专利名称：一种秸秆打浆法生产燃料乙醇的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生产燃料乙醇的新工艺，具体地说就是一种利用甘蔗、甜 高粱秸秆等秸秆(以下简称糖质秸秆)生产燃料乙醇的工艺方法。
背景技术：
当前，利用糖质秸秆制作燃料乙醇的工艺方法有固体发酵法、榨汁法和糖 秆粉法等三种。这三种方法的主要优点和缺点如下。固体发酵法，是采用揉切机将糖质秸秆揉碎，利用秸秆碎片进行发酵的方 法。该方法的优点是方法简单，流程简便，容易掌握。但后续加工有三个难点 ①在大批量的固态物料中拌曲困难，不容易搅拌均匀，较短时间内发酵不均匀 和彻底，导致糖转化率降低，如果要提高糖转化率，则需要延长发酵时间；② 即使发酵彻底，较短时间内蒸馏不彻底，降低乙醇收取率，如果要提高乙醇收 取率，则必须延长蒸馏时间；③大批量物料输送困难，如果采用传动带输送， 则可能造成发酵成熟的物料中大量乙醇挥发、损耗，降低乙醇收取率，而且这 个缺点很难采取有效措施予以避免。由于这三个缺点，固体发酵法的糖分转化 率和乙醇收取率较低。搾汁法，是采用压搾机将糖质秸秆的糖汁搾出，利用糖汁发酵的方法。该 方法的最大优点是液态糖汁与酵母混合容易，发酵彻底，发酵液的糖转化率较 高，后续蒸馏的乙醇收取率也较高。但是最大的缺点是糖质秸秆的汁液提取率 不高。 一般情况下，压榨机一次压搾只能搾出糖质秸秆40%的汁液。如需要将 残渣中的剩余汁液榨出，则必须多次加水，反复压榨。其不良后果有三 一是 多次压榨加大加工成本；二是即使多次加水压榨，废渣中的残糖含量(>1%)很 难降低；三是多次加水压榨虽然能够将更多糖分提取，但糖汁浓度降低，发酵 成熟后，发酵液的乙醇浓度降低，加大蒸馏成本。糖秆粉法，是将糖质秸秆烘干粉碎成干粉状，再用糖秆干粉调湿发酵的方 法。该方法的最大优点是秸秆烘干后有利于长期储存。但不足也有三 一是烘 干后还需要调湿才能发酵，浪费能源；二是烘干后许多秸秆柔韧性加强，重量 减轻，不容易粉碎，加工效率很低；三是新鲜糖质秸秆含水量大，每烘干1吨 鲜料，需要成本大约100元，而且加工1吨干粉需要加工费160元，加工成本较高。在实际生产过程中，有些糖质原料，如甜高粱往往成熟期十分集中，如果 采收不及时，就会丢失糖份，而大量原料积压，如果得不到及时处理，往往腐 烂。因此，大批量原料处理和保鲜储存是糖质原料生产燃料乙醇的两大技术瓶颈。由于以上工艺各自都存在难以克服的局限性，在实际生产上难以处理大批 量的生产任务，同时原料保鲜问题也难以解决，很难在产业开发中有效应用。发明内容本发明克服了现有工艺方法的不足，为糖质秸秆生产燃料乙醇，提供了一 套操作方便，降低成本，提高效率的新工艺方法。为了达到以上目的，本发明提出采用"打浆法"新工艺。工艺流程包括 新鲜秸秆清理——清洗——臭氧灭菌——切碎——揉散——打浆——(保鲜) ——添加酵母——预混——厌氧发酵一一粗馏——精馏——脱水等环节。秸秆 打浆法生产燃料乙醇的工艺流程图如图l所示。"