專利名稱：燃料乙醇生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明是關于為以淀粉質或糖質原料生產(chǎn)燃料乙醇的方法。
背景技術：
20世紀進入以石油作為主要能源及石油化學品的原料時代。但隨之也出現(xiàn)了二個嚴重的問題一是石油為不可再生的資源，由于大量開采，消耗過快，已面臨枯竭；二是用石油作為燃料及化學品原料引起了環(huán)境的嚴重破壞，特別是CO2的溫室效應?；谝陨蟽蓚€方面的原因，人們正在努力開發(fā)新的可再生的能源和不會對環(huán)境造成污染的清潔燃料。
以淀粉質或糖質原料生產(chǎn)的燃料乙醇，具有和礦物燃料相似的燃燒性能，其生產(chǎn)原料為生物源，是一種可再生的能源。此外，乙醇燃燒過程所排放的一氧化碳和含硫氣體均低于汽油燃燒，所產(chǎn)生的二氧化碳和做為原料的生物源生長所消耗的二氧化碳的數(shù)量上基本持平，這對減少對大氣的污染及抑制溫室效應意義重大。因此，燃料乙醇也被稱為“清潔燃料”。
按照現(xiàn)行的國家標準，用于燃料的乙醇要求將乙醇中的水含量≤0.8％(v/v)。由于乙醇和水的混合物存在最低共沸點，用普通精餾技術的分離過程只能得到95.5％(v/v)的乙醇。要得到水含量更低的無水乙醇，必需增加脫水工序。
以淀粉質原料生產(chǎn)食用酒精的生產(chǎn)工藝過程包括粉漿制備、液化、糖化、發(fā)酵、精餾以及廢醪液處理工序。燃料乙醇的生產(chǎn)中在上述工序中需要增加脫水工序，將精餾得到的約95.5％(v/v)的乙醇水脫到0.8％(v/v)以下。在以糖質原料生產(chǎn)食用酒精或燃料乙醇的工藝中，既可以省去上述的粉漿制備、液化、糖化工序。
燃料乙醇與食用酒精有一定的差別，食用酒精對雜質要求較高但對水分要求不高；而燃料乙醇對雜質要求不高但對水份要求較高。單單由食用酒精生產(chǎn)工藝加上脫水過程，對精制工藝不加改進而生產(chǎn)燃料乙醇，使燃料乙醇的生產(chǎn)能耗高，投資大，制約了燃料乙醇生產(chǎn)的經(jīng)濟性。
金豐秋等提出了“一種新的酒精(含燃料酒精)的工業(yè)生產(chǎn)技術”(中國專利申請02110666.5)，在發(fā)酵前先分離出原料中的固形物；采用酒精酵母分離與部分回用技術；回收廢水中的有機酸、低聚糖等，使酒精廢水可以實現(xiàn)回用發(fā)酵。在發(fā)酵前分理出原料中的固形物，會在分理出的固形物中殘留糖分，造成糖分的損失。如果用清水反復洗滌，雖然可降低糖分損失，但會降低發(fā)酵原料液的糖濃度，使發(fā)酵成熟醪液的酒分降低，增加酒精分離提純的蒸汽消耗。酵母分離與部分回用可提高發(fā)酵效率，但酵母分離所用分離機處理量小，功耗高。同時，對于以淀粉為原料的燃料酒精生產(chǎn)，酒糟可作為蛋白飼料使用，酵母菌體的存在可增加飼料中的蛋白質含量。該專利提出的廢水回用方法使用弱堿性陰離子交換樹脂進行吸附處理，但對于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，樹脂的再生將產(chǎn)生二次污水，污染治理不徹底。
