[发明专利]纤维素乙醇生产装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维素乙醇生产装置及方法，可有效降低纤维素乙醇生产过程中酶解反应液中的可代谢的纤维素含量较低，且流动性较差、纤维素酶用量大，成熟醪酒度低，生产能耗物耗高，污水处理难度大等问题，提高维素乙醇作为替代液体燃料的市场竞争力。本发明技术属于生物质能源与资源技术领域。

背景技术

随着世界人口的持续增长和工业化的发展，能源需求日益增加，持续利用煤、石油和天然气等不可再生能源，不但造成能源枯竭，而且加速了生态环境的不断恶化。因此，利用可再生能源，尤其是生物质能源逐渐被人们重视起来。

我国每年可产生大量的农业废弃物、工业生产废弃物及城市垃圾等，如：玉米秸、麦秸、稻草、木薯秸秆以及棉秆等秸秆类物质；糠醛生产过程产生的糠醛渣、木薯淀粉或酒精生产过程产生的木薯渣等工业生产废弃物；以及废纸等城市垃圾。采用这些纤维素原料生产纤维素乙醇越来越受到人们的关注。

纤维素乙醇生产过程主要包括原料酶解、发酵、精馏脱水和废醪液处理等生产单元。纤维素原料中可酶解为酵母可代谢的纤维素通常含量20％～90％，纤维素不溶于水，但在水中易溶服，制备的酶解反应液中的可代谢的纤维素含量较低，且流动性较差、黏度较大，给酶解反应液的灭菌、酶解等过程造成了操作困难，纤维素酶用量大，成熟醪酒度通常小于3％，能耗物耗高，工程化难度大，污水处理难度大等问题，制约着纤维素乙醇产业的发展。因此，采用现代化工技术，改进和完善纤维素乙醇生产技术，降低纤维素乙醇生产过程的能耗和物耗，减少生产过程中排放物对环境的不利影响，是纤维素乙醇为替代能源的推广使用的技术关键。

发明内容

本发明开发的纤维素乙醇生产装置及方法，采用的纤维素原料为玉米秸、麦秸、稻草、木薯秸秆以及棉秆等农业废弃物；糠醛渣、木薯淀粉或木薯酒精产生的木薯渣等工业生产废弃物；以及废纸等含有较多纤维素的城市垃圾。

本发明涉及的一种纤维素乙醇生产方法，包括原料酶解、发酵、精馏脱水和废醪液处理的生产单元，其特征是原料酶解单元的气爆处理采用水蒸气与CO₂气体混合后共同实现对纤维素原料的气爆操作，操作压力表压为0.1～2.OMPa，操作温度为100～240℃，混合汽中CO₂摩尔百分数为1％～60％。

本发明的纤维素原料为玉米秸秆、麦秸、高粱秸秆、稻草、木薯秸秆及棉花秸秆的农业废弃物；包括糠醛渣、木薯淀粉或木薯酒精的木薯渣的工业生产废弃物；包括有废纸及含纤维素成分城市垃圾。

原料酶解单元包括脱杂粉碎、气爆处理、拌料罐、高温灭菌、换热器、离心浓缩、酶解罐和冷却器，拌料罐制备固含量较低的具有较好流动性的酶解反应液，进行高温灭菌及降温操作，灭菌温度为80～150℃，停留时间为5～30分钟，高温灭菌后的酶解反应液通过换热器换热冷却后降至30～55℃后，送至离心浓缩装置，获得固含量较高的酶解反应浓缩液，直接送至酶解罐，进行酶解反应，离心浓缩装置产生的清液作为拌料水预热后返回拌料罐循环使用。

发酵单元的发酵过程中排出的CO₂引入CO₂洗涤塔，净化后的CO₂送至原料酶解单元气爆装置。

精馏脱水单元的来自于发酵单元的发酵成熟醪，依次通过原料预热器1和原料预热器2，预热后进入粗馏塔，预热器1、预热器2的加热介质分别为粗馏塔釜采废醪液、精塔釜采废醪液。

精馏脱水单元的来自于发酵单元的发酵成熟醪，依次通过原料预热器1和原料预热器2，预热后进入粗馏塔，预热器1、预热器2的加热介质分别为粗馏塔釜采废醪液、精塔釜采废醪液。

废醪液处理单元的来自纤维素乙醇生产过程中的精馏脱水单元的液固两相的废醪液，通过预处理、一级全渣厌氧、液固分离、渣泥干燥、二级厌氧、气浮、好氧曝气及深度处理等过程，一级全渣厌氧操作温度为50～65℃，废醪液经一级全渣厌氧处理后，一级厌氧罐排放的含有渣泥的消化出水送至液固分离装置，清液送至二级厌氧罐。

废醪液处理生产单元包括一级全渣厌氧、液固分离、渣泥干燥、二级厌氧、气浮、好氧曝气等过程，二级厌氧水出水送至好氧罐进行好氧曝气操作，好氧出水部分送入废水深度处理装置继续处理，部分返回原料酶解单元作为拌料水使用，好氧罐排出的好氧污泥全部返回一级厌氧罐进行厌氧改性，实现好氧污泥零排放。

本发明涉及一种纤维素乙醇生产装置，