本發(fā)明屬于尾氣回收技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種工業(yè)尾氣發(fā)酵法制乙醇的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)燃料乙醇生產(chǎn)工藝多以玉米、小麥、木薯等為原料，通過(guò)酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，目前國(guó)內(nèi)已有多家燃料乙醇企業(yè)采用此生產(chǎn)工藝，但該工藝都是以糧食及農(nóng)作物為原料，加工成本較高；同時(shí)中國(guó)作為人口眾多，人均耕地面積較少的國(guó)家，大量使用糧食作物作為原料生產(chǎn)乙醇存在糧食安全問(wèn)題，難以解決“不與人爭(zhēng)糧，不與人爭(zhēng)地”的發(fā)展困擾。而以工業(yè)尾氣為原料的氣體發(fā)酵，以co作為碳源，采用細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)出乙醇及其他產(chǎn)品，原料氣體資源豐富，廉價(jià)且易于收集，生產(chǎn)成本較傳統(tǒng)糧食燃料乙醇有明顯優(yōu)勢(shì)。

工業(yè)企業(yè)的尾氣通常以燃燒加熱或發(fā)電的形式回收利用，會(huì)排放大量的污染物如co2、so2、nox及粉塵等。而將工業(yè)尾氣作為原料直接轉(zhuǎn)化為液體乙醇及其他產(chǎn)品，可以有效減少因燃燒帶來(lái)的co2、顆粒物及nox排放，對(duì)治理霧霾天氣、保護(hù)環(huán)境有積極作用。但工業(yè)尾氣發(fā)酵制乙醇工藝也存在發(fā)酵液中乙醇濃度較低，同時(shí)菌體蛋白受熱變性易堵塞蒸餾塔板，污水中cod及bod含量高等問(wèn)題；而且發(fā)酵尾氣中仍含有少量co，無(wú)法直接排放到空氣中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明的主要目的在于提供一種工業(yè)尾氣發(fā)酵法制乙醇的方法及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全系統(tǒng)工藝的優(yōu)化和有機(jī)結(jié)合，乙醇收率及純度高，并且有效凈化了排放的污水及尾氣，原料得到了有效的利用，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)物質(zhì)和能量的優(yōu)化循環(huán)利用。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種工業(yè)尾氣發(fā)酵法制乙醇的方法，所述方法包括：

將工業(yè)尾氣進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括：脫除工業(yè)尾氣中的有毒物質(zhì)，得到凈化的尾氣；

將所述凈化的尾氣用于發(fā)酵，得到發(fā)酵成熟醪以及余氣；

將所述發(fā)酵成熟醪蒸餾，得到乙醇以及含菌余餾水；

將所述含菌余餾水分離濃縮，得到濃液及清液；

將所述清液凈化處理；

將所述余氣進(jìn)行尾氣處理，去除殘留的co。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述方法還包括：從所述發(fā)酵成熟醪中提取乙醇和bdo混合物，剩下的為廢液；將所述混合物進(jìn)行蒸餾，得到分離的乙醇和bdo(2,3-丁二醇)。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述方法還包括：將所述乙醇脫水。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述方法還包括：將所述廢液凈化處理。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述方法還包括：將所述濃液干燥，得到干粉蛋白。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述方法還包括：回收所述尾氣處理中產(chǎn)生的熱量，將所述熱量用于蒸餾和濃液干燥；回收所述蒸餾和濃液干燥產(chǎn)生的冷凝水，將所述冷凝水用于所述尾氣處理。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述方法還包括：所述發(fā)酵成熟醪蒸餾時(shí)還產(chǎn)生余餾水，將所述余餾水回收用于發(fā)酵，將凈化處理后的清液或廢液回收用于發(fā)酵。

