CN107974467A - 一种以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺，包括木质纤维素的预处理、酶解，淀粉的液糖化，纤维糖和淀粉糖混合发酵，乙醇的蒸馏脱水。本发明采用农林废弃物等木质纤维素以及淀粉原料发酵生产乙醇，方法简单，淀粉糖和纤维糖组成的混合糖共发酵生产燃料乙醇的过程共用发酵设备、蒸馏设备、脱水设备，减少了固定资产的投资成本；由于采用混糖发酵，减少了整个生产过程的能耗、汽耗。

Description

一种以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺
技术领域
本发明涉及乙醇生产领域，具体是涉及一种以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺。
背景技术
利用纤维素生物质生产燃料乙醇在世界各国引起了越来越多的关注。纤维素生物质可以用来生产诸如乙醇、丁醇等交通用的燃料，而整个加工过程中净产生的温室气体却很少。生物质可以从农业废弃物或从许多农产品加工过程中产生的副产物中获得、或者从专门的能源作物获得。
中国作为世界上最大的农业国和生物质生产国之一，有着极为丰富的生物质资源。根据国家统计局数据显示，目前，中国农作物秸秆年产量近7×108t，这其中玉米秸秆占37％,稻草秸秆占28％、小麦秸秆占15％。将这些农业残留物的一部分转化为乙醇燃料，就可以帮助中国减少10％的进口原油，替代31×106t的汽油消费，减排约9×107t二氧化碳。
目前纤维素乙醇的生产采用以纤维原料发酵生产燃料乙醇的工艺，该工艺发酵液中的乙醇浓度普遍偏低，造成后续乙醇蒸馏能耗较高。而纤维素的酶解采用高浓度固形物水解时，纤维素浆料的粘度过大，酶解体系流动性差，搅拌功率高，而且传质、传热不均匀，水解需要专门的设备，能耗大，从而也造成纤维素酶解率降低，造成原料浪费、生产成本上升。
发明内容
为了解决纤维素乙醇生产中单独使用纤维素酶解成糖的浓度低造成乙醇浓度低、蒸馏能耗大等问题，本发明提供一种以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺，包括如下具体步骤：
S1木质纤维素的预处理：使用蒸汽爆破或稀酸汽爆法对木质纤维素原料进行预处理；
S2木质纤维素的酶解：加入纤维素酶对预处理完的纤维素进行酶解，得到纤维糖醪液；
S3淀粉液化：将淀粉质原料与水及α-淀粉酶混合搅拌均匀，得到干物质质量含量为20％～34％的粉浆，预热至70～85℃后送入预液化罐，搅拌均匀，同时将粉浆加热至80～90℃，搅拌使混合粉浆中的不溶性物质达到稳定的悬浮状态，再进行低压蒸汽喷射液化，出料温度为100～110℃，然后在100～110℃保持1～2h进行蒸煮熟化，将所得熟化后的醪液降温至65～80℃后进行闪蒸冷却，得到液化醪；
S4淀粉质原料糖化：用硫酸调节糖化罐内液化醪的pH值为4.0～4.5,搅拌的同时按3.2～4.0kg/t燃料乙醇产品的用量加入α-1,4-葡萄糖水解酶，加完后在50～70℃下保温30～60min进行糖化；糖化后的液化醪冷却至28～32℃；液化醪与S2的纤维糖醪液混合，得到糖化醪，送往发酵工段；
S5发酵：自糖化醪泵送来的糖化醪一部分进入酒母灌，同时向酒母灌中加入营养盐，通入无菌空气，在有氧条件下，酒母迅速大量繁殖，控制合适的流加比例、通入空气量、温度，以利于酒母的生长繁殖，在繁殖过程中产生的热量通过母液循环外部冷却带走；含有大量酒的母酒母醪用泵送至发酵首罐，控制酒母灌的液位保持稳定；在酒母繁殖过程中有一定的酒精产生；酒母罐内的温度保持在28～30℃；
另一部分糖化醪直接进入发酵罐的首罐，在罐内，通过酒母的生命活动，大量的酒精生成，为了保持酒母的单位体积醪液中的数量，视生产情况通入一定的无菌空气；首罐内的醪液通过自流进入下一罐，依次进行；
S6蒸馏和脱水：蒸馏工艺采用双粗塔差压蒸馏节能工艺进行蒸馏,脱水工艺采用分子筛脱水；发酵成熟醪由燃料乙醇冷凝器进行再次预热，然后送入粗馏塔脱气段；脱除CO2气后的成熟醪液一部分从粗馏塔脱气段底部流至粗馏塔进料层进料，经过蒸馏后不含酒精的酒糟液在粗馏塔底部排出，上升的粗酒汽经过洗涤除沫后一部分经过工艺水换热器预热工艺水后进入粗塔冷凝器，一部分进入脱气段；在脱气段中，溶解的CO2从沸腾的醪液中排出并随上升的粗酒汽进入到塔顶的气液分离器，分离液沫后的夹带CO2气体的粗酒汽进入冷凝器中，粗酒汽冷凝，醛类物质、CO2及不冷凝气体，由真空泵抽出外排；部分回流的粗酒液先被送到气液分离器中，冲洗液沫后流到除沫塔板，对上升的粗酒汽进行再次洗涤；
