本发明专利技术公开了一种利用生物质制备乙醇、蛋白饲料及天然气的方法及装置，将生物质进行热解气化、净化得到净化合成气；将净化合成气通入发酵装置，通过流加营养物，使用微生物发酵，发酵后产出含有乙醇的醪液以及含有剩余CO的发酵尾气；将发酵尾气与净化合成气混合通入发酵装置进行发酵，或者对发酵尾气进行脱CO处理以及余热回收；将醪液进行蒸馏，得到乙醇、含菌余馏水和不含菌余馏水；将含菌余馏水进行离心浓缩、干燥，得到蛋白饲料；将不含菌余馏水回收并通入发酵装置或者对不含菌余馏水进行污水处理制备天然气。本发明专利技术实现了将生物质原料气化后通过发酵转化为乙醇，实现了生物质原料向清洁能源的高效转化，开拓了生物原料的新的利用途径。
【技术实现步骤摘要】
利用生物质制备乙醇、蛋白饲料及天然气的方法及装置
本申请属于发酵
，具体涉及一种以生物质合成气为原料发酵法制乙醇、蛋白饲料及天然气的方法及装置。
技术介绍
传统燃料乙醇生产工艺多以玉米、小麦、木薯等为原料，通过酵母菌发酵生产乙醇，目前国内已有多家燃料乙醇企业采用此生产工艺，但该工艺都是以粮食及农作物为原料，加工成本较高；将生物质转化为燃料乙醇也是目前的研究热点，已有部分工业化示范项目，但受限于纤维素酶的成本及酶活力，该技术生产成本较高，难以进行工业化推广。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种利用生物质制备乙醇、蛋白饲料及天然气的方法及装置，将可再生的生物质资源通过加压气化、净化等处理后，形成CO与H2的合成气，通过气体发酵技术生产燃料乙醇，并且产生的含菌醪液进一步分离、干燥，形成菌体蛋白粉可以用作动物饲料，具有良好的经济效益和环保效益。实现本专利技术目的所采用的技术方案为，一种利用生物质制备乙醇、蛋白饲料及天然气的方法，包括如下步骤：(1)制备生物质合成气：(1-1)将生物质进行热解气化，得到粗制合成气；(1-2)将所述粗制合成气进行净化处理，同时增压得到净化合成气；(2)生物质合成气发酵：(2-1)将所述净化合成气通入发酵装置，通过流加营养物，使用微生物发酵，发酵过程中所述净化合成气中CO经所述微生物发酵转化为CO2，发酵后产出含有乙醇的醪液以及含有剩余CO的发酵尾气；(2-2)将所述发酵尾气与所述净化合成气混合通入发酵装置进行发酵，或者对所述发酵尾气进行脱CO处理以及余热回收；(3)制备乙醇、蛋白饲料及天然气：(3-1)将所述醪液进行蒸馏，得到乙醇、含菌余馏水和不含菌余馏水，所述蒸馏过程中采用外部热源供热和/或采用所述余热回收的热量；(3-2)将所述含菌余馏水进行离心浓缩、干燥，得到蛋白饲料，所述干燥过程中采用外部热源供热和/或采用所述余热回收的热量；将所述不含菌余馏水回收并通入发酵装置，用作发酵使用；或者对所述不含菌余馏水进行污水处理；所述污水处理包括脱磷、脱氮操作，产生沼气，将所述沼气进行净化处理，得到天然气。进一步地，步骤(1)中，在将生物质进行热解气化前，还包括：将所述生物质经过预处理，所述预处理包括但不限于筛选、除杂、粉碎工序。进一步地，所述生物质为工业废弃物，城市生活垃圾，包括但不限于秸秆、果壳、木屑、纸张的农林废弃物中的一种或者两种以上的混合物。进一步地，步骤(1-1)中，所述生物质进行热解气化，得到粗制合成气和灰分，所述灰分用作农田肥料。进一步地，步骤(1-2)中，所述净化处理包括但不限于脱硫、脱苯系物、脱氯化物、脱氧、除尘；采用但不限于变温吸附或变压吸附工艺进行脱硫、脱苯系物、脱氯化物和/或脱氧。进一步地，步骤(3-2)中，所述含菌余馏水进行离心浓缩后产生离心清液，对所述离心清液进行污水处理。进一步地，所述污水处理后的水通入发酵装置用作发酵使用；所述污水处理后的的污泥用作农田肥料。