CN108913723B - 一种以沙枣为原料生产燃料乙醇的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了沙枣为原料生产燃料乙醇的工艺方法。其中包括沙枣的预处理，打浆，固液分离或液化处理，发酵，乙醇的蒸馏、脱水。本发明采用沙枣为原料发酵生产乙醇，工艺方法简单，且糖醇转化效率与以玉米等淀粉质为原料发酵时基本保持一致，在不耗费粮食资源的前提下，采用了一种新的非粮生物资源——沙枣来生产液体生物能源，拓宽了燃料乙醇生产原料的种类。

Description

一种以沙枣为原料生产燃料乙醇的方法

技术领域

本发明涉及乙醇生产领域，以沙枣为原料生产燃料乙醇的工艺方法。

背景技术

乙醇作为食品、化工原料，直以来都是发酵行业的主导产品。长期以来，乙醇都由微生物发酵生产，原料多以农作物如：玉米、小麦、甜高粱、木薯、红薯等为主。如申请号201410662601.9公开了一种制备乙醇的方法，包括：将淀粉原料粉碎以形成大颗粒淀粉质原料；向所述大颗粒淀粉质原料中加水及耐高温淀粉酶并混合搅拌以形成第一醪液；对所述第一醪液进行糊化处理以形成第二醪液；液化处理；对液化处理后的所述第二醪液进行糖化处理以形成第三醪液；对所述第三醪液进行发酵。根据本发明的方法，可以在利用颗粒度较大的淀粉质原料的情况下，将淀粉质原料醪液的粘度控制在工艺可接受的范围内。同时，由于很好地控制了大颗粒淀粉质醪液的粘度和液糖化效果，因此有效地解决了现有技术中使用大颗粒淀粉质醪液进行乙醇生产时出现的输送困难及液糖化不完全的问题，进一步减低了生产工艺中的能源消耗。

除此以外，也有一些玉米秸秆等作为原料来做生产乙醇，比如天津大学就在2017年注册了申请号为201711404719.1(发明名称为以玉米秸秆为原料制取乙醇的工艺)，但其转化率比较低，存在设备腐蚀问题，在当前进行产业化的可能性比较弱目前，

因此，探索新的非粮生物质原料来源代替以玉米等粮食作物生产燃料乙醇，不与人争粮，不与粮争地，不破坏生态环境，是我国生物乙醇产业发展的基本方针，也是发展农村经济的方向。

沙枣(Elaeagnusangustifolia L.)，别名：银柳胡颓子(东北木本植物图志、)、桂香柳(河南)、银柳(辽宁)等。该树种生长于半干旱、干旱、半荒漠、荒漠地区，在我国的西北荒漠、半荒漠地区、华北、山东及东北地区均有分布，沙枣也是极少能在戈壁滩上生存下来的树种之一，被誉为沙漠和盐碱地的“宝树”。

沙枣全身是宝：叶含蛋白质4％、粗脂肪2.4％、糖15.7％，是优质的饲料。沙枣果肉粉含粗蛋白6.76-7.94％、粗脂肪1.34％、糖43-59％，可用于副食品加工，也可以代替粮食。沙枣花霞郁清香，可提取芳香油，又是很好的蜜源。沙枣根有根瘤菌，可固氮改善土壤。沙枣种子仁含油量20.69％，可用于生产清洁燃料(生物柴油)；沙枣树可营造沙枣经济林、防护林，并能育成风景林，绿化美化城市。鉴于沙枣树作为植物在恢复植被、造林方面有良好的前景；果实沙枣果中所含的糖、蛋白质、维生素等可满足酵母菌生长发酵的需要，因此理论上沙枣是一种很好的燃料乙醇发酵生产的原料。

本申请人为了解决现有以玉米、小麦和木薯等淀粉质原料生产燃料乙醇的产业规模化发展受限的问题，研究开发了一种以沙枣为原料生产燃料乙醇的工艺方法。

发明内容

本发明提供了一种以沙枣为原料生产燃料乙醇的工艺方法。

本发明的技术方案包括以下步骤：

包括沙枣的预处理，打浆，液化处理，发酵，乙醇的蒸馏、脱水。将沙枣去核，加pH3.5-5.0的工艺水打浆，得到枣浆；枣浆进行液化或固液分离；清液醪液进入发酵罐，加入抗生素，接入酒母；发酵，得到发酵成熟醪液；成熟醪经过蒸馏、脱水后，冷凝后得到乙醇液体，加入变性剂，得到成品燃料乙醇。