一種工業(yè)尾氣發(fā)酵法制乙醇的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

氣體預(yù)處理裝置，用于脫除尾氣中的有毒物質(zhì)，得到凈化的尾氣；

發(fā)酵裝置，與所述氣體預(yù)處理裝置的氣體出口連接，將凈化的尾氣用于發(fā)酵，得到發(fā)酵成熟醪以及余氣；

蒸餾裝置，與所述發(fā)酵裝置連接，用于將發(fā)酵成熟醪蒸餾，得到乙醇及含菌余餾水；

菌體蛋白分離裝置，與所述蒸餾裝置連接，用于將所述含菌余餾水分離濃縮，得到濃液及清液；

尾氣處理裝置，與所述發(fā)酵裝置連接，用于去除所述余氣中殘留的co；

污水處理裝置，與所述菌體蛋白分離裝置連接，用于將所述清液凈化處理。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，還包括蛋白干燥裝置，與所述菌體蛋白分離裝置連接，用于將濃液干燥，得到干粉蛋白。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，還包括bdo分離裝置，連接在所述發(fā)酵裝置和蒸餾裝置之間，用于提取出發(fā)酵成熟醪中的乙醇和bdo混合物。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述污水處理裝置還與所述bdo分離裝置連接，用于凈化處理bdo分離裝置中的廢液。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，還包括脫水裝置，與所述蒸餾裝置連接，用于將蒸餾得到的乙醇脫水。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明方法中將工業(yè)尾氣進(jìn)行預(yù)處理，脫除工業(yè)尾氣中的有毒物質(zhì)等雜質(zhì)，得到凈化的尾氣，以提高后期得到的乙醇的純度及收率；本發(fā)明將凈化的尾氣用于發(fā)酵得到發(fā)酵成熟醪；將發(fā)酵成熟醪蒸餾得到乙醇，原料得到了有效的利用；將所述蒸餾中的含菌余餾水分離濃縮，得到濃液及清液；本發(fā)明將含菌余餾水進(jìn)行濃縮分離，避免了菌體蛋白受熱變性易堵塞蒸餾塔板的缺陷；本發(fā)明將發(fā)酵后的余氣進(jìn)行尾氣處理，去除殘留的co；將含菌余餾水分離濃縮得到的清液凈化處理，進(jìn)一步凈化了尾氣及污水的排放。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1以工業(yè)尾氣為原料制備乙醇的方法的流程示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2以工業(yè)尾氣為原料制備乙醇的方法的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中的標(biāo)記說(shuō)明如下：1-氣體預(yù)處理系統(tǒng)，2-發(fā)酵系統(tǒng)，3-蒸餾系統(tǒng)，4-脫水系統(tǒng)，5-菌體蛋白分離系統(tǒng)，6-干燥系統(tǒng)，7-污水處理系統(tǒng)，8-尾氣處理系統(tǒng)，9-cng系統(tǒng)，10—無(wú)水乙醇，11-干粉蛋白，12-cng，13-循環(huán)水系統(tǒng)，14-凈化工業(yè)尾氣，15-發(fā)酵尾氣，16-精餾塔底余餾水，17-成熟醪，18-乙醇，19-粗餾余餾水，20、23-蒸汽，21、24-冷凝水，22-離心濃液，25-離心清液，26-沼氣，27、28-污水，29-bdo分離系統(tǒng)，30-乙醇與bdo的混合物，31-廢液，32-bdo。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明通過(guò)提供一種工業(yè)尾氣發(fā)酵法制乙醇的方法及系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有方法的工業(yè)尾氣發(fā)酵制乙醇工藝中存在的發(fā)酵液中乙醇濃度較低，菌體蛋白受熱變性易堵塞蒸餾塔板，同時(shí)污水中cod及bod含量高以及尾氣不能直排等問(wèn)題。

為了解決上述缺陷，本發(fā)明實(shí)施例的主要思路是：

本發(fā)明實(shí)施例工業(yè)尾氣發(fā)酵法制乙醇的方法，所述方法包括：

將工業(yè)尾氣進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括：脫除工業(yè)尾氣中的有毒物質(zhì)，得到凈化的尾氣；