本發(fā)明者提出“一種多產(chǎn)品酒精精制工藝”(ZL 02117068.1)，是根據(jù)無水酒精與食用酒精精制脫水的相同與不同的生產(chǎn)工藝特點，實現(xiàn)無水酒精與食用酒精同裝置生產(chǎn)。該工藝流程既可以單獨生產(chǎn)各種規(guī)格的食用酒精，又可以單獨生產(chǎn)各種規(guī)格的無水酒精，也可以同時生產(chǎn)各種規(guī)格的食用酒精和無水酒精。該工藝流程的設置提高了酒精生產(chǎn)裝置的靈活性，但將增加裝置建設投資。對于大規(guī)模專用于生產(chǎn)燃料乙醇的裝置，該工藝仍需改進和優(yōu)化，以降低裝置投資和操作費用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明者針對大規(guī)模燃料乙醇生產(chǎn)發(fā)明了專用于燃料乙醇生產(chǎn)的成套技術。淀粉質或糖質為原料，包括原料處理、發(fā)酵、精餾、分子篩吸附脫水、廢醪液處理工序組成；精餾工序與分子篩脫水工序通過熱耦合冷凝蒸發(fā)過程連接，其中熱耦合冷凝蒸發(fā)方法是酒精精餾工序采出的氣相乙醇，通過熱耦合冷凝、蒸發(fā)過程送入分子篩吸附脫水工序，此冷凝、蒸發(fā)過程通過熱耦合完成，冷凝放出的熱量作為乙醇蒸發(fā)的熱源，不需另外加入熱量。
本發(fā)明以淀粉質原料生產(chǎn)燃料乙醇的工藝由粉漿制備、淀粉液化糖化、發(fā)酵、精餾、分子篩吸附脫水、廢醪液處理工序構成，如圖1所示。
以淀粉質原料生產(chǎn)燃料乙醇的工藝過程描述如下粉漿制備工序，將淀粉質原料如玉米、大米、小麥、高粱、山芋干、木薯等進行粉碎，粉碎到適于淀粉顆粒溶出的粒度。粉碎的方法可以是濕法粉碎，也可以是干法粉碎或半干法粉碎。對于以玉米為原料生產(chǎn)燃料乙醇的過程，在粉碎工序中可以增加去皮去薺工序，將玉米薺分理出，用于生產(chǎn)玉米油。用水拌料，調(diào)整粉漿的濃度為干物質含量20~35％，PH值為3~6。
淀粉液化糖化工序，采用低溫蒸煮和噴射液化工藝。將粉漿制備工序制備好的粉漿加入淀粉酶，淀粉酶含量為1.0~10.0單位/克原料，首先加入量為加入淀粉酶總量的25％。加蒸汽蒸煮，蒸煮溫度75~98℃，蒸煮時間30~60分鐘。蒸煮后將淀粉漿送入噴射液化器，進行噴射液化。物料在噴射液化器中的加熱溫度為100~110℃，停留時間為10~20分鐘，完成一次液化過程。完成一次液化后的醪液，在真空閃蒸罐內(nèi)閃蒸急冷至90℃，然后進入液化罐，加入剩余的淀粉酶進行二次液化。完全液化后的醪液經(jīng)冷卻，使溫度降至50~60℃，用硫酸調(diào)整pH值到3.0~5.0，并加入糖化酶和營養(yǎng)鹽對液化醪進行糖化，將部分淀粉轉化為可發(fā)酵糖。糖化液經(jīng)二級冷卻，使溫度降至28~33℃。經(jīng)糖化后的糖化醪液少部分送酒母增殖罐，大部分送發(fā)酵罐的首罐?；钚愿山湍冈诨罨拗谢罨?，送入酒母增殖罐進行增殖培養(yǎng)。培養(yǎng)合格的酒母醪連續(xù)送往發(fā)酵罐的首罐。
發(fā)酵工序，發(fā)酵過程在系列串連的發(fā)酵罐中進行。由糖液化工序來的糖化醪和酒母醪，進入發(fā)酵罐的首罐進行發(fā)酵，然后依次通過后續(xù)的發(fā)酵罐進行連續(xù)發(fā)酵。各發(fā)酵罐設置外循環(huán)換熱器，以維持發(fā)酵溫度30~33℃。發(fā)酵完成的成熟醪經(jīng)成熟醪泵送精餾工序。