优选地，一种利用沙枣发酵生产燃料乙醇的方法，包括以下步骤：

(1)预处理：将沙枣去除杂质和果核，加入pH3.5-5.0的工艺水打浆，得枣浆，控制枣浆的质量浓度为15-30％，糖度15-20％；

(2)液化处理：枣浆固液分离，清液醪液进入发酵罐；固体进行堆肥或干燥处理生产饲料；

优选地，液化处理还包括对枣浆进行蒸煮；

优选地，液化处理还包括对枣浆添加果胶酶等降粘酶进行酶解、蒸煮处理；

(3)发酵：自醪液泵送来的小一部分枣浆醪液进入酒母灌，并加入营养盐，通入无菌空气，活化活性干酵母；将含有酒母的酒母醪用泵送至发酵罐；

另一部分醪液直接进入发酵罐，在罐内，通过酒母，发酵生成酒精，发酵过程通入无菌空气以保持酵母活力；

(4)乙醇蒸馏脱水：将工段(3)的成熟醪预热至70℃以上后送至蒸馏车间，经差压蒸馏后，从精馏塔液相采出体积分数为95％的酒精作为无水原料；

无水原料经成品乙醇预热后送至分子筛系统，经蒸发器、过热器后进分子筛床脱水，冷却后即为质量分数为99.5％的燃料乙醇；

该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；

优选地，本发明全工艺采用余热回收技术，对蒸馏、脱水工段的废余热进行回收，用于预热或加热醪液或成熟醪液。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、沙枣的含糖量十分高，易于被酵母菌利用。同时沙枣的蛋白质、维生素和矿物元素含量丰富，有利于酵母菌的发酵生长。

2、由于沙枣含可发酵糖较高，过程无需加入淀粉酶、糖化酶进行液糖化，也可以直接应用生料发酵技术，节省能耗，使得生产工艺大为简化。

3、本发明工艺中，采用差压蒸馏技术与余热回收技术、醪醪换热技术，可以使能耗大幅降低，使得整体蒸汽消耗低于3.0吨/吨酒精，比目前以淀粉为原料的燃料乙醇低15～30％，。

4、本发明对作为原料的沙枣没有特殊要求，可有效拓宽沙枣的用途，使沙枣类资源得到充分利用。

5、本发明方法的糖醇转化率、生产效率与以玉米等淀粉质为原料发酵时基本保持一致，在不耗费粮食资源的前提下，采用了一种新的生物资源来生产生物能源，拓宽了生物能源的原料来源。

附图说明

图1为以沙枣为原料发酵生产燃料乙醇的工艺的实施例1的流程原理图；

图2为以沙枣为原料发酵生产燃料乙醇的工艺的实施例2的流程原理图。

具体实施方式

请参阅图1，实施例1以沙枣为原料发酵生产燃料乙醇的工艺如下：

将175kg已经去除杂质和果核的沙枣粉，加入pH3.5-5.0的工艺水打浆，得枣浆，控制枣浆的质量浓度为15-30％，糖度15％～17％左右；

枣浆经过多级喷射器将枣浆加热至85-100℃，送往蒸煮罐进行蒸煮保温30-180min；枣浆醪液经换热器冷却醪液至20-35℃；

醪液直接进入发酵罐，接入酒母，发酵36～40h；在罐内，通过酒母，发酵生成酒精，发酵过程通入无菌空气以保持酵母活力；

成熟醪预热至70℃以上后送至蒸馏车间，经差压蒸馏后，从精馏塔液相采出体积分数为95％的酒精作为无水原料；

无水原料经成品乙醇预热后送至分子筛系统，经蒸发器、过热器后进分子筛床脱水，冷却后得到41kg质量分数为99.5％的燃料乙醇；

该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；

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(COD值为197mg/L)按国家相关标准排放或作为液体有机肥进行灌溉处理，固体废糟作为生物有机肥。

该工艺与玉米等淀粉质为原料的燃料乙醇工艺相似，工艺技术可靠，蒸煮灭菌过程无需添加淀粉酶和糖化酶，节约了生产成本。

请参阅图2，实施例2以沙枣为原料发酵生产燃料乙醇的工艺如下：

将175kg已经去除杂质和果核的沙枣粉，加入pH3.5-5.0的工艺水打浆，得枣浆，控制枣浆的质量浓度为15-30％，糖度15％左右；

枣浆经过固液分离，清体醪液直接送往发酵罐；分离后固体进行堆肥处理或者烘干后生产饲料；

醪液直接进入发酵罐，接入酒母，加入抑菌剂，发酵36～40h；在罐内，通过酒母，发酵生成酒精，发酵过程通入无菌空气以保持酵母活力；

成熟醪预热至70℃以上后送至蒸馏车间，经差压蒸馏后，从精馏塔液相采出体积分数为95％的酒精作为无水原料；

无水原料经成品乙醇预热后送至分子筛系统，经蒸发器、过热器后进分子筛床脱水，冷却后得到40kg质量分数为99.5％的燃料乙醇；

该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；

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。液体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(COD值为197mg/L)按国家相关标准排放或作为液体有机肥进行灌溉处理，固体废糟作为生物有机肥或烘干生产饲料。