打浆法"的基本原理是，新鲜 的甜高粱秸秆含汁液超过70%，粗纤维干物质不足30%，如果将其粗纤维结构 打散，加工到足够细的超细状态，超细的纤维粉末含量不足30%，即可产生含 水分为超过70%的浆状混合物，添加50%水，使糖分含量从18%降到适宜酵母 发酵浓度(12%)，配制成汁液含量大于80%，纤维粉末小于20%的流态桨料， 从而为后续加工提供十分便利条件。本发明的技术方案是1、 一种以糖质秸秆为原料生产燃料乙醇的工艺，包括以下步骤(1)清理秸秆，去除叶片；(2)清洗秸秆；(3)灭菌；(4)切碎； (5)揉散；(6)打浆；(7)发酵；(8)粗馏；(9)精馏；(10)脱水，其特征 在于所述的步骤(6)的打浆过程是用喂料器将秸秆碎片送入循环水收集池， 打浆机通过循环水将秸秆碎片不断从进料口送入打浆机内高速旋转的定转子 中，将秸秆碎片进一步切碎；粉碎后的秸秆粉末随循环水从出料口送进滤浆池，滤浆池将秸秆粉末过滤留在池内，水从筛网中滤出，流回循环水收集池中，继续加入水循环，将新的秸秆碎片带进打浆机；如此循环反复，直到循环水成为 粘稠浆状，使固态的物料转化成为浆料。所述粘稠浆是糖分含量12%,液体含 量大于80%，纤维粉末小于20%的流态浆料。所述步骤(6)采用浓度为100mg/吨臭氧水循环打浆，获得的浆料直接输送 到储浆池保鲜储存，作为步骤(7)的原料，或者在打浆过程中加入酵母，使酵 母与秸秆浆均匀混合，作为步骤(7)的原料。所述步骤(7)秸秆将采用酒精专用安琪酵母发酵，混入酵母的秸秆浆，采 用输浆泵直接输进发酵池，密闭发酵，发酵池釆用井水和蒸馏塔热水循环调节 发酵池温度，将发酵温度控制在36至39度之间，发酵时间为40-50小时。所述步骤(6)的打浆过程中，将秸秆碎片进一步切碎至40目以下。打浆 过程中制得的浆料，由输浆泵和管道输送至下一步骤的装置中。所述步骤(3)中采用浓度为100mg/吨臭氧水浸泡灭菌。将清洗后的秸秆倒 入消毒池，浸泡时间为10-30分钟。所述步骤(8)秸秆浆用输浆泵将物料输入粗馏塔蒸馏釜，开通6公斤压力 蒸汽蒸馏提取50度粗酒，粗酒蒸馏后灌水入蒸馏釜稀释酒糟，然后采用输浆泵 将酒糟排出。所述步骤(9)粗酒输入精馏塔提取95度酒精，多余粗酒送入储酒罐储存， 待发酵原料加工完后，抽取储酒罐粗酒精馏。所述步骤(10) 95度酒精采用分子筛脱水，生产燃料乙醇。本发明的主要创新点如下(1) 采用QDDW湿法粉碎机，将新鲜的固态糖质秸秆，加工成为流态浆料 的工艺方法。(2) 将固态糖质秸秆转化成流态浆料，实现大批量秸秆快速加工、输送、 储存和保鲜的工艺方法。(3) 将固态糖质秸秆加工成流态浆料，实现糖质秸秆与酵母均匀混合的简 便方法。(4) 将固态糖质秸秆加工成流态浆料，进行浆料均匀发酵提取乙醇的方法。(5) 与浆料加工、输送相适应的装置和装置组合。 本发明的主要先进性如下(1) 本发明的打浆机为市售产品采用QDDW湿法粉碎机，其生产厂家是无 锡轻大食品装备有限公司。将新鲜糖质秸秆直接加工成浆状，由于加工过程是 新鲜秸秆直接粉碎，秸秆脆性较好，容易加工，粉碎成本较低。(2) 固态秸秆转化成为流态桨料，可以采用输浆泵的简便方法，实现大批 量的物料输送，从而为后续加工创造了十分便利的条件。(3) 固态糖质秸秆加工成流态的浆料后，由于秸秆纤维部分被粉碎到40目 以下的超细状态，秸秆的生物结构被完全打散，生物代谢作用被阻止，采用臭 氧水混合灭菌后，可以将秸秆储存2至3个月时间，从而实现糖质秸秆的保鲜、 储存，而秸秆的营养成分，尤其是糖分不会丢失。