生物丁醇联合发酵生物乙醇的生产方法技术

本发明专利技术公开了一种生物丁醇联合发酵生物乙醇的生产方法，含淀粉质类原料的糊化醪液先进行生物丁醇发酵，然后再进行生物乙醇发酵。本发明专利技术的优点是：将生物丁醇发酵工艺和生物乙醇发酵工艺进行集成和改进，节省了生产过程中的物料输送电耗、加热用汽和冷却水用量和管理成本，避免了丁醇生产过程的废水排放，同时可以提高成熟醪中总溶剂即丁醇、丙酮、乙醇的总体浓度，达到了显著节能减排的效果。

Method for producing biological ethanol by combining biological butanol with fermentation

The invention discloses a production method of biological butanol combined fermentation of biological ethanol, wherein, the gelatinized mash containing the starchy raw material is fermented by biological butyl alcohol, and then fermented by biological ethanol. The invention has the advantages that the fermentation process of bio butanol fermentation and bio ethanol were integrated and improved, save production materials in the process of conveying power consumption, steam for heating and cooling water consumption and management costs, avoid the waste water discharge butanol production process, and can improve the total solvent in the mature mash the total concentration of butanol, acetone, ethanol, significant effect of energy saving and emission reduction.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物丁醇和生物乙醇发酵生产工艺技术。
技术介绍
丁醇是一种重要的化工原料，可用作油漆和表面涂料的溶剂和各种塑料、 橡胶制品的生产，还可以生产醋酸丁酯、丙烯酸丁酯、丁醛、丁酸、丁胺和乳 酸丁酯等化工产品。丁醇还是一种极具潜力的新型生物燃料,被称为第二代生物燃料，在替代汽油作为燃料方面性能优于乙醇丁醇含有的热值比乙醇高25 % ， 与汽油相当；丁醇的燃点高于乙醇，使用更安全；与乙醇相比，丁醇更易溶于汽油 和柴油，而不易溶于水；丁醇腐蚀性小，易于运输，可直接应用于汽车而不必改造 现有发动机。乙醇是一种常见的化工产品，其可通过生物质原料进行生物乙醇发酵，成 熟醪经过蒸馏获耳又、再经脱水后可制成化工无水乙醇或燃料乙醇。生物丁醇发酵的工艺方法通常是对生物质原料进行生物丁醇发酵，利用 丙酮丁醇菌在严格厌氧条件下，对含有生物质原料如淀粉、糖蜜等的醪液进行 发酵，发酵后醪液中经过蒸馏，获取主产物丁醇、丙酮和乙醇，其含量比为6: 3: 1，上述方法也称为总溶剂发酵，简称AB或ABE发酵。ABE发酵是最古老的发 酵工业之一，曾经在生产规模上仅次于乙醇发酵。中科院植物生理生态研究所 选育的高丁醇比丙酮丁醇菌发酵产物的比例达到7: 2: 1。近年来，中科院上海 生命科学院经过七.五，，国家科技攻关项目研究，从我国土样中自然分离、诱 变、选育得到的高丁醇比例菌种，丁醇的产率占70%，淀粉转化率为25%,总溶 剂可以达到每升2 0克，这些指数均高于传统工业菌种。但从20世纪60年代以后，由于化学合成丁醇的竟争，ABE发酵工业逐渐萎 缩，其原因是ABE发酵法中产物的浓度较低，通常情况下总溶剂成熟发酵醪的 质量指标规定为成熟醪中的总溶剂产量不低于2-2.5%，及总溶剂的质量浓度 20-25g/l，因此一般生产中成熟醪中的总溶剂的含量很低；而且底物浓度对于 丙酮丁醇菌具有抑制作用，醪液的浓度有限制，使用的底物费用高，产物浓度 低，提取阶段需要消耗大量蒸汽，回收费用高。因此80年代以后发达国家基本都采用化学法生产，我国90年代以后也基本淘汰了发酵法生产，即使有生产装 置也绝大部分处于停产状态。随着全球能源危机的不断加剧，以生物质为原料，采用生物发酵法生产各种 化工产品及液体燃料受到了广泛关注。2008年/>开的200710050079号以木薯为原冲牛制取燃油生物丁醇的方法 的专利文件公开了 一种釆用木薯原料发酵法生产丁醇的技术。在现有技术的生物丁醇发酵法中，由于高浓度的底物(如葡萄糖)会对丙酮 丁醇菌有较强的抑制作用，通常会限制醪液浓度，为了提高总溶剂发酵醪的质 量浓度，前苏联曾研究过用22%的玉米醪进行发酵，并添加醪量的400%的蓖麻油 连续地提取发酵过程中所产生的溶剂，以减轻丁醇的抑制作用。近年来，曰本 也进行过类似的研究，同样添加醪量的200%的蓖麻油用于提取溶剂。此法需用 的蓖麻油量较多。所以迄今尚未能正式生产。此外由于发酵产物中的丁醇对生产菌具有严重的抑制作用，如果采用高浓 度醪液发酵，势必在发酵结束时残糖含量高。