[实用新型]一种以煤制合成气为原料生产有机酸或有机醇的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种以煤制合成气为原料生产有机酸或有机醇的系统。

背景技术

合成气来自于煤、石油、生物质和有机废物的气化，是这些含碳物质部分氧化和高温分解产生的，它的主要成分为CO、H₂和CO₂，还含有少量的CH₄和一些硫、氮的化合物，是一类丰富而廉价的生物加工原料，可通过厌氧发酵转化为多种有用的燃料和化学品，比如甲烷、乙酸、丁酸、乙醇和丁醇等。与合成气化学转化相比，生物转化具有以下几个优点：(1)反应条件温和；(2)酶的专一性比无机催化剂高，因而产物得率高，副产物少；(3)生物转化不需要固定的CO和H₂比例；(4)发酵菌对合成气中的硫化物具有耐受性，减少了气体净化成本。

以CO和H₂/CO₂为底物合成乙酸、乙醇的反应方程式如下：

6CO+3H₂O＝C₂H₅OH+4CO₂    (1)

6H₂+2CO₂＝C₂H₅OH+3H₂O    (2)

4CO+2H₂O＝CH₃COOH+2CO₂   (3)

4H₂+2CO₂＝CH₃COOH+H₂O    (4)

乙醇是一种优质的液体燃料，每千克乙醇完全燃烧时约能放出30000kJ的热量。乙醇燃料具有很多优点，它是一种不含硫及灰分的清洁能源，可以单独作为燃料使用；同时，一定量燃料乙醇加入汽油后，混合燃料的含氧量增加，辛烷值提高，降低了汽车尾气中有害气体的排放量。事实上，纯乙醇或与汽油混合物作为车用燃料，最易工业化，并与先进工业应用及交通设施接轨，是最具发展潜力的石油替代燃料。

积极发展燃料乙醇并推广应用车用乙醇汽油已成为国际开发研究热门。

由于我国石油和天然气短缺，煤炭相对丰富的资源特征，加之国际油价的持续高位运行状态，煤炭在我国的能源和化工的未来发展中所处的地位会变得越来越重要。随着科技的不断进步，新型的煤气化技术得到了快速的发展，煤炭作为化工原料的重要性得到了普遍的认可。煤气化的直接产品主要有合成气、一氧化碳和氢气。

以煤制合成气厌氧发酵生产有机酸(醇)，尤其是合成气发酵生产乙醇，是一项极具潜力与竞争力的技术。

作为生物发酵方法的一种，合成气厌氧发酵也存在用水量偏大的弱点，尤其是发酵过程中产生的发酵废液，含水量大于60％，菌体含量在2％以上，COD值高，粘度较大，必须经过处理后才能排放。

发酵废液的处理一直是发酵工业的难题之一，因为发酵废液含水量大，直接浓缩分离能耗大，不经济；国内有很多发酵废液处理专利，多是侧重于絮凝沉淀、过滤分离、干燥回收生物蛋白，但是回收生物蛋白后的滤液仍然需要处理后才能达到水回用和排放的要求。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种以煤制合成气为原料生产有机酸或有机醇的系统，将发酵生产过程中产生的发酵废液全部回用，实现发酵废液的零排放。

本实用新型的一种以煤制合成气为原料生产有机酸或有机醇的系统，包括：

以煤为原料制备水煤浆的球磨机；

以球磨机制备出的水煤浆为原料制备合成气的气化炉；

对气化炉制备出的合成气发酵以生成包含有机酸或有机醇的发酵液的生物反应器；和

分离生物反应器生成的发酵液中有机酸或有机醇水溶液和微生物细胞的后处理单元；其中，

所述球磨机、气化炉、生物反应器和后处理单元依次连接；

所述生物反应器与球磨机之间连接有发酵废液回流管。

优选地，所述系统还包括对制备的水煤浆进行过滤的水煤浆过滤器、存储过滤后的水煤浆的水煤浆贮存罐，以及净化制备的合成气的合成气净化器，所述水煤浆过滤器位于球磨机和气化炉之间，所述水煤浆贮存罐位于水煤浆过滤器和气化炉之间，所述合成气净化器位于气化炉和生物反应器之间。

优选地，所述后处理单元与生物反应器之间还连接有分离细胞回流管。

优选地，所述气化炉是德士古顶喷气化炉、道两段水煤浆气化炉或多喷嘴对置气化炉等。