CN202272867U - 一种以煤制合成气为原料生产有机酸或有机醇的系统 - Google Patents

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杨建春
朱德权
代俊明
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Abstract

本实用新型涉及一种以煤制合成气为原料生产有机酸或有机醇的系统，所述系统包括：以煤为原料制备水煤浆的球磨机；以球磨机制备出的水煤浆为原料制备合成气的气化炉；对气化炉制备出的合成气发酵以生成包含有机酸或有机醇的发酵液的生物反应器；和分离生物反应器生成的发酵液中有机酸或有机醇水溶液和微生物细胞的后处理单元；其中，所述球磨机、气化炉、生物反应器和后处理单元依次连接；所述生物反应器与球磨机之间连接有发酵废液回流管。本实用新型的系统回收和利用了发酵废液，减少废物排放，提高有机酸或有机醇的产量。

Description

一种以煤制合成气为原料生产有机酸或有机醇的系统
技术领域
本实用新型涉及一种以煤制合成气为原料生产有机酸或有机醇的系统。
背景技术
合成气来自于煤、石油、生物质和有机废物的气化，是这些含碳物质部分氧化和高温分解产生的，它的主要成分为CO、H2和CO2，还含有少量的CH4和一些硫、氮的化合物，是一类丰富而廉价的生物加工原料，可通过厌氧发酵转化为多种有用的燃料和化学品，比如甲烷、乙酸、丁酸、乙醇和丁醇等。与合成气化学转化相比，生物转化具有以下几个优点：(1)反应条件温和；(2)酶的专一性比无机催化剂高，因而产物得率高，副产物少；(3)生物转化不需要固定的CO和H2比例；(4)发酵菌对合成气中的硫化物具有耐受性，减少了气体净化成本。
以CO和H2/CO2为底物合成乙酸、乙醇的反应方程式如下：
6CO+3H2O＝C2H5OH+4CO2    (1)
6H2+2CO2＝C2H5OH+3H2O    (2)
4CO+2H2O＝CH3COOH+2CO2   (3)
4H2+2CO2＝CH3COOH+H2O    (4)
乙醇是一种优质的液体燃料，每千克乙醇完全燃烧时约能放出30000kJ的热量。乙醇燃料具有很多优点，它是一种不含硫及灰分的清洁能源，可以单独作为燃料使用；同时，一定量燃料乙醇加入汽油后，混合燃料的含氧量增加，辛烷值提高，降低了汽车尾气中有害气体的排放量。事实上，纯乙醇或与汽油混合物作为车用燃料，最易工业化，并与先进工业应用及交通设施接轨，是最具发展潜力的石油替代燃料。
积极发展燃料乙醇并推广应用车用乙醇汽油已成为国际开发研究热门。
由于我国石油和天然气短缺，煤炭相对丰富的资源特征，加之国际油价的持续高位运行状态，煤炭在我国的能源和化工的未来发展中所处的地位会变得越来越重要。随着科技的不断进步，新型的煤气化技术得到了快速的发展，煤炭作为化工原料的重要性得到了普遍的认可。煤气化的直接产品主要有合成气、一氧化碳和氢气。
以煤制合成气厌氧发酵生产有机酸(醇)，尤其是合成气发酵生产乙醇，是一项极具潜力与竞争力的技术。
作为生物发酵方法的一种，合成气厌氧发酵也存在用水量偏大的弱点，尤其是发酵过程中产生的发酵废液，含水量大于60％，菌体含量在2％以上，COD值高，粘度较大，必须经过处理后才能排放。
发酵废液的处理一直是发酵工业的难题之一，因为发酵废液含水量大，直接浓缩分离能耗大，不经济；国内有很多发酵废液处理专利，多是侧重于絮凝沉淀、过滤分离、干燥回收生物蛋白，但是回收生物蛋白后的滤液仍然需要处理后才能达到水回用和排放的要求。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种以煤制合成气为原料生产有机酸或有机醇的系统，将发酵生产过程中产生的发酵废液全部回用，实现发酵废液的零排放。
本实用新型的一种以煤制合成气为原料生产有机酸或有机醇的系统，包括：
以煤为原料制备水煤浆的球磨机；
以球磨机制备出的水煤浆为原料制备合成气的气化炉；
对气化炉制备出的合成气发酵以生成包含有机酸或有机醇的发酵液的生物反应器；和
分离生物反应器生成的发酵液中有机酸或有机醇水溶液和微生物细胞的后处理单元；其中，
所述球磨机、气化炉、生物反应器和后处理单元依次连接；
所述生物反应器与球磨机之间连接有发酵废液回流管。
优选地，所述系统还包括对制备的水煤浆进行过滤的水煤浆过滤器、存储过滤后的水煤浆的水煤浆贮存罐，以及净化制备的合成气的合成气净化器，所述水煤浆过滤器位于球磨机和气化炉之间，所述水煤浆贮存罐位于水煤浆过滤器和气化炉之间，所述合成气净化器位于气化炉和生物反应器之间。
优选地，所述后处理单元与生物反应器之间还连接有分离细胞回流管。
优选地，所述气化炉是德士古顶喷气化炉、道两段水煤浆气化炉或多喷嘴对置气化炉等。
优选地，所述生物反应器是适合于厌氧发酵制备有机酸或有机醇的固定化细胞反应器或悬浮细胞反应器。进一步优选地，所述生物反应器是滴流床反应器、连续搅拌反应器或气升式反应器。
优选地，所述后处理单元是细胞循环过滤器。
利用本实用新型的系统时，以煤为原料制备水煤浆，水煤浆经气化炉气化生成合成气；合成气通入生物反应器中进行厌氧发酵以生成包含有机酸或有机醇的发酵液；发酵液进入后处理单元中分离细胞和有机酸或有机醇水溶液；在生物反应器中产生的发酵废液输回至球磨机中，用于制备水煤浆；后处理单元中分离的细胞输回至生物反应器中，用于合成气的发酵。
本实用新型通过将发酵废液收集后用于制备水煤浆，实现了发酵废液的回收利用，既减少废物排放、提高水资源的利用率、保护环境，又提高了碳源的转化率，提高有机酸或有机醇的产量。
附图说明
图1是本实用新型优选实施例的示意图，其中：1、球磨机；2、水煤浆过滤器；3、水煤浆贮存罐；4、气化炉；5、合成气净化器；6、生物反应器；7、后处理单元；8、发酵废液回流管；9、分离细胞回流管。
具体实施方式
现参照具体实施例和附图说明本实用新型，但本实用新型不限于以下内容。
本实用新型的这种以煤制合成气为原料生产有机酸或有机醇的系统，包括：以煤为原料制备水煤浆的球磨机，以球磨机制备出的水煤浆为原料制备合成气的气化炉，对气化炉制备出的合成气发酵以生成包含有机酸或有机醇的发酵液的生物反应器和分离生物反应器生成的发酵液中有机酸或有机醇水溶液和微生物细胞的后处理单元；其中，所述球磨机、气化炉、生物反应器和后处理单元依次连接；所述生物反应器与球磨机之间连接有发酵废液回流管，用于将生产的发酵废液输回至球磨机中进行水煤浆的制备。
图1是本实用新型的一种优选实施方式的示意图。如图1所示，根据物料流动方向，球磨机1与水煤浆过滤器2相连，水煤浆过滤器2与水煤浆贮存罐3相连，水煤浆贮存罐3与气化炉4相连，气化炉4与合成气净化器5相连，合成气净化器5与生物反应器6相连，生物反应器6与后处理单元7相连；其中，生物反应器6与球磨机1之间通过发酵废液回流管8相连，生物反应器6与后处理单元7之间还通过分离细胞回流管9相连。
在一种实施例中，使用该系统进行有机酸或有机醇生产时，将煤炭、水和添加剂混合物加入至球磨机1中进行研磨，制得水煤浆。水煤浆进入水煤浆过滤器2过滤，得到一定粒径的水煤浆混合液进入水煤浆贮存罐3中。然后水煤浆喷入气化炉4中气化生成合成气；在该实施例中，气化炉4是德士古顶喷气化炉；在其它实施例中，气化炉4也可以是道两段水煤浆气化炉或多喷嘴对置气化炉。得到的合成气经合成气净化器5净化后进入生物反应器6中进行发酵；生物反应器6中装有悬浮于水相的厌氧菌，使合成气得以厌氧发酵。在该实施例中，生物反应器6是滴流床反应器；在其它实施例中，生物反应器6也可以是连续搅拌反应器或气升式反应器。产生的发酵物进入后处理单元7中进行细胞分离处理；在该实施例中，后处理单元7是细胞循环过滤器。在细胞循环过滤器中分离的细胞通过分离细胞回流管9输回至滴流床反应器中，重复利用，对合成气进行厌氧发酵；分离出的有机酸或有机醇水溶液进入下游工序。在滴流床反应器中产生的发酵废液通过发酵废液回流管8返回至球磨机1中，与水、煤、添加剂混合，制备水煤浆。

