[发明专利]固液分离方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求了2011年7月28日提交的美国临时申请号61/512,708的优先权的权益，该美国临时申请通过引用以其全文结合于此。

发明领域

本发明总体上涉及一种用于分离木质纤维素乙醇工艺中的固体和液体组分的方法。更具体地，本发明涉及一种用于利用无空气喷雾干燥器分离木质纤维素的生物质固体残余物中的固体和液体组分的方法。

发明背景

木质纤维素生物质有效转化为乙醇产生一种蒸馏酒糟，该蒸馏酒糟具有非常细小的残余颗粒（主要是木质素、蛋白质和灰烬），由于一个典型工厂中的大体积流体，不能将这些残余颗粒使用典型的分离设备如离心机有效地或经济地进行分离。在已知工艺中，将这些固体和液体组分使用一种机械过滤分离器进行分离，该机械过滤分离器是由电动机产生的液压挤压在一起的多个细布压力机组成。然后将来自该压滤机的分离的液体部分进料至一个蒸发器以进一步冷凝并且，将该固体部分进料至一个常规的干燥器或将它在一个特殊锅炉中作为一种湿的能量材料燃烧。

留在该液体部分中的酒糟可溶性固体对再循环回至该木质纤维素转化过程是有害的并且必须被去除和处理。典型的固液分离技术仅去除了悬浮固体并且允许可溶性固体穿过该分离步骤。木质纤维素的可溶性固体的处理（例如，消解）在高产量的酶促的木质纤维素至乙醇转化过程中不是非常有效的。这些可溶性固体的浓度可以用一个多效蒸发组列（train）来能量有效地完成，但不能实现全部的水去除，因为当将水从该液体中蒸发时，该流体变得非常粘性。因此，要求消耗大量能量的另外的处理如一种空气干燥器，并且由于这些固体的粘性，该另外的处理是复杂的。

由于要处理大量的生物质，有效地进行固液分离所需要的设备，如压滤机是昂贵的。而且，使用压滤机是无效率的，因为它仅将约50%的液体从这些固体中去除。

因此，由压滤机技术处理的高水分固体要求另外的干燥以便这些固体用作标准锅炉燃烧系统中的燃料，否则该湿的混合物只能使用被设计为处理更高量的水的更复杂的流化床燃烧系统来进行燃烧。按这种方式的液体去除要求通常处于衍生自天然气或煤的热能、和电能的形式的额外的能量以运行该压滤机中“挤压”固体的液压泵，由于蒸汽被空气污染，该能量不能为了其他目的而被有效地或经济地重新利用。当蒸汽被空气污染时，添加的能量不再是完全可重复使用的，因为该蒸汽然后将热量传递至它的更低温度的周围事物，使得该传递为少得多有用的。由于我们在一个乙醇工厂中要完成的工作的大部分是将水煮沸，所以低于沸水的任何冷凝温度是不容易有用的。这从以下图表中更好地进行理解，该图表示出了在不同压力下蒸汽中空气的影响。

例如，当将该混合物干燥以用于一个标准燃烧锅炉中并且将它在一个单独的干燥器中进行干燥时，用于干燥的蒸汽不能被再循环，由于它含有太多空气（正常的冷凝温度是约60℃，由于通常存在70%以上的空气），这意味着当使用这个标准干燥技术时，该干燥成本是非常高的。

取决于木质纤维素的原料的类型，这些干燥和燃烧系统可能要求热氧化器以减少来自该混合物中的挥发性有机化合物的排放到环境中的臭味。

因此，蒸发和常规的干燥步骤要求显著量的能量和后处理，并且因此是昂贵的。

因此，所希望的是提供一种要求更少资本并且是更能量有效的用于分离固体和液体组分的方法。

发明概述

本披露的一个目的是消除或减轻之前固体/液体分离工艺的至少一个缺点。具体地，本申请人已经认识到与蒸发、优选三效蒸发结合使用的一种干燥的高能量水蒸汽气氛喷雾干燥器，一种所谓的“无空气喷雾干燥器”可以提供一种用于木质纤维素至乙醇工艺中的酒糟流的改进的固液分离方法。无空气喷雾干燥器还被称为蒸气气氛喷雾干燥器（参见US2010/0146807）。使用无空气喷雾干燥器的优点是重新使用干燥过程中产生的所有蒸汽的可能性，由于不被空气污染，以及该干燥气氛的完全循环，避免了任何向环境排放气体，并且因此消除了用于在释放到大气之前处理这些排出气体的任何设备。

诸位发明人已经开发了一种用于从后蒸馏釜馏物流（蒸馏酒糟）中的液流中分离可溶的和悬浮固体两者的环境友好的方法，该减少了资本和运行成本。