一種以煤制合成氣為原料生產有機酸或有機醇的系統的製作方法
2023-04-30 12:40:31 1
專利名稱：一種以煤制合成氣為原料生產有機酸或有機醇的系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種以煤制合成氣為原料生產有機酸或有機醇的系統。
背景技術：
合成氣來自於煤、石油、生物質和有機廢物的氣化，是這些含碳物質部分氧化和高溫分解產生的，它的主要成分為CO、H2和CO2,還含有少量的CH4和一些硫、氮的化合物，是一類豐富而廉價的生物加工原料，可通過厭氧發酵轉化為多種有用的燃料和化學品，比如甲烷、乙酸、丁酸、乙醇和丁醇等。與合成氣化學轉化相比，生物轉化具有以下幾個優點(1) 反應條件溫和；( 酶的專一性比無機催化劑高，因而產物得率高，副產物少；C3)生物轉化不需要固定的0)和壓比例；(4)發酵菌對合成氣中的硫化物具有耐受性，減少了氣體淨化成本。以CO和H2AD2為底物合成乙酸、乙醇的反應方程式如下6C0+3H20 = C2H50H+4C02 (1)6H2+2C02 = C2H50H+3H20 (2)4C0+2H20 = CH3C00H+2C02 (3)4H2+2C02 = CH3C00H+H20 (4)乙醇是一種優質的液體燃料，每千克乙醇完全燃燒時約能放出30000kJ的熱量。 乙醇燃料具有很多優點，它是一種不含硫及灰分的清潔能源，可以單獨作為燃料使用；同時，一定量燃料乙醇加入汽油後，混合燃料的含氧量增加，辛烷值提高，降低了汽車尾氣中有害氣體的排放量。事實上，純乙醇或與汽油混合物作為車用燃料，最易工業化，並與先進工業應用及交通設施接軌，是最具發展潛力的石油替代燃料。積極發展燃料乙醇並推廣應用車用乙醇汽油已成為國際開發研究熱門。由於我國石油和天然氣短缺，煤炭相對豐富的資源特徵，加之國際油價的持續高位運行狀態，煤炭在我國的能源和化工的未來發展中所處的地位會變得越來越重要。隨著科技的不斷進步，新型的煤氣化技術得到了快速的發展，煤炭作為化工原料的重要性得到了普遍的認可。煤氣化的直接產品主要有合成氣、一氧化碳和氫氣。以煤制合成氣厭氧發酵生產有機酸(醇)，尤其是合成氣發酵生產乙醇，是一項極具潛力與競爭力的技術。作為生物發酵方法的一種，合成氣厭氧發酵也存在用水量偏大的弱點，尤其是發酵過程中產生的發酵廢液，含水量大於60%，菌體含量在2%以上，COD值高，粘度較大，必須經過處理後才能排放。發酵廢液的處理一直是發酵工業的難題之一，因為發酵廢液含水量大，直接濃縮分離能耗大，不經濟；國內有很多發酵廢液處理專利，多是側重於絮凝沉澱、過濾分離、乾燥回收生物蛋白，但是回收生物蛋白後的濾液仍然需要處理後才能達到水回用和排放的要求。發明內容[0014]本實用新型的目的是提供一種以煤制合成氣為原料生產有機酸或有機醇的系統， 將發酵生產過程中產生的發酵廢液全部回用，實現發酵廢液的零排放。[0015]本實用新型的一種以煤制合成氣為原料生產有機酸或有機醇的系統，包括[0016]以煤為原料製備水煤漿的球磨機；[0017]以球磨機製備出的水煤漿為原料製備合成氣的氣化爐；[0018]對氣化爐製備出的合成氣發酵以生成包含有機酸或有機醇的發酵液的生物反應器；和[0019]分離生物反應器生成的發酵液中有機酸或有機醇水溶液和微生物細胞的後處理單元；其中，[0020]所述球磨機、氣化爐、生物反應器和後處理單元依次連接；[0021]所述生物反應器與球磨機之間連接有發酵廢液回流管。[0022]優選地，所述系統還包括對製備的水煤漿進行過濾的水煤漿過濾器、存儲過濾後的水煤漿的水煤漿貯存罐，以及淨化製備的合成氣的合成氣淨化器，所述水煤漿過濾器位於球磨機和氣化爐之間，所述水煤漿貯存罐位於水煤漿過濾器和氣化爐之間，所述合成氣淨化器位於氣化爐和生物反應器之間。[0023]優選地，所述後處理單元與生物反應器之間還連接有分離細胞回流管。[0024]優選地，所述氣化爐是德士古頂噴氣化爐、道兩段水煤漿氣化爐或多噴嘴對置氣化爐等。[0025]優選地，所述生物反應器是適合於厭氧發酵製備有機酸或有機醇的固定化細胞反應器或懸浮細胞反應器。進一步優選地，所述生物反應器是滴流床反應器、連續攪拌反應器或氣升式反應器。[0026]優選地，所述後處理單元是細胞循環過濾器。[0027]利用本實用新型的系統時，以煤為原料製備水煤漿，水煤漿經氣化爐氣化生成合成氣；合成氣通入生物反應器中進行厭氧發酵以生成包含有機酸或有機醇的發酵液；發酵液進入後處理單元中分離細胞和有機酸或有機醇水溶液；在生物反應器中產生的發酵廢液輸回至球磨機中，用於製備水煤漿；後處理單元中分離的細胞輸回至生物反應器中，用於合成氣的發酵。[0028]本實用新型通過將發酵廢液收集後用於製備水煤漿，實現了發酵廢液的回收利用，既減少廢物排放、提高水資源的利用率、保護環境，又提高了碳源的轉化率，提高有機酸或有機醇的產量。
