CN101691537A - 木质纤维素炼制燃料乙醇中的副产物的集成处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种木质纤维素炼制燃料乙醇中的副产物的集成处理方法。本发明主要内容为：开发利用木质纤维素炼制过程中的副产物CO2、木质素、预处理废液、酒精酵母、酒精废糟液，回收生产过程中的少量副产物杂醇油和醛酯。即将木质纤维素炼制燃料乙醇过程中的废气、废液、废渣的处理综合到一个共生模式中，该模式中还包括能量的集成和水集成。本发明方法利用每一步生产过程所产生的副产物，使副产物的利用价值最大化；用环保、低污染途径来开发利用各副产物，形成完全意义上的绿色产业链；从全局观点出发，进行能量和水的有效匹配，降低能耗，节约用水。通过本方案的实施，木质纤维素炼制燃料乙醇的过程不仅能实现废物的零排放，还能为企业带来较好的经济效益。

Description

木质纤维素炼制燃料乙醇中的副产物的集成处理方法
技术领域
本发明涉及一种木质纤维素炼制燃料乙醇中的副产物的集成处理方法，属生态工业和***工程研究领域。
背景技术
近年来，石油危机促进了生物质炼制燃料乙醇技术在世界各国快速的发展。但是，当前粮食危机的出现又趋使研究人员开发以农作物秸秆为代表的各类木质纤维素生物质原料替代粮食资源生产燃料乙醇。
木质纤维素炼制燃料乙醇虽是利于环境保护的，但其加工转化是典型的工业过程，若不合理开发利用木质纤维素炼制燃料乙醇过程产生的副产物，不仅会造成严重的环境破坏，还会造成资源浪费。木质纤维素炼制燃料乙醇过程会产生副产物CO2、木质素、预处理废液、酒精酵母、酒精废糟液，此外还有少量的杂醇油、醛酯产生。这些废气、废渣、废液都有很高的利用价值，合理开发这些副产物并进行生产过程的能量集成和水集成是解决当前木质纤维素炼制燃料乙醇经济效益低的重要途径。
当前，木质纤维素炼制燃料乙醇过程中的副产物利用层次较低，主要途径是把所有废液一并进行处理后排放，废渣用作燃料，其它副产物的开发利用则考虑甚少。这样做的主要问题是：没有分析生产过程每一步所产生的副产物的利用价值，只是笼统的把所有废液一起处理、废渣一起处理，这样没有实现副产物的利用价值最大化；没有重视对生产过程中副产物CO2、酒精酵母的开发利用和杂醇油、醛酯的回收。对潜在的余热资源没有回收利用，造成了资源的浪费。
发明内容
本发明的目的在于针对当前木质纤维素炼制燃料乙醇过程中的副产物利用途径的缺陷，提供一种木质纤维素炼制燃料乙醇中的副产物的集成处理方法，以解决当前木质纤维素炼制燃料乙醇经济效益低的问题。
本发明采用下述技术方案：
一种木质纤维素炼制燃料乙醇中的副产物的集成处理方法，其特征在于该方法包括预处理废液、乙醇发酵产生的CO2、木质素、酒精酵母、酒精废糟液、醛酯处理以及能量集成和水集成，具体如下：
a.预处理废液发酵生产单细胞蛋白：预处理废液中含有可溶于水的半纤维素及其水解产物木糖、***糖，利用它们作碳源，以皮状丝菌851作发酵菌株，制备单细胞蛋白；
b.CO2合成全降解塑料：乙醇发酵产生的CO2纯度高达90％，其纯度达到了生产可降解塑料的要求；将收集得到的CO2进行聚合得到CO2共聚物；
c.木质素生产液体地膜；
d.从发酵成熟醪中分离出酵母乳液，直接作为饲料酵母体；
e.回收精馏过程中的副产物杂醇油和醛酯；
f.酒精废糟液逐级开发利用：酒精废糟液经过过滤，滤渣用于生产饲料，滤液发酵制沼气发电，沼气发酵过程的副产物沼液用于灌溉、沼渣用作有机肥；
g.能量集成途径：酒精废糟液发酵制沼气，利用沼气再进行发电为***供电；发电产生的蒸汽用于蒸汽***预处理或乙醇蒸馏和精馏；利用沼气发电所产热水加热进料；利用精馏塔塔顶的余热驱动吸收式制冷机对乙醇发酵液进行冷却，蒸馏阶段高温馏出液用于加热进料；
h.水集成途径：回用冷却水，如冷却水用于清洗秸秆、拌料或者水洗用水；收集清洗秸秆水经简单过滤处理回用于清洗秸秆，预处理废液生产单细胞蛋白过程的废水，经膜生物深度处理后回用于锅炉用水或者拌料用水；沼气发电的余热(热水)用作拌料；沼气发酵后的沼液用于农业灌溉；蒸馏过程排放的高温馏出液用于加热进料。
本发明与现有木质纤维素炼制燃料乙醇副产物利用途径相比较，具有如下显而易见的实质性特点和优点：开发利用每一步生产过程所产生的副产物，使副产物的利用价值最大化；用环保、低污染途径来开发利用各副产物，形成完全意义上的绿色产业链。例如，CO2作原料生产可降解塑料，木质素作原料生产地膜；考虑到了副产物的逐级利用，如酒精废糟液经过过滤，滤渣用作生产饲料、滤液发酵制沼气发电，并且沼气发酵副产物沼液用于灌溉、沼渣用作有机肥；从全局观点出发，进行能量和水的有效匹配，降低能耗，节约用水。通过本方案的实施，木质纤维素炼制燃料乙醇的过程不仅能实现废物的零排放，还能为企业带来较好的经济效益。
附图说明
图1是木质纤维素炼制乙醇的多产品共生模式。
图2多产品共生模式的能量集成。
图3多产品共生模式的水集成。
具体实施办法
本发明实施以年产1.5万吨的燃料乙醇生产企业为例，实施办法参见图1、2、3。
第一步：年约有上百万吨的预处理废液产生。收集蒸汽***预处理阶段的预处理废液，利用其作碳源将其打入发酵罐，以皮状丝菌851作发酵菌株，采用75℃热水浸提蒸汽***过的木质纤维素进行脱毒，同时用半纤维素水解物进行高密度单细胞蛋白发酵，得到的干菌粉蛋白质含量达到46％；其主要工艺流程：蒸汽***半纤维素水解物→重复补料分批发酵→发酵液浓缩→喷雾干燥。详细生产方法参照陈洪章的《半纤维素蒸汽爆碎水解物连续发酵生产单细胞蛋白的研究》；
第二步：年约可收集CO2近万吨。因乙醇发酵产生的CO2纯度达到了生产可降解塑料的要求，在发酵阶段收集CO2，将环氧化合物和稀土组合催化剂加入到预先干燥过的高压反应釜内，然后通入515～610MPa的CO2，在温度60～80℃下，通过调节电机搅拌转速，反应14h后，聚合得到CO2共聚物；具体生产技术参照高建平的《二氧化碳和环氧化合物合成生物降解塑料》；
第三：年约可回收木质素1.5万吨。从废糟液中分离出木质素，在木质素溶液中添加少量甲醛作交联剂，再添加少量短纤维或其它可溶性高分子化合物，此外添加一些表面活性剂和起泡剂，这样制成的液体混合物，用喷雾器喷到土壤表面，形成一厚层均匀的泡沫，消泡后便在土壤表面形成一层均匀的地膜；具体生产技术参照蒋挺大的《木质素》；
第四：年约收集酒精酵母1000吨。从废糟液中分离出酵母乳液，就可直接作为饲料酵母；具体方法参照马晓建的《燃料乙醇生产与应用技术》；
第五：从精馏塔中分离杂醇油和醛酯，年约可回收杂醇油75吨、醛酯300吨。具体回收方法参照马晓建的《燃料乙醇生产与应用技术》；
第六：年约产生22万吨酒精废糟液。在蒸馏阶段收集酒精废糟液，通过过滤，将滤液打入发酵罐进行沼气发酵，收集沼气进行发电，将滤渣经干燥便可制得干酒糟饲料DDG；再将沼气发酵液进行过滤，沼液用作灌溉，沼渣用作有机肥调节土壤。。具体方法参照刘荣厚的《燃料乙醇的制取工艺与实例》；
能量集成具体实施办法：酒精废糟液发酵制沼气，利用沼气再进行发电为***供电；发电产生的蒸汽用于蒸汽***预处理或乙醇蒸馏和精馏；利用沼气发电所产热水加热进料；利用精馏塔塔顶的余热驱动吸收式制冷机对乙醇发酵液进行冷却，蒸馏阶段高温馏出液用于加热进料。具体方法参照王晟的《溴化锂吸收式制冷机及其优缺点》
水集成具体实施办法：回用冷却水，如冷却水用于清洗秸秆、拌料或者水洗用水；收集清洗秸秆水经简单过滤处理回用于清洗秸秆，预处理废液生产单细胞蛋白过程的废水，经膜生物深度处理后回用于锅炉用水或者拌料用水；沼气发电的余热(热水)用作拌料；沼气发酵后的沼液用于农业灌溉；蒸馏过程排放的高温馏出液用于加热进料。

