專利名稱：乙醇及油的回收、制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對食品廢棄物進行糖化、發(fā)酵和蒸餾以制造乙醇的將乙醇及油回收進行制造的方法。這里所說的食品廢棄物中包含來自家庭的食物垃圾、來自食品工廠的食品系產業(yè)廢棄物、在流通階段被廢棄的廢食品(廢點心、從便利店等回收的過保質期的食材、從飯店等中排放的剩飯菜)、食堂或醫(yī)院等中的廢食材、在供需調整或生產階段為了提高糖度而除去的果實等為了人類食用而在生產、加工、烹調、飲食的階段中所產生的所有廢棄物。具體地說，本發(fā)明涉及從食品廢棄物中將乙醇及油回收進行制造的方法。
背景技術：
已知在食物垃圾等食品廢棄物中存在著米飯、面包、面類等碳水化合物、六碳糖、 五碳糖等，可以構建使其發(fā)生乙醇發(fā)酵以制造作為液體燃料的乙醇的循環(huán)系統(tǒng)。該方法中，通過將含有淀粉等糖源的有機廢棄物回收并糖化來進行單糖化，添加乙醇發(fā)酵酵母，經過數(shù)小時 數(shù)月左右，糖完全被消耗后，將乙醇發(fā)酵液蒸餾，分離精制乙醇。為了使乙醇純度達到99%以上，利用共沸或無水化膜。對于由食品廢棄物制造乙醇的方法一直以來提出了各種提案。例如，日本特開2007-111590號公報(下述專利文獻1)中記載了一種方法，其包含以下步驟將食物垃圾粉碎以生成粉碎物的步驟；調整粉碎物的淀粉濃度并添加糖化酶以生成糖化處理水的步驟；在糖化處理水中接種預先培養(yǎng)的運動發(fā)酵單胞菌(Zymomonas mobilis)菌種、使發(fā)生醇發(fā)酵以生成醪液的步驟；將醪液蒸餾以回收乙醇的步驟。由于可獲得超過45%的對葡萄糖轉化率、可高效地由食物垃圾生產乙醇、對日本的汽油添加用乙醇生產有益，因而能夠以食物垃圾為原料且以高效率將乙醇回收。另外，日本特開2005-65695號公報(下述專利文獻2、中記載了一種使用含淀粉質的原料、利用發(fā)酵制造乙醇的方法，通過具備由所述原料形成料粒的料粒形成工序、在所述料粒上接種曲霉屬菌以獲得糖化料粒的糖化工序、將由所述糖化料粒、酵母和水構成的發(fā)酵醪液的發(fā)酵開始時的水分含量調整為30 60重量％以進行固體發(fā)酵的固體發(fā)酵工序，開發(fā)出了利用固體發(fā)酵法的新型乙醇生成方法和系統(tǒng)，是在乙醇生成過程中不會排出廢液的乙醇制造方法及乙醇制造系統(tǒng)。另外，日本特開2006-325577號公報(下述專利文獻3)中記載了一種系統(tǒng)，其具備醇生產部和廢液處理、利用部，具有醇生產部、糖化部、濃縮部、第1發(fā)酵部、蒸餾部和脫水部，由生物質原料(食物垃圾)生成醇(燃料用醇)。在糖化部中，利用在食物垃圾中棲息的微生物生成乳酸，糖化液的PH降低。在濃縮部中，將濃縮糖化液的總糖濃度濃縮至IOOg/ 1 300g/l的范圍，同時濃縮糖化液的pH通過乳酸的濃縮變?yōu)?. 0左右，由此在有效利用食物垃圾的同時，即便使用在酒制造中使用的屬于釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) 的酵母，也不需要殺菌、PH調節(jié)和在酵母中添加營養(yǎng)源等，且可高效地生成醇。但是，在上述專利文獻1 3中記載的現(xiàn)有乙醇制造方法中，由于糖化液中所含的油成分，有時配管發(fā)生堵塞，具有食物垃圾所含淀粉的熱回收率降低的問題。另外，在現(xiàn)有的乙醇化循環(huán)中，為了使有機廢棄物中的糖分作為乙醇的原料，具有糖分以外的物質全部作為殘渣被排出的問題。專利文獻1 日本特開2007-111590號公報專利文獻2 日本特開2006-325577號公報專利文獻3 日本特開2006-325577號公報

發(fā)明內容
發(fā)明所要解決的課題本發(fā)明的課題在于提供解決上述現(xiàn)有技術的問題、提高食品廢棄物中所含熱能的回收率、同時作為處理時產生的殘渣的固態(tài)成分的處理容易的乙醇制造方法。用于解決課題的手段本發(fā)明為了解決上述課題進行了深入研究，結果提供了下述乙醇制造方法在糖化液、發(fā)酵液或蒸餾廢液中的任一個的固液分離工序中，通過使用分離為油成分、水溶液成分和固態(tài)成分這3相的3相式離心分離裝置，在提高食品廢棄物中所含熱能的回收率的同時，作為處理時產生的殘渣的固態(tài)成分的處理容易，以其為主旨，是如權利要求書中所記載的下述內容。