在具有精馏塔和分子筛的基于纤维素类生物质的工艺中具有减少的污染物的乙醇的制备制造技术

本发明专利技术提供了用于采用纤维素原料由发酵系统制备乙醇的方法，其中管理普遍来自生物质水解产物发酵的污染物。污染物的管理允许过程水在发酵罐排气洗涤器和精馏塔之间再循环，从而洗涤器不再需要新鲜水。在发酵(101)后，料流被送至醪塔(103)、精馏塔(111)、分子筛(113)，并然后送至最终产物蒸馏塔(118)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于在发酵过程中由纤维素原料制备乙醇的方法。具体地，从最终产品中除去用生物质水解产物制备的乙醇中的主要污染物，其还允许过程水的再循环。
技术介绍
乙醇是能量的重要来源并且可用作基于石油的汽油和柴油产品的替代物。乙醇通过发酵多种有机原料制得，从而提供蒸馏并脱水的发酵醪(beer)以产生高纯度产物。目前大多数燃料乙醇由基于谷物、淀粉或糖的原料制得。这些方法通常包括发酵水与研磨谷物的混合物以产生醇，蒸馏所发酵的混合物以回收作为顶部产物的醇和蒸馏室底部副产物，该副产物包括谷物固体和溶解的固体在水中的稀釜馏物。蒸馏室副产物通常通过蒸发来自其的水进行浓缩，以生产含可溶物的干酒糟(DDGS)，其为一种用于牲畜的重要饲料。典型的谷物乙醇设施通常具有以下共有要素：1)对于来自发酵罐的排出料流存在吸附或净化过程，以从共同产生的二氧化碳中回收甲醇、乙醇、高级醇和乙醛。这通常将补给水抽入设备并且通常为冷流。2)采用蒸馏，以产生乙醇与水并且主要为水浓缩达至共沸组合物的料流和不含乙醇的固体料流。该过程通常通过使用被称为醪塔和精馏塔的两个蒸馏塔来实现。3)然后经由两个液相共沸蒸馏(包含夹带剂)或者更通常地通过在分子筛中浓缩使共沸乙醇料流经受进一步浓缩，以产生主要工艺产品燃料级乙醇。4)经由离心或其它一些方式从2)中所提及的含水料流中分离固体，并且可进一步干燥以产生动物饲料或燃料材料。5)可将由4)得到的含水料流的一部分(回槽)再循环至设备的前端以形成发酵罐的进料的一部分，同时残留物将被蒸发以除去否则会堆积的杂质。这些杂质包括不能发酵的糖、蛋白质和盐并且作为浓缩的液体料流被净化。可将来自蒸发的冷凝物直接再循环至具有回槽的发酵。蒸发过程通常为两个或三个阶段并且将与蒸馏过程热集成在一起。基于谷物、淀粉和糖的方法变得日益不合乎需要，原因是其不可避免地依赖于食品来源并且负面影响全球食品价格。由纤维素农产品制备的乙醇和其它废物原料避免了这些问题。纤维素原料是通常包含纤维素和半纤维素以及木质素的那些。用于由纤维素原料制备乙醇的合适原料包括生物质诸如玉米棒、玉米秸秆、草、木质生物质、甘蔗渣以及包含高纤维素组分的工业废品。用于由纤维素原料产生醇并特别是乙醇的方法在多个出版物(参见例如Aden等人。在“LignocellulosicBiomasstoEthanolProcessDesignandEconomicsUtilizingCo-CurrentDiluteAcidPrehydrolysisandEnzymaticHydrolysisforCornStover”中，NRELReportNo.TP-510-32438；NRELReportNREL/TP-510-37092，“PlantsfromCornStarchandLignocellulosicFeedstocks(Revised)”；以及Madson，P.W.和D.A.Monceaux，(FuelEthanolProduction)，在“FuelAlcoholTextbook”中，AlltechInc.，1999)中有所描述。纤维素乙醇方法的各个方面公开于共同拥有的专利US7629156、US7666282US7741084、US7741119、US7781191、US7803623、US7807419、US7819976、US7897396、US7910338、US7932063、US7989206、US7998713、US7998722、US8216809、US8241873、US8241880、US8247208、US8278070、US8304213和US8304535。用于纤维素类生物质制备醇的方法面临典型的谷物乙醇植物中不存在一些的挑战。主要挑战是相较于谷物乙醇方法中的污染物含量，与乙醇共同分离的污染物的含量增大。具体地，当生物质水解产物是发酵培养基的主要组分时，乙醛在乙醇产物中形成主要污染物。基于谷物的方法中制备的乙醇通常包含约200ppm至500ppm的乙醛，而使用生物质水解产物制备的乙醇通常包含更高含量的乙醛。考虑乙醛的有害性质及其挥发性(将在汽油共混物上方产生显著蒸气压)，纤维素乙醇产物的目标含量可类似存在于谷物方法的燃料乙醇的那些。此外，在产生水解产物的糖化之前，当氨用于生物质预处理时，氨是乙醇产物中的另一个潜在污染物。此外，与谷物乙醇方法相比，纤维素乙醇方法具有增大的耗水量，原因是发酵液中乙醇浓度减小，所述乙醇浓度通常在5％至10％乙醇的范围内(对于基于谷物的乙醇制备而言在11％至15％的乙醇范围内)。因此水的再循环在纤维素乙醇方法中是很重要的，以限制引入工艺的新鲜补给水的量。因此，将在谷物乙醇工业内建立的工作方法简单转移给纤维素乙醇方法不足以经济地生产能与之相比的乙醇产品。从而，纤维素乙醇呈现出一系列新的挑战，并且应当针对
