CN110760548A

CN110760548A - 一种甘蔗生产乙醇的系统及方法

Info

Publication number: CN110760548A
Application number: CN201910789655.4A
Authority: CN
Inventors: 王松
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-08-26
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2020-02-07

Abstract

本发明专利公开了一种甘蔗生产乙醇的系统及方法，主要包含：压榨单元、过滤单元、发酵单元和分离单元，甘蔗通过清洗、切粒压榨后被分离成甘蔗渣和甘蔗汁，甘蔗渣送去发电，甘蔗汁经过过滤后进入发酵单元，发酵完毕的甘蔗汁经过塔分离得到乙醇产品。本发明创新点在于：甘蔗汁直接发酵乙醇；甘蔗进料后从洗涤到压榨出渣全部采用封闭设备完成，避免糖分流失；甘蔗汁采用连续压榨、逆流洗涤的方式减少冲洗水用量，从而降低发酵液量；甘蔗汁经过滤器分离，避免在制糖过程中的添加沉淀剂进行分离有效的提高了过滤效率，并简化了过滤流程；甘蔗汁发酵过程采用酵母培养系统，能有效减少一次投入的酵母量；发酵完毕后的成熟液经过离心分离，未发酵完全的糖液经过加酶处理后返回发酵罐再次发酵，最大程度得到乙醇产品，同时保证水中残糖量最低。

Description

一种甘蔗生产乙醇的系统及方法

技术领域

本发明涉及制糖领域和化工领域，进一步涉及一种甘蔗生产乙醇的系统及方法。

背景技术

甘蔗，禾本科甘蔗属，多年生高大实心草本植物，是温带和热带农作物，常用于制糖和提炼乙醇。

乙醇，俗称酒精，是一种有机物，分子式C₂H₆O，是带有一个羟基的饱和一元醇，在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体。

随着人们对石油等不可再生资源开发和利用的同时，也在不断的寻找可再生资源和替代资源，乙醇作为一种良好的车用燃料在世界各国都有不同程度的应用和推广，汽油中加入一定比例的乙醇后能够促进燃料的充分燃烧，减少一氧化碳和二氧化硫等污染物的排放，改善大气质量。此外，乙醇在其他领域用途也很广泛，可用乙醇生产醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。医疗上也常用体积分数为70%～75%的乙醇作消毒剂等，在国防工业、医疗卫生、有机合成、食品工业、工农业生产中都有广泛的用途。

面对乙醇如此广泛的用途和巨大的消费潜力，以含淀粉农作物为原料通过发酵法制乙醇的传统工艺出现了与人争粮的局面，加重了全世界的粮食紧张问题。而甘蔗的种植对土地要求不高，边角地、蛮荒地都可以种植，并且多年生草本植物，对环境要求不高，利用甘蔗来生产乙醇恰好解决这一问题。同时开发一种新的，切实可行的甘蔗制乙醇工艺具有重要的意义。目前世界上甘蔗产量逐年提高，种植面积逐渐加大，而乙醇市场缺口很大，如果能够以较低的成本直接将甘蔗转换成乙醇，将有效的化解这一短缺的局面。

中国专利主要是延续制糖工业以后进行乙醇的生产，为此，中国专利文献CN109652467A公开了利用甘蔗渣生产乙醇的方法，中国专利文献CN106086085A公开了利用纤维素和甘蔗糖蜜生产乙醇的方法，但都是延续制糖的废料来生产乙醇，一方面中国目前乙醇需求量大，另一方面制糖产生的甘蔗渣和糖蜜量少，产乙醇量的转化率较低，不能从根本上解决乙醇短缺的问题。因此，本发明直接从甘蔗生产乙醇，一方面甘蔗中含糖和纤维素量较高，转化乙醇的转化率高，容易形成大规模装置。另一方面做到制糖与化工两行业的跨界融合，取长补短生产出高附加值的乙醇产品。

发明内容

为解决国内乙醇产量不足的问题，本发明提供了一种甘蔗生产乙醇的系统及方法。能够已简单的流程得到可供发酵的甘蔗汁，甘蔗汁在发酵过程中可控，同时能够得到合格的乙醇产品。

本发明的目的之一是提供一种甘蔗生产乙醇的系统。

包括：甘蔗压榨单元、过滤单元、发酵单元和分离单元。

本发明的目的之二是提供一种甘蔗生产乙醇的方法。

包括以下步骤：

（a）甘蔗经过称重取样后利用翻车机卸至上料器，上料器边上料边喷水洗涤甘蔗的泥土。

（b）甘蔗通过洗涤后进入切粒机，两级切粒后进入压榨机，经过5级压榨后得到甘蔗汁和甘蔗渣，甘蔗渣中含液量达到40-50%，甘蔗渣用皮带送至发电装置。甘蔗汁用泵送至过滤器中，过滤器采用转动斜轴轨道过滤器；过滤器在转动过程中甘蔗汁透过过滤器，甘蔗渣通过过滤器内的螺纹轨道被送出过滤器，堵塞的孔道用高压水喷淋疏通，从过滤器出来的甘蔗渣再经过带式压滤机压滤后送至发电装置。

