)DSI。减少DSI的量会对后续的分离步骤产生重大影响，从而可以调节i)离心操作的湿饼/稀釜馏物份额和ii)蒸发器进料/逆流份额。减少的水负荷会导致蒸发器容量降低，从而有可能消除两个蒸发器，作为6效蒸发器显示(图4)。根据特定***的使用要求或偏好，可以重新平衡蒸发器，使其以任何可能的组合操作，例如：作为2效蒸发器(图5)，3效蒸发器(图6-7，通过添加其他蒸发器)，4效蒸发器(图8)或一个8效蒸发段(图9)。或者，剩余的蒸发器可以用来减少进行发酵的逆流。根据本公开的用于在乙醇生产中使产物流脱水的方法和***的益处在于，具有两个啤酒塔的布置将会使得可以通过将已存在的精馏器/侧汽提塔改用啤酒塔2来消除已存在的啤酒塔1的瓶颈，这实质上允许使啤酒蒸馏段的容量加倍。
参照图10，示出具有蒸发段的另一热集成的实施方案。图10显示具有2个啤酒塔、高压汽提塔和3效蒸发***的***，该***的特征是六个压力级联，所述六个压力级联开始于i)压力汽提塔/膜***，ii)啤酒塔2，iii)第一蒸发器(Evap 1)，iv)第二蒸发器(Evap2)，v)第三蒸发器(Evap 3)和vi)啤酒塔1。根据总体平衡，六个级联的任何组合都是可能的。在图10中，截留物驱动啤酒塔2，而啤酒塔2塔顶物的能量级联向下穿过第一蒸发器(Evap 1)、第二蒸发器(Evap 2)、第三蒸发器(Evap 3)，且到达啤酒塔1。
图11A显示遵循相同原理的另一种集成，其中截留物驱动第一蒸发器(Evap 1)，从第一蒸发器(Evap 1)流出的蒸汽能量穿过啤酒塔2、第三蒸发器(Evap 3)级联，并到达啤酒塔1。第一和第二蒸发器(Evap 1和2)可以并联或串联操作。第三蒸发器(Evap 3)可以是一个蒸发器，也可以是至多六个蒸发器，如图4所示。第一蒸发器(Evap1)、第二蒸发器(Evap2)和第三蒸发器(Evap 3)的蒸气根据压力等级驱动啤酒塔1和/或啤酒塔2。如果需要，可以经由再沸器或DSI向啤酒塔2和啤酒塔1添加补充蒸汽。
图11B显示遵循相同原理的另一种集成，其中截留物驱动BC2再沸器并且从BC2出现的BC2塔顶物的能量级联穿过Evap 1。第三蒸发器(Evap 3)可以是通过低压蒸汽或第一效蒸汽驱动的如图4-9所示的一个蒸发器或多达六个任何构造的蒸发器。第一蒸发器(Evap1)、第二蒸发器(Evap 2)和第三蒸发器(Evap 3)的蒸气根据压力等级驱动啤酒塔1和/或啤酒塔2。如果需要，可以经由再沸器或DSI向啤酒塔2和啤酒塔1加入补充蒸汽。啤酒塔1塔顶蒸气驱动第二蒸发器(Evap2)。啤酒塔1和啤酒塔2塔顶冷凝物进料到汽提塔中。第一和第二蒸发器(Evap 1和2)可以并联或串联操作。
图12显示7级联***，其中截留物热量驱动第一蒸发器(Evap 1)，从第一蒸发器(Evap 1)出现的蒸汽能量穿过第二蒸发器(Evap 2)级联到第三蒸发器(Evap 3)、第四蒸发器(Evap 4)、啤酒塔2和啤酒塔1。
应当注意，部分集成也是本申请的一部分，因为全部或部分蒸发器塔顶物仍可用于再注入。本领域技术人员将容易地识别出可以通过用根据本公开的集成的膜改型来代替分子筛单元而受益的各种***。例如，在美国专利号7,744,727和WO 2007/095875中提供了这样的***，在此通过引用将其全部内容整体并入本文。