將所述凈化的尾氣用于發(fā)酵，得到發(fā)酵成熟醪以及余氣；

將所述發(fā)酵成熟醪蒸餾，得到乙醇以及含菌余餾水；

將所述含菌余餾水分離濃縮，得到濃液及清液；

將所述清液凈化處理；

將所述余氣進(jìn)行尾氣處理，去除殘留的co。

本發(fā)明實(shí)施例工業(yè)尾氣發(fā)酵法制乙醇的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

氣體預(yù)處理裝置，用于脫除尾氣中的有毒物質(zhì)，得到凈化的尾氣；

發(fā)酵裝置，與所述氣體預(yù)處理裝置的氣體出口連接，將凈化的尾氣用于發(fā)酵，得到發(fā)酵成熟醪以及余氣；

蒸餾裝置，與所述發(fā)酵裝置連接，用于將發(fā)酵成熟醪蒸餾，得到乙醇及含菌余餾水；

菌體蛋白分離裝置，與所述蒸餾裝置連接，用于將所述含菌余餾水分離濃縮，得到濃液及清液；

尾氣處理裝置，與所述發(fā)酵裝置連接，用于去除所述余氣中殘留的co；

污水處理裝置，與所述菌體蛋白分離裝置連接，用于將所述清液凈化處理。

所述的氣體預(yù)處理裝置包含但不限于變溫吸附塔(tsa)、工業(yè)尾氣壓縮機(jī)、脫硫塔、加熱器、脫氧塔、冷卻器等，脫除氣體中的有害物質(zhì)，并對(duì)原料氣加壓；

所述的蒸餾裝置包括但不限于由粗鎦塔、精餾塔等組成，含菌醪液進(jìn)入粗鎦塔，清液進(jìn)入精餾塔，粗鎦塔頂餾出物同樣送入精餾處理；

所述的菌體蛋白分離裝置可采用臥螺離心機(jī)、蝶式離心機(jī)或板框壓濾機(jī)等進(jìn)行菌體蛋白分離濃縮；

所述的尾氣處理裝置可包含氣體氧化/焚燒爐及鍋爐系統(tǒng)；例如，氧化爐可選用蓄熱式氧化爐或直燃式氧化爐；所述的焚燒爐可選用為立式或臥式焚燒爐；

所述的污水處理裝置可采用厭氧處理工藝，所用的厭氧反應(yīng)器可選用ic反應(yīng)器或uasb反應(yīng)器。本發(fā)明實(shí)施例系統(tǒng)還可設(shè)置壓縮天然氣裝置，與所述污水處理裝置連接，用于將污水處理裝置中的沼氣凈化處理，得到壓縮天然氣cng。

本發(fā)明實(shí)施例方法發(fā)酵產(chǎn)生的含乙醇成熟醪送入蒸餾系統(tǒng)，再經(jīng)過(guò)脫水可得到99.5％(v/v)的無(wú)水乙醇，之后通過(guò)與變性劑的混配可制得燃料乙醇應(yīng)用。

為了更加清晰地理解本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。此處所描述的具體例子所涉及的具體數(shù)據(jù)僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例1工業(yè)尾氣發(fā)酵法制乙醇的系統(tǒng)包括氣體預(yù)處理裝置1，發(fā)酵裝置2，蒸餾裝置3，脫水裝置4，菌體蛋白分離裝置5，干燥裝置6，污水處理裝置7，尾氣處理裝置8；采用上述系統(tǒng)以工業(yè)尾氣為原料制備乙醇的方法包括如下步驟：

原料工業(yè)尾氣在氣體預(yù)處理系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)增壓，之后經(jīng)脫硫、脫氧、冷卻后得到凈化工業(yè)尾氣14，送至發(fā)酵裝置2。在發(fā)酵裝置2中菌體以工業(yè)尾氣為原料不斷增殖，并通過(guò)新陳代謝產(chǎn)出乙醇等化學(xué)品。由發(fā)酵裝置2產(chǎn)出的含乙醇濃度3-7％的成熟醪17送入蒸餾裝置3進(jìn)行純化分離。