精餾工序，精餾工序和分子篩吸附脫水工序的工藝流程如圖3所示。來自發(fā)酵工序的成熟醪液進入醪塔11上部。醪塔塔釜再沸器2的加熱介質為脫水塔的塔頂氣，醪塔塔釜再沸器1的加熱介質為脫水工序的無水酒精蒸汽。脫除酒精后的塔底廢醪液經(jīng)泵送至廢醪液處理工序。塔頂采出的淡酒泵送至脫水塔12。在脫水塔中，經(jīng)過精餾作用脫出大部分水，塔頂餾份為乙醇與水的共沸物，乙醇含量為95.5％(v/v)左右。將脫水塔的塔頂氣相乙醇在熱耦合冷凝蒸發(fā)換熱器(6)中冷凝，冷凝后的液相乙醇用輸送泵7經(jīng)流量控制送入熱耦合冷凝蒸發(fā)換熱器(6)中蒸發(fā)，蒸發(fā)后的氣相乙醇送至分子篩吸附脫水工序。
分子篩吸附脫水工序，通過熱耦合冷凝蒸發(fā)換熱器(6)蒸發(fā)后的氣相乙醇在換熱器4中加熱至120~160℃，送至處于吸附狀態(tài)的分子篩吸附床13A，經(jīng)分子篩的吸附作用除去殘余水份。脫水后的酒精蒸汽進入熱耦合精餾的醪塔再沸器1，作為醪塔加熱的熱源。酒精蒸汽冷凝后最終獲得燃料級乙醇產(chǎn)品。當處于吸附狀態(tài)的分子篩吸附床13A接近吸附飽和時，吸附床進行切換，處于吸附狀態(tài)的分子篩吸附床13A切換為脫附再生狀態(tài)，原來處于脫附再生狀態(tài)的吸附床13B已再生完畢，切換為吸附狀態(tài)。如此循環(huán)，保證裝置連續(xù)運行。
本發(fā)明提出了熱耦合冷凝蒸發(fā)過程，將精餾工序和分子篩吸附脫水工序連接在一起。熱耦合冷凝蒸發(fā)過程由熱耦合冷凝蒸發(fā)換熱器(6)、蒸發(fā)進料泵(7)、流量計(8)、控制調(diào)節(jié)閥(9)及相應的連接管線組成。來自精餾工序的汽相酒精，進入熱耦合冷凝蒸發(fā)換熱器(6)的熱側，給液相酒精蒸發(fā)加熱的同時汽相酒精冷凝。酒精凝液通過輸送泵(7)，經(jīng)嚴格的流量控制送入熱耦合冷凝蒸發(fā)換熱器(6)的冷側，受熱蒸發(fā)。蒸發(fā)后的汽相酒精進入分子篩吸附脫水工序。
廢醪液處理工序，本工序包括離心分離、多效蒸發(fā)和濕糟干燥過程。
將來自酒精精餾工序的廢醪液送入沉降式離心機，利用高速離心沉降原理，進行固液分離，最大限度地分離出濕糟中所含的清液。分離出的濕糟送入干燥機；分離出的離心清液部分返回發(fā)酵工序，部分進行多效蒸發(fā)濃縮。多效蒸發(fā)濃縮所需熱源為干燥機產(chǎn)生的二次蒸汽，獲得的濃縮液—濃漿與離心分離出的濕糟混合后送入干燥機進行干燥。干燥機產(chǎn)生的二次蒸汽作為多效蒸發(fā)的熱源。干燥機產(chǎn)出的干糟——DDGS(Dry Distiller’s Grain Soluble可溶性酒糟蛋白飼料)，可根據(jù)用戶的要求，直接包裝出售，也可進行造粒，以粒料型式出售。
本發(fā)明以糖質原料生產(chǎn)燃料乙醇的工藝由糖液調(diào)酸調(diào)濃、發(fā)酵、精餾、分子篩吸附脫水、廢醪液處理工序構成，如圖2所示。
將糖質原料如甘蔗汁、甜菜汁或糖蜜等分別調(diào)節(jié)到干物質含量10~28％，PH值3~6，直接進行酒母培養(yǎng)和發(fā)酵過程。
發(fā)酵、精餾、分子篩吸附脫水工序，與以淀粉為原料生產(chǎn)燃料酒精相同。
