專利名稱：全棵粉碎雙酶發(fā)酵提取燃料乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新能源原料領(lǐng)域中的燃料乙醇的提取方法。

背景技術(shù)：
目前以甜高梁桿為原料生產(chǎn)燃料乙醇的方法基本是將剝掉葉的甜高梁桿先送入切碎機(jī)切成5 10厘米左右長的物料，然后進(jìn)入第一道壓榨機(jī)，榨出清汁量的50%左右(甜高梁桿中的清汁就是甜高梁桿中水分與糖分的混合物，其量為甜高梁桿的72%左右)，再進(jìn)入第二道壓榨機(jī)，又榨出20%左右的清汁。以上兩股清汁同流入一個貯罐，然后再打入配料罐，在配料罐中同時加入相應(yīng)比例的酒精酵母和營養(yǎng)鹽，混勻后的物料叫發(fā)酵醪，開泵打入發(fā)酵罐，發(fā)酵成酒精。兩次壓榨后的濕渣，用作燃料或粗飼料處理。由于濕渣里還含有30%左右的清汁量，這部分清汁中糖分量占總糖量的5%左右，隨作燃料或粗飼料低值而去。由上可見，榨汁發(fā)酵這種工藝，它的最大問體有二
—是甜高梁桿壓榨后的纖維廢渣中還殘留5%左右的糖分白白損失掉了，增加了燃料乙醇的原料消耗，使噸燃料乙醇耗用甜高梁桿高達(dá)23. 3噸難以形成產(chǎn)業(yè)化。二是甜高梁葉事先剝掉，也沒有被充分利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種高效、實(shí)用，綜合利用率高，適用產(chǎn)業(yè)化的全棵粉碎雙酶發(fā)酵提取燃料乙醇的方法。 其技術(shù)方案是包括秸稈粉碎、磨漿、調(diào)漿、發(fā)酵和粗蒸餾、精蒸餾、分子篩提純工序。其中粉碎是將甜高梁或甜玉米棵原料分切成15mm長以下的碎段；磨漿是將粉碎的原料碎段研磨成短細(xì)纖維狀漿料，漿料經(jīng)過5-15目篩振動過濾，濾液送入調(diào)漿罐，固體物則返回磨漿工序繼續(xù)研磨；調(diào)漿是將上述濾液加入水，使?jié){料的稠稀度調(diào)整到干物質(zhì)濃度在20 25%、酸度ra = 4-5、溫度28 3(TC的條件下；然后將其引入發(fā)酵罐，期間分批次加入酵母、纖維素酶及尿素營養(yǎng)鹽，其加入量占液體總質(zhì)量比分別為0. 03 0. 05%的酵母、12 13%的纖維素酶和0. 01 0. 02%的尿素營養(yǎng)鹽，進(jìn)行發(fā)酵；發(fā)酵后的成熟醪首先進(jìn)入粗蒸餾即粗餾塔系，其操作控制指標(biāo)是塔底溫度85-87. 5t:、塔頂溫度62. 5-7(TC、塔底壓力-45 -50kPa、塔頂壓力-65 _70KPa，經(jīng)此工序后分離出淡乙醇和含有固形物的廢醪液；將淡乙醇引入精蒸餾即精餾塔系，其操作控制指標(biāo)是塔底溫度119-123t:、塔頂溫度93-98"C、塔頂壓力0. 07-0. 10Mpa、塔底壓力0. 10-0. 12MPa、進(jìn)料溫度110-116。C、側(cè)線采出溫度93-941:，在此條件下制得濃度95%的食用普級乙醇；食用普級乙醇引入分子篩提純即分子篩塔系，操作控制指標(biāo)包括蒸發(fā)器的操作壓力0. 20 0. 35Mpa、出口溫度100 125°C ，吸附塔吸附過程操作壓力0. 20 0. 35Mpa、進(jìn)氣溫度120 145°C ，脫附過程操作壓力-0. 02 -0. 05Mpa、出口溫度180 230°C ，最終提取到濃度大于99. 2%的成品燃料乙醇。 上述方案還包括發(fā)酵工序中產(chǎn)出的0)2氣體，經(jīng)壓縮和凈化處理制備成0)2成品；粗蒸餾工序中塔底排出的廢醪液經(jīng)離心分離出濕秸渣和濾清液，濾清液可以直接引入調(diào)漿工序中，也可以引入污水處理裝置。 纖維素酶是一種復(fù)合酶系，至少包含纖維素內(nèi)切酶、外切酶和beta-葡萄糖苷酶，其酶活指標(biāo)不小于25國際單位。 