專利名稱：利用太陽熱能加工甜高粱或甘蔗提取酒精或糖的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
生物質(zhì)能源
背景技術(shù)：
中東戰(zhàn)爭，石油禁運，使1974年世界石油價格上漲4倍；1981年石油的價格從1978年的14美元漲到35美元；2008年7月11日，原油期貨價格一度達到每桶 147. 25美元！ 1993年中國已成為石油凈進口國，2004年中國石油凈進口量為1. 2億噸，消費量為3. 1億噸，進口依存度達到了 38. 7%;國際能源署(IEA)預測中國到2010年、2020年石油進口依存度將達到61. 0%和76. 9%，這給中國石油安全帶來了日益嚴重的影響。2011 年2月24日，國際油價電子盤價格再度站上102美元大關(guān)，2011年中國石油及其制品總消費量將達4. 6億噸。用汽油做燃料，使人們付出了沉重的代價，近期大氣中的(X)2的濃度已從工業(yè)革命前的^Oppm上升到2000年的416ppm ；專家指出，如果溫室氣體在大氣中增長速度保持在目前態(tài)勢，那么至2100年溫度將上升1. 5-4. 5°C，全球海平面將可上升一米左右。世界上有些城市和島嶼，有可能遭受滅頂之災。目前，全世界每年由于燃燒礦物燃料排放出來的碳達60億噸，成為大氣中(X)2的主要來源，導致溫室效應與酸雨。目前，已沒有單一的技術(shù)能解決世界對能源的需求。因此，各國都在尋找新的能源。一些有識之士看準了綠色能源的開發(fā)和利用。在生物量能源系統(tǒng)中，甜高梁是第一位的競爭者。因為甜高粱為C4植物甜高粱光合作用的補償點幾乎等于零，(X)2的濃度達到產(chǎn) Ippm時就即可積累光合產(chǎn)物，而小麥等C3作物必需60ppm時才能積累光合產(chǎn)物；甜高梁呼吸作用幾乎測不出來，而C3作物的大豆，總的光合產(chǎn)物的47-75%為其夜間的呼吸作用所消耗；當光和溫度達到最大值時，甜高粱的光合作用仍未達到飽和狀態(tài)。甜高梁之所以高產(chǎn)并不是多施肥、多澆水就能奏效，這就是我們開發(fā)甜高粱的理論基礎。那么在我國用什么原料生產(chǎn)酒精呢？最符合我國國情、適合我國氣候條件、產(chǎn)量最高、最理想的能源作物要數(shù)甜高粱。甜高粱的酒精產(chǎn)量很高，因為它的種子和莖稈均可用以生產(chǎn)酒精。美國的實驗結(jié)果表明，每公頃甜高粱可產(chǎn)酒精6106升，而被稱為太陽能最有效的轉(zhuǎn)化器的甘蔗，每公頃僅產(chǎn)酒精4680升，比甘蔗高30%。印度用甘蔗和甜高梁生產(chǎn) 99. 5%無水乙醇，甜高梁的單位面積產(chǎn)量為5700-6500升/公頃·年，比甘蔗的4000-4500 升/公頃·年高30%左右。據(jù)美國農(nóng)業(yè)部的資料，用甜高粱生產(chǎn)酒精的產(chǎn)量為500加侖/ 英畝(單季)，分別為玉米的234%、粒用高粱的400%、小麥的633%、黑麥的926%、燕麥 877%、大麥的602%、水稻的286%、馬鈴薯的167%、甘薯的263%、甜菜的121%。甜高粱無愧于“高能作物”的光榮稱號。甜高粱不僅有“高能作物”之稱，而且也因它有抗旱、耐澇、耐鹽堿的特性，它對水分的需要量僅為甘蔗的1/3，玉米的1/2。對肥料的需求只有甘蔗的35-40%，故有作物中的“駱駝”之謂。開發(fā)甜高粱燃料乙醇的另一個好處是降低了空氣中CO2的含量。種植一公頃甜高粱，每年可吸收10噸以上的C02。甜高粱原是一種熱帶作物，因它的種質(zhì)資源十分豐富，品種繁多，生育期自3至7個月不等，因此在熱帶、亞熱帶、溫帶地區(qū)均可栽培；在我國南方可栽培再生甜高粱，種一次，收兩茬。