基于同样的专利技术构思，本专利技术还提供了一种用于实施上述利用生物质制备乙醇、蛋白饲料及天然气的方法的装置，所述装置包括：原料气化装置，用于将所述生物质进行热解气化，得到所述粗制合成气；净化装置，与所述原料气化装置的出口连接，用于将所述粗制合成气进行净化处理，同时增压得到所述净化合成气；发酵装置，与所述净化装置的气体出口连接，用于将所述净化合成气进行发酵，得到所述醪液以及所述发酵尾气；蒸馏装置，与所述发酵装置连接，用于将所述醪液进行蒸馏，得到所述乙醇、所述含菌余馏水和所述不含菌余馏水；菌体蛋白分离装置，与所述蒸馏装置连接，用于对所述含菌余馏水进行离心浓缩，得到离心浓液、离心清液；蛋白干燥装置，与所述菌体蛋白分离装置连接，用于将所述离心浓液进行干燥，得到所述蛋白饲料；尾气处理装置，与所述发酵装置连接，并且与所述蒸馏装置和/或所述蛋白干燥装置连接，用于对所述发酵尾气进行脱CO处理以及余热回收产生蒸汽；污水处理装置，与所述蒸馏装置和所述菌体蛋白分离装置均连接，用于对所述不含菌余馏水以及所述离心清液进行污水处理。进一步地，所述装置还包括生物质预处理装置，用于对所述生物质进行预处理，所述预处理包括但不限于筛选、除杂、粉碎工序，所述原料气化装置与所述生物质预处理装置的出口连接。进一步地，所述发酵装置为搅拌式反应器或气升式反应器；所述蒸馏装置包括但不限于粗馏塔、精馏塔、组合塔。由上述技术方案可知，本专利技术提供的利用生物质制备乙醇、蛋白饲料及天然气的方法及装置，首先将再生的生物质资源通过加压气化、净化后得到包含CO与H2的净化合成气，然后通过气体发酵技术产生高纯度的燃料乙醇及高氨基酸含量的菌体蛋白粉，发酵尾气与净化合成气混合通入发酵装置进行发酵，提高净化合成气的发酵利用率。该气体发酵技术为连续发酵，产生的含菌醪液进一步分离、干燥，形成菌体蛋白粉可以用作动物饲料。同时蒸馏步骤产生的余馏水可部分回用于发酵步骤，降低辅料化学品消耗及用水量，也可部分进行污水处理，通过脱磷、脱氮操作产生沼气，将沼气进行净化处理，得到天然气。本专利技术提供的利用生物质制备乙醇、蛋白饲料及天然气的方法及装置能够将废弃农作物等生物质碳源，通过气化、发酵、蒸馏等步骤，最终产生清洁能源—燃料乙醇和天然气，以及高氨基酸含量的菌体蛋白粉，用作动物饲料。生物质碳源包括农林废弃物、城市生活垃圾、工业垃圾等，对于治理固废污染具有积极作用，具有良好的经济效益和环保效益。附图说明图1为本专利技术实施例中利用生物质制备乙醇、蛋白饲料及天然气的方法的流程图；图2为本专利技术实施例中利用生物质制备乙醇、蛋白饲料及天然气的装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例中利用生物质制备乙醇、蛋白饲料及天然气的装置的操作流程图；附图标记说明：1-生物质，2-生物质预处理装置，3-原料气化装置，4-生物质灰分，5-净化装置，6-发酵装置，7-蒸馏装置，8-尾气处理装置，9-乙醇脱水装置，10-无水乙醇，11-菌体蛋白分离装置，12-蛋白干燥装置，13-蛋白饲料，14-污水处理装置，15-天然气，16-粗制合成气，17-净化合成气，18-发酵尾气，19-醪液，20-含水乙醇，21-含菌余馏水，22-离心浓液，23-离心清液，24-不含菌余馏水，25-蒸汽，26-蒸汽冷凝水。具体实施方式为了使本申请所属
中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。实施例1：在本专利技术实施例中，一种利用生物质制备乙醇、蛋白饲料及天然气的方法，将废弃农作物等生物质碳源，通过气化、发酵、蒸馏等步骤，最终产生清洁能源—燃料乙醇和天然气，以及高氨基酸含量的菌体蛋白粉，用作动物饲料，具有良好的经济效益和环保效益。