参照图13，在所示的实施方案中，增加机械蒸气再压缩(MVR)单元，以增强热回收并进一步降低整个***的能耗。该实施方案中的稀釜馏物流等同于先前附图中所示的蒸发器进料。尽管图13仅示出一个蒸发器，但是在其他实施方案中，可以使用多个并联或串联的蒸发器。液体釜馏物进料到蒸发器的顶部中。压缩后的蒸汽进料到蒸发器的侧面。当蒸汽冷凝时，一部分釜馏物液体蒸发-该蒸气是MVR单元的进料。蒸发器可以在真空下操作。例如，MVR的进料典型地在2和14.7psia之间的范围内。MVR的压缩比典型地在1.5和10之间的范围内。
除了所有上述实施方案之外，可以添加诸如热蒸气压缩(TVR)和/或机械蒸气再压缩(MVR)的各种蒸气压缩方法，以增强热回收并进一步降低整个***的能耗。从干燥器、热氧化器、再生热氧化器以及热电联产(CHP)中回收的热量也可以包括在根据本公开的用于乙醇生产中的产物流脱水的***中。
在某些非限制性实施方案中，根据本公开的用于在乙醇生产中使产物流脱水的***可以提供热集成。现有***中的一个能量密集步骤是在脱水之前190proof物流的“冷凝和再蒸发”顺序。通过用根据本公开的集成的膜改型替代分子筛单元，可以将能耗降低约50％，例如约8,000BTU/加仑。在某些非限制性实施方案中，在蒸馏***和蒸发段之间进行热量交换。在某些非限制性实施方案中，在蒸馏***和干燥器段之间进行热交换。在某些非限制性实施方案中，在蒸馏***和RT/TO段之间进行热交换。在某些非限制性实施方案中，在蒸馏***和CHP段之间进行热交换。在某些非限制性实施方案中，在蒸馏***和蒸发段之间交换材料。在某些情况下，蒸馏***与装置的其他工段接触以进行热整合。例如，在美国专利申请号15/400,546中提供了这种用于热集成的方法，其通过引用整体并入本文。
图14-17示出根据本发明的另一个实施方案的用于在乙醇生产中使产物流脱水的方法和***。参照图14，在所示的实施方案中，分子筛单元(MSU)被构造以形成产物流和再生流。在某些非限制性实施方案中，用汽提器和膜***处理再生流。所示***通过卸载精馏器/侧汽提塔并通过将高压汽提塔塔底物闪蒸到啤酒塔中来减少啤酒塔中的蒸汽消耗。为了在不牺牲浆液浓度的情况下实现蒸汽减少，将从第一蒸发器(Evap 1)出现的蒸气重新输送到第二蒸发器(Evap 2)，从而无需向第二蒸发器(Evap 2)供应蒸汽。这与本申请中描述的构思一致，由于4级联***(例如(1)高压MSU，(2)第一蒸发器(Evap 1)至第四蒸发器(Evap 4)，(3)第五蒸发器(Evap 5)至第八蒸发器(Evap 8)，和(4)啤酒塔)被有效地转换为部分5级联***(例如(1)高压MSU，(2)第一蒸发器(Evap 1)，(3)第二蒸发器(Evap 2)，(4)第五蒸发器(Evap 5)至第六蒸发器(Evap 6)和(5)啤酒塔)。显然，该构思适用于如图6-9所示的蒸发的任何重新构造。
参照图14，用于乙醇生产的***或生产装置的所示实施方案包括一个啤酒塔、精馏器-侧汽提塔、分子筛单元、包括汽提塔和膜的分离***以及多个蒸发器。在所示的实施方案中，多个蒸发器包括八个蒸发器(Evap 1-8)。第一蒸发器(Evap 1)产生植物蒸汽，其输送到第二蒸发器(Evap 2)。第二蒸发器至第四蒸发器(Evap 2-4)产生被输送到集管(header)的植物蒸汽，集管进料第五蒸发器至第八蒸发器(Evap5-Evap 8)，每个蒸发器产生被输送到驱动啤酒塔的另一个集管的植物蒸汽。尽管图14将***示出为包括八个蒸发器，但是在其他实施方案中，***可以包括两个或更多个蒸发器。
参照图15，用于乙醇生产的***或生产装置的所示实施方案包括一个啤酒塔、精馏器-侧汽提塔、分子筛单元、包括汽提塔和膜的分离***以及多个蒸发器。在所示的实施方案中，植物蒸汽从第一蒸发器(Evap1)输送到第二蒸发器(Evap 2)，并且从第三蒸发器(Evap 3)输送到第四蒸发器(Evap4)。