本發(fā)明的全棵粉碎雙酶發(fā)酵提取燃料乙醇的新方法完全可以借助現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行配套，采用的工藝設(shè)置合理，易于控制，帶來的明顯的優(yōu)勢是 —是漿料發(fā)酵使糖分得到全部利用該技術(shù)是把甜高梁棵(含葉)全部粉碎成漿料狀進(jìn)行發(fā)酵，使其中的糖分得到全部發(fā)酵利用，挽回了榨汁發(fā)酵工藝殘留在纖維廢渣中5 %左右的糖分損失，減少了原料單耗，大幅度提高原料的產(chǎn)出比。 二是雙酶工藝除了確保其中糖分有效轉(zhuǎn)化成乙醇，適用纖維素酶使桿、葉中的纖維部分被分解后又發(fā)酵成燃料乙醇，使燃料乙醇的收率明顯提高，降低生產(chǎn)成本，為實(shí)現(xiàn)大型工業(yè)化生產(chǎn)提供了可靠的技術(shù)支撐。


附圖給出了一種典型實(shí)施例的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1，主要工序包括秸稈粉碎、磨漿、調(diào)漿、發(fā)酵和粗蒸餾、精蒸餾、分子篩提純。其中粉碎是將甜高梁或甜玉米棵原料分切成15mm長以下的碎段；磨漿是將粉碎的原料碎段研磨成短細(xì)纖維狀漿料，漿料經(jīng)過10目篩振動過濾，濾液送入調(diào)漿罐，固體物則返回磨漿工序繼續(xù)研磨；調(diào)漿是將上述濾液加入水，使?jié){料的稠稀度調(diào)整到干物質(zhì)濃度在20 25%、酸度ra = 4. 5、溫度28 3(TC的條件下；然后將其引入發(fā)酵罐，期間分批次加人酵母、纖維素酶及尿素營養(yǎng)鹽，其加入量占液體總質(zhì)量比分別為0. 05%的酵母、13%的纖維素酶和0. 012%的尿素營養(yǎng)鹽，進(jìn)行發(fā)酵；發(fā)酵后的成熟醪首先進(jìn)入粗蒸餾即粗餾塔系，其操作控制指標(biāo)是塔底溫度87. 5°C 、塔頂溫度62. 5°C 、塔底壓力-48kPa、塔頂壓力_65KPa，經(jīng)此工序后分離出淡乙醇和含有固形物的廢醪液；將淡乙醇引入精蒸餾即精餾塔系，其操作控制指標(biāo)是塔底溫度12(TC、塔頂溫度98t:、塔頂壓力0. 08Mpa、塔底壓力0. 12MPa、進(jìn)料溫度115t:、側(cè)線采出溫度94t:，在此條件下制得濃度95%的食用普級乙醇；食用普級乙醇引入分子篩提純即分子篩塔系，操作控制指標(biāo)包括蒸發(fā)器的操作壓力0. 35Mpa、出口溫度125t:，吸附塔吸附過程操作壓力0. 35Mpa、進(jìn)氣溫度145°C ，脫附過程操作壓力-0. 03Mpa、出口溫度20(TC，最終提取到濃度大于99. 2%的成品燃料乙醇。 實(shí)施例2，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，發(fā)酵工序中產(chǎn)出的C02氣體，經(jīng)壓縮和凈化處理制備成C02成品；粗蒸餾工序中塔底排出的廢醪液經(jīng)離心分離出濕秸渣和濾清液，濾清液可以直接弓I入調(diào)漿工序中，也可以引入污水處理裝置。 上述兩個實(shí)施例的纖維素酶是一種復(fù)合酶系，包含纖維素內(nèi)切酶、外切酶和
beta-葡萄糖苷酶，其酶活指標(biāo)25國際單位。 實(shí)施例3，參照附圖對典型產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方法進(jìn)一步說明。 (1)粉碎、磨漿與調(diào)漿 甜高梁棵先用切碎機(jī)切短成15mm長以下的碎段(現(xiàn)有技術(shù)中采用飼料行業(yè)用的粉碎機(jī)只能粉碎到40mm長左右，進(jìn)一步粉碎后，由于纖維很柔韌，變得很細(xì)長卻不斷短，細(xì)長的纖維隨物料運(yùn)行，會造成堵管、堵閥門、堵塔盤等，嚴(yán)重影響生產(chǎn))，再進(jìn)入磨漿機(jī)，進(jìn)一步研磨成短細(xì)纖維狀漿料，讓糖汁最大限度的釋放出來，出磨漿機(jī)的物料應(yīng)呈漿汁狀漿料。