我國是一個盛產(chǎn)高粱的國家，我國甘蔗的單位面積的產(chǎn)量與世界持平，甜菜的單位面積產(chǎn)量只有世界平均產(chǎn)量的 M%，而粒用高粱的單位面積產(chǎn)量卻為世界平均單產(chǎn)的285% ！甜高粱的生物學特性與粒用高粱類似，實踐也表明，我國非常適合于甜高粱的栽培。第四屆世界能源協(xié)會國際座談會會議指出甜高梁作為大規(guī)模的能源作物具備有利的特性，其前途很有希望。2006年，非洲用我們優(yōu)良的甜高梁品種的試驗表明，甜高梁生產(chǎn)酒精的成本為每升0. 20美元，而當?shù)氐母收釣?. 25-0. 45美元，用甜高粱生產(chǎn)酒精的成本只有甘蔗的44% -80% ！ “乙醇燃料的最新價格，目前只有汽油的大約六成，即使考慮到每升行駛距離，價格也只有汽油的七成左右”。酒精有著廣闊的市場前景，不僅可配制成燃料乙醇，它還是生產(chǎn)乙烯的理想原料，乙醇脫水就成乙烯，有了乙烯，合成樹脂、合成橡膠、合成纖維等石油化工產(chǎn)品就有了保證。用乙醇作原料的效率比石油還高280萬噸95%的乙醇可產(chǎn)200萬噸乙烯，而這些產(chǎn)品如果從原油中提取，則需要600萬噸原油。乙醇生產(chǎn)乙烯的技術(shù)目前是成熟的，隨著石油資源的日趨短缺和價格的上漲，乙醇將會逐步進入乙烯原料市場，很可能將最終取而代之，它將大幅度提高生物能源工業(yè)的附加值，據(jù)報道，到2010年我國乙烯需求量將達2500萬噸，部分依靠進口。若發(fā)展生物乙烯替代進口，將用于進口的費用轉(zhuǎn)讓給國內(nèi)的生物化工企業(yè)，這些企業(yè)向農(nóng)民收購原料，還可使農(nóng)民增加上千億元的收入。乙醇已被確定為安全、方便、較為實用、理想的燃料電池的燃料。燃料電池堆的能量轉(zhuǎn)換率高達40% -60%，是內(nèi)燃機的2-3倍。燃料電池過去用硫酸、醋酸作介質(zhì)，但近來科學家們看好乙醇。用乙醇作為燃料電池的原料，其優(yōu)點是乙醇與水可以調(diào)整為最佳比例，較好操作，因乙醇是一種單一燃料成份，為清潔的無硫原料，CO2循環(huán)保持中立，在反應器中所需的溫度較低；氫的濃度較高；CO的濃度較低因而體積可以做得很小。在未來10 20年內(nèi)，燃料電池市場將蓬勃興起，它將逐漸替代現(xiàn)有的液體燃料成為車用動力、筆記本電腦、可移動電子產(chǎn)品等等的主要動力來源。乙醇將擁有新型燃料電池30% 40%的市場份額，容量將是車用燃料市場的5倍以上，所有這些，都為我國酒精行業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展開辟了廣闊的前景。酒精生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀原料近來由于受原油價格高漲的影響，合成法乙醇生產(chǎn)受到很大制約，使生物法乙醇生產(chǎn)得以恢復和發(fā)展。目前在我國生產(chǎn)酒精的主要方法是用淀粉質(zhì)原料發(fā)酵法。該法是以玉米、木薯等農(nóng)副產(chǎn)品為主要原料，對其中的淀粉成分進行液化發(fā)酵制得，燃料乙醇生產(chǎn)階段主要有這樣5個工段預處理、蒸煮液糖化、酵母發(fā)酵、蒸餾、脫水。選用已產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的平均耗能值，得出各段的能耗消耗百分比如下蒸煮液糖化31%，蒸餾45%，脫20%， 這三項占96 %，相比之下，化學品、微生物等的消耗所占的能耗量較小，酵母發(fā)酵和原料預處理各占2% (參考文件生物基燃料乙醇生產(chǎn)工藝的能耗分析與節(jié)能技術(shù)綜述(董丹丹等，中國科學院廣州能源研究所等，化工進展，2007年第沈卷第11期1596-1601頁)。