参照图16，用于乙醇生产的***或生产装置的所示实施方案包括一个啤酒塔、精馏器-侧汽提塔、分子筛单元、包括汽提塔和膜的分离***以及多个蒸发器。在所示的实施方案中，植物蒸汽从第一蒸发器(Evap1)输送到第二蒸发器(Evap 2)，并且从第二蒸发器(Evap 2)输送到第三蒸发器(Evap 3)。
参照图17，用于乙醇生产的***或生产装置的所示实施方案包括两个啤酒塔、精馏器-侧汽提塔、分子筛单元、包括汽提塔和膜的分离***以及多个蒸发器。在所示的实施方案中，包括汽提塔和膜的分离***处理Regen和全部或部分的啤酒塔2塔顶冷凝物130P。通过修改份额1和2，可以在不同阶段实现整体集成。份额1确定将多少啤酒进料送到啤酒塔2(最大50％)，而份额2确定将多少啤酒塔2塔顶物送到精馏塔和/或包括汽提塔和膜的分离***。
根据本公开的新颖方法和***的各种非穷举性、非限制性方面可以单独使用或与本文所述的一个或多个其他方面结合使用。在不限制前述描述的情况下，在本公开的第一非限制性方面，一种用于在乙醇生产中使产物流脱水的方法包括在第一啤酒塔处接收包含乙醇和水的进料混合物的第一部分以形成第一啤酒塔底部物流和第一啤酒塔气态塔顶物流；在第二啤酒塔处接收进料混合物的第二部分，其中所述第二啤酒塔在比第一啤酒塔更高的压力下操作，以形成第二啤酒塔底部物流和第二啤酒塔气态塔顶物流；将第一啤酒塔底部物流的第一部分输送到第一啤酒塔再沸器，将第一啤酒塔底部物流的第二部分输送到多个蒸发器，和将第二啤酒塔底部物流的至少一部分输送到第二啤酒塔再沸器；冷凝第一啤酒塔气态塔顶物流；将第一啤酒塔气态塔顶物流的冷凝部分输送到汽提塔，其中所述汽提塔形成进料流；使进料流与分离***接触，从而形成渗透物和截留物；和将渗透物的至少一部分直接输送到选自第一啤酒塔和汽提塔的至少一个。
根据可以与第一方面结合使用的本公开的第二非限制性方面，所述多个蒸发器包括选自2效蒸发器、4效蒸发器、6效蒸发器和8效蒸发器中的至少一个。
根据可以与每个或任何上述方面结合使用的本公开的第三非限制性方面，第二啤酒塔气态塔顶物流经由第一啤酒塔再沸器输送到汽提塔。
根据可以与每个或任何上述方面结合使用的本公开的第四非限制性方面，第二啤酒塔气态塔顶物流输送到多个蒸发器中的至少一个。
根据可以与每个或任何上述方面结合使用的本公开的第五非限制性方面，截留物直接输送到第二啤酒塔。
根据可以与每个或任何上述方面结合使用的本公开的第六非限制性方面，将截留物经由多个蒸发器中的至少一个输送到第二啤酒塔，且然后经由多个蒸发器中的至少另一个输送到第一啤酒塔再沸器。
根据可以与每个或任何上述方面结合使用的本公开的第七非限制性方面，将截留物经由多个蒸发器中的至少一个输送到第二啤酒塔，且然后直接输送到第一啤酒塔再沸器。
根据可以与每个或任何上述方面结合使用的本公开的第八非限制性方面，其中第一啤酒塔底部物流的第二部分经由多个蒸发器中的至少一个输送到机械蒸气再压缩单元。
根据可以与每个或任何上述方面结合使用的本发明的第九非限制性方面，其中在渗透物和第一啤酒塔之间进行热交换。
根据可以与每个或任何上述方面结合使用的本公开的第十非限制性方面，在截留物和第二啤酒塔底部物流之间进行热交换。
根据可以与每个或任何上述方面结合使用的本公开的第十一非限制性方面，在第二啤酒塔气态塔顶物流和第一啤酒塔底部物流之间进行热交换。