之后將這漿料送到10目篩孔的振動篩上，篩下物送往調(diào)漿罐；篩上物則返回磨漿機(jī)繼續(xù)研磨。這道磨漿工序很關(guān)鍵，只有把物料研磨成通過IO目篩孔的漿汁狀漿料，糖分才會被充分利用，如漿料中粗纖維狀物料多，糖分被裹在里面，進(jìn)入發(fā)酵罐后，酵母菌吃不到被裹在粗纖維狀物料里面的糖分，使這部分糖分隨廢醪液排掉，出酒率就要降低，進(jìn)而造成原料消耗增高，生產(chǎn)成本增高。漿料進(jìn)入調(diào)漿罐后，加入適量離心機(jī)送來的清液(代替部分或全部的水，權(quán)利要求書這部分使用的水既可以是自來水、地下水或者是凈化水，也可以使這里所回收的清液)，使?jié){料的稠稀度調(diào)解到干物質(zhì)濃度在20 25 % ，酸度在ra = 4. 5左右，滿
足發(fā)酵需要。 (2)漿料雙酶同步發(fā)酵乙醇 由調(diào)漿罐調(diào)好的漿料泵入發(fā)酵罐除具備前述兩個條件外還需要限定漿料的溫度在28 30°C ;同時加入計算好的酵母、纖維素酶及必要的營養(yǎng)鹽(其量酵母為原料重的0. 03 0. 05%、纖維素酶為原料重的12 13% ;營養(yǎng)鹽尿素為原料重的0.01 0. 02%。發(fā)酵罐泵入漿料1/3時，將上述三種輔料依次各加入1/3，發(fā)酵罐料位1/2時，再依次加入三種輔料各1/3，發(fā)酵罐料位2/3時，把三種輔料各剩余的1/3依次加完)。發(fā)酵罐裝滿后的物料在酒精行業(yè)上叫發(fā)酵醪。由于發(fā)酵醪具備上述四個條件，便開始了生化發(fā)酵反應(yīng)，經(jīng)過68 72小時的時間，發(fā)酵醪中的糖分被酵母菌吸收產(chǎn)生了乙醇、漿料中的一部分秸桿纖維由纖維素酶分解成糖，也被酵母菌吸收也產(chǎn)生了乙醇。此時發(fā)酵罐中的物料在酒精行業(yè)上叫成熟醪。經(jīng)取樣化驗(yàn)，成熟醪中糖分已降低到甚微(要求在0.2%以下)，而相應(yīng)的乙醇含量在6 8%，視為合格，發(fā)酵反應(yīng)完成。然后放出到成熟醪貯罐中，供粗蒸塔使用。
需要說明的是，酵母采用市場上銷售的酒精酵母即可。纖維素酶的要求一是酶活在25國際單位(1國際單位指在lmin內(nèi)產(chǎn)生1 y mol (微摩爾數(shù))葡萄糖所用的酶量)以上，二是最好是鮮品(濕料)狀態(tài)直接用于發(fā)酵，而不是進(jìn)一步干燥成干成品，從而杜絕了纖維素酶菌種因溫度變化引起的變異退化，導(dǎo)致產(chǎn)酶能力降低。纖維素酶是一種復(fù)合酶系，它的主酶包括纖維素內(nèi)切酶，外切酶和beta-葡萄糖苷酶?？窟@三種酶之間存在協(xié)同作用，來水解纖維素以獲取葡萄糖再發(fā)酵成乙醇。這三種主酶的弱點(diǎn)是操作條件稍有變化，就會引起變異退化。因此選用時最好選用丹麥的Novo Nordisk和美國的Genencor兩公司的纖維素酶。而目前國內(nèi)生產(chǎn)銷售的纖維素酶，酶活不足15國際單位，多用于食品、飼料養(yǎng)殖、紡織、造紙、制藥、環(huán)保、石油開采等部門。當(dāng)然如果具備改良條件的也可以自己培育。
(3)發(fā)酵罐中，在生化反應(yīng)產(chǎn)生乙醇的同時，還有0)2產(chǎn)生，這些0)2最終由發(fā)酵罐頂導(dǎo)出管引出，先入氣柜暫貯，然后經(jīng)壓縮機(jī)和凈化裝置，將C02氣制備成C02成品，貯入成品罐中回收應(yīng)用。
(4)蒸餾提純 包括粗餾塔系、精餾塔系和分子篩塔系(塔系的含義包括塔體和塔所用的再沸器、換熱器和輸料泵等)。粗餾塔系是把成熟醪中6 8%左右的乙醇蒸出到精餾塔去，其操作控制指標(biāo)是底溫85-87. 5。C、頂溫62. 5-70。C、底壓-48kPa、頂壓-65 -70KPa、回流0 45T/h，并保持恒定的真空總壓-68 -70KPa，真空由真空泵完成。此部分乙醇含水較多，而不含固形物纖維等雜質(zhì)，故取名叫淡乙醇。蒸出乙醇后的塔底物料在酒精行業(yè)上叫廢醪液。廢醪液中幾乎不含乙醇(要求在0.02%以下)，用泵送往干燥車間處理。