巴西用甘蔗生產(chǎn)酒精，美國用玉米生產(chǎn)酒精。2009年巴西和美國生產(chǎn)的燃料乙醇占世界的89%。1972年，巴西的酒精產(chǎn)量還不到27億升，2009年的酒精產(chǎn)量達249億升， 成為世界第二大的酒精生產(chǎn)國和最大的酒精出口國。因我國熱帶、亞熱帶的面積有限，甘蔗面積受到一定的限制，2010年南方干旱，導致甘蔗減產(chǎn)，糖價從每噸3000多元上漲到現(xiàn)在的7000多元，2010年11月10日創(chuàng)下7517. 62元/噸的歷史最高價。我們哪能用甘蔗和糖來生產(chǎn)酒精！美國用玉米生產(chǎn)酒精，其產(chǎn)量從1980年的30億升增加到2009年的405億升而成為世界最大的酒精生產(chǎn)國。用玉米生產(chǎn)酒精不是不好，而是不符合中國國情，在我國， 玉米是糧食，又是飼料，不可或缺，2000年12月發(fā)改委已下發(fā)緊急通知“立即暫停核準和
4備案玉米加工項目，并對在建和擬建項目進行全面清理”。在我國，產(chǎn)量最高、成本最低、最適合我國氣候條件的能源作物應該是甜高粱。加工工藝發(fā)酵工藝可分為液體發(fā)酵和固體發(fā)酵，目前大規(guī)模生產(chǎn)大多應用液體發(fā)酵法。原料在發(fā)酵罐中發(fā)酵，發(fā)酵后的酒精稀液經(jīng)蒸餾塔蒸餾便得到乙醇。液體發(fā)酵法又可分為酶解法、稀酸水解法、濃酸水解法、逆流酸水解法。傳統(tǒng)的乙醇提取工藝用蒸餾法， 但純度最高只能達到95%。提取乙醇的新技術(shù)雖大量涌現(xiàn)如滲透汽化、吸附蒸餾、共沸蒸餾、加鹽萃取蒸餾、超臨界液體萃取等等。但所有這些制取酒精的工藝都有流程復雜、設備昂貴、投資大等缺點。加工時所用燃料現(xiàn)在用于加工酒精的能源大多用煤、電、燃氣，能耗大，抵消了能源作物減排的效果。用水多，每生產(chǎn)一噸酒精就要排放13 16t廢液，不治污就會污染環(huán)
^Ml O制糖工藝現(xiàn)狀我國制糖的主要原料為甘蔗。在甘蔗制糖工藝上，目前多用鮮稈壓榨提汁工藝，由于鮮稈不能長期運輸和貯藏，因此甘蔗糖廠都實行季節(jié)性生產(chǎn)，每年開工期只有3-4個月。本發(fā)明旨在提供一種工藝簡單、投資少、成本低、節(jié)能、環(huán)保、適于廣大農(nóng)村推廣、 應用的發(fā)酵和酒精提取新方法，以期為交通運輸、化工、燃料電池等行業(yè)提供便宜的生物燃料，以助于我國能源安全和減排任務的實現(xiàn)，并為農(nóng)村提供大量就業(yè)機會、加速城鄉(xiāng)一體化的進程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用太陽熱能加工甜高粱或甘蔗以提取酒精或糖的新方法1.用太陽熱水器所提供熱能將粉碎后的甜高粱或甘蔗碎塊曬干和/或直接烘干便成甜高粱或甘蔗顆粒，經(jīng)包裝、貯藏，作為生產(chǎn)酒精或糖的原料，使糖廠或酒精廠得以周年開工生產(chǎn)在辦公室、車間、倉庫的屋頂安裝平板太陽能熱水器和真空管太陽能熱水器(以下統(tǒng)稱太陽能熱水器)為秸稈顆粒烘干機、大發(fā)酵包、酒精解吸裝置和酒糟烘干設備提供能源。太陽能熱水器可以串聯(lián)或并聯(lián)使用，當需要高溫熱水較多時，將平板太陽能熱水器的熱水輸入真空管太陽能熱水器，以提高真空管太陽能熱水器的溫度和出水量。太陽每時每刻都在進行核聚變反應，其功率達3. 9 X 10的23次方kW，地球表面大約能接收到其中的8. 