从粗馏塔冷凝系统出来的粗酒冷凝液、杂醇油洗涤水以及分子筛淡酒罐来的淡酒，均收集在粗酒精罐中，粗馏塔通过再沸器强制循环加热，组合塔塔顶酒汽冷凝的同时,粗馏塔得到了加热；
粗酒液经精塔废水两级预热后进入精塔，在进料塔板的下部，乙醇从水中汽化出来；不含乙醇的塔底余馏水用来预热其进料,蒸汽经过精塔再沸器间接供热给精馏塔；
由组合塔塔顶引出高浓度的乙醇蒸汽一部分加热粗塔,一部分送往分子筛脱水装置；不含乙醇的酒糟液在塔底部排出并预热成熟醪后与粗塔废糟液一起外排；
从组合塔、精馏塔引出的杂醇油经冷却后送到杂醇油分离器中，杂醇油作为较轻的上层液体与较重的水相分离，下层淡酒回到杂酒精罐中；
来自蒸馏系统的体积分数为95％(V/V)以上的酒汽，通过原料汽酒过热器处理后，在适当压力下进入分子筛A的顶部，然后沿塔向下运动，边进入，边脱水，脱水后的70％～80％酒精蒸汽作为成品酒汽排出；其余的脱水酒精蒸汽用于分子筛塔B中的分子筛脱水再生；分子筛塔处于负压状态，以利脱水；两个分子筛塔如此周期性切换，通过调整压力、温度、流速，完成吸水和再生；当分子筛塔由吸水转为再生时，顶部的进口压力缓慢下降；两个分子筛塔切换后，作为具有脱水功能的分子筛塔压力上升到分子筛吸水时的压力，另外一个分子筛塔在负压条件下压力降低至分子筛自身的脱水压力，这样分子筛塔自身不断地重复吸水和再生的循环；一个循环周期仅需要3～10min；
无水乙醇成品蒸汽冷凝后即得到燃料乙醇产品，在所述产品中添加变性剂后得到变性燃料乙醇成品，产品质量符合国家标准GB18350-2013。
作为一种优选的技术方案，所述S1中木质纤维素的预处理条件为在150～185℃、0.1％～3.5％的硫酸浓度中处理1～15分钟；
所述木质纤维素原料为含纤维素35～44％的玉米秸秆、稻草、甘蔗渣、竹竿、木屑等农林废弃物。
作为一种优选的技术方案，所述S2中的酶解温度为50～55℃，酶解效率75～95％，初始酶解液固形物含量15～30％，纤维素酶加入量为6～14FPU/g纤维素；
所述的纤维素酶可以为商业化购买的纤维素酶，也可以为集成在现场生产的纤维素酶。
作为一种优选的技术方案，所述S3中的淀粉质原料是将淀粉含量为60％～70％，水分质量含量为10％～20％的玉米、木薯和红薯中的一种粉碎至平均粒径为1～3mm得到的淀粉颗粒；所述α-淀粉酶按1.5～2.Okg/t燃料乙醇产品加入；
所述闪蒸冷却使用的闪蒸罐的操作压力为-90～-60kPa；闪蒸后得到的闪蒸汽温度为50～70℃，闪蒸汽冷凝后作为液化工段用水。
作为一种优选的技术方案，所述S3的淀粉液化过程采用低压蒸汽喷射后蒸煮的连续蒸煮工艺,使混合粉浆受热均匀，淀粉质原料糊化彻底；与高温蒸煮工艺比较,可提髙淀粉出酒率0.5％，并节能30％；所述熟化后的醪液的温度从100～110℃降至65～80℃释放的热量用于对送入液化罐前的粉浆进行加热；从而实现能量的充分利用；粉浆送入预液化罐后，在罐中的停留时间为20～50分钟。
作为一种优选的技术方案，所述S4中糖化后的液化醪的冷却使用两级冷却器，逐级进行冷却，冷却器采用螺旋板式或板式冷却器。
作为一种优选的技术方案，所述S5中的发酵罐设有8个，醪液在发酵系统的时间在60～65小时以上；成熟醪的酒份达到13.5％(v/v)；在发酵过程中会有大量的热量放出，通过罐外冷却保证发酵温度的稳定；发酵温度为31～35℃；发酵罐采用立式搅拌器，大大提高发酵罐的酒精浓度；所述糖化醪是由淀粉质原料糖化液和纤维素酶解液按1:1～3:1的比例混合而成，含糖浓度为15％～28％。
作为一种优选的技术方案，所述S6中各蒸馏塔的操作压力、塔顶温度分别为：
粗馏塔塔顶操作压为-70～-30kPa，塔顶温度为55～75℃；
组合塔塔顶操作压力为0～100kPa，塔顶温度为78～102℃；
精馏塔塔顶操作压力为300～520kPa，塔顶温度为110～135℃。
作为一种优选的技术方案，所述S6中的分子筛脱水机组由分子筛吸附塔和解析塔组成；分子筛吸附塔的操作压力为0～150kPa；分子筛解析塔的操作压力为-80～OkPa。
作为一种优选的技术方案，所述S5中酒母罐和发酵罐在发酵过程产生的C02和所述S6中从粗馏塔脱气段排出的CO2共同进入洗涤塔进行二氧化碳的回收。
本发明的有益效果在于：
1、本发明以成熟的淀粉燃料乙醇生产工艺与纤维素乙醇生产工艺相结合，解决了因发酵醪液中乙醇浓度过低蒸馏能耗过高问题，整个纤维素乙醇生产的能耗能降低10～25％，实现纤维素燃料乙醇的低能耗生产；
2、采用农林废弃物等木质纤维素以及淀粉原料发酵生产乙醇，方法简单，使淀粉糖和纤维糖共发酵生产燃料乙醇的过程共用发酵设备、蒸馏设备、脱水设备，减少了固定资产的投资成本。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