廢醪液處理工序，將廢醪液進行多效蒸發(fā)，得到的濃漿不能作為飼料使用，可用于生產(chǎn)復合肥或用于鍋爐燃燒，回收能量。


圖1以淀粉質原料生產(chǎn)燃料乙醇的工藝；圖2以糖質原料生產(chǎn)燃料乙醇的工藝；圖3燃料乙醇熱耦合冷凝蒸發(fā)工藝。
具體實施例方式
以下結合具體實施例進一步說明本發(fā)明的實施過程。
實施例1以淀粉質原料如玉米、大米、小麥、高粱、山芋干、木薯等生產(chǎn)燃料乙醇的工藝如圖1所示，本實施例以玉米為原料的生產(chǎn)燃料乙醇，其他淀粉質原料的工藝過程大致相同。
將原料玉米進行粉碎，粉碎方法可以是濕法粉碎，也可以是干法、半干法粉碎。用水拌料，調(diào)整粉漿的濃度為干物質含量31％，PH值為4.5。加入淀粉酶，淀粉酶的加入總量為2.5單位/克原料，首先加入總量的25％。加蒸汽蒸煮，蒸煮溫度80℃，蒸煮時間30分鐘。蒸煮后將淀粉漿送入噴射液化器，進行噴射液化。物料在噴射液化器中的加熱溫度為105℃，停留時間為15分鐘，完成一次液化過程。完成一次液化后的醪液，在真空閃蒸罐內(nèi)閃蒸急冷至90℃，然后進入液化罐，加入剩余的淀粉酶進行二次液化。完全液化后的醪液經(jīng)冷卻，使溫度降至55℃，用硫酸調(diào)整pH值到3.8，并加入糖化酶和營養(yǎng)鹽對液化醪進行糖化，將部分淀粉轉化為可發(fā)酵糖。糖化液經(jīng)二級冷卻，使溫度降至32℃。經(jīng)糖化后的糖化醪液少部分送酒母增殖罐，大部分送發(fā)酵罐的首罐?；钚愿山湍冈诨罨拗谢罨?，送入酒母增殖罐進行增殖培養(yǎng)。培養(yǎng)合格的酒母醪連續(xù)送往發(fā)酵罐的首罐。
由糖液化工序來的糖化醪和酒母醪，進入發(fā)酵罐的首罐進行發(fā)酵，然后依次通過后續(xù)發(fā)酵罐進行連續(xù)發(fā)酵。各發(fā)酵罐設置外循環(huán)換熱器，以維持適宜的發(fā)酵溫度為30~33℃，總發(fā)酵時間為30小時。發(fā)酵完成的成熟醪經(jīng)成熟醪泵送精餾工序。
熱耦合精餾和分子篩吸附脫水的工藝流程如圖3所示。來自發(fā)酵工序的成熟醪液經(jīng)二級熱耦合換熱進入醪塔11上部。醪塔塔釜再沸器2的加熱介質為脫水塔的塔頂氣，醪塔塔釜再沸器1的加熱介質為脫水工序的無水酒精蒸汽，醪塔的塔釜壓力為-0.5~0MPa，塔釜溫度為70~100℃。脫除酒精后的塔底廢醪液經(jīng)泵送至廢醪液處理工序。塔頂采出的淡酒泵送至脫水塔12。脫水塔的加熱介質為蒸汽，塔釜壓力為0.2~1.0MPa，塔釜溫度為164℃。在脫水塔中，經(jīng)過精餾作用脫出大部分水，塔頂餾份為乙醇與水的共沸物，乙醇含量為95.5％(v/v)。將脫水塔的塔頂氣相乙醇在熱耦合冷凝蒸發(fā)換熱器6中冷凝，冷凝后的液相乙醇用輸送泵7經(jīng)流量控制送入熱耦合冷凝蒸發(fā)換熱器6。蒸發(fā)后的氣相乙醇在換熱器4中加熱至128℃，送至處于吸附狀態(tài)的分子篩吸附床13A，經(jīng)分子篩的吸附作用除去殘余水份。脫水后的酒精蒸汽進入熱耦合精餾的醪塔再沸器1，作為醪塔加熱的熱源。酒精蒸汽冷凝后最終獲得燃料級乙醇產(chǎn)品。燃料乙醇的水含量為0.5％(V/V)。當處于吸附狀態(tài)的分子篩吸附床13A接近吸附飽和時，吸附床進行切換，處于吸附狀態(tài)的分子篩吸附床13A切換為脫附再生狀態(tài)，原來處于脫附再生狀態(tài)的吸附床13B已再生完畢，切換為吸附狀態(tài)。如此循環(huán)，保證裝置連續(xù)運行。
