CN101696152A - 一种纤维乙醇的分离方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于纤维乙醇生产技术领域，特别涉及一种纤维乙醇的分离工艺及设备。先对带木质素的糖液进入发酵单元发酵得到的成熟的发酵醪进行固液分离，分离出的固相进行干燥，得到木质素干渣和酒精蒸气A；分离出的液相进行浓缩得到浓缩液和酒精蒸气B；浓缩液进行干燥得到木质素干渣和酒精蒸气C；酒精蒸气A、B、C进行冷凝后经蒸馏得到成品乙醇。所述分离设备，包括分离单元、一级干燥单元、浓缩单元、二级干燥单元、冷凝单元、蒸馏单元。本发明纤维乙醇分离工艺，能耗低，可防止设备堵塞，且能对原料中的木质素进行回收利用，创造更多经济价值；同时可解决生产废糟液色素处理难的问题；采用的分离设备简洁，总体投资少。

Description

一种纤维乙醇的分离方法及设备

(一)技术领域

本发明属于纤维乙醇生产技术领域，特别涉及一种纤维乙醇的分离方法及设备。

(二)背景技术

纤维乙醇是一种利用农牧业与林业纤维类废弃物为原料发酵生产的乙醇。纤维质是地球上资源量最丰富的可再生资源。在我国，每年仅小麦、玉米的农作物秸秆就高达7亿吨(折干)以上，其中多数被白白烧掉或废弃，造成资源浪费，且污染环境。若将其中的约50％加以利用，可以生产约5000万吨以上的乙醇。因此，利用纤维质原料生产乙醇是确保国家粮食安全的有效途径。

专利CN 101186943A公开了一种利用农作物秸秆生产乙醇的方法，包括对作物秸秆预处理，固液分离，水解固相组分，经超滤和RO组合过滤浓缩后利用酵母发酵；发酵醪离心分离，蒸馏，脱水得到乙醇。该方法主要集中在原料的前期处理上，秸秆中的木质素经碱处理已经变性，后来又进行磺化处理得到磺化木质素；在酶解后采用超滤和RO组合过滤，酶解液中固形物较多，生产费用较高；发酵后通过离心分离出酵母进行回用，离心出来的液相去蒸馏；而酵母经多次回用后，固相一直循环累积，造成离心出来的液相固形物增多，再去后续的蒸馏，则蒸馏单元易堵、能耗增加。

专利CN 101235392A公开了一种纤维素燃料乙醇及制造方法，其关键是优选集成耦合新方法使纤维质原料处理、发酵、蒸馏、脱水实现技术创新。乙醇采用发酵与渗透蒸发-气提耦合技术；纤维乙醇采用两塔或三塔流程进行蒸馏，脱水采用膜分离与渗透蒸发；或者采用多级精馏/膜分离集成过程。该方法发酵液中固形物含量高，直接采用膜分离的方法分离乙醇和水，膜易堵塞，操作成本较高。

专利CN 1298859C公开了一种燃料乙醇生产方法，由原料处理、发酵、精馏、分子筛吸附脱水、废醪液处理工序组成；精馏工序与分子筛吸附脱水工序通过热耦合冷凝蒸发过程连接。其所用原料为玉米、大米、小麦、木薯、糖蜜等淀粉质和糖质原料。

专利CN 101157890A也公开了一种燃料乙醇生产装备及方法，其所用原料也为淀粉质和糖质原料。精馏脱水过程采用三塔与分子筛吸附塔集成的多效热耦合精馏技术实现乙醇脱水；通过气流干燥、清液多效蒸发、蒸发凝液厌氧耗氧和膜超滤净化等装置处理酒精生产中产生的废醪液，以此作为生产中循环冷却水的补水，实现工艺废水零排放。由于所用的原料是淀粉质和糖质原料产生的糟渣很少，而纤维原料产生的糟渣多，此种方法并不合适。

目前世界上还没有一家工业规模利用纤维质原料生产燃料乙醇的企业。这主要是因为纤维乙醇的生产存在5大瓶颈：(1)原料收购难；(2)原料预处理难；(3)纤维素酶价格高；(4)乙醇分离能耗高；(5)废糟液色素处理难。目前人们的研究主要集中在原料预处理和纤维素酶方面，而对乙醇分离和废糟液色素处理研究较少。在纤维乙醇生产中，乙醇分离和废糟液色素处理所消耗的能量占总能耗的80％，其费用占总成本的30％。因此研发出新的乙醇分离和废糟液处理工艺对于纤维乙醇生产成本的降低具有十分重要的意义。

(三)发明内容

本发明目的在于提供一种纤维乙醇的分离方法，既能够克服乙醇分离能耗高的问题又可解决废糟液色素处理的问题。

为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种纤维乙醇的分离方法，先对带有木质素的糖液进入发酵单元发酵得到的成熟的发酵醪进行固液分离，分离出的固相进行干燥，得到木质素干渣和酒精蒸气A；分离出的液相进行浓缩得到浓缩液和酒精蒸气B；浓缩液进行干燥得到木质素干渣和酒精蒸气C；酒精蒸气A、B、C冷凝后经蒸馏得到成品乙醇。