根据可以与每个或任何上述方面结合使用的本公开的第十二非限制性方面，进料混合物基本上没有直接的蒸汽注入。
根据本发明的第十三非限制性方面，本发明还提供了一种用于在乙醇生产中使产物流脱水的方法，所述方法包括用一个或多个蒸馏单元蒸馏包含乙醇和水的进料混合物以形成蒸馏单元底部物流和气态塔顶物流；使分子筛单元与包含气态塔顶物流的至少一部分的副产物流接触，从而形成产物流和再生流；使再生流与包括汽提塔和膜的分离***接触，从而形成渗透物和截留物；将产物流的至少一部分输送到多个蒸发器，其中多个蒸发器至少包括在其间不具有任何中间蒸发器的情况下连接的第一蒸发器和第二蒸发器，其中多个蒸发器中的每一个形成植物蒸汽，并且其中所述植物蒸汽从第一蒸发器输送到第二蒸发器。
根据可以与每个或任何上述方面结合使用的本公开的第十四非限制性方面，多个蒸发器包括选自2效蒸发器、4效蒸发器、6效蒸发器和8效蒸发器中的至少一个。
根据可以与每个或任何上述方面结合使用的本公开的第十五非限制性方面，所述汽提塔形成汽提塔底部物流，并且其中所述汽提塔底部物流输送到一个或多个蒸馏单元。
根据可以与每个或任何上述方面结合使用的本公开的第十六非限制性方面，一个或多个蒸馏单元包括啤酒塔和与该啤酒塔流体连通的精馏塔，其中所述精馏塔形成精馏塔塔顶物流，并且其中所述精馏塔塔顶物流经由190proof乙醇蒸气储存罐输送到分子筛单元。
根据可以与每个或任何上述方面结合使用的本公开的第十七非限制性方面，多个蒸发器包括在其间不具有任何中间蒸发器的情况下连接的第五蒸发器和第六蒸发器，并且其中所述植物蒸汽从第二蒸发器输送到至少第五蒸发器和第六蒸发器。
根据可以与每个或任何上述方面结合使用的本公开的第十八非限制性方面，多个蒸发器包括在其间不具有任何中间蒸发器的情况下连接的第三蒸发器和第四蒸发器，并且其中所述植物蒸汽从第三蒸发器输送到第四蒸发器。
根据可以与每个或任何上述方面结合使用的本公开的第十九非限制性方面，多个蒸发器包括在其间不具有任何中间蒸发器的情况下连接到第二蒸发器的第三蒸发器，并且其中所述植物蒸汽从第二蒸发器输送到第三蒸发器。
根据本发明的第二十非限制性方面，本发明还提供了一种用于在乙醇生产中使产物流脱水的***，所述***包括一个或多个蒸馏单元，其构造成接收包含乙醇和水的进料混合物，以形成蒸馏单元底部物流和气态塔顶物流；分子筛单元，其构造成接触包含气态塔顶物流的至少一部分的副产物流，所述分子筛单元被构造以形成产物流和再生流；包括汽提塔和膜的分离***，所述分离***构造成接触所述再生流，从而形成渗透物和截留物；和多个蒸发器，其包括选自2效蒸发器、4效蒸发器、6效蒸发器和8效蒸发器中的至少一个，其中所述多个蒸发器至少包括在其间不具有任何中间蒸发器的情况下连接的第一蒸发器和第二蒸发器，其中多个蒸发器中的每一个被构造以形成植物蒸汽，并且其中所述植物蒸汽从第一蒸发器输送到第二蒸发器。
将理解，本说明书示出与清楚理解本发明有关的本发明的那些方面。为了简化本说明书，未呈现对于本领域普通技术人员而言显而易见且因此不会促进更好地理解本发明的某些方面。尽管前述描述必然仅呈现有限数量的实施方案，但是相关领域的普通技术人员将理解，本领域技术人员可以对方法和***、本文中已经描述和示出的实施例的其他细节进行各种改变，且所有这样的修改将保持在本文所表达的本公开的原理和范围内。例如，尽管本公开仅呈现有限数量的热集成的实施方案，应当理解，本公开不限于此。因此，应当理解，本发明不限于本文中公开的具体实施方案，而是旨在覆盖在本发明的原理和范围内的修改。本领域技术人员还将认识到，可以在不脱离本发明的广泛发明构思的情况下对以上实施方案进行改变。
