[发明专利]制备生物乙醇及其它发酵产品的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于将有机材料转化为可燃物质，典型为烃类燃料例如乙醇的 方法和设备。

背景技术

世界的能量需求正在增长，并且矿物燃料来源耗尽，这导致对可利用能源 的竞争加剧，并由此高的能源价格妨碍了经济的增长。为了克服这种情况，必 须对可再生能源进行开发。根据目前的技术，具有足以满足绝大部分的能量需 求能力的可再生能源只有生物质转化。通过现有技术将生物质转化成热和电， 但是占总能量消耗三分之一的运输燃料(transportation fuel)必须如高能密度 流体一样可利用，优选与例如柴油和汽油的矿物燃料相容。因此需要用于转化 和强加生物质的内能的技术。

用于制备生物乙醇(bio-ethanol)的方法是众所周知的。该方法通常涉及 大量的单元操作，例如原料的制备、发酵以及副产品的提纯。各个这些单元操 作可以包括数个单元操作。这种现有技术存在大量的缺点。首先，生物乙醇主 要由富含淀粉和糖的生物质，例如玉米和小麦谷物来制备。已经在原料收获步 骤中1/2-1/3的植物体材料是不需要的，并且大部分的种子被用于发酵。正在 开发各种方法以增加能够在转化步骤中进行转化的植物体材料的量。这些方法 包括酶水解淀粉以产生能够在发酵中被转化的葡萄糖。通常对全部原料进行处 理，即，料浆还包括在发酵中不发生转化的纤维素部分和其它物质。因此，现 有技术的方法包括将发酵中的残留物与所制备的乙醇分离后浓缩成干物质。该 浓缩的物质可以用作家畜饲料。如果将大量的生物乙醇植物投入操作，并不期 望这些浓缩的副产品的市场能与其产量相匹配。因此需要寻找副产品的其它用 途。其次，现有技术的方法中所涉及的单元操作具有相对高的能量消耗，因此 增加了生物乙醇的生产成本。第三，需要大量的工厂安装成本对残留物进行浓 缩，例如倾析和干燥，而且该干燥尤其耗能。此外，用于制备生物乙醇的现有 方法局限于特定的原料。极其希望能够将例如废料的其它物质最终转化为其它 类型的产品例如油。

发明内容

本发明的目的是提供用于将有机材料例如废弃物、污泥(sludge)、生物 质等转化为烃类产品例如烃类燃料的改进方法和改进设备。

本发明的另一个目的是提供用于更有效地生产发酵产品例如生物乙醇的 方法和设备。在本文中的效率应作广义理解，例如成本效率、能量效率、产量、 残留物的新用途等。

本发明的另一个目的是提供扩大能够被所述过程转化的有机材料的量和 种类的方法和设备。

本发明的进一步的目的是提供由有机材料的转化所得到的改进的可回收 产品，该改进的产品可以作为某种能源而再利用。本发明的第一方面通过提供 一种用于将有机材料转化为烃类燃料例如乙醇的方法来达到上述目的和其它 目的，上述目的和其它目的在下文将变得显而易见，该方法包括：

·发酵所述有机材料从而提供发酵液的发酵过程；

·将已发酵的材料分离为烃类燃料和残留产品的分离过程；

·将所述残留产品至少部分转化为能量的转化过程；

·将至少一些由所述转化过程提供的能量分配到所述发酵过程的能量分配 过程。

所述分离过程也可以被称为提纯过程。

转化为能量的所述转化通常但非专有地包括转化为热能例如热量的转化。

术语“烃类燃料”应作广义理解，通常作为含有碳氢化合物的可燃物质， 例如烃基燃料，它们可以含有或不含有除碳和氢以外的其它元素，例如，一些 所述碳氢化合物可以含有氧和其它元素，例如醇基、醛基、酮基、羧酸基、酯 基、醚基以及它们的反应产物的形式。更具体地说，根据本发明的碳氢化合物 包括油例如生物原油(bio-crude)、生物油(bio-oil)、生物柴油(bio-diesel) 以及醇例如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇。

根据本发明的优选实施方式中所涉及的烃类燃料包括乙醇。进一步地，所 述的乙醇生产可以具有总体上正的节能性，并且通过所述转化过程，乙醇的产 量可以基本上保持不变。