蒸餾裝置3包括粗鎦塔、精餾塔等，含菌醪液進(jìn)入粗鎦塔，清液進(jìn)入精餾塔，粗鎦塔頂餾出物同樣送入精餾處理，在精餾塔頂產(chǎn)出濃度為95％(v/v)的乙醇18。含菌體蛋白的粗鎦塔底余餾水19送入菌體蛋白分離裝置5進(jìn)行濃縮分離。精餾產(chǎn)出的乙醇18送入脫水裝置4進(jìn)行脫水處理，得到純度為99.5％(v/v)的無(wú)水乙醇10。所述的脫水裝置4可采用分子篩脫水或滲透汽化膜脫水。

粗餾塔底余餾水19送入菌體蛋白分離裝置5中采用離心機(jī)濃縮分離，產(chǎn)出固含量15-30％的離心濃液22，濃液送入干燥裝置6進(jìn)行干燥處理，得到含水量不高于12％的干粉蛋白。離心清液25則送入污水處理裝置7進(jìn)行處理。

發(fā)酵尾氣15含5-15％的co，送入尾氣處理裝置8進(jìn)行處理。尾氣處理裝置8包含氧化爐及鍋爐系統(tǒng)，在氧化爐中通過(guò)高溫氧化將co等可燃物處理。

離心清液25送入污水處理裝置7進(jìn)行處理，采用厭氧加好氧的處理工藝，降低cod及氨氮。厭氧采用ic反應(yīng)器，副產(chǎn)ch4濃度為60-80％的沼氣26。

經(jīng)本工藝流程，原料得到了有效的利用，產(chǎn)物都得到了有效的回收，實(shí)現(xiàn)了全工藝流程的循環(huán)及無(wú)污染排放，具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及社會(huì)效益。

實(shí)施例2

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例2以工業(yè)尾氣為原料制備乙醇的系統(tǒng)包括氣體預(yù)處理裝置1，發(fā)酵裝置2，蒸餾裝置3，脫水裝置4，菌體蛋白分離裝置5，干燥裝置6，污水處理裝置7，尾氣處理裝置8，壓縮天然氣cng裝置9及bdo分離裝置29；采用上述系統(tǒng)以工業(yè)尾氣為原料制備乙醇的方法包括如下步驟：

原料工業(yè)尾氣在氣體預(yù)處理裝置1中經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)增壓，之后經(jīng)脫硫、脫氧、冷卻后得到凈化工業(yè)尾氣14，送至發(fā)酵裝置2。在發(fā)酵裝置2中菌體以工業(yè)尾氣為原料不斷增殖，并通過(guò)新陳代謝產(chǎn)出乙醇等化學(xué)品。發(fā)酵物含有副產(chǎn)物2,3-丁二醇(bdo)，可通過(guò)色譜分離的方法將bdo與乙醇提純出來(lái)，之后通過(guò)蒸餾將2,3-丁二醇與bdo分離純化。bdo分離裝置29采用色譜吸附分離方法，例如模擬移動(dòng)床分離方法。

將發(fā)酵裝置2產(chǎn)出的含乙醇濃度3-7％的成熟醪17送入bdo分離裝置29中，成熟醪液可通過(guò)色譜分離得到乙醇與bdo的混合物30，其余廢液31送入污水處理裝置7?；旌衔?0進(jìn)入蒸餾裝置3蒸餾得到產(chǎn)品乙醇及發(fā)酵副產(chǎn)2,3-丁二醇(bdo)32。

蒸餾裝置3包括粗鎦塔、精餾塔等，含菌醪液進(jìn)入粗鎦塔，清液進(jìn)入精餾塔，粗鎦塔頂餾出物同樣送入精餾處理，在精餾塔頂產(chǎn)出濃度為95％(v/v)的乙醇。含菌體蛋白的粗鎦塔底余餾水19送入菌體蛋白分離裝置5進(jìn)行濃縮分離，精餾塔底余餾水16回用于發(fā)酵裝置2。精餾產(chǎn)出的乙醇送入脫水裝置4進(jìn)行脫水處理，得到純度為99.5％(v/v)的無(wú)水乙醇。