5X10的13次方kW，相當于全世界發(fā)電量的幾十萬倍。太陽中反應堆氫的儲量，足夠維持600億年，可以說是取之不盡、用之不竭的清潔能源。太陽能熱水器按全年平均，每天吸收太陽能7. 35MJ/m2，扣除陰雨天并考慮管道泵的能耗，全年以凈50%計， 每天每平方米可吸收3. 675MJ。設太陽能熱水器的投資為1389元/m2，壽命為15年計，同電熱水器、液化石油氣和燃煤鍋爐生產(chǎn)熱水相比較，分別在4年、5年和2年內(nèi)便可收回全部投資。采用太陽能熱水器理論上每年可減排的大量的污染物，與電熱水器、液化石油氣和燃煤鍋爐比較，煙氣每平方米每年分別減少2727Nm3、823Nm3和21833Nm3 ；CO2分別減少368Nm3、 128Nm3 和 ^46Nm3 ；SO2 分別減少 1. llNm3、0. 0083Nm3 和 8. 833Nm3。本發(fā)明采用太陽能制取酒精的新工藝，大部或全部應用太陽能，既節(jié)省了能源，又可減少(X)2的排放，降低了成本；甜高梁莖稈的重量可減少70%左右，更便于原料的長距離遠輸和長期貯藏，使酒精廠得以周年生產(chǎn)。大幅度地節(jié)省了設備投資費用；將秸稈顆粒用作生產(chǎn)酒精的原料，其固體發(fā)酵的周期僅為一天，而用新鮮秸稈則需兩天，這樣發(fā)酵設備的利用率又可提高一倍；因秸稈顆粒之間有許多空隙，使發(fā)酵的產(chǎn)物0)2將乙醇蒸汽帶出發(fā)酵包的通道暢通無阻，節(jié)省了液體發(fā)酵所用的發(fā)酵罐、泡罩塔和蒸餾塔等設備。2.將浸入酵母溶液后的甜高粱或甘蔗顆粒裝入用黑色塑料薄膜或橡膠制成的大袋或建造類似沼氣池的容器(以下簡稱大發(fā)酵包)中發(fā)酵，以取代傳統(tǒng)的發(fā)酵罐和蒸餾塔大發(fā)酵包的體積和大小可以從數(shù)立方米至數(shù)千立方米，根據(jù)當?shù)貤l件和需要確定，也可置于地頭，以減少運輸費用。裝料時先把擴繁的酵母配制成所需濃度的酵母溶液， 依酵母對溫度的要求及原料溫度的高低，用太陽能熱水器的熱水同自來水與酵母溶液兌成所需濃度和溫度，使發(fā)酵過程處于最適條件下運行。3.用太陽能熱水器的熱能解吸由CO2攜帶、活性炭吸附的乙醇，經(jīng)冷凝器冷卻便制
得乙醇因為從冷凝器中分離得到的乙醇濃度與發(fā)酵包中乙醇濃度之間的氣、液兩相的平衡有線性關(guān)系，所以CO2氣流經(jīng)由無油壓縮機可以及時、有效地將發(fā)酵所產(chǎn)生的乙醇帶出大發(fā)酵包。大發(fā)酵包的溫度顯著地影響CO2載氣攜帶乙醇的能力，溫度越高攜帶乙醇的能力越強，但發(fā)酵包的溫度不能無限制地提高，因溫度過高影響酵母的繁殖與活力。降低冷卻器中冷卻水的溫度是提高CO2和乙醇的分離能力的另一途徑，在冬天用鹽水作冷卻劑，載有乙醇汽體的混合氣可直接輸入冷凝器冷卻，即可完成(X)2和乙醇的分離，經(jīng)氣液分離器分離后，乙醇流入酒精貯藏罐，CO2經(jīng)無油壓縮機泵回發(fā)酵包，如此循環(huán)不已，便可完成提取乙醇的任務。觀測發(fā)酵包的氣壓表，當顯示的壓力最合適時，將壓力繼電器定位在該位置上讓其自動控制。在夏天冷卻水的水溫較高時影響了 CO2和乙醇的分離的分離效率，必需用兩座并聯(lián)的吸附塔、解吸塔分別吸附和解吸乙醇。將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至吸附塔，載有乙醇蒸汽的(X)2流過吸附塔內(nèi)同心套層中的活性炭，乙醇被活性炭所吸附，當吸附接近飽和時，將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)至解吸檔，此時的吸附塔變?yōu)榻馕?