（c）经过过滤后的甘蔗汁用泵送入发酵罐发酵，发酵实践约24h-36h，测量成熟发酵液中的乙醇含量来控制发酵终点。发酵所用的酵母来自酵母制备罐，干酵母投入酵母制备罐中用新鲜发酵液作为营养，用硫酸铵作为氮源，经过12h的酵母细胞增长后，得到成熟的酵母液，80%量的酵母液去发酵罐使用，另外20%酵母液用于酵母培养。

（d）经过发酵后的成熟液体用泵送至离心机，离心机将发酵成熟的乙醇溶液和未发酵完全的糖液通过离心分离的方式分开，糖液经过添加糖转化酶的方式将不能一次发酵完全的糖类转化为容易发酵的糖类，返回到发酵罐中重复发酵，而乙醇溶液用泵送至分离单元。

（e）分离单元包含三个塔，首先物料进入脱轻塔，脱轻塔操作压力控制范围：180-260 kPag，操作温度控制范围：50-140℃。将物料中溶解的二氧化碳和乙醇/水的共沸物在塔顶排出，塔底物料为水，进入集水槽回用；大量的乙醇水溶液从塔侧线采出，塔顶气体经过三级冷凝后，将二氧化碳与乙醇水溶液分离，二氧化碳排放，乙醇水溶液与侧线采出物料混合后进入第二个塔——粗镏塔。粗镏塔操作压力控制范围：600-1200 kPag，操作温度控制范围：120-180℃。塔底物料为水，进入集水槽回用；塔顶采出的乙醇/水溶液经冷凝后部分回流，部分进入第三个塔——精馏塔。精馏塔操作压力控制范围：100-300 kPag，操作温度控制范围：70-140℃。精馏塔塔顶采出合格乙醇产品，塔底物料为水，水进入集水槽。

本发明的关键点为：

甘蔗汁直接发酵乙醇；

发酵完毕后的成熟液经过离心分离，未发酵完全的糖液经过加酶处理后返回发酵罐再次发酵，最大程度得到乙醇产品，同时保证水中残糖量最低；

经过三塔精馏后得到乙醇产品。

本发明所述的系统及方法具有如下创新点：

甘蔗汁直接发酵乙醇；

甘蔗进料后从洗涤到压榨出渣全部采用封闭设备完成，避免糖分流失；

甘蔗汁采用连续压榨、逆流洗涤的方式减少冲洗水用量，从而降低发酵液量；

甘蔗汁经过滤器分离，避免在制糖过程中的添加沉淀剂进行分离有效的提高了过滤效率，并简化了过滤流程；

甘蔗汁发酵过程采用酵母培养系统，能有效减少一次投入的酵母量；

发酵完毕后的成熟液经过离心分离，未发酵完全的糖液经过加酶处理后返回发酵罐再次发酵，最大程度得到乙醇产品，同时保证水中残糖量最低。

附图说明

附图1为甘蔗生产乙醇流程框图

附图2为甘蔗生产乙醇流程简图，其中包含压榨单元、洗涤单元、发酵单元和分离单元。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明，但本发明不受实施例限制。

实施例相关流程图见附图2

实施例1

10万吨/年甘蔗制乙醇装置（以每年运行4000小时计）

甘蔗制乙醇装置分为甘蔗压榨单元、过滤单元、发酵单元和分离单元。

（1）压榨单元

10万吨/年甘蔗制乙醇装置压榨单元采用1条生产线生产，上料机采用3台并行上料，清洗采用喷淋设施，切粒机分为两级切粒，压榨采用单级单台机组，5台串联5级压榨。机前的冲洗水是采用后一级的甘蔗汁，5级压榨完毕甘蔗渣中含液量为45.2%，压榨完毕后得甘蔗汁252t/h。

（2）过滤单元

过滤器采用转动斜轴轨道过滤器，2级过滤，每级单台设置，过滤后固含量达到0.1%以下。

（3）发酵单元

发酵罐采用底部曝气式发酵罐，3台发酵罐间歇操作，发酵时间为24h，酵母采用干酵母预培方式，酵母培养时间为12h，发酵进料含糖量为20.6%，发酵结束后酒精含量约为9%。

（4）分离单元

分离单元采用3塔配置，第二塔塔顶蒸汽为第三塔再沸器换热，第一塔和第三塔塔顶气采用空冷冷却，最大程度节能。

此装置年处理甘蔗量130万吨，年产乙醇量10万吨，乙醇产品纯度≥94%。

实施例2

50万吨/年甘蔗制乙醇装置（以每年运行4000小时计）

（1）压榨单元

50万吨/年甘蔗制乙醇装置压榨单元采用3条生产线生产，上料机采用3台上料机服务一条压榨线，共9台同时并行上料，清洗采用喷淋设施，每条生产线配3台切粒机分为三级串联切粒，压榨采用单级单台机组，5台串联5级压榨。机前的冲洗水是采用后一级的甘蔗汁，5级压榨完毕甘蔗渣中含液量为43.7%，3条线压榨完毕后得甘蔗汁1260t/h。