Claims (7)

1.一种以煤制合成气为原料生产有机酸或有机醇的系统，其特征在于，所述系统包括：
以煤为原料制备水煤浆的球磨机；
以球磨机制备出的水煤浆为原料制备合成气的气化炉；
对气化炉制备出的合成气发酵以生成包含有机酸或有机醇的发酵液的生物反应器；和
分离生物反应器生成的发酵液中有机酸或有机醇水溶液和微生物细胞的后处理单元；其中，
所述球磨机、气化炉、生物反应器和后处理单元依次连接；
所述生物反应器与球磨机之间连接有发酵废液回流管。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括对制备的水煤浆进行过滤的水煤浆过滤器、存储过滤后的水煤浆的水煤浆贮存罐，以及净化制备的合成气的合成气净化器；所述水煤浆过滤器位于球磨机和气化炉之间，所述水煤浆贮存罐位于水煤浆过滤器和气化炉之间，所述合成气净化器位于气化炉和生物反应器之间。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述后处理单元与生物反应器之间连接有分离细胞回流管。
4.根据权利要求1-3任何一项所述的系统，其特征在于，所述气化炉是德士古顶喷气化炉、道两段水煤浆气化炉或多喷嘴对置气化炉。
5.根据权利要求1-3任何一项所述的系统，其特征在于，所述生物反应器是固定化细胞反应器或悬浮细胞反应器。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述生物反应器是滴流床反应器、连续搅拌反应器或气升式反应器。
7.根据权利要求1-3任何一项所述的系统，其特征在于，所述后处理单元是细胞循环过滤器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112812930A (zh) * 2021-02-05 2021-05-18 清华大学 一种二氧化碳和煤炭生产含氧有机物的系统和工艺

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