[0029]圖1是本實用新型優選實施例的示意圖，其中1、球磨機；2、水煤漿過濾器；3、水煤漿貯存罐；4、氣化爐；5、合成氣淨化器；6、生物反應器；7、後處理單元；8、發酵廢液回流管；9、分離細胞回流管。
具體實施方式
[0030]現參照具體實施例和附圖說明本實用新型，但本實用新型不限於以下內容。[0031]本實用新型的這種以煤制合成氣為原料生產有機酸或有機醇的系統，包括以煤為原料製備水煤漿的球磨機，以球磨機製備出的水煤漿為原料製備合成氣的氣化爐，對氣化爐製備出的合成氣發酵以生成包含有機酸或有機醇的發酵液的生物反應器和分離生物反應器生成的發酵液中有機酸或有機醇水溶液和微生物細胞的後處理單元；其中，所述球磨機、氣化爐、生物反應器和後處理單元依次連接；所述生物反應器與球磨機之間連接有發酵廢液回流管，用於將生產的發酵廢液輸回至球磨機中進行水煤漿的製備。圖1是本實用新型的一種優選實施方式的示意圖。如圖1所示，根據物料流動方向，球磨機1與水煤漿過濾器2相連，水煤漿過濾器2與水煤漿貯存罐3相連，水煤漿貯存罐3與氣化爐4相連，氣化爐4與合成氣淨化器5相連，合成氣淨化器5與生物反應器6相連，生物反應器6與後處理單元7相連；其中，生物反應器6與球磨機1之間通過發酵廢液回流管8相連，生物反應器6與後處理單元7之間還通過分離細胞回流管9相連。在一種實施例中，使用該系統進行有機酸或有機醇生產時，將煤炭、水和添加劑混合物加入至球磨機1中進行研磨，製得水煤漿。水煤漿進入水煤漿過濾器2過濾，得到一定粒徑的水煤漿混合液進入水煤漿貯存罐3中。然後水煤漿噴入氣化爐4中氣化生成合成氣； 在該實施例中，氣化爐4是德士古頂噴氣化爐；在其它實施例中，氣化爐4也可以是道兩段水煤漿氣化爐或多噴嘴對置氣化爐。得到的合成氣經合成氣淨化器5淨化後進入生物反應器6中進行發酵；生物反應器6中裝有懸浮於水相的厭氧菌，使合成氣得以厭氧發酵。在該實施例中，生物反應器6是滴流床反應器；在其它實施例中，生物反應器6也可以是連續攪拌反應器或氣升式反應器。產生的發酵物進入後處理單元7中進行細胞分離處理；在該實施例中，後處理單元7是細胞循環過濾器。在細胞循環過濾器中分離的細胞通過分離細胞回流管9輸回至滴流床反應器中，重複利用，對合成氣進行厭氧發酵；分離出的有機酸或有機醇水溶液進入下遊工序。在滴流床反應器中產生的發酵廢液通過發酵廢液回流管8返回至球磨機1中，與水、煤、添加劑混合，製備水煤漿。
權利要求1.一種以煤制合成氣為原料生產有機酸或有機醇的系統，其特徵在於，所述系統包括以煤為原料製備水煤漿的球磨機；以球磨機製備出的水煤漿為原料製備合成氣的氣化爐；對氣化爐製備出的合成氣發酵以生成包含有機酸或有機醇的發酵液的生物反應器；和分離生物反應器生成的發酵液中有機酸或有機醇水溶液和微生物細胞的後處理單元; 其中，所述球磨機、氣化爐、生物反應器和後處理單元依次連接； 所述生物反應器與球磨機之間連接有發酵廢液回流管。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統還包括對製備的水煤漿進行過濾的水煤漿過濾器、存儲過濾後的水煤漿的水煤漿貯存罐，以及淨化製備的合成氣的合成氣淨化器；所述水煤漿過濾器位於球磨機和氣化爐之間，所述水煤漿貯存罐位於水煤漿過濾器和氣化爐之間，所述合成氣淨化器位於氣化爐和生物反應器之間。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述後處理單元與生物反應器之間連接有分離細胞回流管。
4.根據權利要求1-3任何一項所述的系統，其特徵在於，所述氣化爐是德士古頂噴氣化爐、道兩段水煤漿氣化爐或多噴嘴對置氣化爐。
5.根據權利要求1-3任何一項所述的系統，其特徵在於，所述生物反應器是固定化細胞反應器或懸浮細胞反應器。
6.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於，所述生物反應器是滴流床反應器、連續攪拌反應器或氣升式反應器。
7.根據權利要求1-3任何一項所述的系統，其特徵在於，所述後處理單元是細胞循環過濾器ο
專利摘要本實用新型涉及一種以煤制合成氣為原料生產有機酸或有機醇的系統，所述系統包括以煤為原料製備水煤漿的球磨機；以球磨機製備出的水煤漿為原料製備合成氣的氣化爐；對氣化爐製備出的合成氣發酵以生成包含有機酸或有機醇的發酵液的生物反應器；和分離生物反應器生成的發酵液中有機酸或有機醇水溶液和微生物細胞的後處理單元；其中，所述球磨機、氣化爐、生物反應器和後處理單元依次連接；所述生物反應器與球磨機之間連接有發酵廢液回流管。本實用新型的系統回收和利用了發酵廢液，減少廢物排放，提高有機酸或有機醇的產量。
文檔編號C12M1/00GK202272867SQ20112037499
公開日2012年6月13日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者代俊明, 朱德權, 楊建春 申請人:北京信匯生物能源科技股份有限公司