來自酒精精餾工序的廢醪液送入沉降式離心機，進行固液分離。分離出的濕糟送入干燥機；分離出的離心清液部分返回發(fā)酵工序，部分進行多效蒸發(fā)濃縮。多效蒸發(fā)濃縮所需熱源為干燥機產(chǎn)生的二次蒸汽，獲得的濃縮液—濃漿與離心分離出的濕糟混合后送入干燥機進行干燥。干燥機產(chǎn)生的二次蒸汽作為多效蒸發(fā)的熱源。干燥機產(chǎn)出的干糟即為DDGS蛋白飼料。
實施例2以糖質原料如甜菜汁、甘蔗汁、糖蜜等生產(chǎn)燃料乙醇的工藝如圖2所示，本實施例為糖蜜為原料的生產(chǎn)燃料乙醇。
原料糖蜜經(jīng)沉淀除渣，送入預處理罐，加水調(diào)整糖濃度到24％，加酸調(diào)整糖液PH值3.5。調(diào)整好濃度和酸度的糖液少部分送酒母增殖罐，大部分送發(fā)酵罐的首罐?；钚愿山湍冈诨罨拗谢罨螅腿刖颇冈鲋彻捱M行增殖培養(yǎng)。培養(yǎng)合格的酒母醪連續(xù)送往發(fā)酵罐的首罐。
發(fā)酵工序、精餾工序、分子篩吸附脫水工序的實施過程與實施例1相同。
自醪塔再沸器得到的冷凝液——燃料乙醇的水含量為0.4％(V/V)。
來自酒精精餾工序的廢醪液送入沉降式離心機，進行固液分離。分離出的離心清液部分返回發(fā)酵工序，部分進行多效蒸發(fā)濃縮。多效蒸發(fā)的凝水返回糖蜜調(diào)濃調(diào)酸工序。多效蒸發(fā)得到的濃漿和固液分離出的濕糟可用于生產(chǎn)復合肥或用于鍋爐燃燒，回收能量。
以下對本發(fā)明的實施過程及效果詳細描述以淀粉質原料生產(chǎn)燃料酒精的工藝過程中，將淀粉液化、糖化轉化為可發(fā)酵糖是進行發(fā)酵前所必需的工序。在制備發(fā)酵成熟醪的各工序中，主要的蒸汽消耗集中在淀粉的液化工序。因此，對淀粉的液化過程進行改進是降低燃料酒精生產(chǎn)總能耗的有效途徑之一。
本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn)，在淀粉原料吸水膨脹過程中，僅需采用低溫糊化過程，即可達到理想的糊化效果及淀粉溶出和滅菌的要求。為此，本工藝采用低溫蒸煮工藝，以降低淀粉漿蒸煮過程的蒸汽消耗。提高淀粉漿的濃度，減少蒸煮過程的物料處理量，也可以降低蒸汽消耗。因此，本發(fā)明采用高濃度配漿。同時研究發(fā)現(xiàn)，較低的蒸煮溫度也可以減少雜質的生成，降低有效組份的損失，提高酒精收率。
酶法液化和糖化工藝(雙酶法液糖化工藝)是最為理想的制糖方法。本發(fā)明針對酒精發(fā)酵工業(yè)的特點，采用兩次加酶、一次高溫噴射液化、真空閃蒸急冷和低溫二次液化技術，充分發(fā)揮優(yōu)質耐高溫淀粉酶的效能，顯著降低液化過程中酶制劑的消耗，提高原料淀粉的轉化率。同時，本發(fā)明采用精餾系統(tǒng)廢蒸汽進行噴射液化，閃蒸凝液返回粉漿罐等手段，降低了新鮮蒸汽和水資源的消耗。