如图1所示，一种以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺，包括如下具体步骤：
S1木质纤维素的预处理：使用蒸汽爆破或稀酸汽爆法对木质纤维素原料进行预处理；
S2木质纤维素的酶解：加入纤维素酶对预处理完的纤维素进行酶解，得到纤维糖醪液；
S3淀粉液化：将淀粉质原料与水及α-淀粉酶混合搅拌均匀，得到干物质质量含量为20％～34％的粉浆，预热至70～85℃后送入预液化罐，搅拌均匀，同时将粉浆加热至80～90℃，搅拌使混合粉浆中的不溶性物质达到稳定的悬浮状态，再进行低压蒸汽喷射液化，出料温度为100～110℃，然后在100～110℃保持1～2h进行蒸煮熟化，将所得熟化后的醪液降温至65～80℃后进行闪蒸冷却，得到液化醪；
S4淀粉质原料糖化：用硫酸调节糖化罐内液化醪的pH值为4.0～4.5,搅拌的同时按3.2～4.0kg/t燃料乙醇产品的用量加入α-1,4-葡萄糖水解酶，加完后在50～70℃下保温30～60min进行糖化；糖化后的液化醪冷却至28～32℃；液化醪与S2的纤维糖醪液混合，得到糖化醪，送往发酵工段；
S5发酵：自糖化醪泵送来的糖化醪一部分进入酒母灌，同时向酒母灌中加入营养盐，通入无菌空气，在有氧条件下，酒母迅速大量繁殖，控制合适的流加比例、通入空气量、温度，以利于酒母的生长繁殖，在繁殖过程中产生的热量通过母液循环外部冷却带走；含有大量酒的母酒母醪用泵送至发酵首罐，控制酒母灌的液位保持稳定；在酒母繁殖过程中有一定的酒精产生；酒母罐内的温度保持在28～30℃；
另一部分糖化醪直接进入发酵罐的首罐，在罐内，通过酒母的生命活动，大量的酒精生成，为了保持酒母的单位体积醪液中的数量，视生产情况通入一定的无菌空气；首罐内的醪液通过自流进入下一罐，依次进行；
S6蒸馏和脱水：蒸馏工艺采用双粗塔差压蒸馏节能工艺进行蒸馏,脱水工艺采用分子筛脱水；发酵成熟醪由燃料乙醇冷凝器进行再次预热，然后送入粗馏塔脱气段；脱除CO2气后的成熟醪液一部分从粗馏塔脱气段底部流至粗馏塔进料层进料，经过蒸馏后不含酒精的酒糟液在粗馏塔底部排出，上升的粗酒汽经过洗涤除沫后一部分经过工艺水换热器预热工艺水后进入粗塔冷凝器，一部分进入脱气段；在脱气段中，溶解的CO2从沸腾的醪液中排出并随上升的粗酒汽进入到塔顶的气液分离器，分离液沫后的夹带CO2气体的粗酒汽进入冷凝器中，粗酒汽冷凝，醛类物质、CO2及不冷凝气体，由真空泵抽出外排；部分回流的粗酒液先被送到气液分离器中，冲洗液沫后流到除沫塔板，对上升的粗酒汽进行再次洗涤；
从粗馏塔冷凝系统出来的粗酒冷凝液、杂醇油洗涤水以及分子筛淡酒罐来的淡酒，均收集在粗酒精罐中，粗馏塔通过再沸器强制循环加热，组合塔塔顶酒汽冷凝的同时,粗馏塔得到了加热；
粗酒液经精塔废水两级预热后进入精塔，在进料塔板的下部，乙醇从水中汽化出来；不含乙醇的塔底余馏水用来预热其进料,蒸汽经过精塔再沸器间接供热给精馏塔；
由组合塔塔顶引出高浓度的乙醇蒸汽一部分加热粗塔,一部分送往分子筛脱水装置；不含乙醇的酒糟液在塔底部排出并预热成熟醪后与粗塔废糟液一起外排；
从组合塔、精馏塔引出的杂醇油经冷却后送到杂醇油分离器中，杂醇油作为较轻的上层液体与较重的水相分离，下层淡酒回到杂酒精罐中；
来自蒸馏系统的体积分数为95％(V/V)以上的酒汽，通过原料汽酒过热器处理后，在适当压力下进入分子筛A的顶部，然后沿塔向下运动，边进入，边脱水，脱水后的70％～80％酒精蒸汽作为成品酒汽排出；其余的脱水酒精蒸汽用于分子筛塔B中的分子筛脱水再生；分子筛塔处于负压状态，以利脱水；两个分子筛塔如此周期性切换，通过调整压力、温度、流速，完成吸水和再生；当分子筛塔由吸水转为再生时，顶部的进口压力缓慢下降；两个分子筛塔切换后，作为具有脱水功能的分子筛塔压力上升到分子筛吸水时的压力，另外一个分子筛塔在负压条件下压力降低至分子筛自身的脱水压力，这样分子筛塔自身不断地重复吸水和再生的循环；一个循环周期仅需要3～10min；
无水乙醇成品蒸汽冷凝后即得到燃料乙醇产品，在所述产品中添加变性剂后得到变性燃料乙醇成品，产品质量符合国家标准GB18350-2013。
需要说明的是，所述S1中木质纤维素的预处理条件为在150～185℃、0.1％～3.5％的硫酸浓度中处理1～15分钟；
所述木质纤维素原料为含纤维素35～44％的玉米秸秆、稻草、甘蔗渣、竹竿、木屑等农林废弃物。
需要说明的是，所述S2中的酶解温度为50～55℃，酶解效率75～95％，初始酶解液固形物含量15～30％，纤维素酶加入量为6～14FPU/g纤维素。