(4) 糖质秸秆被粉碎成超细状态后，糖汁被释放出来，形成了糖汁>70%纤 维粉末<30%的混合物，因此，固态秸秆变成了流态浆料，十分有利于物料与酵 母均匀混合，发酵均匀，散热均匀，縮短发酵时间，提高发酵效率，还便于采 用输浆泵和管道输送，减少物料尤其是发酵后易挥发乙醇的损耗。(5) 由于糖分主要保存在糖汁中，可以被彻底发酵，完全转化为乙醇，提 高乙醇转化率，降低残糖含量。(6) 由于秸秆纤维部分被加工成超细状态，乙醇可以被彻底蒸馏，乙醇提 取率大幅度提高。(7) 打浆过程，将汁液和秸秆纤维粉末全部收取进入浆料，秸秆原始成分 尤其是糖分保留完全。(8) 糖质秸秆打成浆料后，不需采用控制难度大、设备复杂的固体发酵技 术，现成成熟的液体(糖蜜)发酵技术都可应用。为糖质秸秆生产燃料乙醇开 辟了方便之门。发酵设备投资低，有利于生产推广。"打浆法"的以上优点，克服了固体发酵法拌曲困难、发酵不均匀不彻底、 乙醇蒸馏不彻底和物料输送不方便的缺点，也克服了榨汁法糖分提取不完全的缺点，还克服了糖秆干粉法加工成本高、效率低、费能源的缺点，并融会以往 方法的优点，是比较先进的工艺方法。针对本发明具体内容，对比现已经发表的技术和公布的专利技术，本发明 提出的技术创新尚未见有相同报道，也未见本发明技术与其它技术雷同。国内 外见有采用甜高粱、甜菜制桨造纸技术，也有用于饲料开发，但用于乙醇开发 工艺很少，而且本工艺方法具有创新性，是适于实用的新的技术方案。因此， 本发明提出糖质原料制浆用于乙醇开发的工艺属于创新工艺。"打浆法"与现有糖质原料制乙醇工艺——固体发酵法、榨汁法、糖秆粉 法比较，是一套加工工艺和加工效率完全不同的新方法。与固体发酵法比较，"打浆法"是一种将糖质原料加工成流态浆料的方法， 完全改变了固体发酵法的物料形态，同时也克服了因固态物料导致的固体发酵 法拌曲不匀、散热不均、发酵不均匀、发酵不彻底和物料传输不便的多种弊端。与液体发酵法比较，"打浆法"是一种将原料的汁液和碎渣完全利用的方法，根本改变了搾汁法提取部分汁液的工艺思路，克服榨汁法只能榨取40%汁液， 而大量糖分仍残留在碎渣中，导致原料糖分转化率低的缺点。与糖秆粉法比较，"打浆法"是一种采用流态浆料慢速发酵或者将糖质浆料 灭菌保鲜储存以达到大批量储存物料的方法，完全改变了糖秆粉法脱水保存原 料的工艺路线，克服了原料脱水保存——加水发酵工艺路线造成的加工成本增 加的缺点。"打浆法"由于采用了与固体发酵法、搾汁法、糖秆粉法完全不同的全新的 加工思路、加工方法和工艺路线，克服这些方法的缺点。从"打浆法"所产生 的物料形态看，桨料是一种介于固态和液态之间的过渡状态，因此，它能够融 会固体发酵发全部利用原料和搾汁法流态汁液所具备的优点。而"打浆法"浆 料的慢速发酵或者灭菌储存又解决了物料大批量处理和储存的问题，也可以在 较短加工时限内替代糖秆粉法的储存方法。"打浆法"整套工艺流程获得成功有以下几个关键点一是将当代科技优秀成果融会贯通加以利用，从而获得低代价高效率的创 新效果。① 采用臭氧混合水对秸秆表面灭菌，彻底，价廉。