CN109266694A

CN109266694A - 一种乙醇等多产品联产工艺

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Publication number: CN109266694A
Application number: CN201710583495.9A
Authority: CN
Inventors: 冯长林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2019-01-25

Abstract

本发明公开了一种乙醇等多产品联产工艺，其特征在于，所需原料包括：玉米、甜高粱和秸秆；它以玉米、甜高粱为原料，生产燃料乙醇；对生产乙醇同步产生的合格醪液做有效处理，加工成DDGS，不合格酒糟则与部分牛羊粪便、残留秸秆混合，用于沼气发电；甜高粱榨汁时产生的高粱渣经发酵，制成青贮饲料，用于饲喂牛羊；沼渣、以及部分牛羊粪便、残留秸秆制成有机肥，施用于农田；对生产乙醇同步产生的CO2，经净化、精馏后制成食品级CO2；与传统技术相比，其缩短了产品生产用时、提高了生产效率。以乙醇生产为例：本工艺发酵醪液糖度和成熟醪酒份，较传统的玉米发酵工艺高3～5％。有效缩短发酵时间，提高酒精产率。

Description

一种乙醇等多产品联产工艺

技术领域

本发明涉及能源、轻工、医药、饲料等技术领域，更具体的说是涉及一种乙醇等多产品联产工艺。

背景技术

近年来，生物燃料乙醇经历了快速发展过程。第1代燃料乙醇以玉米、甘蔗为主要原料。其生产过程包括预处理、脱胚制浆、液化、糖化、发酵、蒸馏步骤。目前，美国大部分乙醇企业的淀粉转化率已经达到90～95％，生产1亿加仑燃料乙醇，需要90万吨玉米，可同时副产30万吨动物饲料和8500吨玉米油。粮食乙醇的酶制剂的成本也经历了从高到低的下降过程，酶制剂在成本中所占比例从30％～40％下降到了5％～10％。以甜高粱茎秆和木薯等非粮作物为原料的1.5代燃料乙醇，主要是利用作物中的糖类物质，采用生化工艺，通过糖发酵生产燃料乙醇。以纤维素和其他废弃物为原料的第2代燃料乙醇生产技术，包括预处理、纤维素水解和单糖发酵3个关键步骤。但由于存在成本高、设备可靠性低等问题，尚未大规模工业化生产。

果糖属于己酮糖，是葡萄糖的同分异构体，具有低热量、高甜度、低GI值(血糖生成指数)、吸潮、保水、降冰点等特点。果糖的用途，除了众所周知在作食品甜味剂和其吸湿、保湿、渗透、溶解物理性能对食品加工有利外，有高附加值的结晶果糖主要是用于医药原料方面和糖尿病人的代糖甜味剂。医药用途有：①氢化制甘露醇(治疗脑损伤)；②制果糖注射液(用于肝病、糖尿病患者)；③制甘油果糖注射液(治疗高颅压、肾功能不全、老人动脉硬化)；④制果糖维生素E片；⑤解酒制品(减少酒精对肝的缺氧损伤，保肝、护肝、维持血糖正常水平)；⑥代替生产糖浆和糖胞衣的葡萄糖，用于糖尿病人和肝病人。因此，果糖已成为现在投资的“热糖”。工业上大规模生产果糖的原料主要是蔗糖和淀粉。由于蔗糖水解物中不含低聚糖，产品纯度高，口感佳，质量好，更适用于高端食品和医药行业。蔗糖主要来自甘蔗、甜菜和甜高粱，故甜高粱是工业化生产优质结晶果糖理想的原料之一。结晶果糖的生产工序包括水解、分离、浓缩、结晶4个主要步骤。目前，我国果糖工业化生产刚刚兴起，还存在生产成本高、效率低等问题。

DDGS是酒糟蛋白饲料的商品名，即含有可溶固形物的干酒糟，其蛋白质含量26～28％。它是一种很有价值的饲料，因为在发酵制取乙醇的过程中，除了原料中的淀粉、蔗糖被转化成乙醇和二氧化碳以外，其他营养成分(如蛋白质、脂肪和纤维等)均得以保留；并且还融入了糖化曲和酵母的营养成分和活性因子。加之价格低廉，而受到饲料市场的青睐，拥有广阔前景。其工艺过程为：酒精废醪固、液分离，先将液态部分(清液)蒸发浓缩，再将固态部分(湿糟)与浓缩的液态部分(浓浆)混合干燥，制得成品。