Claims (1)

1.一种木质纤维素炼制燃料乙醇中的副产物的集成处理方法，其特征在于该方法包括预处理废液、乙醇发酵产生的CO2、木质素、酒精酵母、酒精废糟液、醛酯处理以及能量集成和水集成，具体如下：
a.预处理废液发酵生产单细胞蛋白：预处理废液中含有可溶于水的半纤维素及其水解产物木糖、***糖，利用它们作碳源，以皮状丝菌851作发酵菌株，制备单细胞蛋白；
b.CO2合成全降解塑料：乙醇发酵产生的CO2纯度高达90％，其纯度达到了生产可降解塑料的要求；将收集得到的CO2进行聚合得到CO2共聚物；
c.木质素生产液体地膜；
d.从发酵成熟醪中分离出酵母乳液，直接作为饲料酵母体；
e.回收精馏过程中的副产物杂醇油和醛酯；
f.酒精废糟液逐级开发利用：酒精废糟液经过过滤，滤渣用于生产饲料，滤液发酵制沼气发电，沼气发酵过程的副产物沼液用于灌溉、沼渣用作有机肥；
g.能量集成途径：酒精废糟液发酵制沼气，利用沼气再进行发电为***供电；发电产生的蒸汽用于蒸汽***预处理或乙醇蒸馏和精馏；利用沼气发电所产热水加热进料；利用精馏塔塔顶的余热驱动吸收式制冷机对乙醇发酵液进行冷却，蒸馏阶段高温馏出液用于加热进料；
h.水集成途径：回用冷却水，如冷却水用于清洗秸秆、拌料或者水洗用水；收集清洗秸秆水经简单过滤处理回用于清洗秸秆，预处理废液生产单细胞蛋白过程的废水，经膜生物深度处理后回用于锅炉用水或者拌料用水；沼气发电的余热(热水)用作拌料；沼气发酵后的沼液用于农业灌溉；蒸馏过程排放的高温馏出液用于加热进料。
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