甜高梁秸秆经过100mg/ 吨臭氧水浸泡，每批只需20分钟，即可将杂菌含量降低到1A0万，而每处理一 吨甜高粱秸秆只需要10.2元成本。而采用蒸汽灭菌，每吨成本需要21元，每批 需时间60分钟。本法是一种时间短、效果好的方法。② 选用QDDW湿法粉碎机，实现了直接采用新鲜秸秆打浆。由于新鲜秸秆 性脆，易碎，从而实现了大批量秸秆快速粉碎，大幅度降低了加工成本，有效 保存秸秆糖份，使"打浆法"的经济效益和工作效率大幅度提升。采用"打浆 法"粉碎每吨鲜秆只需成本15元。目前，通常采用的秸秆粉碎流程是先烘干秸 秆，然后采用垂片式粉碎机粉碎。由于秸秆烘干后柔韧性强，质量轻，不易粉 碎，效率很低。 一台35kw/h的垂片式粉碎机，需8小时才能加工1吨干秸秆， 折合鲜秆为3.3吨，每吨鲜秆加工成本需38元。尤其是那些糖浆型秸秆，使用 垂片式粉碎机，秸杆粉末极易堵塞网筛，根本无法正常工作，加工成本更高。 另外，采用"打浆法"工艺，由于实现了大批量快速加工目标，从而避免了甜高粱成熟季节秸秆集中采收造成积压腐烂的问题。二是"打浆法"创造了循环水过滤再循环工作节律，正确处理好限量掺水 和大批量处理原料的关系，大幅度提高单位时间秸秆处理产量。从而只需加少 量循环水，就实现处理5倍以上原料的目标。进而创造了利用稀浆打浆机制作 浓浆的方法。
一般情况下，打浆机能够带动的浆料含渣量不能超过15%，当浆料浓度超过20%时，浆料无法带动。本发明制浆方案中，是在打浆循环过程中，把稀浆过滤出来的水再加入循环水参与下一批循环水打浆，使打浆机的浓度始 终保持在稀浆浓度，而过滤将水滤出后，浓度较大。如此循环，打浆机内循环 始终为稀浆，而过滤的浆则为浓桨，直到循环水使用完毕为止，完成一批次打浆任务。按照"打浆法"的流程，每小时可以制成12吨的桨料，相当于处理鲜 杆10吨。而传统粉碎方法，每天只能处理鲜秆不到4吨。三是"打浆法"创立了打浆过程进行浆料与酵母混合的工序，大幅度提高 拌曲效率。在当天需要发酵的浆料，"打浆法"采用了在循环水中拌入酒曲，使 酵母和浆料在打浆过程中就直接混合。减少了固体发酵法秸秆渣拌曲的工序， 同时酒曲在循环水中参与打浆，打浆结束的同时拌曲工序也完成了，使酒曲与 浆料快速、均匀地混合，省时省力，也为后续发酵提供了十分便利的条件，也 大幅度提高发酵的效率。而固体发酵拌曲工序十分笨重，而且很难搅拌均匀， 耗时费力，而且后续发酵往往不均匀，降低发酵效率。四是"打浆法"实现了以管道为通道输浆泵为动力进行物料传输，减少了 物料损耗，大幅度提高了物料输送速度和效率，而且输送成本也很低。"固体发 酵法"物料传输从搬运到输送十分麻烦，费时费力。搾汁法虽然液态的汁液容 易运输，大量的渣需要处理，运输同样麻烦。五是选用QDDW湿法粉碎机设备体积小，但是功力强大，因此投资也较小。 一台体积不到2r^的打浆机，每天可以处理200吨原料。而处理如此大量秸秆 的设备需要大型压榨机才能完成。随着石油资源的日趋枯竭，能源问题日趋紧张，石油价格不断上扬。替代 不可再生化石能源的可再生生物质能源开发成为各国的紧迫任务。全球急待开 发生物质能源，以缓解石油危机。甜高粱为首的糖质原料制取燃料乙醇的工艺 方案也在加紧研究中。