[发明专利]加工淀粉材料生产乙醇的方法

说明书

对相关申请的交叉参考

本发明是2004-06-30提交的美国专利申请系列号10/880,970的部分延续，其要求2002-06-30提交的美国临时申请系列号60/483,724的权益和优先权。

发明领域

本发明涉及通过向淀粉材料应用剪切力来加工淀粉材料以产生淀粉，乙醇，糖浆，油，蛋白质，纤维及其混合物的方法和系统。更加具体地，本发明利用高剪切力加工机来研磨、混合和胶凝化淀粉材料中的一些淀粉。

发明背景

通常将玉米或其它淀粉材料转化成营养产品或具有经济价值的产品，像乙醇。2006年2月，美国有95个乙醇工厂，总的年产能为44亿加仑乙醇。其中，11个工厂(乙醇工厂的12％)各自的年度工厂产能为62-274×10⁶加仑，总量17.81亿加仑，其是美国总产能的40％。55个乙醇工厂(乙醇工厂的58％)，各自年度工厂产能产能为25-57×10⁶加仑，总量为23.15亿加仑，其是美国产能的大约53％。剩余的301×10⁶加仑，其大约是美国总产能的7％，由29个工厂(乙醇工厂的31％)提供，各具有小于25×10⁶加仑的年度产能。

湿磨和干磨是当前在产业上使用的两种类型的乙醇加工方法。具有较大产能的工厂一般使用湿磨法。所有年度产能为57×10⁶加仑或更少的工厂都使用干磨法(来源：Renewable Fuels Association，Washington，DC；Nebraska Energy Office，Lincoln，NE)。

如图8中所示的乙醇生产的湿磨法，由一个主要的乙醇生产加工过程和五个其它的辅助产品生产的分支流程组成。主要流程生产主产品乙醇，一开始将玉米浸泡在水和二氧化硫中801。将玉米放在大的浸泡罐中2-3天以促进玉米分离成其组成部分(即，胚芽，纤维，淀粉，谷蛋白)。然后以下列顺序对它进行加工：研磨和筛选802；去胚芽碾磨803；液体旋流804以便从含有淀粉、谷蛋白和纤维的浆中分离出胚芽；洗涤浆805；碾磨浆806；通过筛选从浆中分离纤维807；通过离心从淀粉中分离谷蛋白808；用洗涤滤器洗涤淀粉809以产生淀粉8 10；混合淀粉、水和酶以便在浆罐中形成淀粉混合物811；在蒸汽加压锅中煮淀粉混合物以便将淀粉液化和水解成大约5-15的葡萄糖等同物(DE)812；将煮过的混合物放置在浆罐中进行淀粉的进一步水解以形成糖浆813；向糖浆中加入酶进行糖化作用814；向糖浆中加入酵母进行发酵815；蒸馏发酵过的混合物以产生乙醇816；利用分子筛将水从乙醇中分离817；和乙醇的变性818。

湿磨的第一个分支流程用浸泡液产生玉米油粗粉，并在浸泡801后以下列顺序加工：轻浸水的超滤/离心860，通过蒸发861减少轻浸水的湿气以生产浸泡液，混合加入浸泡液862，通过干燥864减少浸泡液的湿气以生产带有浸泡液的玉米油粗粉。

在湿磨的第二个分支流程中生产粗制玉米油并在液体旋流步骤804后以下列顺序加工：：胚芽的洗涤和脱水850，干燥胚芽851，和胚芽的压榨(expeller)和抽提852以便从粗制玉米油中分离玉米油粗粉。

湿磨的第三个分支流程产生纤维。这个分枝过程在主要流程的筛选807并且继续进行纤维的干燥830。

谷蛋白粗粉在第四个分支流程中生产并且在离心808分离步骤之后以下列顺序进行：离心和脱水840，和谷蛋白粗粉的干燥841。

湿磨的第五分支流程生产蒸馏谷物(grain)。此第五分支流程在蒸馏步骤816之后并且以下列顺序进行：从糖浆中离心820分离固体，将液体从离心物中蒸发出来821，以及使用干燥器822减少来自剩余固体中的湿气以生产蒸馏谷物。

湿磨法产生乙醇和其它有价值的辅助产物如玉米油和淀粉。不过，如图8中所示，必须在浸泡步骤801中加入二氧化硫，并在湿磨程序的后续步骤中作为空气污染物排放出来。由于浸泡步骤801，谷蛋白粗粉中的蛋白质是不可食用的并且只能用于动物饲料。另外，玉米粒的浸泡要用几天时间并且需要大量能量和水。湿磨法复杂并且在机器方面需要非常多的资金投入。