本發(fā)明針對大規(guī)模燃料酒精生產(chǎn)需要，開發(fā)出濃醪連續(xù)發(fā)酵技術。對于大規(guī)模生產(chǎn)裝置，為了減少設備臺數(shù)，降低投資，設備大型化是必要的。乙醇發(fā)酵過程涉及汽、液、固三相。在發(fā)酵后期由于發(fā)酵強度的降低，CO2的釋放量減少，發(fā)酵醪液中的固相物易沉積，從而造成發(fā)酵不正常。對于超大型發(fā)酵罐，此問題尤為嚴重。為解決該難題，本發(fā)明采用分布式低功耗多維側攪拌裝置，開發(fā)出超大型生物反應器。成功地解決了乙醇發(fā)酵過程超大型生物反應器中固相物易沉積問題，消除了大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)過程中存在的易染菌、殘?zhí)歉?、收率低及生產(chǎn)不穩(wěn)定等現(xiàn)象。
本發(fā)明開發(fā)出燃料酒精生產(chǎn)的專用熱耦合精餾技術。將醪塔的再沸器與脫水塔的冷凝器設計成熱耦合過程——醪塔的再沸器作為脫水塔冷凝器，實現(xiàn)了能量的二次利用。在傳統(tǒng)的酒精生產(chǎn)工藝中，精餾過程的蒸汽消耗高達到7.0噸。采用本發(fā)明的熱耦合精餾技術，精餾過程的蒸汽耗量可以降至1.8噸以下。
本發(fā)明者開發(fā)出了變溫變壓分子篩脫水技術。在乙醇分子篩脫水工藝中復合了變溫及變壓過程，實現(xiàn)了吸附及解吸過程的高效率操作。采用冷凝控制過程來實現(xiàn)變壓，保證了系統(tǒng)操作的穩(wěn)定性和可控性。靈活配制的多吸附床聯(lián)合流程，最大程度地提高了分子篩的利用率。使變溫變壓吸附脫水過程每噸燃料乙醇的蒸汽消耗僅為傳統(tǒng)方法的1/3。
在酒精精餾過程中，通常得到液相酒精。而分子篩吸附脫水是氣相過程。因此，在分子篩吸附脫水之前，首先需要將液相酒精蒸發(fā)氣化。從精餾工序得到液相酒精再蒸發(fā)的過程，使精餾工序消耗冷卻水，而酒精蒸發(fā)又要消耗蒸汽。如果精餾工序脫水塔氣相酒精直接進入分子篩吸附脫水，將節(jié)省蒸汽和循環(huán)水的消耗。但精餾塔是壓力穩(wěn)定的連續(xù)操作，而分子篩吸附床的壓力是周期變化的。脫水塔氣相直接引入分子篩吸附床，吸附床的壓力變化會引起脫水塔的壓力波動。常規(guī)調(diào)節(jié)手段很難適應吸附床的壓力波動，以控制脫水塔的壓力穩(wěn)定，影響脫水塔的正常操作。另外，由于壓力的波動，給進入脫水床的氣相物流的流量測量與控制造成困難。吸附床的進料量穩(wěn)定對保證脫水效果和分子篩吸附床的高效運行是至關重要的。為解決該難題，本發(fā)明提出了熱耦合冷凝蒸發(fā)工藝。
本發(fā)明提出的熱耦合冷凝蒸發(fā)過程，由熱耦合換熱器、蒸發(fā)進料泵、流量計、控制調(diào)節(jié)閥及相應的連接管線組成，根據(jù)蒸發(fā)設置的不同，還可設置凝液接受罐、蒸發(fā)汽液分離罐等。來自精餾工序的汽相酒精，進入熱耦合換熱器的熱側，給液相酒精蒸發(fā)加熱的同時汽相酒精冷凝。酒精凝液通過輸送泵，經(jīng)嚴格的流量控制送入熱耦合換熱器的冷側，受熱蒸發(fā)。蒸發(fā)后的汽相酒精進入分子篩吸附脫水工序。
本發(fā)明提出的熱耦合冷凝蒸發(fā)過程具有三大技術優(yōu)勢，第一，用熱耦合過程進行冷凝蒸發(fā)操作，不消耗外加熱量，達到了節(jié)能降耗的目的；第二，熱耦合冷凝蒸發(fā)過程，將精餾工序和分子篩吸附脫水工序在壓力上分割為兩個獨立的系統(tǒng)，避免了相互壓力干擾，保證了前后兩個工序的平穩(wěn)運行；第三，實現(xiàn)了分子篩吸附脫水工序進料量的準確控制，保證了吸附床的脫水效果和產(chǎn)品的穩(wěn)定。