青贮饲料是将含水率为65％～75％的青绿饲料经切碎后，在密闭缺氧的条件下，通过厌氧乳酸菌的发酵作用，抑制各种杂菌的繁殖，而得到的一种粗饲料。它气味酸香、柔软多汁、适口性好、营养丰富、利于长期保存，是牛羊等家畜的日粮组成部分，既能提供营养来源，还能促进牛羊等动物胃肠道蠕动、增强消化率。玉米、稻草和甘薯蔓是目前反刍动物养殖业中集中常用的粗饲料。随着我国牛羊等养殖规模增加，加上人口、耕地、水资源、草场退化等条件限制，常规饲料如谷物、豆饼和牧草等资源越来越紧缺，制约了畜牧业的可持续发展，因此，科学合理、充分利用现有饲料资源，扩大和发掘新的饲料资源是解决饲料短缺的重要途径，另外还能降低饲料成本。

随着人们生活水平的不断提高，玉米真正供人食用的部分只占15％到20％。在提出绿色发展的理念之后，全球又推出了生物质能源，即燃料乙醇。截至2016年底，我国有近四亿吨的玉米储备。对玉米进行深加工生产燃料乙醇，不仅能发展地区绿色经济，对保证玉米需求，维稳玉米价格，保障农民收入也将起到重要作用。目前，我国的盐碱地面积达3.5×107hm2，相当于我国耕地面积的30％。这些盐碱地可种植耐盐碱作物甜高粱，甜高粱可耐受盐浓度为0.5～0.9％，高于玉米(0.3～0.7％)、小麦(0.3～0.6％)和水稻(0.3～0.7％)等作物。研究表明甜高粱在有一定盐碱的土壤种植，更有利于甜高粱糖分积累。利用玉米、甜高粱两种原料进行燃料乙醇生产，能保证产品有更稳定的原料来源，同时提高发酵物料糖度和酒份，降低终产品能耗。对充分利用、改造盐碱荒地有重要意义。我们前期的中试结果也表明：采用玉米、甜高粱混合料发酵，其成本较之第2代乙醇大幅降低，与第1代乙醇成本接近；且其乙醇产量高于其他两条工艺路线。

值得一提的是，酒精糟及残液干燥物(DDGS)是解决中国动物性蛋白产品需求的一种途径。近年来，中国对DDGS的进口猛增，2010年成为美国出口DDGS第一大国。尽管近年来中国乙醇加工业发展速度很快，但是，存在于玉米中的黄曲霉毒素仍然是中国自产的DDGS用作饲料原料的最大阻碍。使用临期、超期储存的玉米生产燃料乙醇而导致DDGS饲料中各种毒素超标是不可避免的。这样的饲料通过食物链条传递给食用者，最终将危害食物链末端人的身体健康。所以，利用沼气发电工艺，将经过检测不符合加工DDGS标准的酒糟发酵生产沼气，进行发电，而沼渣、沼液作为有机肥还田，可以实现绿色经济循环。

经过青贮保藏的甜高粱秸秆渣，符合反刍动物粗饲料的营养标准，可以取代青贮玉米作为动物饲养的粗饲料。根据实验检测和现场饲喂试验结果，甜高粱秸秆渣青贮饲料有非常好的适口性，可以作为反刍动物粗饲料加以利用，可以缓解北方牛、羊养殖粗饲料不足的问题，其营养和青贮玉米相当。从现场饲喂结果看，大大提高了动物采食量，动物从增重、肉质分析和全株青贮玉米饲喂的对照组无差别。甜高粱渣经过青贮，pH值降低，易于保存，且价格低廉，生产成本不到全株青贮玉米的二分之一。

甜高粱糖液生产高附加值的非淀粉型结晶果糖之后，将葡萄糖浆回收，作为生产燃料乙醇的底物，可以降低乙醇生产的一次水投入，提高发酵成熟醪的酒份，还能充分利用葡萄糖浆的高温对玉米进行液化，降低玉米糖化过程中加热能耗。

根据“因地制宜，非粮为主；能源替代，能化并举；循环经济，清洁生产”的发展思路，采用玉米、甜高粱两种原料生产燃料乙醇，符合“粮改饲”政策和生物质能源多元化发展的行业理念，能够有效防范原料风险，推动非粮原料燃料乙醇生产实践，实现醇、糖、气、饲、肥等多种产品联产，打造一二三产融合的循环绿色经济产业链。

因此，如何提供一种具有降低成本、节约能源、保护环境特点的乙醇等多产品联产工艺是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有降低成本、节约能源、保护环境特点的乙醇等多产品联产工艺。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