精餾塔系設(shè)計成雙功能，一是將淡乙醇泵入精餾塔中精餾后，由塔頂部直接采出95%濃度的食用普級乙醇(乙醇在精餾中的特性是與5%的水共沸，也就是說，用直接精餾的辦法，乙醇怎么也達(dá)不到99%以上的高濃度)，送往乙醇成品貯罐中；二是不采出95%濃度的食用普級乙醇，而是由精餾塔頂引出送往分子篩塔系。精餾塔系的操作控制指標(biāo)是底溫119-123。C、頂溫:93-98。C、頂壓:0. 07-0. 10Mpa(表壓)、底壓:0. 10-0. 12MPa(表壓)、進(jìn)料溫度110-116"、側(cè)線采出溫度93-94°C。 分子篩塔系是將95%濃度的乙醇，用該塔內(nèi)的分子篩的特殊功能吸附掉近5%的水分，使乙醇濃度提高到99. 5%以上(要求99. 2%以上即合格)，從分子篩塔頂采出到貯罐中，即成為燃料乙醇成品。操作控制指標(biāo)是，①蒸發(fā)器操作壓力0. 20 0. 35Mpa、出口溫度100 125。C、進(jìn)料量90 96T/h ;②吸附塔4>吸附過程操作壓力0. 20 0. 35Mpa、進(jìn)氣溫度120 145°C， ^脫附過程操作壓力-0. 02 -0. 05Mpa、出口溫度180 230°C 。
(5)廢醪液回收利用 首先將廢醪液離心分離，由粗餾塔底送來的廢醪液中含總固物13%左右(總固物中包括大部分固形物和少部分可溶物)，需要先用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，對分離出來的固形物(含水70%左右)取名叫濕糟(濕秸渣)；對離心出來的濾清液取名叫清液，內(nèi)含少許可溶物。 對濕糟，用攪龍送往干燥機(jī)，干燥成含水30%左右，送往熱電站作燃料發(fā)電。從而解決了燃料乙醇廠的用汽用電問題。燃燒后的灰粉含鉀等微量元素，稱作含鉀粉灰，是鉀肥功效的1/3。 對清液，先送往調(diào)漿罐滿足調(diào)漿需要，剩余部分送往污水站處理。由于里面含蛋白質(zhì)等粘性物質(zhì)少，所以進(jìn)入污水站后，很容易處理到達(dá)標(biāo)排放。與此同時，還可抽出一部分離心清液，用于澆灌鹽堿地，利用離心清液中所含的微酸性改良土壤。[OOSO] (6)配套輔助設(shè)備 包括污水站、原水凈化站、循環(huán)水站、冷凍站、空壓站五個工段。
①污水站是將干燥車間的部分離心后清液、各車間的生產(chǎn)下水等，集中到一起，用生化技術(shù)處理后，使水質(zhì)的C0D《50PPM(要求C0D《100PPM)，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)后送往各車間作冷卻用水，作到'o排放'。 ②原水凈化站，建廠地帶的水源是水庫或地下水，需要經(jīng)過原水凈化站處理后，送往各車間等用水點(diǎn)。 ③循環(huán)水站，精餾車間需要大量的水冷凝酒汽，這么大量的水只有經(jīng)過循環(huán)水站的循環(huán)冷卻使用，才節(jié)約合理。 ④冷凍站，發(fā)酵罐發(fā)酵醪的冷卻、精餾車間成品乙醇或燃料乙醇的冷卻，都需要低溫水冷卻，冷凍站就起到制造低溫冷卻水循環(huán)使用的作用。 ⑤空壓站，為各車間儀表用氣、發(fā)酵用酵母擴(kuò)培用氣(凈化)，提供氣源。
(7)熱電站，各乙醇廠都是用汽用電大戶，最科學(xué)節(jié)約合理的辦法是建立自備倍壓
式熱電站，使鍋爐產(chǎn)生的高壓蒸汽(如5. 3MPa)，先送去推動汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，蒸汽壓力降
到0. 7MPa后，再送往各車間作工藝用汽，5. 3MPa 0. 7MPa的動力用于發(fā)電，完全滿足了全
廠用電的需要，0.7MPa的蒸汽也完全滿足了全廠用汽的需要。經(jīng)測算，20萬T/年乙醇生產(chǎn)
規(guī)模，需要蒸汽320T/時、電量3萬KW，故建兩爐兩機(jī)，即倍壓式與全凝式各一套，是科學(xué)合理的。
