热需要的。比谷物乙醇方法高至多 三倍的水负荷可在合理的能力使用下在本发明方法中完全再循环。
[0108] 在一个实施例中，精馏塔温度在最高温度下在热集成系统中运行，其中能量从电 站供应给所述精馏塔。在一个实施例中，精馏塔在塔底温度为至少约150°C的情况下运行。 在各种实施例中，精馏塔在塔底温度为至少约150°C、155°C、160°C或更高的情况下运行。
[0109] 在一个实施例中，将来自精馏柱的热用于加热第一效蒸发器，将来自第一效蒸发 器中产生的第一效蒸汽的热用于加热第二效蒸发器，将来自第二效蒸发器中产生的第二效 蒸汽的热用于加热第三效蒸发器，将来自第三效蒸发器中产生的第三效蒸汽的热用于加热 第四效蒸发器，并且将来自第四效蒸发器中产生的第四效蒸汽的热用于加热醪塔。在具有 多于四个蒸发效果的实施例中，蒸汽以相同的方式从一个效果通道下一个效果，并且最终 的效果可将蒸汽直接排放到醪塔中。醪塔通常在6至10psia(41.4至68.9千帕）的压力下，在 最低温度下在序列中运行。
[0110] 在一个实施例中，将来自精馏塔的热用作第一效蒸发器上的热源，并且使第一效 蒸发器中产生的蒸汽传送到第二效蒸发器或蒸气再压缩单元，其通过所述蒸气再压缩单元 压缩并重新用作第一效果上的热源，所述第一效果使用与精馏塔热所用的不同的热交换系 统。如果第一蒸发级中产生的大部分蒸汽作为热介质返回第一级，则基于来自精馏塔的热 负荷，该第一级可作为蒸发的三个或四个效果。
[0111] 比第一蒸发级上所需的蒸汽过量的蒸汽通入蒸发的第二级并且可用作用于所述 级的加热介质。因为，蒸发的最后级优于尚浓度的低挥发性溶质而具有尚沸点尚度，最后的 级较不适用于蒸气再压缩装置。在该蒸发的最终级中生成的蒸汽可作为热源注入醪塔的基 底中。因此，蒸发的两个级可在蒸发的四至六个等效效果的容量下操作，这是由于由蒸气再 压缩单元提供的功能。
[0112] 总之，对于醪蒸发塔所需的热而言，蒸发序列可需要一些附加的热，但需要的总热 接近可持续性。如果蒸发器如典型的谷物乙醇方法中那样运行，则蒸发器负荷控制热需要。 因此，本发明的热集成方法提供用于纤维素乙醇生产方法的热的经济型利用。
[0113] ^Ij
[0114] 本发明将在以下的实例中进一步阐述。应该理解，这些实例尽管说明了本发明的 优选实施例，但是仅以例证的方式给出。通过上述论述和这些实例，本领域的技术人员可确 定本发明的必要特征，并且在不脱离本发明的实质和范围内的前提下，可对本发明进行各 种变化和修改以适应多种用途和条件。
[0115]缩写词的含义如下："kg"意指千克；"hr"意指小时；"ft"意指英尺。
[0116] 实例 1
[0117] 在105°C下运行第一效蒸发器对结垢的影响
[0118] 通过过滤在纤维素乙醇方法中产生的全釜馏物除去固体来制备稀釜馏物。将玉米 秸杆进行研磨并用小于12重量％的浓度的低浓度氨预处理，然后用纤维素酶和半纤维素酶 的组合酶促糖化。使用运动发酵单胞菌属(Zymomonas mobi 1 is)产乙醇物发酵所得的水解 产物。将所得的发酵醪蒸馏以除去乙醇，从而留下全釜馏物，将所述全釜馏物过滤以产生稀 釜馏物。
[0119] 通过一系列蒸发器将具有4.5%总固体百分比的稀釜馏物浓缩成包含50%至55% 固体的糖衆，所述蒸发器由三效降膜蒸发器和强制循环蒸发器（Dedert Corporation， Homewood，111 inois)组成。以在600-800kg/hr范围内的流量，将稀爸馏物进料到第一级蒸 发器中。三效蒸发器在升高的压力下操作，其中第三有效蒸气压力控制在1.35巴（135千 帕），然而强制循环单元在真空下在0.85巴（85千帕）下操作。将在3.5-3.8巴（350-380千帕） 的压力下的蒸汽进料到第一效蒸发器中，同时将附加的蒸汽注入强制循环单元中。在真空 下操作强制循环单元不仅使高固体糖浆的分解风险最小化而且还减少能量需求。