乙醇等多产品联产工艺，其特征在于，所需原料包括：玉米、甜高粱和秸秆；具体的工艺步骤为S1：榨季(即，甜高粱收榨季节，为每年的9月份至次年的2月份)时：将新鲜甜高粱秸秆破碎榨汁，甜高粱汁用于乙醇、结晶果糖生产，高粱渣用于青贮饲料生产；非榨季时，只以玉米作为乙醇生产的原料，将玉米粉碎，按照浓醪发酵料水比与水混合进行液化、糖化；S2：将玉米颗粒粉碎后按照1∶2～2.1的料液比与甜高粱汁、结晶果糖工艺中产生葡萄糖浆混合，进行液化、糖化；S3：将上步所得醪液调整至合适的pH值，添加菌种，进行发酵，控制发酵温度为30～32℃；S4：将上步所得发酵料输送进入蒸馏设备，脱水后制得到99.5％燃料乙醇产品；S5：将步骤S4醪塔底部的酒糟废液，进行检测化验(黄曲霉毒素等)，合格的用于生产DDGS，不合格的用于沼气发电；S6：将上步所得合格酒糟废液通过加压泵进入酒糟闪蒸罐，闪蒸去除部分水分和热量后进入暂存槽；S7：将暂存槽物料泵送至分离工段，经分离后得到滤渣和清液两部分。清液泵送至蒸发系统，滤渣输送至干燥系统；S8：将上步所得液、渣物料混合、干燥，制得DDGS产品；S9：将步骤S1产生的甜高粱渣，调节其水含量为70％～75％；S10：将上步所得物料添加青贮剂，装袋密封保存，或采用传统青贮池压实保存，制得青贮饲料；S11：将步骤S5所得不符合DDGS生产标准的酒糟废液(黄曲霉毒素等超标)，与部分牛羊粪便、残留秸秆混合；S12：采用厌氧发酵技术，对上步所得混合料进行厌氧发酵，进行沼气发电，所得副产物为沼渣、沼液；S13：将上步所得沼渣、沼液与部分牛羊粪便、残留秸秆混合，经堆腐，制成有机肥，施用于农田；S14：将步骤S3所产生的二氧化碳气，经过捕沫器和二氧化碳洗涤塔回收夹带的乙醇后进入缓冲罐；S15：从缓冲罐出来的二氧化碳气体经过压缩机压缩，在吸附塔进行吸附净化；S16：吸附净化后的二氧化碳气体进入板式液化器中液化后，直接进入精馏塔中，在塔中排除轻组分；S17：由再沸器中得到食品级CO2，液体产品在再沸器底部引出，直接送到成品罐中贮存，装瓶或装车出厂。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种乙醇等多产品联产工艺，其特征在于，所需原料包括：玉米、甜高粱和秸秆；它以玉米、甜高粱为原料，生产燃料乙醇；对生产乙醇同步产生的合格醪液做有效处理，加工成DDGS，不合格酒糟则与部分牛羊粪便、残留秸秆混合，用于沼气发电；甜高粱榨汁时产生的高粱渣经发酵，制成青贮饲料，用于饲喂牛羊；沼渣、以及部分牛羊粪便、残留秸秆制成有机肥，施用于农田；对生产乙醇同步产生的CO2，经净化、精馏后制成食品级CO2；本发明的有益效果如下：(1)可以有效降低生产成本、减少对水电等资源消耗。以乙醇生产为例：较之目前国内工艺设备水平最高的玉米乙醇生产线，采用本工艺，能降低乙醇生产的一次水消耗近50％，降低蒸汽消耗20％；(2)对传统工艺进行适度的改良、优化，缩短了产品生产用时、提高了生产效率。以乙醇生产为例：本工艺发酵醪液糖度和成熟醪酒份，较传统的玉米发酵工艺高3～5％。有效缩短发酵时间，提高酒精产率；(3)提升产品品质和产品稳定性；(4)最大限度地对生产过程中产生的副产品加以综合利用，实现资源的多级利用、经济社会效益最大化，同时避免了废弃物对环境造成污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种具有降低成本、节约能源、保护环境特点的乙醇等多产品联产工艺。