在非限制性实施方案的本描述中，除了在操作实施例中或在另有说明的地方外，表示成分和产品、加工条件等的数量或特征的所有数字在所有情况下均应理解为被术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则以下描述中列出的任何数值参数都是近似值，其可以取决于根据本公开的方法和***中试图获得的期望特性而变化。

Claims (18)

1.一种用于在乙醇生产中使产物流脱水的方法，所述方法包括：
在第一啤酒塔处接收包含乙醇和水的进料混合物的第一部分，以形成第一啤酒塔底部物流和第一啤酒塔气态塔顶物流；
在第二啤酒塔处接收所述进料混合物的第二部分，其中所述第二啤酒塔在比所述第一啤酒塔更高的压力下操作，以形成第二啤酒塔底部物流和第二啤酒塔气态塔顶物流；
将所述第一啤酒塔底部物流的第一部分输送到第一啤酒塔再沸器，将所述第一啤酒塔底部物流的第二部分输送到多个蒸发器，并将所述第二啤酒塔底部物流的至少第一部分输送到第二啤酒塔再沸器；
冷凝所述第一啤酒塔气态塔顶物流；
将所述第二啤酒塔气态塔顶物流的至少一部分经由所述多个蒸发器中的至少一个导入到分离***，所述分离***包括汽提塔和膜；
将所述第一啤酒塔气态塔顶物流的冷凝部分输送到所述分离***；
经由分离***形成渗透物和截留物；并且
将所述渗透物的至少一部分直接输送到选自所述第一啤酒塔、所述第二啤酒塔和所述汽提塔的至少一个。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个蒸发器被布置成包括选自1效蒸发器、2效蒸发器、3效蒸发器、4效蒸发器、5效蒸发器、6效蒸发器、7效蒸发器和8效蒸发器中的至少一个。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第二啤酒塔气态塔顶物流的第二部分经由所述第一啤酒塔再沸器输送到所述汽提塔。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述截留物的能量直接输送到所述第二啤酒塔。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述截留物的能量经由所述多个蒸发器中的至少一个输送到所述第二啤酒塔，且然后经由所述多个蒸发器中的至少另一个输送到所述第一啤酒塔再沸器。
6.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述截留物的能量经由所述多个蒸发器中的至少一个输送到所述第二啤酒塔，且然后直接输送到所述第一啤酒塔再沸器。
7.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，还包括将所述第二啤酒塔底部物流的第二部分输送到所述多个蒸发器，其中由所述第一啤酒塔底部物流的第二部分和所述第二啤酒塔底部物流的第二部分产生的稀釜馏物被输送到所述多个蒸发器；并且
用机械蒸气再压缩单元驱动所述多个蒸发器中的至少一个。
8.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中在所述渗透物和所述第一啤酒塔或所述第二啤酒塔之间进行热交换。
9.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中在所述截留物和所述第二啤酒塔底部物流的所述第一部分之间进行热交换。