需要说明的是，所述S3中的淀粉质原料是将淀粉含量为60％～70％，水分质量含量为10％～20％的玉米、木薯和红薯中的一种粉碎至平均粒径为1～3mm得到的淀粉颗粒；所述α-淀粉酶按1.5～2.Okg/t燃料乙醇产品加入；
所述闪蒸冷却使用的闪蒸罐的操作压力为-90～-60kPa；闪蒸后得到的闪蒸汽温度为50～70℃，闪蒸汽冷凝后作为液化工段用水。
需要进一步说明的是，所述S3的淀粉液化过程采用低压蒸汽喷射后蒸煮的连续蒸煮工艺,使混合粉浆受热均匀，淀粉质原料糊化彻底；与高温蒸煮工艺比较,可提髙淀粉出酒率0.5％，并节能30％；所述熟化后的醪液的温度从100～110℃降至65～80℃释放的热量用于对送入液化罐前的粉浆进行加热；从而实现能量的充分利用；粉浆送入预液化罐后，在罐中的停留时间为20～50分钟。
需要进一步说明的是，所述S4中糖化后的液化醪的冷却使用两级冷却器，逐级进行冷却，冷却器采用螺旋板式或板式冷却器。
需要进一步说明的是，所述S5中的发酵罐设有8个，醪液在发酵系统的时间在60～65小时以上；成熟醪的酒份达到13.5％(v/v)；在发酵过程中会有大量的热量放出，通过罐外冷却保证发酵温度的稳定；发酵温度为31～35℃；发酵罐采用立式搅拌器，大大提高发酵罐的酒精浓度；所述糖化醪是由淀粉质原料糖化液和纤维素酶解液按1:1～3:1的比例混合而成，含糖浓度为15％～28％。
需要进一步说明的是，所述S6中各蒸馏塔的操作压力、塔顶温度分别为：
粗馏塔塔顶操作压为-70～-30kPa，塔顶温度为55～75℃；
组合塔塔顶操作压力为0～100kPa，塔顶温度为78～102℃；
精馏塔塔顶操作压力为300～520kPa，塔顶温度为110～135℃。
需要更进一步说明的是，所述S6中的分子筛脱水机组由分子筛吸附塔和解析塔组成；分子筛吸附塔的操作压力为0～150kPa；分子筛解析塔的操作压力为-80～OkPa。
需要更进一步说明的是，所述S5中酒母罐和发酵罐在发酵过程产生的C02和所述S6中从粗馏塔脱气段排出的CO2共同进入洗涤塔进行二氧化碳的回收。
实施例1
以玉米淀粉和玉米秸秆为原料共发酵生产燃料乙醇的工艺如下：
将16吨/h玉米秸秆(纤维素含量为37.9％，水分含量30％)经过备料系统除杂，然后以150～185℃，0.1～3.5％的硫酸浓度的条件，处理1～15分钟后汽爆，得到含水量60％的纤维素物料。
将上述预处理后的纤维素物料添加21.2吨/h的水，以碱调节pH至5.0，加入460kg/h纤维素酶，50～55℃酶解72h，得到含糖量为6～8％的糖化液。将酶解液进行固液分离，分离出木质素等不可溶固体。
将30.8吨/h玉米(淀粉含量为65％，水分质量含量为14％)粉碎至平均粒径为2mm送入预液化罐，加入69.2t/h拌料水，α-淀粉酶20kg/h，得到干物质质量含量为26.5％的粉浆，为使粉浆混合均匀，罐内配有搅拌器，将粉浆预热至78℃后送入预液化罐，在预液化罐中，上述粉浆由直接蒸汽加热至86℃，搅拌器促使不溶性物质达到稳定的悬浮状态。在满负荷操作时，粉浆在罐中的停留时间为40min。
然后粉浆通过泵送去喷射液化器，控制蒸汽喷射器出料温度为105℃，得到加热后的醪液。将加热后的醪液送入蒸煮柱，在105℃保持1.5h进行蒸煮熟化。熟化后的醪液被泵送至粉浆预热器，对未进入液化罐的粉浆进行预热后，温度降至70℃后进入闪蒸罐，所述闪蒸罐的压力为-75kPa，闪蒸后液化醪的温度为65℃。产生的闪蒸汽冷凝后作为液化工段用水。闪蒸冷却后的液化醪靠重力作用自行流入糖化罐中。
在糖化罐(配备搅拌器)内用硫酸调节pH值为4.2,然后加入α-1,4-葡萄糖水解酶40kg/h，在65℃下保温45min，糖化后的醪液由泵输送经两级板式冷却器进行逐级冷却，冷却至31℃，糖化醪与纤维糖醪液按1:1～3:1的比例混合，混合后的糖化醪送往发酵工段。
发酵工段采用间歇式发酵，醪液加入从酒母罐过来的酵母，发酵时间为60h，温度为33℃。发酵结束后，得到的发酵成熟醪送去蒸馏和脱水工段，罐体经洗刷灭菌后再重复以上操作。
发酵成熟醪(150t/h，10％V/V，32℃)经粗馏塔酒精蒸汽、无水乙醇成品蒸汽、粗馏塔塔底废醪三级预热后进入粗馏塔脱气段进行脱气，脱出的CO2随酒精蒸汽进入脱汽段冷凝器冷凝，排出C02及不凝气体；脱气后的成熟醪分成两股，一股进入粗馏塔提馏段进行初步蒸馏，得到酒精蒸汽经脱汽段冷凝器冷凝后得到粗酒，进入粗酒精罐，得到的废醪由粗馏塔底部排出，去往废糟处理工段；另一股脱气后的成熟醪从脱气段底部侧线抽出，流量为90t/h，经组合塔塔釜废醪预热后进入组合塔进行再次蒸馏，塔顶得到的酒精蒸汽(95.8％V/V)一部分进入粗馏塔的强制循环再沸器中冷凝，冷凝潜热用于加热粗馏塔，冷凝液作为塔顶回流，得到废醪由组合塔底部排出，去往废糟处理工段；另一部分酒精蒸汽送往分子筛脱水机组，得到浓度为(70％V/V)的淡酒和无水乙醇成品蒸汽，淡酒进入粗酒精罐，无水乙醇成品蒸汽冷凝后得到燃料乙醇产品；质量流量为12.6t/h，产品质量分数为99.2％，含水量＜0.5％，酸含量46ppm,满足国家标准GB18350-2013，蒸馏和脱水工段蒸汽消耗为1.5～1.8t/t燃料乙醇。