[0120] 经过12天测量蒸发器的温度。第一效蒸发器的液体温度在113°C左右。所有三个蒸 发器均在高于105°C下运行，如图2中所示。
[0121] 总体热传递系数通过热传递速率（以Btu为单位）除以热传递表面积（以ft2为单 位)和对数平均温差（以°F为单位)的乘积来计算。3个降膜蒸发器中的每个和强制循环蒸发 器的热传递表面积为分别为164ft 2(15.2m2)和221ft2(20.5m2)。蒸发器的对数平均温差的 范围为4.5至8°F。计算试验过程中全部四个蒸发器的总体热传递系数并示于图3中。
[0122] 当蒸发器表面结垢时，较少的热从蒸汽传递到处理侧，从而导致液体介质的较少 蒸发和较低的总体热传递系数;随着结垢出现，总体热传递系数趋于随时间下降。如图3所 示，在整个11天的时间段中蒸发器的所有级的总体热传递系数保持相当稳定，其中第一效 果是最高的，这是由于较低的固体％，并且强制循环热交换器是最低的，这是由于高固 体％。最终糖浆中的固体％控制在50%至55%。因此，在第一效蒸发器在高于105°C下操作 的情况下，经过11天的操作时间，对于所有蒸发器观察到很少至没有结垢迹象。
【主权项】
1. 一种用于生产乙醇和再循环水的方法，所述方法包括： a) 提供水解产物发酵培养基； b) 在产生乙醇的微生物存在下在发酵罐中发酵培养基，以产生发酵醪，所述发酵醪包 含约6 %至约10 %的乙醇、水、溶质和固体； c) 提供蒸馏和水处理系统，所述系统包括以下元件： I) 醪塔； II) 精馏塔； III) 固体移除机构；以及 IV) 包括至少四效蒸发等效设备的蒸发序列； 其中所述系统中的每个元件连接至所述系统中的至少一个其它元件， 并且其中所述醪塔、所述精馏塔和所述蒸发序列形成热集成系统； d) 使所述发酵醪进入（I)的所述醪塔中，其中使醪塔富乙醇蒸气料流与包含溶质和固 体的水料流分离； e) 将所述醪塔富乙醇蒸气料流冷凝，从而形成醪塔富乙醇料流； f) 使所述醪塔富乙醇料流进入(II)的所述精馏塔中，其中使进一步的富乙醇精馏塔蒸 气料流与贫乙醇水料流分离； g) 使(d)的所述包含溶质和固体的水料流通过(III)的所述固体移除机构，从而产生固 体基本上被移除的包含溶质的水料流； h) 使(g)的所述固体基本上被移除的包含溶质的水料流通过（IV)的所述蒸发序列，从 而产生蒸发产物和糖浆，所述蒸发产物包含含水高挥发性溶质，所述糖浆包含低挥发性溶 质，其中（IV)的蒸发器序列的第一效蒸发器在高于105°C的温度下运行至少约10天而没有 热交换表面的结垢；以及 i) 处理(h)的所述蒸发产物以基本上移除所述高挥发性溶质，从而产生再循环水； 其中产生富乙醇蒸气并且对水进行处理以用于再循环。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少四效蒸发等效设备包括多效序列中的一 系列至少四个串联的、独立的蒸发器，其包括至少第一效蒸发器、第二效蒸发器、第三效蒸 发器和第四效蒸发器。3. 根据权利要求2所述的方法，其中在所述热集成系统中，将来自所述精馏塔的热用于 加热所述第一效蒸发器，将来自所述第一效蒸发器中产生的第一效蒸汽的热用于加热所述 第二效蒸发器，将来自所述第二效蒸发器中产生的第二效蒸汽的热用于加热所述第三效蒸 发器，将来自所述第三效蒸发器中产生的第三效蒸汽的热用于加热所述第四效蒸发器，并 且将来自所述第四效蒸发器中产生的第四效蒸汽的热用于加热所述醪塔。