由于现行糖质原料制作乙醇工艺存在上述局限性而皆不 成熟，极大程度地限制了生物质能源产业发展，该产业因此而在实际生产上一 直没有取得新的突破。因此，先进的工艺研究成为发展生物质能源的关键，也 是该产业发展的瓶颈。本发明提出了一套简便易行的糖质原料制作燃料乙醇的 新工艺，克服了现行工艺的所有缺点，同时又融会了现行工艺的所有优点，打 开了糖质原料制作燃料乙醇在大批量处理原料和储存保鲜的技术瓶颈，具有十 分重大推广应用价值。该项技术的问世，将极大推动生物质能源产业的发展， 其应用前景十分广阔。的打浆法生产燃料乙醇工艺流程进行燃料乙醇 的生产新鲜秸秆清理——清洗——臭氧灭菌——切碎——揉散——打浆—— (保鲜)——添加酵母——预混——厌氧发酵——粗馏——精馏一一脱水等环 节。该流程包括以下十道工序① 秸秆清理，去除叶片，甜高粱采用剥叶机除叶，然后将秸秆堆放整齐。② 用吊车将秸秆装进滚筒式清洗机，清洗20分钟。③ 清洗后的秸秆倒进消毒池，采用浓度为100mg/吨臭氧水浸泡20分钟灭菌o④ 采用四辊刀式切草机，将秸秆切成8至12mm碎段。⑤ 秸秆碎段送入揉碎机揉成宽度小于5mm的碎片，输送至集料塔，采用蒸 汽抑菌。(D用喂料器将集料塔的秸秆碎片送入循环水收集池，打桨机通过循环水将 秸秆碎片不断从进料口送入打桨机内高速旋转的定转子中，将秸秆碎片进一步 切碎到40目以下超细状态。粉碎后的秸秆粉末随循环水从出料口送进滤浆池， 滤浆池将秸秆粉末过滤留在池内，水从筛网中滤出，流回循环水收集池中，继 续加入水循环，将新的秸秆碎片带进打浆机。如此循环反复，直到循环水成为 粘稠浆状，既完成一个批次操作。所述粘稠浆是糖分含量12%，液体含量大于 80%，纤维粉末小于20%的流态浆料。本发明的打浆机为市售产品釆用QDDW 湿法粉碎机，其生产厂家是无锡轻大食品装备有限公司。制成的秸秆浆有两种用途 一种是用于保鲜储存的，该用途的制浆过程中， 循环水采用浓度为100mg/吨臭氧水循环打浆。采用臭氧水打浆的秸秆浆直接输 送到储浆池保鲜储存。待新鲜原料用完后，即可将保鲜原料输出，混入酵母发 酵制酒精。另一种是直接用于发酵酒精，则循环水灭菌后，直接将酵母混入参 加循环打浆，实现酵母和秸秆浆在打浆环节就达到了直接均匀混合的效果。⑦ 秸秆将采用酒精专用安琪酵母发酵。混入酵母的秸秆浆，采用输浆泵直 接输进发酵池，密闭，发酵。发酵池采用循环水控温，即采用井水和蒸馏塔热 水循环调节控温，将发酵温度控制在38度。⑧ 经过44小时，秸秆浆发酵成熟后，用输浆泵将物料输入粗馏塔蒸馏釜， 开通6公斤压力蒸汽蒸馏提取50度粗酒。粗酒蒸馏后灌水入蒸馏釜稀释酒糟， 然后采用输浆泵将酒糟排出。⑨ 粗酒输入精馏塔提取95度酒精，多余粗酒送入储酒罐储存。待发酵原料 加工完后，抽取储酒罐粗酒精馏。⑩ 95度酒精采用分子筛脱水，生产燃料乙醇。
权利要求
1、一种以糖质秸秆为原料生产燃料乙醇的工艺，包括以下步骤(1)清理秸秆，去除叶片；(2)清洗秸秆；(3)灭菌；(4)切碎；(5)揉散；(6)打浆；(7)发酵；(8)粗馏；(9)精馏；(10)脱水，其特征在于所述的步骤(6)的打浆过程是用喂料器将秸秆碎片送入循环水收集池，打浆机通过循环水将秸秆碎片不断从进料口送入打浆机内高速旋转的定转子中，将秸秆碎片进一步切碎；粉碎后的秸秆粉末随循环水从出料口送进滤浆池，滤浆池将秸秆粉末过滤留在池内，水从筛网中滤出，流回循环水收集池中，继续加入水循环，将新的秸秆碎片带进打浆机；如此循环反复，直到循环水成为粘稠浆状，使固态的物料转化成为浆料。
