一种淀粉基燃料乙醇的清洁生产方法技术

本发明专利技术涉及一种淀粉基燃料乙醇的清洁生产方法，包括以下工段：(1)液化，(2)糖化，(3)发酵，(4)蒸馏和脱水，还包括废糟综合处理和副产品回收利用工段。其中液化工段采用低压喷射器连续蒸煮工艺；发酵工段采用半连续发酵系统，使发酵醪处于流动状态，促进酵母与醪液的均匀接触；蒸馏和脱水工段采用新鲜蒸汽供热精馏塔，精馏塔塔顶酒汽供热组合塔，组合塔塔顶酒汽供热粗馏塔的热耦合方案，得到的无水乙醇经混配后得到变性燃料乙醇，质量满足国家标准GB18350-2001，并通过废糟综合处理及副产品回收利用工段回收利用废糟及废气中的有用物质。该方法中各生产工段换热网络和水网络合理匹配，实现了物耗和能耗低、资源利用充分的清洁生产目标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物
，涉及，特别涉及一种用玉米、木薯、红薯等淀粉基原料生产燃料乙醇的方法。
技术介绍
酒精工业是指以谷类、薯类、糖蜜为原料，经发酵、蒸馏而生产食用酒精、工业酒精和燃料乙醇的工业，是国民经济重要的基础原料产业。近几十年来，随着石油价格的飞涨和生物技术的日新月异，以生物质为原料生产用于替代车用燃料、减少汽车尾气有害物质的燃料乙醇应用日益广泛。2007年我国酒精行业排放废水总量约4亿吨，年排放COD约400万吨，BOD约200万吨，是有机污染物排放量较高的行业之一。同时，传统的燃料乙醇生产方法存在自动化程度低，物耗和能耗高、全厂系统集成优化差等问题，与美国、巴西等燃料乙醇大国尚存在较大差距。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本专利技术的首要目的在于提供，是以玉米、木薯、红薯等淀粉基原料生产燃料乙醇的方法。该生产方法具有物耗和能耗低、自动化程度高，可实现水和热集成优化的优点。本专利技术的目的通过下述技术方案实现，该生产方法的主要工艺流程为淀粉质原料一液化一糖化一发酵一蒸馏一脱水一燃料乙醇， 如图1所示。，该生产方法主要通过以下工段来实现(1)液化将淀粉质原料与水及α -淀粉酶混合搅拌均勻，得到干物质质量含量为 20% 34%的粉浆，预热至70 85 °C后送入预液化罐，搅拌均勻，同时将粉浆加热至80 90°C，搅拌使混合粉浆中的不溶性物质达到稳定的悬浮状态，再进行低压蒸汽喷射液化，出料温度为loo iio°c，然后在loo iio°c保持ι 池进行蒸煮熟化，将所得熟化后的醪液降温至65 80°C后进行闪蒸冷却，得到液化醪。所述淀粉质原料是将淀粉含量为60% 70%，水分质量含量为10% 20%的玉米、木薯和红薯中的一种粉碎至平均粒径为1 3mm得到的淀粉颗粒；所述α -淀粉酶的用量按1. 5 2. Okg/t燃料乙醇产品计。所述闪蒸冷却使用的闪蒸罐的操作压力为-90 _60kPa ；闪蒸后得到的闪蒸汽温度为50 70°C，闪蒸汽冷凝后作为液化工段用水。所述液化工段采用低压蒸汽喷射后蒸煮的连续蒸煮工艺，使混合粉浆受热均勻， 淀粉基原料糊化彻底，与高温蒸煮工艺比较，可提高淀粉出酒率0.5%，并节能30%。所述熟化后的醪液的温度从100 110°C降至65 80°C释放的热量用于对送入液化罐前的粉浆进行加热，从而实现能量的充分利用；粉浆送入预液化罐后，在罐中的停留时间为20 (2)糖化用硫酸调节糖化罐内液化醪的pH值为4. 0 4. 5，搅拌的同时加入 α -1,4-葡萄糖水解酶，其用量为3. 2 4. Okg/t燃料乙醇产品，加完后在50 70°C下保温30 60min进行糖化；糖化后的液化醪冷却至28 32°C得到糖化醪，送往发酵工段。所述糖化后的液化醪的冷却使用两级冷却器，逐级进行冷却，冷却器为螺旋板式和板式冷却器中的一种。