，太陽能熱水管的熱水流?jīng)套層內(nèi)外，加熱活性炭，使活性炭吸附的乙醇解吸變成乙醇氣體，因乙醇的沸點為78. 37°C，在負壓得條件下，沸點更低，活性炭吸附的乙醇極易解吸變?yōu)橐掖颊羝⒃诶淠髦蟹蛛x成液體乙醇，乙醇經(jīng)氣液分離器分離，乙醇流入酒精貯藏罐，CO2經(jīng)無油壓縮機泵回大發(fā)酵包，解吸完畢，解吸塔由轉(zhuǎn)換開關(guān)又變?yōu)槲剿?，兩塔如此交替使用，循環(huán)不已，這樣，無須將發(fā)酵后的物料從發(fā)酵罐運至蒸餾塔蒸餾便可完成乙醇的提取任務，節(jié)省了大量的人力物力。4.用太陽熱水器中的熱水浸泡甘蔗秸稈顆粒，讓其中的糖溶于水中，即可用常規(guī)的制糖設備經(jīng)過濾、澄清、濃縮、起晶、精制等工藝制成精糖制糖時，只需用太陽能熱水器中的熱水將秸稈顆粒中的糖溶于水中，便得到錘度比壓榨汁更高的糖汁，經(jīng)過濾、澄清，即可用以原來的制糖工序制糖。用于制取酒精的話可用糖廠酒精車間的設備制取酒精，也可用發(fā)明內(nèi)容2所述方法生產(chǎn)酒精。我國傳統(tǒng)的甘蔗加工工藝用壓榨機壓榨蔗稈取得蔗汁。采用壓榨機壓榨的工藝能耗大，對五種型號、功率從1. 5千瓦至45千瓦的甘蔗壓榨機的統(tǒng)計，壓榨每噸甘蔗的平均能耗為18. 1千瓦；對六種日產(chǎn)12-120噸的飼料粉碎機的統(tǒng)計，平均每噸能耗僅為3. 9千瓦。用粉碎法的能耗尚不及壓榨法的22%。再者，秸稈顆粒其重量只有鮮稈的70%左右，可大大地降低了運輸成本，并且可以貯藏2-3年(實際上能貯藏一年就夠了)，這樣，使糖廠便得以周年生產(chǎn)；不用建設新的糖廠，只利用我國現(xiàn)有的制糖設備，就可以使糖產(chǎn)量增加2-3倍。5.甜高粱、甘蔗發(fā)酵后的酒糟用太陽能熱水器的熱能烘干、粉碎后同甜高粱籽粒磨成的面粉混均，便成為反芻動物的優(yōu)質(zhì)飼料甜高梁固體發(fā)酵提取酒精后的殘渣，即酒糟，仍留有醇香，蛋白質(zhì)也保留其中，用太陽能熱水器的熱能將酒糟烘干，經(jīng)粉碎機粉碎，并將收獲的甜高粱種子磨成粉后參入其中，以提高其營養(yǎng)價值，經(jīng)攪拌機混均，便成為反芻動物的優(yōu)質(zhì)飼料。
具體實施例方式1.以太陽能熱水器的熱水作為能源，將粉碎后的甜高粱莖稈烘干，作為固體發(fā)酵的原料。能源系統(tǒng)的安裝在辦公室、車間、倉庫的屋頂安裝平板太陽能熱水器和真空管太陽能熱水器為各系統(tǒng)提供能源。安裝兩種太陽能熱水器是因為平板太陽能熱水器的熱效率高，可以達到76%以上，且成本也較低。真空管太陽能熱水器的熱效率較低，只有45%左右，但可獲得95°C -100°C的高溫熱水，以供原料和酒糟烘干及乙醇解吸之用。太陽能熱水器可以串聯(lián)或并聯(lián)使用，以滿足對甜高粱、甘蔗秸稈的烘干、發(fā)酵原料溫度調(diào)節(jié)、乙醇解吸、 酒糟烘干所需的能源。當需要高溫熱水較多時可串聯(lián)使用，以提高真空管太陽能熱水器的溫度和效率。原料的收獲在甜高粱或甘蔗莖稈中的含糖量達到最高值時，選擇晴好天氣將莖稈砍下，先收獲甜高粱的果穗，在旗葉節(jié)處折斷或砍下、將果穗曬干、脫粒后貯藏，可作糧食、飼料或用以生產(chǎn)酒精；穗柄可用以做蓋簾等編織品。清除莖稈基部的泥土、雜質(zhì)，用秸稈粉碎機將莖稈粉碎成小碎塊，最長的碎塊不得超過1厘米，粉碎后的葉片及葉鞘被鼓風機吹離粉碎機較遠的地方，可收集在一起上作為青飼料。粉碎了的秸稈先在曬谷場曝曬，以減少部分水分，后用太陽熱水器的熱能烘干，或直接用太陽熱水器的熱能烘干，即成為甜高粱或甘蔗稈顆粒，在空氣濕度較高的地區(qū)需密封包裝，即可長時間貯藏、備用。