2、 根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述步骤(6)采用浓度为100mg/吨臭氧水循环打浆，获得的浆料直接输送到储浆池保鲜储存，作为步骤 (7)的原料；所述步骤(6)所述粘稠浆是糖分含量12%，液体含量大于80%， 纤维粉末小于20%的流态浆料。
3、 根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述步骤(6)的打浆过程中加入酵母，使酵母与秸秆浆均匀混合，作为步骤(7)的原料；所述步骤(6)所述粘稠浆是糖分含量12%，液体含量大于80%，纤维粉末小于20%的流态浆 料。
4、 根据权利要求3所述的工艺，其特征在于所述步骤(7)秸秆浆采用 酒精专用安琪酵母发酵，混入酵母的秸秆浆，采用输浆泵直接输进发酵池，密 闭发酵，发酵池采用井水和蒸馏塔热水循环调节控温，将发酵温度控制在36至 39度之间，发酵时间为40-50小时。
5、 根据权利要求1所述的工艺，其特征在于'所述步骤(6)的打浆过程 中，将秸秆碎片进一步切碎至40目以下。
6、 根据权利要求5所述的工艺，其特征在于所述步骤(6)打浆过程中 制得的浆料，由输浆泵和管道输送至下一步骤的装置中。
7、 根据权利要求1一6之一所述的工艺，其特征在于所述步骤(3)中采 用浓度为100mg/吨臭氧水浸泡灭菌。
8、 根据权利要求7所述的工艺，其特征在于将清洗后的秸秆倒入消毒池， 浸泡时间为10-30分钟。
9、 根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述步骤(8)秸秆浆用输 浆泵将物料输入粗馏塔蒸馏釜，开通6公斤压力蒸汽蒸馏提取50度粗酒，粗酒 蒸馏后灌水入蒸馏釜稀释酒糟，然后采用输浆泵将酒糟排出。
10、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述步骤(9)粗酒输入精 馏塔提取95度酒精，多余粗酒送入储酒罐储存，待发酵原料加工完后，抽取储 酒罐粗酒精馏；所述95度酒精采用分子筛脱水，生产燃料乙醇。
全文摘要
本发明涉及一种利用糖质秸秆制取燃料乙醇的工艺。工艺流程包括新鲜秸秆清理—清洗—臭氧灭菌—切碎—揉散—打浆—(保鲜)—添加酵母—预混—厌氧发酵—粗馏—精馏—脱水等环节。其打浆步骤是将新鲜糖质秸秆纤维结构打成40目以下的纤维粉末，使秸秆中的汁液完全释放。以浆料为基础，制定了相适应的储存、保鲜、输送、酵母混合、发酵、提取乙醇新工艺方案，同时还选择与其相适应的装置和装置组合。该工艺方法简单、高效，可以提高乙醇产出率，成本较低。
文档编号C12P7/10GK101307334SQ20081013252
公开日2008年11月19日 申请日期2008年7月16日 优先权日2008年7月16日
发明者张永北 申请人:张永北