[发明专利]基于固态发酵料连续分离乙醇与余热利用的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于甜高粱茎秆(包括其他糖质原料，如甜菜、甘蔗、菊芋等)固态发酵料，连续分离乙醇和余热综合利用的一体化方法及系统，特别是一种适于规模化糟渣-乙醇连续分离的集成技术和密闭环槽旋转圆盘汽提塔装备，并通过与后续精馏单元有机集成而降低生产能耗和实现余热再利用，属于生物燃料技术领域。

背景技术

生物液体燃料是目前国际公认的唯一能在运输领域大规模替代汽油和柴油的可再生能源，随着石油价格上涨和世人对C0₂减排的关注，生物液体燃料行业正处于十字路口。目前主要是燃料乙醇和生物柴油，其中燃料乙醇占85％以上。我国2006年燃料乙醇产量154万吨，替代3％的运输燃油，已经显示出节能减排效果和拉动三农的作用。国家在《可再生能源中长期发展规划》中提出了到2010年新增非粮燃料乙醇200万吨的目标。

以甜高粱茎杆生产燃料乙醇，在世界许多国家得到了广泛认可，其首要目标在于技术经济性，即能量投入产出比。迄今为止，尽管在甜高粱育种、种植等环节已取得显著成效，但乙醇转化技术始终没有实现商业化突破。因此，积极探索高效、低成本、清洁的甜高粱乙醇生产技术显得尤为迫切。

甜高粱燃料乙醇生产主要采用固态和液态两种发酵方式。液态发酵法通常是将鲜甜高粱茎秆多级压榨提取汁液并进行发酵。美国、印度、罗马尼亚等国借鉴甘蔗燃料乙醇生产工艺就甜高粱乙醇生产进行了探索，我国也申报了多项相关专利，但液态发酵法存在一系列症结难以攻克：压榨后的秆渣中还残留有可发酵糖分，未加以发酵利用；甜高粱榨汁期短，与周年连续生产不适应；高粱汁贮存需要浓缩后灭菌保存，能耗大；浓缩糖汁加水稀释后才能乙醇发酵，废水产生量大，加工成本难以承受，液态发酵路线难以实现商业化；固态发酵法生产燃料乙醇是将甜高粱杆粉碎后直接发酵，具有独特的优势，能够从根本上克服液态发酵的先天性不足，降低对原料预处理强度的要求，同时废水产生量小，能显著提高乙醇产率。国内外学者对固态发酵法生产甜高粱乙醇进行了探索，但多数停留在实验室小试水平，其研究重点放在发酵工学上，对发酵料-乙醇分离研究不够；而工业上往往采用传统白酒酿造工艺，技术落后，劳动强度大，发酵周期长而效率低下；同时，发酵产物为固态料，“甑桶”蒸馏和过汽冷凝技术只能是间歇操作，劳动强度大，得到70％(v/v)以下不同度数的粗醇溶液，消耗大量的加热蒸汽和冷却介质，使其生产成本居高不下，且无法实现商业化大规模运作。更为甚者，传统的固态蒸馏工艺在理论与技术方面都没有深入的研究。

因此，在前述发明《一种基于甜高粱茎秆固体发酵制备乙醇的方法及系统》(申请号：200710080388.0)和发明《一种基于甜高粱秆固态发酵料分离乙醇的方法及系统》(申请号：200710100322.3)的基础上，基于甜高粱与甘蔗固态发酵料，提出一种糟渣-乙醇连续分离一体化技术和密闭环槽旋转圆盘汽提塔设备，以适应现代规模化固态发酵路线生产燃料乙醇的需要，降低乙醇分离能耗并实现余热综合利用。

本发明公开的秆渣-乙醇连续分离与余热综合利用一体化技术及其密闭环槽旋转圆盘汽提塔关键设备，能够对经固态发酵获得的发酵料进行连续乙醇汽提，所得恒定组成乙醇蒸汽作为汽相进料入后续精馏塔，乙醇分离后的糟渣能够自动出料并通过输送皮带送往糟渣深加工单元。通过对精馏工序排出的釜残液进行余热再利用，以补充固态蒸馏过程部分蒸汽消耗。这一集成技术显著节约能耗和降低成本，并满足现代工业化连续生产的要求，将对生物质资源化和能源化利用创造条件。

发明内容

本发明的目的在于围绕当前固态发酵法生产甜高粱乙醇过程中存在的如何从固态发酵料中连续提取乙醇以适应现代大规模商业化生产需要这一关键共性问题，以发明人提出的基于非粮原料(甜高粱与甘蔗等)糟渣-乙醇连续分离与余热综合利用一体化技术和密闭环槽旋转圆盘汽提塔设备为基础，实现固态发酵料自动进出、错流接触提取乙醇、提供恒定组成乙醇蒸汽(30～40％，v/v)，以确保精馏塔稳态运行，并实现余热综合利用以降低能源消耗和环境负荷，进而与精馏、分子筛脱水和挤条成型等后处理单元匹配，实现甜高粱茎杆固态发酵生产燃料乙醇技术商业化运行，这一集成技术同样适合于甘蔗原料固态发酵法生产燃料乙醇。

本发明提出一种基于固态发酵料实现糟渣-乙醇连续分离和余热综合利用的一体化方法和关键设备，其特征在于：所述方法含有以下工艺步骤：