廢醪液的排放造成的污染一直是困擾究竟行業(yè)的難題，嚴重制約著酒精行業(yè)的發(fā)展。對于大規(guī)模燃料酒精的生產(chǎn)，此矛盾將更加突出。廢醪液有效地的處理方式是進行多效蒸發(fā)。但蒸發(fā)過程歷來是耗能大戶，在廢醪液處理過程中，要把其中的絕大部分的水蒸出，能耗的高低成為影響燃料酒精生產(chǎn)經(jīng)濟效益的關鍵問題之一。
本發(fā)明利用濕糟干燥過程中干燥機會產(chǎn)生的二次蒸汽進行離心清液蒸發(fā)的工藝，使蒸發(fā)過程的新鮮蒸汽耗汽量為零。本工藝將來自酒精精餾工序的廢醪液送入沉降式離心機，進行固液分離，分離出廢醪液中的固相物。分離出的固相物送入干燥機；分離出的離心清液部分返回發(fā)酵工序，部分進行多效蒸發(fā)濃縮。多效蒸發(fā)濃縮所需熱源為干燥機產(chǎn)生的二次蒸汽，獲得的濃縮液—濃漿與離心分離出的濕糟混合后送入干燥機進行干燥。干燥機產(chǎn)生的二次蒸汽作為多效蒸發(fā)的熱源。多效蒸發(fā)的凝液返回粉漿制備工序用于配料。干燥機產(chǎn)出的干糟可作為蛋白飼料出售。
蒸發(fā)過程中換熱器的結疤問題，歷來是困擾某些蒸發(fā)單元操作的難題。換熱表面結疤不但會造成傳熱效率的降低，而且要被迫中止正常生產(chǎn)去進行清疤操作，從而造成生產(chǎn)能力的下降。常用的清疤方法有堿洗、酸洗和人工清理等。上述方法不但會提高操作費用，而且會造成酸堿排放等二次環(huán)境污染問題。本發(fā)明采用的蒸發(fā)器，可以保證蒸發(fā)器長周期操作而不結疤，保證了高傳熱效率和連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，使裝置生產(chǎn)能力大幅度提高。
在廢醪液處理方法中，能否成功地利用干燥過程中產(chǎn)生的常壓蒸汽是該技術的關鍵之一。本發(fā)明將旋轉管束式干燥機的廢熱蒸汽用于廢醪液的多效蒸發(fā)中，達到了降低能耗的目的。
離心機在固液分離過程中的作用舉足輕重，但由于其結構的復雜性及所需的高可靠性，向來成為廠家所關心的焦點，本發(fā)明者采用國產(chǎn)臥螺離心機進行廢醪液的固液分離，分離效率更高，操作穩(wěn)定性更可靠，并成功地將其應用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)之中，實現(xiàn)了長周期無故障操作。有效地降低了DDGS生產(chǎn)裝置的設備投資，使之更具經(jīng)濟性。
本發(fā)明公開和提出的方法和制備技術，本領域技術人員可通過借鑒本文內(nèi)容，適當改變原料、工藝參數(shù)、結構設計等環(huán)節(jié)實現(xiàn)。本發(fā)明的方法與技術已通過較佳實施例子進行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法和技術進行改動或適當變更與組合，來實現(xiàn)本發(fā)明技術。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。
權利要求