下面结合图1对上述方法的各个步骤进行详细说明：(1)制备生物质合成气：(1-1)选用工业废弃物，城市生活垃圾，包括但不限于秸秆、果壳、木屑、纸张的农林废弃物作为本方法所使用的生物质，将生物质经过筛选、除杂、粉碎等预处理工序，清除生物质原料中所夹杂的泥沙、白色垃圾等杂质以及腐败霉变的原材料；(1-2)将生物质进行热解气化，得到粗制合成气和剩余的灰分，灰分用作农田肥料；(1-3)将粗制合成气进行净化处理，同时增压得到净化合成气，净化处理包括但不限于脱硫、脱苯系物(苯本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用生物质制备乙醇、蛋白饲料及天然气的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备生物质合成气：(1‑1)将生物质进行热解气化，得到粗制合成气；(1‑2)将所述粗制合成气进行净化处理，同时增压得到净化合成气；(2)生物质合成气发酵：(2‑1)将所述净化合成气通入发酵装置，通过流加营养物，使用微生物发酵，发酵过程中所述净化合成气中CO经所述微生物发酵转化为CO2，发酵后产出含有乙醇的醪液以及含有剩余CO的发酵尾气；(2‑2)将所述发酵尾气与所述净化合成气混合通入发酵装置进行发酵，或者对所述发酵尾气进行脱CO处理以及余热回收；(3)制备乙醇、蛋白饲料及天然气：(3‑1)将所述醪液进行蒸馏，得到乙醇、含菌余馏水和不含菌余馏水，所述蒸馏过程中采用外部热源供热和/或采用所述余热回收的热量；(3‑2)将所述含菌余馏水进行离心浓缩、干燥，得到蛋白饲料，所述干燥过程中采用外部热源供热和/或采用所述余热回收的热量；将所述不含菌余馏水回收并通入发酵装置，用作发酵使用；或者对所述不含菌余馏水进行污水处理；所述污水处理包括脱磷、脱氮操作，产生沼气，将所述沼气进行净化处理，得到天然气。
【技术特征摘要】
1.一种利用生物质制备乙醇、蛋白饲料及天然气的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备生物质合成气：(1-1)将生物质进行热解气化，得到粗制合成气；(1-2)将所述粗制合成气进行净化处理，同时增压得到净化合成气；(2)生物质合成气发酵：(2-1)将所述净化合成气通入发酵装置，通过流加营养物，使用微生物发酵，发酵过程中所述净化合成气中CO经所述微生物发酵转化为CO2，发酵后产出含有乙醇的醪液以及含有剩余CO的发酵尾气；(2-2)将所述发酵尾气与所述净化合成气混合通入发酵装置进行发酵，或者对所述发酵尾气进行脱CO处理以及余热回收；(3)制备乙醇、蛋白饲料及天然气：(3-1)将所述醪液进行蒸馏，得到乙醇、含菌余馏水和不含菌余馏水，所述蒸馏过程中采用外部热源供热和/或采用所述余热回收的热量；(3-2)将所述含菌余馏水进行离心浓缩、干燥，得到蛋白饲料，所述干燥过程中采用外部热源供热和/或采用所述余热回收的热量；将所述不含菌余馏水回收并通入发酵装置，用作发酵使用；或者对所述不含菌余馏水进行污水处理；所述污水处理包括脱磷、脱氮操作，产生沼气，将所述沼气进行净化处理，得到天然气。2.如权利要求1所述的利用生物质制备乙醇、蛋白饲料及天然气的方法，其特征在于：步骤(1)中，在将生物质进行热解气化前，还包括：将所述生物质经过预处理，所述预处理包括但不限于筛选、除杂、粉碎工序。3.如权利要求1所述的利用生物质制备乙醇、蛋白饲料及天然气的方法，其特征在于：所述生物质为工业废弃物，城市生活垃圾，包括但不限于秸秆、果壳、木屑、纸张的农林废弃物中的一种或者两种以上的混合物。4.如权利要求1所述的利用生物质制备乙醇、蛋白饲料及天然气的方法，其特征在于：步骤(1-1)中，所述生物质进行热解气化，得到粗制合成气和灰分，所述灰分用作农田肥料。5.如权利要求1所述的利用生物质制备乙醇、蛋白饲料及天然气的方法，其特征在于：步骤(1-2)中，所述净化处理包括但不限于脱硫、脱苯系...
【专利技术属性】
技术研发人员：佟淑环，莫志朋，陈超，王晓东，贾伟，赵凌，
申请(专利权)人：北京首钢朗泽新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11
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