[发明专利]一种纤维乙醇的分离方法及设备

说明书

(一)技术领域

本发明属于纤维乙醇生产技术领域，特别涉及一种纤维乙醇的分离方法及 设备。

(二)背景技术

纤维乙醇是一种利用农牧业与林业纤维类废弃物为原料发酵生产的乙醇。 纤维质是地球上资源量最丰富的可再生资源。在我国，每年仅小麦、玉米的农 作物秸秆就高达7亿吨(折干)以上，其中多数被白白烧掉或废弃，造成资源 浪费，且污染环境。若将其中的约50％加以利用，可以生产约5000万吨以上的 乙醇。因此，利用纤维质原料生产乙醇是确保国家粮食安全的有效途径。

专利CN 101186943A公开了一种利用农作物秸秆生产乙醇的方法，包括对 作物秸秆预处理，固液分离，水解固相组分，经超滤和RO组合过滤浓缩后利 用酵母发酵；发酵醪离心分离，蒸馏，脱水得到乙醇。该方法主要集中在原料 的前期处理上，秸秆中的木质素经碱处理已经变性，后来又进行磺化处理得到 磺化木质素；在酶解后采用超滤和RO组合过滤，酶解液中固形物较多，生产 费用较高；发酵后通过离心分离出酵母进行回用，离心出来的液相去蒸馏；而 酵母经多次回用后，固相一直循环累积，造成离心出来的液相固形物增多，再 去后续的蒸馏，则蒸馏单元易堵、能耗增加。

专利CN 101235392A公开了一种纤维素燃料乙醇及制造方法，其关键是优 选集成耦合新方法使纤维质原料处理、发酵、蒸馏、脱水实现技术创新。乙醇 采用发酵与渗透蒸发—气提耦合技术；纤维乙醇采用两塔或三塔流程进行蒸 馏，脱水采用膜分离与渗透蒸发；或者采用多级精馏/膜分离集成过程。该方 法发酵液中固形物含量高，直接采用膜分离的方法分离乙醇和水，膜易堵塞， 操作成本较高。

专利CN 1298859C公开了一种燃料乙醇生产方法，由原料处理、发酵、精 馏、分子筛吸附脱水、废醪液处理工序组成；精馏工序与分子筛吸附脱水工序 通过热耦合冷凝蒸发过程连接。其所用原料为玉米、大米、小麦、木薯、糖蜜 等淀粉质和糖质原料。

专利CN 101157890A也公开了一种燃料乙醇生产装备及方法，其所用原料 也为淀粉质和糖质原料。精馏脱水过程采用三塔与分子筛吸附塔集成的多效热 耦合精馏技术实现乙醇脱水；通过气流干燥、清液多效蒸发、蒸发凝液厌氧耗 氧和膜超滤净化等装置处理酒精生产中产生的废醪液，以此作为生产中循环冷 却水的补水，实现工艺废水零排放。由于所用的原料是淀粉质和糖质原料产生 的糟渣很少，而纤维原料产生的糟渣多，此种方法并不合适。

目前世界上还没有一家工业规模利用纤维质原料生产燃料乙醇的企业。这 主要是因为纤维乙醇的生产存在5大瓶颈：(1)原料收购难；(2)原料预处理 难；(3)纤维素酶价格高；(4)乙醇分离能耗高；(5)废糟液色素处理难。目 前人们的研究主要集中在原料预处理和纤维素酶方面，而对乙醇分离和废糟液 色素处理研究较少。在纤维乙醇生产中，乙醇分离和废糟液色素处理所消耗的 能量占总能耗的80％，其费用占总成本的30％。因此研发出新的乙醇分离和废 糟液处理工艺对于纤维乙醇生产成本的降低具有十分重要的意义。

(三)发明内容

本发明目的在于提供一种纤维乙醇的分离方法，既能够克服乙醇分离能耗 高的问题又可解决废糟液色素处理的问题。

为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种纤维乙醇的分离方法，先对带有木质素的糖液进入发酵单元发酵得到 的成熟的发酵醪进行固液分离，分离出的固相进行干燥，得到木质素干渣和酒 精蒸气A；分离出的液相进行浓缩得到浓缩液和酒精蒸气B；浓缩液进行干燥 得到木质素干渣和酒精蒸气C；酒精蒸气A、B、C冷凝后经蒸馏得到成品乙醇。

进一步，所述的浓缩其热量来源由所述的酒精蒸气A和酒精蒸气C提供。

酒精蒸气A和酒精蒸气C在使用或者给浓缩提供热量的过程中会冷凝下 来，得到的冷凝液和酒精蒸气B冷凝液合并，再一起蒸馏得到体积浓度为95％ 的成品乙醇。

本发明还提供了一种所述纤维乙醇分离的设备，包括分离单元、两级干燥 单元、浓缩单元、冷凝单元、蒸馏单元，其中分离单元的出口分别有管道与一 级干燥单元和浓缩单元的入口连接，浓缩单元的出口又分别有管道与冷凝单元 与二级干燥单元的入口相连接，冷凝单元的出口通过管道与蒸馏单元入口连 接。

进一步，干燥单元的出口有管道连接至浓缩单元为其提供热量。