10.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中在所述第二啤酒塔气态塔顶物流和所述第一啤酒塔底部物流的所述第一部分之间进行热交换。
11.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述进料混合物没有直接蒸汽注入。
12.一种用于在乙醇生产中使产物流脱水的方法，所述方法包括：
用一个或多个蒸馏单元蒸馏包含乙醇和水的进料混合物，以形成蒸馏单元底部物流和气态塔顶物流；
使分子筛单元与包含所述气态塔顶物流的至少一部分的副产物流接触，从而形成产物流和再生流；
使所述再生流与包括第一汽提塔和膜的分离***接触，从而形成第一汽提塔底部物流、渗透物和截留物；和
将所述第一汽提塔底部物流的至少一部分输送到所述一个或多个蒸馏单元；
将所述蒸馏单元底部物流的至少一部分输送到多个蒸发器；
将所述产物流的至少一部分输送到所述多个蒸发器，其中所述多个蒸发器至少包括在其间不具有任何中间蒸发器的情况下连接的第一蒸发器和第二蒸发器；并且
在所述多个蒸发器中的每个处形成植物蒸汽，其中由所述蒸发器形成的所述植物蒸汽从第一蒸发器输送到第二蒸发器。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述多个蒸发器被布置成包括选自1效蒸发器、2效蒸发器、3效蒸发器、4效蒸发器、5效蒸发器、6效蒸发器、7效蒸发器和8效蒸发器中的至少一个。
14.根据权利要求12或13中任一项所述的方法，其中所述一个或多个蒸馏单元包括啤酒塔和与所述啤酒塔流体连通的精馏塔，其中所述精馏塔形成精馏塔塔顶物流，并且其中所述精馏塔塔顶物流经由190proof乙醇蒸气储存罐输送到分子筛单元。
15.根据权利要求12或13中任一项所述的方法，其中所述多个蒸发器包括在其间不具有任何中间蒸发器的情况下连接的第五蒸发器和第六蒸发器，并且其中所述植物蒸汽从所述第二蒸发器输送到至少所述第五蒸发器和所述第六蒸发器。
16.根据权利要求12或13中任一项所述的方法，其中所述多个蒸发器包括在其间不具有任何中间蒸发器的情况下连接的第三蒸发器和第四蒸发器，并且其中所述植物蒸汽从所述第三蒸发器输送到所述第四蒸发器。
17.根据权利要求12或13中任一项所述的方法，其中所述多个蒸发器包括在其间不具有任何中间蒸发器的情况下连接到所述第二蒸发器的第三蒸发器，并且其中所述植物蒸汽从所述第二蒸发器输送到所述第三蒸发器。
18.一种用于在乙醇生产中使产物流脱水的***，所述***包括：
一个或多个蒸馏单元，其构造成接收包含乙醇和水的进料混合物，以形成蒸馏单元底部物流和气态塔顶物流；
分子筛单元，其构造成接触包含所述气态塔顶物流的至少一部分的副产物流，所述分子筛单元被构造以形成产物流和再生流；
包括汽提塔和膜的分离***，所述分离***构造成接触所述再生流，从而形成渗透物和截留物，其中所述汽提塔与所述至少一个或多个蒸馏单元流体连通；和
多个蒸发器，其被布置成包括选自1效蒸发器、2效蒸发器、3效蒸发器、4效蒸发器、5效蒸发器、6效蒸发器、7效蒸发器和8效蒸发器中的至少一个，所述多个蒸发器与所述产物流和至少一部分的蒸馏单元底部物流流体连通，其中所述多个蒸发器至少包括在其间不具有任何中间蒸发器的情况下连接的第一蒸发器和第二蒸发器，其中所述多个蒸发器中的每一个被构造以形成植物蒸汽，并且其中由所述第一蒸发器形成的所述植物蒸汽从第一蒸发器输送到第二蒸发器。
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