大發(fā)酵包及酵母的準備根據(jù)場地、原料及設備裁制所需的大塑料包，以不漏氣、 裝料、卸料方便、成本低廉為準則。酵母要選用酶活力高、發(fā)酵效率高、安全性好的菌種，先行擴繁。注意每100公斤的秸稈顆粒能吸收350公斤左右的水，依秸稈的含水量的不同而有所變化。因此需事先將擴繁的酵母按比例配成水溶液，后將數(shù)袋或數(shù)十袋用大網(wǎng)袋裝在一起，類似碼頭的起重機吊裝稻谷一樣，將整個大網(wǎng)袋浸于酵母溶液中，浸泡時間的長短取決于原料顆粒的大小，以吸足水分為準，酵母菌即隨水分進入莖稈顆粒內(nèi)部。最后一批需將所剩酵母溶液用完，因它不僅含有酵母，而且含有大量的糖。發(fā)酵完成后，用吊車將整個大網(wǎng)袋從大塑料包中吊出來，送去烘干，制成飼料。用大發(fā)酵包固體發(fā)酵，無需消毒滅菌，因進入莖稈內(nèi)部酵母在半小時后便大量繁殖同時產(chǎn)生乙醇和C02，M小時便完成發(fā)酵，其他雜菌還來不及大量繁殖，秸稈中的糖分已被酵母菌轉(zhuǎn)化為酒精。用網(wǎng)袋包裝原料于是為了便于吸入酵母溶液和裝卸，提高效率、節(jié)省時間，裝料完成后馬上密封。密封后的大塑料包，很快產(chǎn)生CO2和乙醇，同時產(chǎn)生熱量，此時應密切注視大發(fā)酵包的溫度，若高于酵母發(fā)酵所需的溫度，應加大通氣量，把大發(fā)酵包的熱量帶出來。無油壓縮機必須有備用的，以便出現(xiàn)故障
7時及時更換，以免將大塑料包脹破。大發(fā)酵包將傳統(tǒng)的發(fā)酵罐和蒸餾塔合二而一，在發(fā)酵的過程中不斷提取酒精，故無需將發(fā)酵罐中的原料從發(fā)酵罐倒運至蒸餾塔，節(jié)省發(fā)酵罐、蒸餾塔、高壓鍋爐等大型設備的投資，也節(jié)省了許多人力和物力。3.用太陽能熱水器的熱能提取乙醇以CO2作為載體、用活性炭作為吸附劑。(X)2是糖發(fā)酵的產(chǎn)物之一，因此利用CO2將乙醇帶出來再方便也不過了。在帶走乙醇的同時，也帶走部分發(fā)酵時所產(chǎn)生的熱量，以避免因溫度太高而影響酵母的繁殖與活力。用活性炭作為吸附劑有許多優(yōu)點活性碳微孔的有效半徑小于1. 8-2nm，與分子的大小相當，并且活性碳孔徑的分布較寬廣，選擇能力也較弱， 加之活性炭沒有危險、不污染、又可重復活化再生、價格便宜，非常適合用作乙醇的吸附劑。在北方的冬天可用無油壓縮機將載有(X)2和乙醇汽體的混合氣從大發(fā)酵包抽出來后直接輸入用鹽水作冷卻劑的冷凝器，乙醇便凝為液體流入酒精貯藏罐，而分離出來的(X)2 被送回發(fā)酵包循環(huán)使用。但在夏天，冷卻水的溫度較高，影響了 CO2和乙醇的分離效率，需用活性炭作為吸附劑、兩座并聯(lián)的吸附塔和解吸塔分別吸附和解吸乙醇。將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)至吸附塔時，CO2和乙醇混合汽中的乙醇被吸附塔內(nèi)同心套層中的活性炭所吸附，當吸附劑吸附接近飽和時，將開關(guān)轉(zhuǎn)換至解吸檔，吸附塔即變?yōu)榻馕?，太陽能熱水?5-100°C的熱水流經(jīng)套層內(nèi)、外，加熱活性炭，使活性炭吸附的乙醇解吸變成汽體，在冷凝器中冷卻分離成液體乙醇和CO2氣體，液體乙醇經(jīng)氣液分離器分離，流入酒精貯藏罐，CO2經(jīng)無油壓縮機泵至發(fā)酵包內(nèi)循環(huán)使用，冷凝器出來的水可以循環(huán)使用或用作灌溉用水。吸附塔和解吸塔也可用于低濃度乙醇的提純，吸附和解吸兩塔交替使用，直至乙醇含量達到要求為止。