蒸馏脱水系统排出的废醪的处理主要由分离、厌氧消化、好氧生化处理等工序组成。其设施设备主要有：贮罐(池)、冷却器、分离机、沼气发酵罐(池)、泵、沼气、好氧等有效处理设备。废糟经过上述处理工艺处理后，产生的沼气用于燃烧发电，剩余的废水(C0D值为197mg/L)按国家相关标准排放。
实施例2
以木薯淀粉和玉米秸秆为原料共发酵生产燃料乙醇的工艺如下：
将16吨/h玉米秸秆(纤维素含量为37.9％，水分含量30％)经过备料系统除杂，然后以150～185℃，0.1～3.5％的硫酸浓度的条件，处理1～15分钟后汽爆，得到含水量60％的纤维素物料。
将上述预处理后的纤维素物料添加21.2吨/h的水，以碱调节pH至5.0，加入460kg/h纤维素酶，50～55℃酶解72h，得到含糖量为6～8％的糖化液。将酶解液进行固液分离，分离出木质素等不可溶固体。
将44吨/h木薯干片(淀粉含量为68％，水分质量含量为12％)粉碎至平均粒径为3mm后送入预液化罐，加入88t/h拌料水，同时加入α-淀粉酶25kg/h，得到干物质质量含量为29.3％的粉浆，为使粉浆混合均匀，罐内配有搅拌器，将粉浆加热至75℃后送入预液化罐，在预液化罐中，上述粉浆由直接蒸汽加热至84℃，搅拌器促使不溶性物质达到稳定的悬浮状态。在满负荷操作时，粉浆在罐中的停留时间为30min。
然后粉浆通过泵送去喷射液化器，控制蒸汽喷射器出料温度为106℃，得到加热后的醪液。将加热后的醪液送入蒸煮柱，在106℃保持2h进行蒸煮熟化。熟化后的醪液被泵送至粉浆预热器，对未进入液化罐的粉浆进行预热后，温度降至68℃后进入闪蒸罐，所述闪蒸罐的压力为-80kPa，闪蒸后液化醪的温度为60℃。产生的闪蒸汽冷凝后作为液化工段用水。闪蒸冷却后的液化醪靠重力作用自行流入糖化罐中。
在糖化罐(配备搅拌器)内用硫酸调节pH值为4.5,然后加入糖化酶25kg/h，在60℃下保温50min，糖化后的醪液由栗输送经两级板式冷却器进行逐级冷却，冷却至29℃，糖化醪与纤维糖醪液按1:1～3:1的比例混合，混合后的糖化醪送往发酵工段。
发酵工段采用间歇式发酵，醪液加入从酒母罐过来的酵母，发酵时间为60h，温度为33℃。发酵结束后，得到的发酵成熟醪送去蒸馏和脱水工段，罐体经洗刷灭菌后再重复以上操作。
发酵成熟醪(150t/h，10％V/V，32℃)经粗馏塔酒精蒸汽、无水乙醇成品蒸汽、粗馏塔塔底废醪三级预热后进入粗馏塔脱气段进行脱气，脱出的CO2随酒精蒸汽进入脱汽段冷凝器冷凝，排出C02及不凝气体；脱气后的成熟醪分成两股，一股进入粗馏塔提馏段进行初步蒸馏，得到酒精蒸汽经脱汽段冷凝器冷凝后得到粗酒，进入粗酒精罐，得到的废醪由粗馏塔底部排出，去往废糟处理工段；另一股脱气后的成熟醪从脱气段底部侧线抽出，流量为90t/h，经组合塔塔釜废醪预热后进入组合塔进行再次蒸馏，塔顶得到的酒精蒸汽(95.8％V/V)一部分进入粗馏塔的强制循环再沸器中冷凝，冷凝潜热用于加热粗馏塔，冷凝液作为塔顶回流，得到废醪由组合塔底部排出，去往废糟处理工段；另一部分酒精蒸汽送往分子筛脱水机组，得到浓度为(70％V/V)的淡酒和无水乙醇成品蒸汽，淡酒进入粗酒精罐，无水乙醇成品蒸汽冷凝后得到燃料乙醇产品；质量流量为12.6t/h，产品质量分数为99.2％，含水量＜0.5％，酸含量39ppm,满足国家标准GB18350-2013，蒸馏和脱水工段蒸汽消耗为1.5～1.8t/t燃料乙醇。
蒸馏脱水系统排出的废醪的处理主要由分离、厌氧消化、好氧生化处理等工序组成。其设施设备主要有：贮罐(池)、冷却器、分离机、沼气发酵罐(池)、泵、沼气、好氧等有效处理设备。废糟经过上述处理工艺处理后，产生的沼气用于燃烧发电，剩余的废水(C0D值为197mg/L)按国家相关标准排放。
实施例3
以木薯淀粉和甘蔗渣为原料共发酵生产燃料乙醇的工艺如下：
将10吨/h甘蔗渣(纤维素含量为44％，水分含量20％)经过备料系统除杂，然后以150～185℃，0.1～3.5％的硫酸浓度的条件，处理1～15分钟后汽爆，得到含水量60％的纤维素物料。
将上述预处理后的纤维素物料添加21.2吨/h的水，以碱调节pH至5.0，加入460kg/h纤维素酶，50～55℃酶解72h，得到含糖量为6～8％的糖化液。