在现有技术的分批发酵工艺中，发 酵醪液的葡萄糖的质量浓度不超过60 g/ L,相当于醪液中淀粉浓度不超过 8-8.5%,因此总溶剂发酵的醪液是很稀的。而发酵后的丁醇的质量浓度一般都 低于13g/L，溶剂总质量浓度不超过20 g/L，因此，采用现有技术的生物丁醇 发酵技术，生产之后会产生大量的废水，产品回收的成本高，废水处理量大、 化学耗氧量(COD)含量高达到GOOmg/l,每生产一吨总溶剂，大概要产生化-50 吨废水，除了部分废水可以回用外，还有大约35吨的废水要进4亍处理，给企业和 环保都造成较大压力。因此，现有生物丁醇发酵的生产技术是属于一种既高能 耗又大排污量的技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种解决生物丁醇发酵生产总能耗大、排污多的缺陷， 实现生物丁醇生产低能耗、无废水排放的。本专利技术的技术解决方案是 一种， 含淀粉质类原料的糊化醪液先进行生物丁醇发酵，然后再进行生物乙醇发酵。 本专利技术将丁醇发酵和乙醇发酵工艺进行集成和改进，有机的结合在一起，把生物丁醇发酵和生物乙醇发酵串联起来，蒸馏工序也合并在一起。这样生物 丁醇生产过程中不会排放废水，既节约了能耗，又节省了现有生物丁醇发酵产 生的废水处理^投资和管理。本专利技术的技术包含以下两种方式的技术工艺第一种方式采用含淀粉质类原料8-8. 5%的糊化醪液(即现有技术的稀醪)先进行生物丁醇发酵，发酵成熟醪蒸馏后，蒸馏废水直接用作生产生物乙醇的 原料前处理的拌料水进行生物乙醇生产，不用排放丁醇废水。第二种方式是采用含淀粉质类原料30-40%的糊化醪液(即本专利技术的浓醪) 先进行生物丁醇发酵，对于成熟发酵醪液有两种处理方法1、 成熟发酵醪先进行蒸馏提取总溶剂后，蒸馏废水当作是生物乙醇生产 的液化醪，生产生物乙醇，不用排;故丁醇废水。2、 发酵成熟醪不进行蒸馏，直接当作生物乙醇的生产的液化醪，等乙醇 发酵后的混合成熟醪才进行蒸馏分离产物，也不排放丁醇废水。第一种方式所'述成熟醪先经过蒸馏提取总溶剂后，再进行生物乙醇发酵，先将成熟醪蒸馏提取总溶剂，达到生产生物丁醇不用排放废水的有益效果，但不能节约蒸馏分离产物的蒸汽量。第二种方式使用浓醪进行生物乙醇发酵，其中1、成熟醪经过蒸馏，提取总溶剂，蒸馏后的废水中仍含有大量的残糖、糊精及残淀粉，相当于乙醇生产中 的液化醪，用于生物乙醇发酵，也可以达到生产生物丁醇不用排放废水的有益 效果，虽然不能节约蒸馏分离产物的蒸汽量，但因合并了原料前处理工序，也 有一些节能效果；2、成熟醪不经过蒸馏直接进入生物乙醇发酵，可以进一步减 少蒸馏工序的蒸汽消耗和降低系统能耗，而在此工艺过程中，随乙醇发酵产生 气体带走的丙酮、丁醇可以通过可靠的现有回收技术收回，回收液可以混合至 成熟醪中或直接送去蒸馏工序提取丙酮、丁醇和乙醇产品。在所述生物乙醇发酵中，加入重量占成熟醪液体积比为0. 5-1. 5%的乙醇发 酵用活性干酵母或体积比5-30%的经过活化处理扩大培养的乙醇发酵用酒母醪 液，即可以进行正常的生物乙醇发酵。所述淀粉质类原料为玉米、木薯。相对于现有生物丁醇生产，生产每吨总溶剂要排》文48-50吨废水，本专利技术 的技术方案中的生物丁醇生产过程完全没有废水排;故，在节省生物丁醇发酵废水处理投资和管理成本的基础上，还使生物乙醇的生产过程节省了拌料用水。 此外，由于将生产的原料联合前处理、而两种发酵过程串联，生产过程中的蒸 汽消耗、物料输送成本、冷却用水、管理成本等均可以得到节约，而且产物中的总溶剂浓度可以提高至2-2. 5%以上，乙醇含量可以达到10-12%v以上，均达 到和超过现有技术先进水平，可以这样理解因为原有生物丁醇生产技术中， 成熟醪中只有小于2 / 的总溶剂，其余都是废水。但本专利技术的成熟醪中，除了总 溶剂含有2-2. 5%以上之外，还含大量乙醇；另一方面，也可以这样理解在乙 醇成熟醪中除了正常的乙醇含量之外，还含有2-2. 5%的总溶剂，在蒸馏乙醇时可 以同时蒸馏出来.丙酮、丁醇相当于变成乙醇醪液中的杂质成Y分.所以分离丙 酮、丁醇所用的蒸汽能量比原有独自发酵的工艺少很多，而丁醇生产过程的废 液成了正常的乙醇生产的液化醪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物丁醇联合发酵生物乙醇的生产方法，其特征在于：含淀粉质类原料的糊化醪液先进行生物丁醇发酵，然后再进行生物乙醇发酵。

【技术特征摘要】
1、一种生物丁醇联合发酵生物乙醇的生产方法，其特征在于含淀粉质类原料的糊化醪液先进行生物丁醇发酵，然后再进行生物乙醇发酵。2、 根据权利要求1所述的生物丁醇联合发酵生物乙醇的生产方法，其特征在于 生物丁醇发酵后的成熟醪先经过蒸馏提取总溶剂后，再进行生物乙醇发酵。3、 根据权利要求2所述的生物丁醇联合发酵生物乙醇的生产方法，其特征在于 所述糊化醪液为含淀粉质类原料浓度为8-8. 5%的醪液，生物丁醇发酵后的成熟 醪经过蒸馏提取总溶剂后的蒸馏废水，全部用于生物乙醇发酵的原料拌料。4、 根据权利要求2所述的生物丁醇联合发酵生物乙醇的生产方法，其特征在于 所述糊化醪液为含淀粉质类原料浓度为30-40%的醪液，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宪笙，唐兆兴，余伟俊，陈柏铨，姜新春，李智斌，
申请(专利权)人：广东中科天元新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]