进一步，所述的浓缩其热量来源由所述的酒精蒸气A和酒精蒸气C提供。

酒精蒸气A和酒精蒸气C在使用或者给浓缩提供热量的过程中会冷凝下来，得到的冷凝液和酒精蒸气B冷凝液合并，再一起蒸馏得到体积浓度为95％的成品乙醇。

本发明还提供了一种所述纤维乙醇分离的设备，包括分离单元、两级干燥单元、浓缩单元、冷凝单元、蒸馏单元，其中分离单元的出口分别有管道与一级干燥单元和浓缩单元的入口连接，浓缩单元的出口又分别有管道与冷凝单元与二级干燥单元的入口相连接，冷凝单元的出口通过管道与蒸馏单元入口连接。

进一步，干燥单元的出口有管道连接至浓缩单元为其提供热量。

固液分离，可通过离心、挤干或压榨的方式将固相与液相成分分离开；分离单元的设备可采用离心机、板框过滤机、压榨机等。通过分离单元可以先将大部分的糟渣分离出来，可大大减少去浓缩单元的液相物料量。

利用两级干燥单元产生的含酒精的二次蒸汽即酒精蒸气A和C作为浓缩单元的热源，可降低能耗。浓缩单元出来的经提高浓度的含酒精蒸汽经冷凝后进入蒸馏单元得到乙醇，由于进入蒸馏单元的物料来自于浓缩单元的酒精蒸气冷凝液，酒度可提高60％以上，其中不含固形物，因此可大大降低蒸馏设备的体积，减少设备投资，防止堵塞，节省能耗。

蒸馏单元得到的釜液进行废水处理。

现有的纤维乙醇生产工艺中废糟液含有木质素，色素主要沉积在木质素上，而木质素结构稳定，利用普通的污水处理方法不能降解，解决不了废糟液中的色素问题，从而造成废水不能达标排放。

而本发明通过浓缩和干燥技术，先将木质素进行分离，生产废水中不含色素，经过处理后可达标排放。

此外，最后得到的木质素干渣由于在前述的整个处理过程中没有加酸或加碱使其变性，因此可作为燃料，也可作为功能性材料使用。

本发明相对于现有技术，有以下优点：

本发明纤维乙醇分离工艺，能耗低，可防止设备堵塞，且能对原料中的木质素进行回收利用，创造更多经济价值；可解决生产废糟液色素处理难的问题；采用的分离设备简洁，总体投资少。

(四)附图说明

图1为纤维乙醇分离方法的工艺流程示意图；

图2为纤维乙醇分离设备的连接示意图。

(五)具体实施方式：

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1：

所用的纤维乙醇分离设备，如图2所示，包括分离单元1、一级干燥单元2、二级干燥单元4、浓缩单元3、冷凝单元5、蒸馏单元6，其中分离单元1的出口分别有管道与一级干燥单元2和浓缩单元3的入口连接，浓缩单元3的出口又分别有管道与冷凝单元5与二级干燥单元2的入口相连接，冷凝单元5的出口通过管道与蒸馏单元6入口连接。一级、二级干燥单元2、4的出口有管道连接至浓缩单元3为其提供热量。

所述的分离单元1为离心机；浓缩单元3采用三效蒸发器；冷凝单元5为冷凝器。

以秸秆为原料，先对秸秆进行预处理得到带有木质素的糖液，然后进入发酵设备发酵乙醇。酒精发酵操作方式为间歇发酵，发酵罐控制温度32℃。在发酵过程中，回收乙醇及二氧化碳。

发酵结束后醪液采用离心机分离，分离出的固相湿糟送至一级干燥装置得到木质素干渣和酒精蒸气A；离心分离出的清液送入多效蒸发装置进行浓缩；多效蒸发浓缩装置采用3效。三效蒸发器排出的浓缩液进入二级干燥装置得到木质素干渣和酒精蒸气C，干燥装置产生的酒精蒸汽A和C温度为100℃，合并进入多效蒸发装置，作为浓缩单元的热源。酒精蒸气A和C在三效蒸发器中冷凝后进入蒸馏单元。浓缩装置产生的酒精蒸汽B进入冷凝器冷凝，冷凝后也进入蒸馏单元，蒸馏单元采用双效差压蒸馏得到乙醇产品，蒸馏釜液去污水站进行废水处理。工艺流程参见图1。

Claims (4)

1.一种纤维乙醇的分离方法，其特征在于，先对带有木质素的糖液进入发酵单元发酵得到的成熟的发酵醪进行固液分离，分离出的固相进行干燥，得到木质素干渣和酒精蒸气A；分离出的液相进行浓缩得到浓缩液和酒精蒸气B；浓缩液进行干燥得到木质素干渣和酒精蒸气C；酒精蒸气A、B、C冷凝后经蒸馏得到成品乙醇。

2.如权利要求1所述的纤维乙醇分离方法，其特征在于，所述的浓缩其热量来源由所述的酒精蒸气A和酒精蒸气C提供。

3.权利要求1所述纤维乙醇分离的设备，其特征在于包括分离单元、两级干燥单元、浓缩单元、冷凝单元、蒸馏单元，其中分离单元的出口分别有管道与一级干燥单元和浓缩单元的入口连接，浓缩单元的出口又分别有管道与冷凝单元与二级干燥单元的入口相连接，冷凝单元的出口通过管道与蒸馏单元入口连接。

4.如权利要求3所述纤维乙醇分离的设备，其特征在于，干燥单元的出口有管道连接至浓缩单元为其提供热量。

Images