大發(fā)酵包及提取系統(tǒng)的真空度保持在3-8KPa的范圍內(nèi)，真空度的高低取決于發(fā)酵包當時所處的環(huán)境、 冷卻水溫度的高低、系統(tǒng)所用的材料以及發(fā)酵的不同階段。應用此法的優(yōu)點在于1)減少乙醇對酵母細胞活性因溫度過高而產(chǎn)生抑制作用， 提高了乙醇生成速率，一般情況下，當乙醇濃度高于40g/L時，酵母的出芽就將受到明顯的抑制；當乙醇濃度在40 120g/L之間，它對酵母的生長和發(fā)酵能力的抑制作用將急劇增加。2、節(jié)省能源我國傳統(tǒng)的乙醇生產(chǎn)各階段能量消耗的構(gòu)成為蒸餾45%，脫水20%，蒸煮液糖化31%。三者合計高達96%，本發(fā)明專利沒有這些工序，只需用太陽能熱水器提供的熱能在解吸塔將乙醇解吸出來，無需高壓蒸汽和高壓鍋爐，大大地降低投資成本、設備維護費用和能源的消耗，有利于在廣大農(nóng)村推廣使用。3)常規(guī)的液體發(fā)酵生產(chǎn)酒精技術(shù)，平均每產(chǎn)1噸酒精就有13-16噸廢液排出，本工藝沒有任何廢液流出，不會污染環(huán)境。4)它將大幅度降低了設備投資，有利于降低廣大中小企業(yè)和部分農(nóng)民直接進入酒精行業(yè)的門檻、增加就業(yè)機會和農(nóng)民的收入，加速農(nóng)村城市化的進程。4.用甘蔗秸稈顆粒制糖當甘蔗成熟時將甘蔗砍下，頂部及其葉片作為牛、羊青飼料，用粉碎機將莖稈粉碎成Icm—下的碎塊，粉碎后先在曬谷場曝曬，以減少部分水分，或直接用太陽熱能烘干、包裝后備用。用于制糖時，將秸稈顆粒泡在適量的水中，讓糖溶于水中。其裝置尤如火車過渡槽，“渡槽”里充滿水，由四壁用鐵絲網(wǎng)制成的“車廂”裝滿了秸稈顆粒，車廂緩慢地從“渡槽” 下游向上游“開”去，上游注入的是清水，下游流出的便是糖汁，所得到的糖汁的錘度要比壓榨汁高，可節(jié)省濃縮時的能耗，經(jīng)過濾、澄清，即可用以原來的制糖工序制糖。
5.發(fā)酵后的酒糟用太陽能熱水器的熱能烘干作為優(yōu)質(zhì)飼料。釀酒后的殘S——酒糟，可在陽光下曝曬一段時間或直接用太陽能熱水器的熱能烘干，經(jīng)粉碎、包裝，便成反芻動物的優(yōu)質(zhì)飼料，若將收獲的甜高梁種子經(jīng)粉碎后參入其中， 其營養(yǎng)價值將更高。2008年3月18日國家發(fā)改委發(fā)布的《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》中提出“今后主要鼓勵以甜高粱莖稈、薯類作物等非糧生物質(zhì)為原料的燃料乙醇生產(chǎn)”，“在東北、山東等劣質(zhì)土地資源豐富的地區(qū)，集中種植甜高梁，發(fā)展以甜高粱莖稈為主要原料的燃料乙醇”，到2010年，“增加非糧原料燃料乙醇年利用量200萬噸”，所有這些方針、政策，為我國燃料乙醇的發(fā)展指明了方向?！皻W盟的專家預測，全世界高能甜高粱和甘蔗的種植面積將來有可能達到135億畝，可生產(chǎn)生物乙醇43億噸/年，生物燃料球73億TOE/年，其數(shù)量等于目前世界初級能源消耗量的75%。最近，聯(lián)合國糧農(nóng)組織最近發(fā)表了對甜高梁的評價報告， 稱“甜高梁顯示出作為將來一種多用途作物的巨大潛力，它充分地把食物、飼料和燃料生產(chǎn)綜合在一起。特別是已經(jīng)能從子粒和從糖汁生產(chǎn)生物乙醇。也因甜高粱在低投入的條件下也顯示出好的收成，這對于發(fā)展中國家小規(guī)模的農(nóng)場主極具吸引力，他們想生產(chǎn)食物得以維持生計的同時也能獲得現(xiàn)金。此外，甜高粱還具有在環(huán)境方面可節(jié)約礦質(zhì)能源的消耗、 和溫室氣體的排放的許多優(yōu)勢”。