[发明专利]用于节能干燥生物炼制中的联产物的方法和系统

说明书

披露了一种用于通过集成干燥器来提高生物炼制干燥操作的能量效率的方法，该干燥器利用工艺蒸气的冷凝热来干燥材料，该干燥器的排放物以能量回收方式捕获。干燥器将清洁的工艺蒸气(例如乙醇)和蒸汽从含有挥发性有机化合物和夹带材料的蒸气中分离出来，以使蒸气净化的需要最小化。间接干燥器在类似于蒸汽管式干燥器的管式干燥器中冷凝蒸气，但利用压缩的工艺蒸气，将热量传递给正在干燥的湿材料。产生的排放蒸气被引导至需要热量(例如蒸馏)并且使蒸气净化的需要最小化的工艺阶段，或者被引导至产生用于工艺使用的蒸气的非接触式热交换器，或者被引导至作为附加效应的另一个干燥器。使用机械蒸气再压缩或热蒸气再压缩来产生蒸气，从而优化整体能量回收。

优先权数据

本国际专利申请要求以下专利申请的优先权：2019年2月1日提交的美国临时专利申请号62/800,044、2019年6月5日提交的美国临时专利申请号62/857,619、以及2019年12月19日提交的美国专利申请号16/721,896，这些专利申请中的每一个特此通过援引并入本文。

发明领域

本发明总体上涉及干燥、以及用于提高干燥操作的能量效率的方法和系统。

发明背景

生物发酵产物(包括生物燃料、生物化学品和联产物如干酒糟)是投入大量能量的结果。栽种生物原料并且然后通过化学处理将其转化为纯化的液体燃料，并且对联产物如干酒糟进行干燥。每个步骤都需要能量密集阶段，包括生物燃料的蒸馏和联产物的干燥。生物酿酒厂使用的常规的第一代方法在蒸馏和干燥方面消耗了大量能量，总工艺能量约为所生产的生物燃料中所包含的能量的三分之一。这些方法的低效率对生产商的经济以及归因于工艺的环境足迹产生了负面影响。

蒸馏和联产物干燥中所消耗的工艺能量典型地构成乙醇或其他发酵产物的生产生命周期中最大的能量需求。在标准生物发酵酿酒中蒸馏能量占总工艺能量的40％至60％。“总工艺能量”是指通过燃烧燃料对工艺直接加热，加上用于泵送、搅拌、研磨等的机械动力所需的电能。

蒸馏系统被设计成满足适合产品市场质量的质量要求，同时满足监管环境排放标准。生物燃料加工中的第一代蒸馏系统是在高度重视简单性，因此与能量使用有关的环境问题在很大程度上被转移到了使相关排放最小化的情况下实施的。生产受到的重视多于使所消耗的总工艺能量最小化或工艺低效率对环境的影响。如今，旨在减少温室气体排放的政策和监管举措正在影响能量的消费者和生产商，从而形成了提高能量效率和使环境足迹最小化的激励措施。

影响能量消费者和生产商的法规的实例包括加利福尼亚州的低碳燃料标准(LCFS)和美国EPA的清洁能源计划。LCFS对燃料途径进行建模，以便为燃料指定碳强度(CI)，其反映了燃料的生命周期二氧化碳排放。燃料生产商的途径(反映了其工艺的CI)产生信用额或需要从其他生产商购买信用额以满足加利福尼亚州的CI目标。这些信用额在确定其价值并允许由生产商货币化的交易所交易。通过LCFS系统直接奖励工艺能量效率的提高，从而激励对能量效率的投资。因为LCFS激励措施直接奖励生产商降低其能量需求，即使在低能量价格提供很少或根本没有激励进行此类投资时，所以节能系统是希望的。

鉴于上述挑战，需要提高整体能量效率和优化使用蒸馏和/或联产物干燥的新的或现有的生物炼制。

发明概述

本发明的一些变体提供了一种节能干燥生物炼制中的湿材料的方法，所述方法包括：

(a)提供含有液相的第一产物、固相的联产物和水的湿材料；

(b)热处理湿材料，以获得含有第一产物的工艺蒸气和含有联产物的工艺液体；

(c)增加工艺蒸气的压力；

(d)通过冷凝不与工艺液体接触的工艺蒸气，在间接干燥器中加热工艺液体的至少一部分，由此工艺蒸气的冷凝热被用于干燥工艺液体；

(e)回收从干燥工艺液体获得的干燥器排放流；以及(f)可选地，将干燥器排放流分离为排放蒸气流和排放固体流。