[发明专利]太阳能辅助的挥发性发酵产物的生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能辅助的（solar-assisted）挥发性发酵产物及其副产物的生产、加工和/或回收工艺，以及改善其工艺经济性的方法。

背景技术

化石燃料成本的增加以及燃料需求的全球性增长促使人们将市场转移到开发和利用替代能源，以满足如运输、加热和发电等方面的能源需求。目前，用于交通行业最常见的生物燃料是燃料乙醇。目前制备燃料乙醇的主要原料是玉米(美国)和甘蔗(巴西)，但是未来的优选原料可能是生物质纤维素。不管制备燃料乙醇的可发酵糖类是什么，每年制造生产50～100万加仑燃料乙醇的商业设备的资本支出(CAPEX)预计在100～200万美元。因此，由于制造新生产设备的资本支出很高，想要大幅增加燃料乙醇的产量，即使在大多数发达国家也存在很大的资金障碍。

丁醇是另一种替代燃料，可替代传统的汽油。丁醇有许多优势，因为它是一种能够用于汽车的燃料，而且不需要对发动机进行任何改造，它还可以通过现有的燃料管道室输送。此外，丁醇具有很高的能含量（每加仑丁醇的能含量为110,000Btu，每加仑乙醇的能含量为84,000Btu)，而每加仑汽油的能含量约为115,000Btu。丁醇的蒸发系数（evaporative）不到乙醇的六分之一，不到汽油的十三点五分之一。然而，在促进丁醇作为替代燃料方面几乎没有作为，因为与乙醇相比，丁醇的产率和浓度历来非常低。丁醇可以通过石油制备。但是，一直以来，丁醇是由玉米和糖蜜发酵工艺制备的，这种发酵工艺也产生了丙酮和乙醇，被称为ABE(丙酮、丁醇、乙醇)发酵。随着丁醇需求的增加，通过发酵制备的丁醇减少了，主要是因为石油价格下跌到低于糖的价格。而且，比较ABE发酵产量和酵母乙醇发酵产量，一蒲式耳（bushel）玉米的酵母发酵工艺能够产生2.5加仑浓度为10～20%的乙醇，而一蒲式耳（bushel）玉米的ABE发酵产生1.3加仑的丁醇、0.7加仑的丙酮和0.13加仑乙醇，丁醇的浓度只有1～2%。

现有技术中已有许多通过来源于淀粉类或木质纤维素类物质的糖发酵生产挥发性发酵产物（尤其是，例如乙醇和丁醇这样的生物燃料产品）的工艺。通过发酵或其他方式生产生物燃料和其他的挥发性有机物的工艺通常涉及到回收步骤，其中在回收过程中可以利用需要回收化合物的挥发性。回收过程涉及到大量的能量输入，这些能量输入可能是整个生产工艺成本最高的部分。

酒糟(Distillers grains,DGs)是燃料乙醇生产的副产物。它们有悠久的被用于喂养牲畜的历史，对于乙醇生产商和/或提供乙醇生产原料的农民来说，酒糟是一个额外的收入。但是，在发酵过程后加工这些酒糟的成本非常高。通常来说，用于DGs脱水和干燥的能量是传统乙醇生产过程中最大的能量输入之一。迫切需要减少酒糟干燥和脱水过程中所需的能量。

现有技术中已记载有太阳能辅助的挥发性物质的生产和回收方法，例如专利WO/2011/092638。这些方法以热能的方式利用太阳能给生产过程提供能量。但是，在生产过程中，大部分热能即使不是全部热能，都随后被排放掉了，被称为“废能”。

从工业化生产过程回收和再利用排放的热能通常被称为“废能回收”。废能回收的潜能取决于许多因素，包括废能流的特性，用于获取能量的应用程序以及所用的能量回收设备的类型。按照惯例，通常大于500℃的高等废能最适于废能回收，但是回收低于200℃的低等废能能够提供净经济优势。因此，迫切需要采用太阳能输入的方法和废能回收（recapturing）的方法，以改善挥发性有机物生产工艺中整体生产成本。

发明内容

一方面，本发明提供了一种从太阳能辅助的挥发性发酵产物的生产工艺中回收热能的方法，包括从太阳能辅助的挥发性发酵产物生产设备中获取挥发性发酵产物，以及利用热能回收设备回收太阳能辅助的挥发性发酵产物生产过程中产生的热能。

附图说明

图1是本发明的一个设备实施例示意图。

图2表示在本发明一个设备实施例中进行的获取乙醇的两天模拟实验中各种媒介温度的改变。

图3表示在本发明一个设备实施例中进行的获取乙醇的三天模拟实验中各种媒介温度的改变。

图4表示在本发明一个设备实施例中进行的获取仲丁醇的两天模拟实验中各种媒介温度的改变。

图5表示在本发明一个设备实施例中进行的获取正丁醇的两天模拟实验中各种媒介温度的改变。

图6表示在本发明一个设备实施例中进行的在亚麻籽油存在的情况下获取乙醇的两天模拟实验中各种媒介温度的改变。