将44吨/h木薯干片(淀粉含量为68％，水分质量含量为12％)粉碎至平均粒径为3mm后送入预液化罐，加入88t/h拌料水，同时加入α-淀粉酶25kg/h，得到干物质质量含量为29.3％的粉浆，为使粉浆混合均匀，罐内配有搅拌器，将粉浆加热至75℃后送入预液化罐，在预液化罐中，上述粉浆由直接蒸汽加热至84℃，搅拌器促使不溶性物质达到稳定的悬浮状态。在满负荷操作时，粉浆在罐中的停留时间为30min。
然后粉浆通过泵送去喷射液化器，控制蒸汽喷射器出料温度为106℃，得到加热后的醪液。将加热后的醪液送入蒸煮柱，在106℃保持2h进行蒸煮熟化。熟化后的醪液被泵送至粉浆预热器，对未进入液化罐的粉浆进行预热后，温度降至68℃后进入闪蒸罐，所述闪蒸罐的压力为-80kPa，闪蒸后液化醪的温度为60℃。产生的闪蒸汽冷凝后作为液化工段用水。闪蒸冷却后的液化醪靠重力作用自行流入糖化罐中。
在糖化罐(配备搅拌器)内用硫酸调节pH值为4.5,然后加入糖化酶25kg/h，在60℃下保温50min，糖化后的醪液由栗输送经两级板式冷却器进行逐级冷却，冷却至29℃，糖化醪与纤维糖醪液按1:1～3:1的比例混合，混合后的糖化醪送往发酵工段。
发酵工段采用间歇式发酵，醪液加入从酒母罐过来的酵母，发酵时间为60h，温度为33℃。发酵结束后，得到的发酵成熟醪送去蒸馏和脱水工段，罐体经洗刷灭菌后再重复以上操作。
发酵成熟醪(150t/h，10％V/V，32℃)经粗馏塔酒精蒸汽、无水乙醇成品蒸汽、粗馏塔塔底废醪三级预热后进入粗馏塔脱气段进行脱气，脱出的CO2随酒精蒸汽进入脱汽段冷凝器冷凝，排出C02及不凝气体；脱气后的成熟醪分成两股，一股进入粗馏塔提馏段进行初步蒸馏，得到酒精蒸汽经脱汽段冷凝器冷凝后得到粗酒，进入粗酒精罐，得到的废醪由粗馏塔底部排出，去往废糟处理工段；另一股脱气后的成熟醪从脱气段底部侧线抽出，流量为90t/h，经组合塔塔釜废醪预热后进入组合塔进行再次蒸馏，塔顶得到的酒精蒸汽(95.8％V/V)一部分进入粗馏塔的强制循环再沸器中冷凝，冷凝潜热用于加热粗馏塔，冷凝液作为塔顶回流，得到废醪由组合塔底部排出，去往废糟处理工段；另一部分酒精蒸汽送往分子筛脱水机组，得到浓度为(70％V/V)的淡酒和无水乙醇成品蒸汽，淡酒进入粗酒精罐，无水乙醇成品蒸汽冷凝后得到燃料乙醇产品；质量流量为12.6t/h，产品质量分数为99.2％，含水量＜0.5％，酸含量39ppm,满足国家标准GB18350-2013，蒸馏和脱水工段蒸汽消耗为1.5～1.8t/t燃料乙醇。
蒸馏脱水系统排出的废醪的处理主要由分离、厌氧消化、好氧生化处理等工序组成。其设施设备主要有：贮罐(池)、冷却器、分离机、沼气发酵罐(池)、泵、沼气、好氧等有效处理设备。废糟经过上述处理工艺处理后，产生的沼气用于燃烧发电，剩余的废水(C0D值为197mg/L)按国家相关标准排放。
实施例4
以玉米淀粉和蔗渣为原料共发酵生产燃料乙醇的工艺如下：
将10吨/h甘蔗渣(纤维素含量为44％，水分含量20％)经过备料系统除杂，然后以150～185℃，0.1～3.5％的硫酸浓度的条件，处理1～15分钟后汽爆，得到含水量60％的纤维素物料。
将上述预处理后的纤维素物料添加21.2吨/h的水，以碱调节pH至5.0，加入460kg/h纤维素酶，50～55℃酶解72h，得到含糖量为6～8％的糖化液。
将30.8吨/h玉米(淀粉含量为65％，水分质量含量为14％)粉碎至平均粒径为2mm送入预液化罐，加入69.2t/h拌料水，α-淀粉酶20kg/h，得到干物质质量含量为26.5％的粉浆，为使粉浆混合均匀，罐内配有搅拌器，将粉浆预热至78℃后送入预液化罐，在预液化罐中，上述粉浆由直接蒸汽加热至86℃，搅拌器促使不溶性物质达到稳定的悬浮状态。在满负荷操作时，粉浆在罐中的停留时间为40min。
然后粉浆通过泵送去喷射液化器，控制蒸汽喷射器出料温度为105℃，得到加热后的醪液。将加热后的醪液送入蒸煮柱，在105℃保持1.5h进行蒸煮熟化。熟化后的醪液被泵送至粉浆预热器，对未进入液化罐的粉浆进行预热后，温度降至70℃后进入闪蒸罐，所述闪蒸罐的压力为-75kPa，闪蒸后液化醪的温度为65℃。产生的闪蒸汽冷凝后作为液化工段用水。闪蒸冷却后的液化醪靠重力作用自行流入糖化罐中。
在糖化罐(配备搅拌器)内用硫酸调节pH值为4.2,然后加入α-1,4-葡萄糖水解酶40kg/h，在65℃下保温45min，糖化后的醪液由泵输送经两级板式冷却器进行逐级冷却，冷却至31℃，糖化醪与纤维糖醪液按1:1～3:1的比例混合，混合后的糖化醪送往发酵工段。
发酵工段采用间歇式发酵，醪液加入从酒母罐过来的酵母，发酵时间为60h，温度为33℃。发酵结束后，得到的发酵成熟醪送去蒸馏和脱水工段，罐体经洗刷灭菌后再重复以上操作。