技术介绍
而非基于谷物的方法的上下文来考虑能够满足那些挑战的方法。仍然需要开发使用有效地处理污染物诸如乙醛的生物质水解产物发酵来制备乙醇的有效方法，从而制备在纤维素方法中普遍存在的污染物较低的乙醇产物。此外，期望水料流的再循环以减少新鲜水的使用。
技术实现思路
由纤维素发酵制备燃料乙醇面临着乙醇污染物和水使用的挑战，这在能与之相比的谷物乙醇方法中没有显示。为了除去乙醇污染物，申请人提供具有进一步乙醇纯化步骤的系统。通过处理水料流的再循环使工艺更加有效，从而减少新鲜补给水的输入。因此本专利技术提供了用于生产乙醇的方法，该方法包括：a)提供培养基，该培养基包含由纤维素类生物质制备的水解产物；b)在产生乙醇的微生物存在下，在发酵罐中对所述培养基进行发酵以产生包含乙醇的发酵醪；c)使所述发酵醪进入醪塔中，其中产生醪塔富乙醇蒸气料流；d)对所述醪塔富乙醇蒸气料流进行冷凝，以形成醪塔富乙醇料流；e)使所述醪塔富乙醇料流进入精馏塔中，其中产生另外的富乙醇精馏塔蒸气料流和贫乙醇精馏塔水料流；f)使所述另外的富乙醇精馏塔蒸气料流通过分子筛，其中产生分子筛乙醇产物料流；以及g)使所述分子筛乙醇产物料流通过产物蒸馏塔，其中产生最终乙醇产物和污染物料流。在一个实施例中，所述最终乙醇产物具有小于约800ppm的乙醛。在一个实施例中，所述方法还包括：h)将(e)的所述贫乙醇精馏塔水料流的至少一部分传送至与来自所述发酵罐的排出料流连接的发酵蒸气洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备乙醇的方法，所述方法包括：a)提供培养基，所述培养基包含由纤维素类生物质制备的水解产物；b)在产生乙醇的微生物存在下，在发酵罐中对所述培养基进行发酵以产生包含乙醇的发酵醪；c)使所述发酵醪进入到醪塔中，其中产生醪塔富乙醇蒸气料流；d)对所述醪塔富乙醇蒸气料流进行冷凝，以形成醪塔富乙醇液体料流；e)使所述醪塔富乙醇液体料流进入到精馏塔中，其中产生富乙醇精馏塔蒸气料流和贫乙醇精馏塔水料流；f)使所述富乙醇精馏塔蒸气料流通过分子筛，其中产生分子筛乙醇产物料流；以及g)使所述分子筛乙醇产物料流通过产物蒸馏塔，其中产生最终乙醇产物和污染物料流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.26 US 14/0374111.一种用于制备乙醇的方法，所述方法包括：
a)提供培养基，所述培养基包含由纤维素类生物质制备的水解产物；
b)在产生乙醇的微生物存在下，在发酵罐中对所述培养基进行发酵以
产生包含乙醇的发酵醪；
c)使所述发酵醪进入到醪塔中，其中产生醪塔富乙醇蒸气料流；
d)对所述醪塔富乙醇蒸气料流进行冷凝，以形成醪塔富乙醇液体料
流；
e)使所述醪塔富乙醇液体料流进入到精馏塔中，其中产生富乙醇精馏
塔蒸气料流和贫乙醇精馏塔水料流；
f)使所述富乙醇精馏塔蒸气料流通过分子筛，其中产生分子筛乙醇产物
料流；以及
g)使所述分子筛乙醇产物料流通过产物蒸馏塔，其中产生最终乙醇产
物和污染物料流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述水解产物通过包括用液体氨处理
木质纤维素类生物质的方法来制备。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述最终乙醇产物包含小于约
800ppm的乙醛。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述最终乙醇产物包含小于约
700ppm的乙醛。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述最终乙醇产物包含小于10ppm
的CO2。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述最终乙醇产物包含小于1ppm的
氨。
7.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法还包括：
h)将(e)的所述贫乙醇精馏塔水料流的至少一部分传送至与来自所述发
酵罐的排出料流相连接的发酵蒸气洗涤器，以产生包含水、乙醇、
乙醛和二氧化碳的洗涤器水料流；以及
i)将所述洗涤器水料流传送至所述精馏塔；
其中所述贫乙醇精馏塔水和发酵蒸气洗涤器水在所述精馏塔和发酵蒸
气洗涤器之间形成水再循环回路。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述水再...

【专利技术属性】
技术研发人员：WD帕坦，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：美国;US