请参阅附图1，为本发明公开的一种乙醇等多产品联产工艺，具体包括：

原料包括：玉米、甜高粱和秸秆；具体的工艺步骤为S1：榨季(即，甜高粱收榨季节，为每年的9月份至次年的2月份)时：将新鲜甜高粱秸秆破碎榨汁，甜高粱汁用于乙醇、结晶果糖生产，高粱渣用于青贮饲料生产；非榨季时，只以玉米作为乙醇生产的原料，将玉米粉碎，按照浓醪发酵料水比与水混合进行液化、糖化；S2：将玉米颗粒粉碎后按照1∶2～2.1的料液比与甜高粱汁、结晶果糖工艺中产生葡萄糖浆混合，进行液化、糖化；S3：将上步所得醪液调整至合适的pH值，添加菌种，进行发酵，控制发酵温度为30～32℃；S4：将上步所得发酵料输送进入蒸馏设备，脱水后制得到99.5％燃料乙醇产品；S5：将步骤S4醪塔底部的酒糟废液，进行检测化验(黄曲霉毒素等)，合格的用于生产DDGS，不合格的用于沼气发电；S6：将上步所得合格酒糟废液通过加压泵进入酒糟闪蒸罐，闪蒸去除部分水分和热量后进入暂存槽；S7：将暂存槽物料泵送至分离工段，经分离后得到滤渣和清液两部分。清液泵送至蒸发系统，滤渣输送至干燥系统；S8：将上步所得液、渣物料混合、干燥，制得DDGS产品；S9：将步骤S1产生的甜高粱渣，调节其水含量为70％～75％；S10：将上步所得物料添加青贮剂，装袋密封保存，或采用传统青贮池压实保存，制得青贮饲料；S11：将步骤S5所得不符合DDGS生产标准的酒糟废液(黄曲霉毒素等超标)，与部分牛羊粪便、残留秸秆混合；S12：采用厌氧发酵技术，对上步所得混合料进行厌氧发酵，进行沼气发电，所得副产物为沼渣、沼液；S13：将上步所得沼渣、沼液与部分牛羊粪便、残留秸秆混合，经堆腐，制成有机肥，施用于农田；S14：将步骤S3所产生的二氧化碳气，经过捕沫器和二氧化碳洗涤塔回收夹带的乙醇后进入缓冲罐；S15：从缓冲罐出来的二氧化碳气体经过压缩机压缩，在吸附塔进行吸附净化；S16：吸附净化后的二氧化碳气体进入板式液化器中液化后，直接进入精馏塔中，在塔中排除轻组分；S17：由再沸器中得到食品级CO2，液体产品在再沸器底部引出，直接送到成品罐中贮存，装瓶或装车出厂。

本发明的有益效果如下：(1)可以有效降低生产成本、减少对水电等资源消耗。以乙醇生产为例：较之目前国内工艺设备水平最高的玉米乙醇生产线，采用本工艺，能降低乙醇生产的一次水消耗近50％，降低蒸汽消耗20％；(2)对传统工艺进行适度的改良、优化，缩短了产品生产用时、提高了生产效率。以乙醇生产为例：本工艺发酵醪液糖度和成熟醪酒份，较传统的玉米发酵工艺高3～5％。有效缩短发酵时间，提高酒精产率；(3)提升产品品质和产品稳定性；(4)最大限度地对生产过程中产生的副产品加以综合利用，实现资源的多级利用、经济社会效益最大化，同时避免了废弃物对环境造成污染。

为了进一步优化上述技术方案，具体实施例1为：将新鲜甜高粱秸秆破碎榨汁，甜高粱汁用于乙醇、结晶果糖生产，高粱渣则用于青贮饲料生产。将玉米颗粒粉碎后按照1∶2～2.1的料水比与甜高粱汁、结晶果糖工艺中产生葡萄糖液混合，进行液化、糖化，将此醪液调整至合适的pH值，添加菌种，进行发酵，控制发酵温度为30℃，成熟醪液酒份达到17％。成熟醪液进入蒸馏设备，脱水后制得到99.5％燃料乙醇产品；

将醪塔底部的酒糟废液，进行检测化验(黄曲霉毒素)，合格的用于生产DDGS，不合格的则用于沼气发电。将合格酒糟废液通过加压泵进入酒糟闪蒸罐，闪蒸去除部分水分和热量后进入暂存槽，然后泵送至分离工段，经分离后得到滤渣和清液两部分。清液泵送至蒸发系统，滤渣输送至干燥系统进行处理，处理后的物料经混合、干燥，制得DDGS；

将榨汁时产生的甜高粱渣，调节其水含量在70％，糖份5％，然后添加青贮剂，装袋密封保存，制得青贮饲料；

将不符合生产DDGS生产标准的酒糟废液(黄曲霉毒素超标)，与部分牛羊粪便、残留秸秆混合。采用厌氧发酵技术，对混合料进行厌氧发酵，进行沼气发电，所得副产物为沼渣、沼液；