4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少四效蒸发等效设备包括至少一个第一蒸 发器级和至少一个蒸气再压缩单元。5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述至少四效蒸发等效设备包括多效序列中的至 少两个蒸发器级和至少一个蒸气再压缩单元。6. 根据权利要求4或5所述的方法，其中在所述热集成系统中，将来自所述精馏塔的热 用于加热所述第一蒸发器级，使来自所述第一蒸发器级中产生的蒸汽的热的第一部分通过 所述蒸气再压缩单元并使其回到所述第一蒸发器级，将来自所述第一蒸发器级中产生的蒸 汽的热的第二部分传送到如果存在的第二蒸发器级并且使来自所述第二级蒸发器中产生 的蒸汽的热传送到所述醪塔，或将所述来自所述第一蒸发器级中产生的蒸汽的热的第二部 分直接传送到所述醪塔。7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述精馏塔温度是所述热集成系统中的最高温度。8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述精馏塔在底部温度为至少约150°C的情况下运 行。9. 根据权利要求1所述的方法，其中（h)的所述蒸发产物中的最丰富的高挥发性溶质为 乙酸。10. 根据权利要求1所述的方法，其中通过选自以下的方法处理(h)中的所述蒸发产物： 厌氧消化、需氧消化、纳滤、超滤、反渗透膜分离和离子交换分离。11. 根据权利要求1所述的方法，其中（i)的所述再循环水的至少一部分用于所述水解 产物发酵培养基中。12. 根据权利要求1所述的方法，其中使进一步的富乙醇精馏塔蒸气料流通过分子筛， 从而产生进一步纯化的乙醇产物以及包含水和乙醇的分子筛料流。13. 根据权利要求12所述的方法，其中将所述分子筛料流传送到所述醪塔或所述精馏 塔中。14. 根据权利要求1所述的方法，其中从所述精馏塔收集包含水蒸气和杂醇油的料流并 使其通过所述分子筛，其中将所述杂醇油与所述进一步纯化的乙醇产物合并。15. 根据权利要求1所述的方法，其中纤维素类生物质选自玉米棒、作物残留物如玉米 皮、玉米秸杆、草、小麦秸杆、大麦秸杆、干草、稻杆、柳枝稷、废纸、甘蔗渣、高粱植物材料、大 豆植物材料、从谷物的研磨中获得的组分、树、枝、根、叶、木片、锯末、灌木和灌丛、蔬菜、水 果和花。16. 根据权利要求1所述的方法，其中所述微生物为选自酵母和细菌的产乙醇物。17. 根据权利要求16所述的方法，其中所述产乙醇物选自发酵单胞菌属、发酵杆菌属和 酵母属。18. 根据权利要求1所述的方法，其中所述发酵醪中乙醇的浓度为约7%至约9%。
【专利摘要】本发明提供了采用生物素原料由发酵系统产生乙醇的方法，其中对水进行处理以用于再循环。所述方法的水处理部分采用多效蒸发器，其中使所述第一效蒸发器保持在超过105℃的温度下，并且所述蒸发序列、醪塔形成热集成系统。
【IPC分类】C12P7/06, C12C11/11
【公开号】CN105579586
【申请号】CN201480052744
【发明人】W.D.帕坦, R.B.卡萨特
【申请人】纳幕尔杜邦公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2014年9月25日
【公告号】CN205031905U, US20150087040, WO2015048208A1