与玉米等淀粉质原料相比，沙枣原料含可直接发酵糖较高，因此采用生料发酵方法，对沙枣浆进行固液分离，然后按照清液发酵工艺进行发酵。

该实施例的工艺优点在于，醪液无需蒸煮，采用清液发酵工艺，因此工艺简单，配合余热回收技术，燃料乙醇的所耗蒸汽＜3.0吨/吨酒精，整体蒸汽消耗达到甚至低于传统玉米燃料乙醇生产汽耗水平，生产的过程成本比玉米、木薯为原料的燃料乙醇低。

实施例3以沙枣为原料发酵生产燃料乙醇的工艺如下：

将220kg已经去除杂质和果核的沙枣粉，加入pH3.5-5.0含营养盐的工艺水，打浆，得枣浆，控制枣浆的质量浓度为20-35％，糖度为16～20％；

枣浆经过一级喷射器预热至30-60℃，0.05～0.1％的比例加入果胶酶，保温1-2小时，然后经过多级喷射器将枣浆加热至85-100℃，送往蒸煮罐进行蒸煮保温30-180min；枣浆醪液经换热器冷却醪液至20-35℃；

醪液直接进入发酵罐，接入酒母，发酵36～40h；在罐内，通过酒母，发酵生成酒精，发酵过程通入无菌空气以保持酵母活力；

成熟醪预热至70℃以上后送至蒸馏车间，经差压蒸馏后，从精馏塔液相采出体积分数为95％的酒精作为无水原料；

无水原料经成品乙醇预热后送至分子筛系统，经蒸发器、过热器后进分子筛床脱水，冷却后得到57kg质量分数为99.5％的燃料乙醇；

该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；

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(COD值为197mg/L)按国家相关标准排放或作为液体有机肥进行灌溉处理，固体废糟作为生物有机肥。

该实施例的工艺优点在于，枣浆经过酶解后进行全料发酵，能很好解决醪液的流动性问题，不容易堵塞管路，原料中的糖分释放完全，糖醇转化率较高，糖醇转化率大于45％。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种以沙枣为原料发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于：包括以下步骤：沙枣的预处理及打浆，液化处理，发酵，乙醇蒸馏、脱水；其中：

(1)预处理及打浆：将沙枣去核，加pH3.5-5.0的工艺水打浆，得到枣浆，控制枣浆的质量浓度为15-30％；

(2)液化处理：枣浆经过一级喷射器预热至30-60℃，0.05～0.1％的比例加入果胶酶，保温1-2小时，然后经过多级喷射器将枣浆加热至85-105℃，送往蒸煮罐进行蒸煮保温30-180min；枣浆醪液经换热器冷却醪液至20-35℃；

(3)发酵:接入活性干酵母；发酵，得到发酵成熟醪液；

(4)乙醇蒸馏、脱水:成熟醪经过蒸馏、脱水后，冷凝后得到乙醇液体，加入变性剂，得到成品燃料乙醇；具体为：将成熟醪预热至70℃以上后送至蒸馏车间，经差压蒸馏后，从精馏塔液相采出体积分数为95％的酒精作为无水原料；

无水原料经成品乙醇预热后送至分子筛系统，经蒸发器、过热器后进分子筛床脱水，冷却后即为质量分数为99.5％的燃料乙醇；

所述燃料乙醇产品为指产品中添加变性剂后得到变性燃料乙醇成品；

所述的成熟醪预热，直接利用一次蒸汽预热，或者使用从蒸馏脱水工段回收的余热进行预热。

2.根据权利要求1以沙枣为原料发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于：所述步骤(2)后进行如下处理：枣浆经过固液分离，清体醪液直接送往发酵罐；分离后固体进行堆肥处理或者烘干后生产饲料。

3.根据权利要求1所述的以沙枣为原料发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于，所述步骤(2)采用多级低压蒸汽喷射后蒸煮的连续蒸煮工艺,使混合浆液受热均匀。

4.根据权利要求2所述的以沙枣为原料发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的醪液在发酵罐的时间在36～60小时；发酵成熟醪的酒精度达到7～11％(v/v)；在发酵过程中会有热量放出，通过罐外冷却保证发酵温度的稳定；发酵温度为28～35℃；发酵罐采用立式搅拌器。

5.根据权利要求2所述的以沙枣为原料发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于，还包括废糟综合处理工段；所述废糟综合处理工段的处理过程包括：对废糟进行固液分离,分离后的湿糟去做固体生物肥料或干燥，分离后的清液部分回用，部分进入液体肥储罐。

6.根据权利要求1或2所述的以沙枣为原料发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于，还包括后续的副产品回收利用工段，所述副产品回收利用工段包括液体二氧化碳回收，沼气的生产、提纯、净化和杂醇油的精密分离。