将沼渣、沼液与部分牛羊粪便、残留秸秆混合，经堆腐，制成有机肥，施用于农田；

将乙醇生产时所产生的二氧化碳气，经过捕沫器和二氧化碳洗涤塔回收夹带的乙醇后进入缓冲罐。从缓冲罐出来的二氧化碳气体经过压缩机压缩，在吸附塔进行吸附净化。吸附净化后的二氧化碳气体进入板式液化器中液化后，直接进入精馏塔中，在塔中排除轻组分。由再沸器中得到食品级CO2，液体产品在再沸器底部引出，直接送到成品罐中贮存，装瓶出厂。

为了进一步优化上述技术方案，将新鲜甜高粱秸秆破碎榨汁，甜高粱汁用于乙醇、结晶果糖生产，高粱渣则用于青贮饲料生产。将玉米颗粒粉碎后按照1∶2～2.1的料水比与甜高粱汁、结晶果糖工艺中产生葡萄糖液混合，进行液化、糖化，将此醪液调整至合适的pH值，添加菌种，进行发酵，控制发酵温度为30℃，成熟醪液酒份达到17％。成熟醪液进入蒸馏设备，脱水后制得到99.5％燃料乙醇产品；

将不符合生产DDGS生产标准的酒糟废液(黄曲霉毒素超标)，与部分牛羊粪便、残留秸秆混合；采用厌氧发酵技术，对混合料进行厌氧发酵，进行沼气发电，所得副产物为沼渣、沼液；

将乙醇生产时所产生的二氧化碳气，经过捕沫器和二氧化碳洗涤塔回收夹带的乙醇后进入缓冲罐；从缓冲罐出来的二氧化碳气体经过压缩机压缩，在吸附塔进行吸附净化；吸附净化后的二氧化碳气体进入板式液化器中液化后，直接进入精馏塔中，在塔中排除轻组分；由再沸器中得到食品级CO2，液体产品在再沸器底部引出，直接送到成品罐中贮存，装瓶出厂。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种乙醇等多产品联产工艺，其特征在于，所需原料包括：玉米、甜高粱和秸秆；具体的工艺步骤为S1：榨季(即，甜高粱收榨季节，为每年的9月份至次年的2月份)时：将新鲜甜高粱秸秆破碎榨汁，甜高粱汁用于乙醇、结晶果糖生产，高粱渣用于青贮饲料生产；非榨季时，只以玉米作为乙醇生产的原料，将玉米粉碎，按照浓醪发酵料水比与水混合进行液化、糖化；S2：将玉米颗粒粉碎后按照1∶2～2.1的料液比与甜高粱汁、结晶果糖工艺中产生葡萄糖浆混合，进行液化、糖化；S3：将上步所得醪液调整至合适的pH值，添加菌种，进行发酵，控制发酵温度为30～32℃；S4：将上步所得发酵料输送进入蒸馏设备，脱水后制得到99.5％燃料乙醇产品；S5：将步骤S4醪塔底部的酒糟废液，进行检测化验(黄曲霉毒素等)，合格的用于生产DDGS，不合格的用于沼气发电；S6：将上步所得合格酒糟废液通过加压泵进入酒糟闪蒸罐，闪蒸去除部分水分和热量后进入暂存槽；S7：将暂存槽物料泵送至分离工段，经分离后得到滤渣和清液两部分。清液泵送至蒸发系统，滤渣输送至干燥系统；S8：将上步所得液、渣物料混合、干燥，制得DDGS产品；S9：将步骤S1产生的甜高粱渣，调节其水含量为70％～75％；S10：将上步所得物料添加青贮剂，装袋密封保存，或采用传统青贮池压实保存，制得青贮饲料；S11：将步骤S5所得不符合DDGS生产标准的酒糟废液(黄曲霉毒素等超标)，与部分牛羊粪便、残留秸秆混合；S12：采用厌氧发酵技术，对上步所得混合料进行厌氧发酵，进行沼气发电，所得副产物为沼渣、沼液；S13：将上步所得沼渣、沼液与部分牛羊粪便、残留秸秆混合，经堆腐，制成有机肥，施用于农田；S14：将步骤S3所产生的二氧化碳气，经过捕沫器和二氧化碳洗涤塔回收夹带的乙醇后进入缓冲罐；S15：从缓冲罐出来的二氧化碳气体经过压缩机压缩，在吸附塔进行吸附净化；S16：吸附净化后的二氧化碳气体进入板式液化器中液化后，直接进入精馏塔中，在塔中排除轻组分；S17：由再沸器中得到食品级CO2，液体产品在再沸器底部引出，直接送到成品罐中贮存，装瓶或装车出厂。