[实用新型]包含蒸发系统的装置、用于精制从纤维素类生物质发酵得到的啤酒流的装置以及纤维素类乙醇系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2013年9月26日的US14/037407的权益，在此通过引用整体并入本申请。

技术领域

本实用新型涉及通过纤维素类材料发酵生产乙醇的装置，并且更具体地涉及用于处理工艺水有效循环的发酵产物流的装置。

背景技术

通过任意的宽范围的有机原料的发酵产生的乙醇已经成为石油基汽油和柴油产品的重要替代品。目前，大多数燃料乙醇产自谷物，淀粉或糖基原料。这些方法通常包括水和研磨谷物的混合物发酵以得到含酒精的啤酒，其被蒸馏并且脱水，从而回收作为顶部产物的乙醇以及蒸馏底部副产物。副产物包括谷物固体和水中溶解性固体的稀酒糟。蒸馏副产物通常通过蒸发浓缩，从其中去除水并且产生具有可溶物的蒸馏干燥谷物（DDGS），一种用于家畜的重要饲料。

典型的谷物乙醇设备通常具有下列共同的要素：

1)存在着对来自发酵槽的排出物流的吸收或洗涤工艺，以便从共同产生的二氧化碳中回收甲醇，乙醇，更高的醇以及乙醛。这通常使补充的水进入工厂并且通常是冷物流。

2)使用蒸馏产生浓缩在乙醇中直至与水形成共沸组合物的物流、以及不含乙醇的主要是水和固体的物流。该工艺通常使用两个蒸馏塔（称为啤酒蒸馏塔和精馏塔）实现。

3)共沸乙醇物流随后通过涉及夹带剂的双液相共沸蒸馏、或者更常见地通过在分子筛中浓缩而进行进一步的浓缩，从而产生燃料级的乙醇，这是工艺的主要产品。

4)来自2)中提到的水流的固体通过离心或一些其他手段被分离并且可以进一步干燥，以得到动物饲料或用于燃料的材料。

5)4)所产生的水流（逆流）一部分可以循环至工厂的前端，以形成发酵槽的一部分供料；而其余水流被蒸发，除去以其它方式累积的杂质。这些杂质包括不能被发酵的糖类，蛋白和盐类，并且作为浓缩的液流被清除。来自蒸发的冷凝物可以逆流方式直接被循环至发酵槽。发酵工艺通常是两个或三个阶段并且是热集成蒸馏工艺的。

谷物，淀粉和糖基工艺正变得越来越不令人期望，因为它们必须依赖于食物来源，并且对全球食物价格产生负面影响。从纤维素类农业和其它废弃原料生产乙醇避免了这些问题。

纤维素类原料是通常含有纤维素和半纤维素、以及木质素的那些。用于从纤维素类原料生产乙醇的合适原料包括生物质（例如玉米棒，玉米秸秆，草类，木本生物质，甘蔗渣），以及含有高纤维素成分的工业废弃产物。从纤维素类原料生产酒精并且特别是乙醇的工艺描述于多种出版物中（例如，参见Aden等，“LignocellulosicBiomasstoEthanolProcessDesignandEconomicsUtilizingCo-CurrentDiluteAcidPrehydrolysisandEnzymaticHydrolysisforCornStover”，NRELReportNo.TP-510-32438；NRELReportNREL/TP-510-37092，“PlantsfromCornStarchandLignocellulosicFeedstocks（修改版）”；以及Madson,P.W.和D.A.Monceaux，“FuelAlcoholTexbook”中的（FuelEthanolProduction），AlttechInc.，1999）。纤维素类乙醇工艺的各个方面被公开于共同拥有的专利US7629156，US7666282，US7741084，US7741119，US7781191，US7803623，US7807419，US7819976，US7897396，US7910338，US7932063，US7989206，US7998713，US7998722，US8216809，US8241873，US8241880，US8247208，US8278070，US8304213，以及US8304535中。

用于纤维素类生物质生产酒精的工艺面临着通常谷物乙醇工厂中不会存在的特定挑战。最大的挑战是增加的水量消耗，需要能够处理增加的水负荷的工艺。增加的水消耗源自于在发酵培养基中乙醇浓度降低，这通常在5%-10%的乙醇范围，而对于谷物基乙醇生产，则为11%-15%的乙醇范围。此外，在乙醇和固体已经从发酵培养基中除去之后，保留在纤维素工艺的剩余的水比来自谷物工艺的水含有更高水平的杂质。由这种水蒸发所得的冷凝物含有显著更多的乙酸并且不能被直接循环至发酵。对于每一单位生产的乙醇，纤维素工厂中的水处理负荷可能是通常在谷物生产乙醇的工厂中的高达三倍，但是仍然需要使用相当的能量输入的工艺来适应，以便产生可接受的能量占用空间。