发酵成熟醪(150t/h，10％V/V，32℃)经粗馏塔酒精蒸汽、无水乙醇成品蒸汽、粗馏塔塔底废醪三级预热后进入粗馏塔脱气段进行脱气，脱出的CO2随酒精蒸汽进入脱汽段冷凝器冷凝，排出C02及不凝气体；脱气后的成熟醪分成两股，一股进入粗馏塔提馏段进行初步蒸馏，得到酒精蒸汽经脱汽段冷凝器冷凝后得到粗酒，进入粗酒精罐，得到的废醪由粗馏塔底部排出，去往废糟处理工段；另一股脱气后的成熟醪从脱气段底部侧线抽出，流量为90t/h，经组合塔塔釜废醪预热后进入组合塔进行再次蒸馏，塔顶得到的酒精蒸汽(95.8％V/V)一部分进入粗馏塔的强制循环再沸器中冷凝，冷凝潜热用于加热粗馏塔，冷凝液作为塔顶回流，得到废醪由组合塔底部排出，去往废糟处理工段；另一部分酒精蒸汽送往分子筛脱水机组，得到浓度为(70％V/V)的淡酒和无水乙醇成品蒸汽，淡酒进入粗酒精罐，无水乙醇成品蒸汽冷凝后得到燃料乙醇产品；质量流量为12.6t/h，产品质量分数为99.2％，含水量＜0.5％，酸含量46ppm,满足国家标准GB18350-2013，蒸馏和脱水工段蒸汽消耗为1.5～1.8t/t燃料乙醇。
蒸馏脱水系统排出的废醪的处理主要由分离、厌氧消化、好氧生化处理等工序组成。其设施设备主要有：贮罐(池)、冷却器、分离机、沼气发酵罐(池)、泵、沼气、好氧等有效处理设备。废糟经过上述处理工艺处理后，产生的沼气用于燃烧发电，剩余的废水(C0D值为197mg/L)按国家相关标准排放。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，作出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺，其特征在于，包括如下具体步骤：
S1木质纤维素的预处理：使用蒸汽爆破或稀酸汽爆法对木质纤维素原料进行预处理；
S2木质纤维素的酶解：加入纤维素酶对预处理完的纤维素进行酶解，得到纤维糖醪液；
S3淀粉液化：将淀粉质原料与水及α-淀粉酶混合搅拌均匀，得到干物质质量含量为20％～34％的粉浆，预热至70～85℃后送入预液化罐，搅拌均匀，同时将粉浆加热至80～90℃，搅拌使混合粉浆中的不溶性物质达到稳定的悬浮状态，再进行低压蒸汽喷射液化，出料温度为100～110℃，然后在100～110℃保持1～2h进行蒸煮熟化，将所得熟化后的醪液降温至65～80℃后进行闪蒸冷却，得到液化醪；
S4淀粉质原料糖化：用硫酸调节糖化罐内液化醪的pH值为4.0～4.5,搅拌的同时按3.2～4.0kg/t燃料乙醇产品的用量加入α-1,4-葡萄糖水解酶，加完后在50～70℃下保温30～60min进行糖化；糖化后的液化醪冷却至28～32℃；液化醪与S2的纤维糖醪液混合，得到糖化醪，送往发酵工段；
S5发酵：自糖化醪泵送来的糖化醪一部分进入酒母灌，同时向酒母灌中加入营养盐，通入无菌空气，在有氧条件下，酒母迅速大量繁殖，控制流加比例、通入空气量、温度，以利于酒母的生长繁殖，在繁殖过程中产生的热量通过母液循环外部冷却带走；母酒母醪用泵送至发酵首罐，控制酒母灌的液位保持稳定；酒母罐内的温度保持在28～30℃；
另一部分糖化醪直接进入发酵罐的首罐，在罐内，通过酒母的生命活动生成酒精，为了保持酒母的单位体积醪液中的数量，往罐内通入无菌空气；首罐内的醪液通过自流进入下一罐，依次进行；
S6蒸馏和脱水：蒸馏工艺采用双粗塔差压蒸馏节能工艺进行蒸馏,脱水工艺采用分子筛脱水；发酵成熟醪由燃料乙醇冷凝器进行再次预热，然后送入粗馏塔脱气段；脱除CO2气后的成熟醪液一部分从粗馏塔脱气段底部流至粗馏塔进料层进料，经过蒸馏后不含酒精的酒糟液在粗馏塔底部排出，上升的粗酒汽经过洗涤除沫后一部分经过工艺水换热器预热工艺水后进入粗塔冷凝器，一部分进入脱气段；在脱气段中，溶解的CO2从沸腾的醪液中排出并随上升的粗酒汽进入到塔顶的气液分离器，分离液沫后的夹带CO2气体的粗酒汽进入冷凝器中，粗酒汽冷凝，醛类物质、CO2及不冷凝气体，由真空泵抽出外排；部分回流的粗酒液先被送到气液分离器中，冲洗液沫后流到除沫塔板，对上升的粗酒汽进行再次洗涤；
从粗馏塔冷凝系统出来的粗酒冷凝液、杂醇油洗涤水以及分子筛淡酒罐来的淡酒，均收集在粗酒精罐中，粗馏塔通过再沸器强制循环加热，组合塔塔顶酒汽冷凝的同时,粗馏塔得到了加热；
粗酒液经精塔废水两级预热后进入精塔，在进料塔板的下部，乙醇从水中汽化出来；不含乙醇的塔底余馏水用来预热其进料,蒸汽经过精塔再沸器间接供热给精馏塔；
由组合塔塔顶引出高浓度的乙醇蒸汽一部分加热粗塔,一部分送往分子筛脱水装置；不含乙醇的酒糟液在塔底部排出并预热成熟醪后与粗塔废糟液一起外排；
从组合塔、精馏塔引出的杂醇油经冷却后送到杂醇油分离器中，杂醇油作为较轻的上层液体与较重的水相分离，下层淡酒回到杂酒精罐中；