甜高粱酒精工業(yè)將帶動我國農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、食品加工業(yè)、化工、機械制造、交通運輸、能源、制糖、造紙等上、下游產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，增加數(shù)以億計的就業(yè)機會，大大地提高農(nóng)民的生活水平和環(huán)境質(zhì)量。在甜高梁育種及開發(fā)利用方面處于世界領(lǐng)先地位的我國，若能抓住機遇，我們有可能將技術(shù)上的優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟上的優(yōu)勢，一大批中小企業(yè)家可以在農(nóng)村建立起上述各類工廠，廣大農(nóng)民可以在自家門口做工，親手建設比現(xiàn)在的城市更現(xiàn)代化、更美麗的社會主義新農(nóng)村，甜高梁產(chǎn)業(yè)有可能成為世界上最大的產(chǎn)業(yè)， 它給我們帶來的不僅是能源的安全和清潔的環(huán)境，而且它將幫助8億農(nóng)民更快致富奔小康、建設社會主義新農(nóng)村、開創(chuàng)我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村工作的新局面。
權(quán)利要求
1. 一種利用太陽熱能加工甜高梁或甘蔗以提取乙醇或糖的新方法1)按權(quán)利要求1所述的新方法，其特征在于，用太陽熱水器所提供熱能將粉碎后的甜高粱或甘蔗碎料曬干和/或直接烘干便成為甜高粱顆?；蚋收犷w粒，經(jīng)包裝、貯藏，作為生產(chǎn)乙醇或糖的原料，使酒精廠或糖廠得以周年生產(chǎn)；2)按權(quán)利要求1所述的新方法，其特征在于，將浸入酵母溶液后的甜高粱或甘蔗顆粒裝入用黑色塑料薄膜或橡膠制成的大袋或建造類似沼氣池的容器(以下簡稱大發(fā)酵包)中發(fā)酵；3)按權(quán)利要求1所述的新方法，其特征在于，用太陽能熱水器的熱能解吸由(X)2攜帶、 活性炭吸附的乙醇，經(jīng)冷凝器冷卻以制得乙醇；4)按權(quán)利要求1所述的新方法，其特征在于，用太陽熱水器中的熱水浸泡甘蔗秸稈顆粒，所得到的糖液即可用常規(guī)的制糖設備和工藝制成精糖；5)按權(quán)利要求1所述的新方法，其特征在于，甜高粱、甘蔗發(fā)酵后的酒糟用太陽能熱水器的熱能烘干、粉碎后同甜高梁籽粒磨成的面粉混均，便成為反芻動物的優(yōu)質(zhì)飼料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用太陽熱能加工甜高粱或甘蔗提取酒精或糖的新方法1.在屋頂安裝平板太陽能熱水器和真空管太陽能熱水器(統(tǒng)稱太陽能熱水器)為秸稈烘干機、大發(fā)酵包、酒精解吸裝置和酒糟烘干設備提供能源。2.用太陽熱能將粉碎后的甜高粱或甘蔗碎塊曬干和/或直接烘干便成甜高粱顆?；蚋收犷w粒，經(jīng)包裝、貯藏，作為生產(chǎn)酒精或糖的原料。3.用黑色塑料薄膜或橡膠制成大袋或建造類似沼氣池的容器(通稱大發(fā)酵包)發(fā)酵，用太陽熱能吸活性炭所吸附的乙醇，經(jīng)冷卻便制得乙醇。4.以太陽能熱水器的熱能，提取甘蔗秸稈顆粒中的糖用以制糖或制取乙醇。5.甜高梁、甘蔗的酒糟用太陽能熱水器的熱能烘干、粉碎制成反芻動物的優(yōu)質(zhì)飼料。
文檔編號A23K1/06GK102174592SQ20111005494
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者黎大爵 申請人:黎大爵