1.一種燃料乙醇生產(chǎn)方法，以淀粉質或糖質為原料，包括原料處理、發(fā)酵、精餾、分子篩吸附脫水、廢醪液處理工序組成；其特征是精餾工序與分子篩吸附脫水工序通過熱耦合冷凝蒸發(fā)過程連接，所述的熱耦合冷凝蒸發(fā)方法是精餾工序采出的氣相乙醇，通過熱耦合冷凝、蒸發(fā)過程送入分子篩吸附脫水工序，此冷凝、蒸發(fā)過程通過熱耦合完成，冷凝放出的熱量作為乙醇蒸發(fā)的熱源，不需另外加入熱量。
2.如權利要求1所述的燃料乙醇生產(chǎn)方法，其特征是所述的熱耦合冷凝蒸發(fā)過程由熱耦合冷凝蒸發(fā)換熱器(6)、蒸發(fā)進料泵(7)、流量計(8)、控制調(diào)節(jié)閥(9)及相應的連接管線組成；來自精餾工序的汽相酒精，進入熱耦合冷凝蒸發(fā)換熱器(6)的熱側，給液相酒精蒸發(fā)加熱的同時汽相酒精冷凝；酒精凝液通過輸送泵(7)，送入熱耦合冷凝蒸發(fā)換熱器(6)的冷側，受熱蒸發(fā)，蒸發(fā)后的汽相酒精進入分子篩吸附脫水工序。
3.如權利要求1所述的燃料乙醇生產(chǎn)方法，其特征是所述的淀粉質或糖質原料為玉米、大米、小麥、高梁、山芋干、木薯、甘蔗汁、甜菜汁或糖蜜。
4.如權利要求1所述的燃料乙醇生產(chǎn)方法，其特征是所述的以淀粉質原料的原料處理工序包括粉漿制備和淀粉糖液化，其中粉漿制備是將淀粉質原料進行粉碎，用水拌料，調(diào)整粉漿的濃度為干物質含量20~35％，PH值為3~6。
5.如權利要求1所述的燃料乙醇生產(chǎn)方法，其特征是所述的以糖質為原料的原料處理工序是將糖質原料分別調(diào)節(jié)到干物質含量10~28％，PH值3~6。
6.如權利要求1所述的燃料乙醇生產(chǎn)方法，其特征是所述的發(fā)酵工序是濃醪連續(xù)發(fā)酵，發(fā)酵過程在系列串連的發(fā)酵罐中進行，發(fā)酵溫度30~33℃。
7.如權利要求1所述的燃料乙醇生產(chǎn)方法，其特征是所述的精餾工序采用醪塔和脫水塔兩塔熱耦合精餾工藝，脫水塔頂汽作為醪塔再沸器的加熱介質。
8.如權利要求1所述的燃料乙醇生產(chǎn)方法，其特征是所述的分子篩吸附脫水工序采用兩個獲兩個以上吸附床，變溫變壓吸附脫水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃料乙醇生產(chǎn)方法，發(fā)明者針對大規(guī)模燃料乙醇生產(chǎn)發(fā)明了專用于燃料乙醇生產(chǎn)的成套技術。原料處理、發(fā)酵、精餾、分子篩吸附脫水、廢醪液處理工序組成；精餾工序與分子篩吸附脫水工序通過熱耦合冷凝蒸發(fā)過程連接，所述的熱耦合冷凝蒸發(fā)方法是精餾工序采出的氣相乙醇，通過熱耦合冷凝、蒸發(fā)過程送入分子篩吸附脫水工序，此冷凝、蒸發(fā)過程通過熱耦合完成，冷凝放出的熱量作為乙醇蒸發(fā)的熱源，不需另外加入熱量。本發(fā)明所用的原料為玉米、大米、小麥、高粱、山芋干、木薯、甘蔗汁、甜菜汁或糖蜜等。
文檔編號C10L1/02GK1644703SQ20041009408
公開日2005年7月27日 申請日期2004年12月29日 優(yōu)先權日2004年12月29日
發(fā)明者張敏華, 董秀芹, 呂惠生, 劉成, 劉宗章, 錢勝華, 李永輝 申請人:天津大學