[发明专利]糖质原料生产乙醇发酵/蒸馏一体化工艺及装置

说明书

技术领域

本发明属于生物质液体燃料生产技术领域，特别涉及基于糖质作物(甜高粱、 甘蔗、甜菜、菊芋等)固态发酵、醇-渣气提和糟渣气流干燥生产燃料乙醇的一 体化工艺及装置。

背景技术

国际公认唯有生物燃料能在运输领域大规模替代传统化石燃料。现阶段世界 上燃料乙醇产量最大，也是发展生物质能源的首选产品。粮食乙醇不适合我国国 情，而能够代替粮食生产乙醇的农林生物质资源却十分丰富，年保有量达7亿吨， 但是纤维乙醇转化技术目前仍存在技术瓶颈，短期内难以真正实现商业化。为落 实“不争粮、不争地”的产业发展原则，我国正积极开发非粮原料(甜高粱、甘 蔗、木薯等)生产燃料乙醇技术。

甜高粱以其高含糖量的优点成为国际首选的能源作物，在许多国家甜高粱乙 醇生产已得到了广泛认可。虽然甜高粱可以大面积种植，但是将甜高粱转化为乙 醇的技术却一直没有实现商业化生产。现在首要的目标在于技术经济性，即尽可 能降低生产成本使甜高粱乙醇与汽油价格具有竞争力。

目前甜高粱茎秆生产乙醇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液态发酵。该方法的缺点是秆渣中 可发酵糖分未能加以利用；同时，糖汁浓缩灭菌储存需消耗大量蒸汽；糖浆加水 稀释进行乙醇发酵，废水量大、能耗高而产率低，这些问题使得榨汁法工业化发 酵生产乙醇比较困难。

固态发酵法生产燃料乙醇是将甜高粱杆粉碎后直接发酵，从根本上克服了液 态发酵的先天性不足，降低了对原料预处理强度的要求，并显著提高了乙醇的产 率。但由于传统固态发酵法采用“酵池式”酿酒工艺，发酵周期较长；由于发酵 产物为固态料，需采用“甑桶”馏酒和过汽冷凝技术并只能间歇操作，劳动强度 大；得到的70％(v/v)以下不同酒度的粗醇溶液，需要大量的加热蒸汽和冷却 介质。这些问题致使生产成本居高不下，无法实现商业化大规模运作。更为甚者， 传统的固体蒸馏工艺在理论与机理方面都没有深入的研究。

在之前发明《一种基于甜高粱茎秆固体发酵制备乙醇的方法及系统》(公开 号：CN101220378)和《一种基于甜高粱秆固态发酵料分离乙醇的方法及系统》(公 开号：CN101085995)的基础上，本发明对基于糖质作物的固态发酵法生产燃料 乙醇的工艺和设备进行了优化整合并实现了高度技术集成，可大幅降低生产成本 和节约能耗。

发明内容

本发明的目的是为了从根本上解决当前基于糖质作物的燃料乙醇生产中， 液态发酵方式的榨汁预处理能耗高、发酵周期长、环境污染严重等问题和传统固 态发酵工艺劳动强度大、效率低、难以实现机械化等缺陷，而提供了一种固态发 酵、醇-渣气提和糟渣气流干燥一体化工艺及装置，其特征在于，所述工艺包括 如下步骤：

1)动态进料：糖质作物包括甜高粱、甘蔗、甜菜、菊芋，将其茎秆经剥叶 破碎后获得丝状粉碎料，粉碎料经皮带输送到进料仓，凭借推料绞轮、卧式固态 发酵罐筒体倾斜回转和抄板升举使粉碎料自动进入卧式固态发酵罐并在发酵罐 内最大限度均匀分布；其中推料绞轮的一端与进料仓相连，另一端与卧式固态发 酵罐的进料口相连；减速电机与电控系统驱动卧式固态发酵罐的筒体转动；

2)固态发酵：种子罐中培养好的高产乙醇酵母菌液经菌液排出管、旋转接 头、套管流路，借助空气压送入卧式固态发酵罐，由固定于发酵罐筒体上部的 菌液喷淋管喷洒，同时使粉碎料转动，实现料-液混合，在厌氧环境和强化热质 传递条件下借助高产乙醇酵母菌将可发酵糖分转化为乙醇和CO₂，并及时将CO₂经CO₂排气口排出以强化发酵过程；其中乙醇酵母菌保存编号为CGMCC，No. 1949；

3)醇-渣分离：固态发酵结束后在同一装置内，经旋转接头、套管流路引入 CO2、干热空气或过热蒸汽，在发酵罐筒体回转和抄板作用下与发酵料高效接触， 强化热质传递，通过气提使发酵料中乙醇转入气相或汽相，乙醇气经固态发酵罐 末端乙醇收集组件作为气相送往精馏塔制备95.5％(v/v)的乙醇，或经螺旋板冷 凝器和粗醇收集装置获得平均30～40％(v/v)粗醇溶液；