(3)发酵采用半连续发酵工艺，使用1个酒母罐和η个发酵罐共同进行发酵。其发酵工艺流程为先在酒母罐中加入糖化醪、活性干酵母和尿素，搅拌均勻后进行增殖和发酵，得到的酒母醪与余下糖化醪混合后的醪液流入1#连续发酵罐，加满后，自然流入2#连续发酵罐，姊连续发酵罐加满后，自然流入3#连续发酵罐，3#连续发酵罐加满后，由3#连续发酵罐流入4#间歇发酵罐，4#间歇发酵罐加满后，则由3#连续发酵罐改流至5#间歇发酵罐，按此步骤由3#连续发酵罐逐个加满5# η#间歇发酵罐，然后进行间歇发酵，发酵结束后，得到发酵成熟醪。所述η = 6 10，1 3#为连续发酵罐，其中的醪液发酵时间为M 30h、温度为 30 33°C，4 n#罐为间歇发酵罐，其中的醪液发酵时间为35 45h、温度为30 36°C。所述在酒母罐中加入的糖化醪的质量为工段O)中所得糖化醪总质量的30% 40%，加入活性干酵母的质量按0. 1 0. 15kg/t燃料乙醇产品计，加入尿素的质量按1 3kg/t燃料乙醇产品计；在酒母罐中进行增殖和发酵的温度为观 32°C，时间为10 12h。所述发酵工段中从酒母罐和发酵罐的发酵过程产生的(X)2和工段中从粗馏塔脱气段排出的(X)2共同进入洗涤塔进行二氧化碳的回收。所述发酵工段采用半连续发酵工艺，发酵醪处于流动状态，可促进酵母与醪液的均勻接触，利于(X)2的排出和回收，同时增强酵母的发酵活性，提高淀粉利用率。半连续发酵的连续发酵罐通常10 15天左右洗刷杀菌一次罐体，节省发酵辅助时间，提高了设备利用率。(4)蒸馏和脱水将发酵成熟醪预热后引入粗馏塔脱气段进行脱气，脱出的C02随酒精蒸汽进入脱汽段冷凝器冷凝，排出C02及不凝气体；脱气后的成熟醪分成两股，一股占总质量流量的30% 60%，引入粗馏塔提馏段进行初步蒸馏，得到酒精蒸汽和粗馏塔塔底废醪，所述酒精蒸汽经脱汽段冷凝器冷凝后得到粗酒，引入粗酒精罐，所述废醪由粗馏塔底部排出；另一股脱气后的成熟醪从脱气段底部侧线抽出，经组合塔塔底废醪预热后引入组合塔进行再次蒸馏，得到塔顶酒精蒸汽和组合塔塔底废醪；所述塔顶酒精蒸汽一部分引入粗馏塔的强制循环再沸器中冷凝，冷凝潜热用于加热粗馏塔，冷凝液作为塔顶回流；另一部分酒精蒸汽引入分子筛脱水机组，得到浓度为60% 80% V/V的淡酒和无水乙醇成品蒸汽，淡酒引入粗酒精罐，无水乙醇成品蒸汽冷凝后即得到燃料乙醇产品，该产品中添加变性剂后得到变性燃料乙醇成品，产品质量符合国家标准GB18350-2001 ；所述废醪由组合塔底部排出；将粗酒精罐中的粗酒预热后引入精馏塔进行浓缩和分离，分别得到含杂醇油的酒精、塔顶酒精蒸汽和塔底余馏水；所述含杂醇油的酒精从进料层上方引出后进行冷却，然后用水稀释洗涤，分层后移出的下层为杂醇油稀释洗涤淡酒，进入粗酒精罐；所述塔顶酒精蒸汽引入组合塔的强制循环再沸器中冷凝，冷凝的潜热用来加热组合塔，冷凝液质量流量的540% 70%回流至精馏塔顶层塔板，其余冷凝液引入组合塔进行再次蒸馏；所述塔底余馏水由精馏塔塔底引出。所述进入粗馏塔脱气段的发酵成熟醪是利用粗馏塔酒精蒸汽、粗馏塔塔底废醪和来自分子筛脱水机组的无水乙醇成品蒸汽进行预热；所述精馏塔通过塔底再沸器通入新鲜蒸汽进行供热后，蒸汽发生冷凝得到的汽凝水和精馏塔塔底余馏水对粗酒精进行二次预热后，一部分作为回用水返回锅炉，另一部分经冷却后用于稀释含杂醇油的酒精。本工段采用多效热耦合精馏工艺，热耦合方案为新鲜蒸汽供热精馏塔，精馏塔塔顶酒精蒸汽供热组合塔，组合塔塔顶酒精蒸汽供热粗馏塔。由此提高热能的利用效率，并减少循环水的消耗量，达到节能降耗的效果。作为一种优选方案，各蒸馏塔的操作压力、塔顶温度分别为粗馏塔塔顶操作压为-70 _30kPa，塔顶温度55 75°C ；组合塔塔顶操作压力为0 IOOkPa,塔顶温度78 102°C ；精馏塔塔顶操作压力为300 520kPa，塔顶温度110 135°C。