（2）过滤单元

过滤器采用转动斜轴轨道过滤器，3级过滤，每级2台采用两台过滤器，过滤后固含量达到0.1%以下。

（3）发酵单元

发酵罐采用底部曝气式发酵罐，9台发酵罐间歇操作，发酵时间为24h。酵母采用干酵母预培方式，酵母培养罐设置2台，酵母培养时间为12h，发酵进料含糖量为20.4%，发酵结束后酒精含量约为9%。

（4）分离单元

此装置年处理甘蔗量650万吨，年产乙醇量50万吨，乙醇产品纯度≥94%。

Claims

1.一种甘蔗生产乙醇的系统，包含如下内容：压榨单元、过滤单元、发酵单元和分离单元。

2.如权利要求1所述的一种甘蔗生产乙醇的系统，采用甘蔗生产乙醇技术能够工业化生产出合格的乙醇产品。

3.如权利要求1所述的一种甘蔗生产乙醇的系统，结合了制糖工业和化学工业的特点，独创的甘蔗汁直接过滤、发酵、分离得到乙醇产品，流程简单，投资及运行成本低。

4.如权利要求1所述的一种甘蔗生产乙醇的系统，压榨单元中甘蔗进料后从洗涤到压榨出渣全部采用封闭设备完成，避免糖分流失。

5.如权利要求1所述的一种甘蔗生产乙醇的系统，压榨单元中甘蔗汁采用连续压榨、逆流洗涤的方式减少冲洗水用量，从而降低发酵液量。

6.一种甘蔗生产乙醇的方法，其特征包括如下步骤：

(a)甘蔗经过称重取样后利用翻车机卸至上料器，上料器边上料边喷水洗涤甘蔗的泥土。

(b)甘蔗通过洗涤后进入切粒机，两级切粒后进入压榨机，经过5级压榨后得到甘蔗汁和甘蔗渣，甘蔗渣中含液量达到40-50％，甘蔗渣用皮带送至发电装置。甘蔗汁用泵送至过滤器中，过滤器采用转动斜轴轨道过滤器；过滤器在转动过程中甘蔗汁透过过滤器，甘蔗渣通过过滤器内的螺纹轨道被送出过滤器，堵塞的孔道用高压水喷淋疏通，从过滤器出来的甘蔗渣再经过带式压滤机压滤后送至发电装置。

(c)经过过滤后的甘蔗汁用泵送入发酵罐发酵，发酵实践约24h-36h，测量成熟发酵液中的乙醇含量来控制发酵终点。发酵所用的酵母来自酵母制备罐，干酵母投入酵母制备罐中用新鲜发酵液作为营养，用硫酸铵作为氮源，经过12h的酵母细胞增长后，得到成熟的酵母液，80％量的酵母液去发酵罐使用，另外20％酵母液用于酵母培养。

(d)经过发酵后的成熟液体用泵送至离心机，离心机将发酵成熟的乙醇溶液和未发酵完全的糖液通过离心分离的方式分开，糖液经过添加糖转化酶的方式将不能一次发酵完全的糖类转化为容易发酵的糖类，返回到发酵罐中重复发酵，而乙醇溶液用泵送至分离单元。

(e)分离单元包含三个塔，首先物料进入脱轻塔，脱轻塔操作压力控制范围：180-260kPag，操作温度控制范围：50-140℃。将物料中溶解的二氧化碳和乙醇/水的共沸物在塔顶排出，塔底物料为水，进入集水槽回用；大量的乙醇水溶液从塔侧线采出，塔顶气体经过三级冷凝后，将二氧化碳与乙醇水溶液分离，二氧化碳排放，乙醇水溶液与侧线采出物料混合后进入第二个塔——粗镏塔。粗镏塔操作压力控制范围：600-1200kPag，操作温度控制范围：120-180℃。塔底物料为水，进入集水槽回用；塔顶采出的乙醇/水溶液经冷凝后部分回流，部分进入第三个塔——精馏塔。精馏塔操作压力控制范围：100-300kPag，操作温度控制范围：

70-140℃。精馏塔塔顶采出合格乙醇产品，塔底物料为水，水进入集水槽。

7.如权利要求4所述的一种甘蔗生产乙醇的方法，其特征在于所述步骤(b)采用转动斜轴轨道过滤器，能够简单将甘蔗汁中的固体物质过滤，并送出过滤器至皮带转运。

8.如权利要求4所述的一种甘蔗生产乙醇的方法，其特征在于所述步骤(d)采用离心机将成熟发酵液中糖液和乙醇水溶液分开，糖液经过加酶处理后返回发酵罐，能够有效提高乙醇发酵转化率。

9.如权利要求4所述的一种甘蔗生产乙醇的方法，其特征在于所述步骤(e)中粗镏塔塔顶蒸汽与精馏塔再沸器换热，脱轻塔和精馏塔塔顶采用空冷器冷却，最大程度节能降耗。