来自蒸馏系统的体积分数为95％(V/V)以上的酒汽，通过原料汽酒过热器处理后，进入分子筛A的顶部，然后沿塔向下运动，边进入，边脱水，脱水后的70％～80％酒精蒸汽作为成品酒汽排出；其余的脱水酒精蒸汽用于分子筛塔B中的分子筛脱水再生；分子筛塔处于负压状态，以利脱水；两个分子筛塔如此周期性切换，通过调整压力、温度、流速，完成吸水和再生；当分子筛塔由吸水转为再生时，顶部的进口压力缓慢下降；两个分子筛塔切换后，作为具有脱水功能的分子筛塔压力上升到分子筛吸水时的压力，另外一个分子筛塔在负压条件下压力降低至分子筛自身的脱水压力，这样分子筛塔自身不断地重复吸水和再生的循环；
无水乙醇成品蒸汽冷凝后即得到燃料乙醇产品，在所述产品中添加变性剂后得到变性燃料乙醇成品。
2.根据权利要求1所述的以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺，其特征在于，所述S1中木质纤维素的预处理条件为在150～185℃、0.1％～3.5％的硫酸浓度中处理1～15分钟；
所述木质纤维素原料为含纤维素35～44％的玉米秸秆、稻草、甘蔗渣、竹竿、木屑的农林废弃物。
3.根据权利要求1所述的以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺，其特征在于，所述S2中的酶解温度为50～55℃，酶解效率75～95％，初始酶解液固形物含量15～30％，纤维素酶加入量为6～14FPU/g纤维素。
4.根据权利要求1所述的以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺，其特征在于，所述S3中的淀粉质原料是将淀粉含量为60％～70％，水分质量含量为10％～20％的玉米、木薯和红薯中的一种粉碎至平均粒径为1～3mm得到的淀粉颗粒；所述α-淀粉酶按1.5～2.0kg/t燃料乙醇产品加入；
所述闪蒸冷却使用的闪蒸罐的操作压力为-90～-60kPa；闪蒸后得到的闪蒸汽温度为50～70℃，闪蒸汽冷凝后作为液化工段用水。
5.根据权利要求1所述的以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺，其特征在于，所述S3的淀粉液化过程采用低压蒸汽喷射后蒸煮的连续蒸煮工艺,使混合粉浆受热均匀，淀粉质原料糊化彻底；所述熟化后的醪液的温度从100～110℃降至65～80℃释放的热量用于对送入液化罐前的粉浆进行加热；粉浆送入预液化罐后，在罐中的停留时间为20～50分钟。
6.根据权利要求1所述的以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺，其特征在于，所述S4中糖化后的液化醪的冷却使用两级冷却器，逐级进行冷却，冷却器采用螺旋板式或板式冷却器。
7.根据权利要求1所述的以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺，其特征在于，所述S5中的发酵罐设有8个，醪液在发酵系统的时间在60～65小时以上；成熟醪的酒份达到13.5％(v/v)；在发酵过程中会有大量的热量放出，通过罐外冷却保证发酵温度的稳定；发酵温度为31～35℃；发酵罐采用立式搅拌器；所述糖化醪是由淀粉质原料糖化液和纤维素酶解液按1:1～3:1的比例混合而成，含糖浓度为15％～28％。
8.根据权利要求1所述的以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺，其特征在于，所述S6中各蒸馏塔的操作压力、塔顶温度分别为：
粗馏塔塔顶操作压为-70～-30kPa，塔顶温度为55～75℃；
组合塔塔顶操作压力为0～100kPa，塔顶温度为78～102℃；
精馏塔塔顶操作压力为300～520kPa，塔顶温度为110～135℃。
9.根据权利要求1所述的以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺，其特征在于，所述S6中的分子筛脱水机组由分子筛吸附塔和解析塔组成；分子筛吸附塔的操作压力为0～150kPa；分子筛解析塔的操作压力为-80～OkPa。
10.根据权利要求1所述的以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺，其特征在于，所述S5中酒母罐和发酵罐在发酵过程产生的C02和所述S6中从粗馏塔脱气段排出的CO2共同进入洗涤塔进行二氧化碳的回收。
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