粗餾余餾水19送入菌體蛋白分離裝置5中采用離心機(jī)濃縮分離，產(chǎn)出固含量15-30％的離心濃液22，濃液送入干燥裝置6進(jìn)行干燥處理，得到含水量不高于12％的干粉蛋白。離心清液25則送入污水處理裝置7進(jìn)行處理。

發(fā)酵尾氣15含5-15％的co，送入尾氣處理裝置8進(jìn)行處理。尾氣處理裝置8包含氧化爐及鍋爐裝置，在氧化爐中通過(guò)高溫氧化將co等可燃物處理，同時(shí)產(chǎn)生熱量，熱量送入鍋爐裝置產(chǎn)出1mpa的蒸汽20、23，送往蒸餾裝置3和蛋白干燥裝置6，所述蒸餾裝置3和蛋白干燥裝置6產(chǎn)生的冷凝水21、24返回至鍋爐裝置。

離心清液25送入污水處理裝置7進(jìn)行處理，采用厭氧加好氧的處理工藝，降低cod及氨氮。厭氧采用ic反應(yīng)器，副產(chǎn)ch4濃度為60-80％的沼氣26。

經(jīng)處理后的污水，一部分28回用于發(fā)酵裝置2，另一部分27用于循環(huán)水系統(tǒng)13補(bǔ)水。

污水處理產(chǎn)出的沼氣26送入cng裝置9，經(jīng)脫硫、脫碳、壓縮后制得cng壓縮天然氣12。cng裝置9包括脫硫、脫碳等工藝，所用的脫碳工藝為變壓吸附或高壓水洗法。

本發(fā)明實(shí)施例2中發(fā)酵尾氣送入尾氣處理裝置，在將尾氣中殘余的co處理掉的同時(shí)回收熱量并產(chǎn)出蒸汽，產(chǎn)出的蒸汽供蒸餾和蛋白干燥裝置使用；干燥和精餾裝置以蒸汽為能源，產(chǎn)生的冷凝水回到尾氣處理裝置的鍋爐單元；余餾水分離菌體后的廢液送入污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)處理后的水一部分回用于發(fā)酵，另一部分最終出水用于循環(huán)冷卻水補(bǔ)水；污水系統(tǒng)副產(chǎn)沼氣，經(jīng)凈化處理、壓縮后制得cng。本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)了從原料處理到發(fā)酵產(chǎn)物的分離純化，廢氣的處理及能量回收，副產(chǎn)品的回收，污水處理及處理后水的回用，形成了一個(gè)完成的循環(huán)工藝路線(xiàn)，降低了蒸餾的能耗，通過(guò)全系統(tǒng)工藝流程的優(yōu)化集成實(shí)現(xiàn)了物料、能量的綜合利用和循環(huán)經(jīng)濟(jì)，具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。

上述本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案，至少具有如下的技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明方法中將工業(yè)尾氣進(jìn)行預(yù)處理，脫除工業(yè)尾氣中的有毒物質(zhì)等雜質(zhì)，得到凈化的尾氣，以提高后期得到的乙醇的純度及收率；本發(fā)明將凈化的尾氣用于發(fā)酵得到發(fā)酵成熟醪；將發(fā)酵成熟醪蒸餾得到乙醇，原料得到了有效的利用；將所述蒸餾中的含菌余餾水分離濃縮，得到濃液及清液；本發(fā)明將含菌余餾水進(jìn)行濃縮分離，避免了菌體蛋白受熱變性易堵塞蒸餾塔板的缺陷；本發(fā)明將發(fā)酵后的余氣進(jìn)行尾氣處理，去除殘留的co；將含菌余餾水分離濃縮得到的清液凈化處理，進(jìn)一步凈化了尾氣及污水的排放。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。