所述分子筛脱水机组由分子筛吸附塔和解析塔组成；分子筛吸附塔操作压力为 0 150kPa ；分子筛解析塔操作压力为-80 OkPa。本专利技术的一种淀粉基燃料乙醇的生产方法还包括废糟综合处理工段和副产品回收利用工段。其中，废糟处理是对废醪进行固液分离后，对固体和液体中分别进行处理，使之转化为饲料、有机肥料或其他副产品，过程产生的清液和冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种淀粉基燃料乙醇的清洁生产方法，其特征在于包括以下工段：（１）液化：将淀粉质原料与水及α－淀粉酶混合搅拌均匀，得到干物质质量含量为２０％～３４％的粉浆，预热至７０～８５℃后送入预液化罐，搅拌均匀，然后将粉浆加热至８０～９０℃，再进行低压蒸汽喷射液化，出料温度为１００～１１０℃，然后在１００～１１０℃保持１～２ｈ进行蒸煮熟化，将所得熟化后的醪液降温至６５～８０℃后进行闪蒸冷却，得到液化醪；（２）糖化：用硫酸调节液化醪的ｐＨ值为４．０～４．５，搅拌的同时加入α－１，４－葡萄糖水解酶，其用量按３．２～４．０ｋｇ／ｔ燃料乙醇产品计，加完后在５０～７０℃下保温３０～６０ｍｉｎ进行糖化；糖化后的醪液冷却至２８～３２℃得到糖化醪；（３）发酵：将工段（２）中所得糖化醪总质量的３０％～４０％与活性干酵母和尿素加入酒母罐中，搅拌均匀后进行增殖和发酵，得到的酒母醪与余下糖化醪混合后的醪液流入１＃连续发酵罐，加满后，自然流入２＃连续发酵罐，２＃连续发酵罐加满后，自然流入３＃连续发酵罐；３＃连续发酵罐加满后，流入４＃间歇发酵罐，４＃间歇发酵罐加满后，则由３＃连续发酵罐改流至５＃间歇发酵罐，按此步骤由３＃连续发酵罐逐个加满５＃～ｎ＃间歇发酵罐后进行间歇发酵，其中ｎ＝６～１０；发酵结束后，得到发酵成熟醪；（４）蒸馏和脱水：将发酵成熟醪预热后引入粗馏塔脱气段进行脱气，脱出的ＣＯ２随酒精蒸汽进入脱汽段冷凝器冷凝，排出ＣＯ２及不凝气体；脱气后的成熟醪分成两股，一股占总质量流量的３０％～６０％，引入粗馏塔提馏段进行初步蒸馏，得到酒精蒸汽和粗馏塔塔底废醪，所述酒精蒸汽经脱汽段冷凝器冷凝后得到粗酒，引入粗酒精罐，所述废醪由粗馏塔底部排出；另一股脱气后的成熟醪从脱气段底部侧线抽出，经组合塔塔底废醪预热后引入组合塔进行再次蒸馏，得到塔顶酒精蒸汽和组合塔塔底废醪；所述塔顶酒精蒸汽一部分引入粗馏塔的强制循环再沸器中冷凝，冷凝潜热用于加热粗馏塔，冷凝液作为塔顶回流；另一部分酒精蒸汽引入分子筛脱水机组，得到浓度为６０％～８０％Ｖ／Ｖ的淡酒和无水乙醇成品蒸汽，淡酒引入粗酒精罐，无水乙醇成品蒸汽冷凝后即得到燃料乙醇产品；所述废醪由组合塔底部排出；将粗酒精罐中的粗酒预热后引入精馏塔进行浓缩和分离，分别得到含杂醇油的酒精、塔顶酒精蒸汽和塔底余馏水；所述含杂醇油的酒精从进料层上方引出后进行冷却，然后用水稀释洗涤，分层后移出的下层为杂醇油稀释洗涤淡酒，进入粗酒精罐；所述塔顶酒精蒸汽引入组合塔的强制循环再沸器中冷凝，冷凝的潜热用来加热组合塔，冷凝液质量流量的４０％～７０％回流至精馏塔顶层塔板，其余冷凝液引入组合塔进行再次蒸馏；所述塔底余馏水由精馏塔塔底引出。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余伟俊，陈新德，岳国君，王年忠，吴德旺，赵二永，熊莲，唐兆兴，姜新春，周宏才，韩品谦，马建智，黎进英，张正会，何鹏，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，安徽中粮生化燃料酒精有限公司，广东中科天元新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：81