權(quán)利要求
一種全棵粉碎雙酶發(fā)酵提取燃料乙醇的方法，包括秸稈粉碎、磨漿、調(diào)漿、發(fā)酵和粗蒸餾、精蒸餾、分子篩提純工序，其特征是粉碎是將甜高梁或甜玉米棵原料分切成15mm長以下的碎段；磨漿是將粉碎的原料碎段研磨成短細(xì)纖維狀漿料，漿料經(jīng)過5-15目篩振動過濾，濾液送入調(diào)漿罐，固體物則返回磨漿工序繼續(xù)研磨；調(diào)漿是將上述濾液加入水，使?jié){料的稠稀度調(diào)整到干物質(zhì)濃度在20～25％、酸度PH＝4-5、溫度28～30℃的條件下；然后將其引入發(fā)酵罐，期間分批次加入酵母、纖維素酶及尿素營養(yǎng)鹽，其加入量占液體總質(zhì)量比分別為0.03～0.05％的酵母、12～13％的纖維素酶和0.01～0.02％的尿素營養(yǎng)鹽，進(jìn)行發(fā)酵；發(fā)酵后的成熟醪首先進(jìn)入粗蒸餾即粗餾塔系，其操作控制指標(biāo)是塔底溫度85-87.5℃、塔頂溫度62.5-70℃、塔底壓力-45～-50kPa、塔頂壓力-65～-70KPa，經(jīng)此工序后分離出淡乙醇和含有固形物的廢醪液；將淡乙醇引入精蒸餾即精餾塔系，其操作控制指標(biāo)是塔底溫度119-123℃、塔頂溫度93-98℃、塔頂壓力0.07-0.10Mpa、塔底壓力0.10-0.12MPa、進(jìn)料溫度110-116℃、側(cè)線采出溫度93-94℃，在此條件下制得濃度95％的食用普級乙醇；食用普級乙醇引入分子篩提純即分子篩塔系，操作控制指標(biāo)包括蒸發(fā)器的操作壓力0.20～0.35Mpa、出口溫度100～125℃，吸附塔吸附過程操作壓力0.20～0.35Mpa、進(jìn)氣溫度120～145℃，脫附過程操作壓力-0.02～-0.05Mpa、出口溫度180～230℃，最終提取到濃度大于99.2％的成品燃料乙醇。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全棵粉碎雙酶發(fā)酵提取燃料乙醇的方法，其特征是發(fā)酵工序中產(chǎn)出的C02氣體，經(jīng)壓縮和凈化處理制備成C02成品；粗蒸餾工序中塔底排出的廢醪液經(jīng)離心分離出濕秸渣和濾清液，濾清液可以直接引入調(diào)漿工序中，也可以引入污水處理裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的全棵粉碎雙酶發(fā)酵提取燃料乙醇的方法，其特征是纖維素酶是一種復(fù)合酶系，至少包含纖維素內(nèi)切酶、外切酶和beta-葡萄糖苷酶，其酶活指標(biāo)不小于25國際單位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新能源原料領(lǐng)域中的燃料乙醇的提取方法。包括秸稈粉碎、磨漿、調(diào)漿、發(fā)酵和粗蒸餾、精蒸餾、分子篩提純工序。其中粉碎是將甜高梁或甜玉米棵原料分切成15mm長以下的碎段；磨漿過5-15目篩，調(diào)漿使?jié){料的稠稀度調(diào)整到干物質(zhì)濃度在20～25％、酸度pH＝4-5、溫度28～30℃的條件下；然后將其引入發(fā)酵罐，期間分批次加入酵母、纖維素酶及尿素營養(yǎng)鹽進(jìn)行發(fā)酵；發(fā)酵后的成熟醪首先進(jìn)入粗蒸餾，分離出淡乙醇引入精蒸餾，制得濃度95％的食用普級乙醇引入分子篩提取成品燃料乙醇。本發(fā)明的全棵粉碎雙酶發(fā)酵提取燃料乙醇的新方法完全可以借助現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行配套，采用的工藝設(shè)置合理，易于控制，帶來的優(yōu)勢明顯。
文檔編號C12P19/14GK101736038SQ20101001153
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者周洪才, 張功峰 申請人:張功峰;周洪才