(1)乙醇及油的回收、制造方法，其是對食品廢棄物進行糖化、發(fā)酵和蒸餾以將乙醇及油回收、制造的方法，其特征在于，在糖化液、發(fā)酵液或蒸餾廢液中的任一個的固液分離工序中，使用分離為油成分、水溶液成分和固態(tài)成分這3相的3相式離心分離裝置。(2)上述(1)所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，通過3相分離由所述水溶液成分中分離回收油成分及固態(tài)成分，并將液體成分送至發(fā)酵部。(3)上述(1)或( 所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，在食品廢棄物中添加凝固成瓊脂狀的廢油或者吸附于報紙上的廢油后用作原料，在糖化部中在60°C以上的溫度下保持并攪拌12小時以上，從而將廢油回收至糖化液中。(4)上述(1) C3)任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，在糖化部中添加脂肪酶作為酶，從而將殘留于固形物中的油成分分解，增加在上述3相分離中的回收油量。(5)上述(1) (4)任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，使用篩孔為0. Imm IOmm的網(wǎng)篩將在上述固液分離工序中未分離的包含在水溶液中的固形物除去。(6)上述(1) ( 任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，在上述固液分離工序的前段，使用過濾式的壓榨機、振動篩裝置、沖孔金屬(punching metal)及網(wǎng)將塑料、紙、袋、衛(wèi)生筷子、金屬、甲殼類等夾雜物分離。(7)上述(1) (6)任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，使用 Brix計(折射計)測定含有多種糖分、鹽分、SS分(懸浮固形物成分)的所述糖化液的濃度，將該濃度控制為規(guī)定值的范圍。(8)上述(1) (7)任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，使用對食品廢棄物以外的廢棄物進行焚燒或熔融的廢棄物處理設備將在所述固液分離工序等中作為固態(tài)成分分離出的殘渣實施處理，將回收此時產生的廢熱得到的蒸汽用于所述食品廢棄物的濃縮工序、蒸餾工序。(9)上述(1) (8)任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，使用利用了熱風通風干燥、需氧發(fā)酵熱的干燥裝置對在所述固液分離工序等中作為固態(tài)成分分離出的殘渣中的水分實施干燥處理后，使用所述廢棄物處理裝置實施焚燒或熔融處理。(10)上述(1) (9)任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，將對在所述固液分離工序等中作為固態(tài)成分分離出的殘渣進行厭氧發(fā)酵并回收得到的可燃氣體作為所述廢棄物處理裝置的焚燒或熔融熱源或者乙醇機械設備的加熱蒸汽源使用。(11)上述(1) (10)任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，將在所述蒸餾工序中與乙醇分離后的水溶液作為所述糖化工序中使用的加水液進行再利用，將剩余的水溶液在所述廢棄物處理裝置的焚燒或熔融工序中進行噴霧處理。(12)上述⑴ (11)任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，利用油水分離、過濾中的任一個或兩個工序對使用所述3相式離心分離裝置進行分離所獲得的油成分實施處理后，作為再生油燃料進行利用。(13)上述(1) (12)任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，將所述再生油燃料作為相鄰的對廢棄物進行焚燒或熔融的廢棄物處理設備的燃料進行利用，從而減少在所述廢棄物處理設備中使用的化石燃料。(14)上述(1) (12)任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，通過酯交換反應、亞臨界處理、熱處理等將使用所述3相式離心分離裝置進行分離所獲得的油成分作為生物柴油燃料的原料進行利用。(15)上述(1) (14)任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，通過添加濃硫酸作為催化劑使混入在所述油成分中的游離脂肪酸與醇反應來進行酯化，或者通過使用離子交換樹脂作為催化劑使混入在所述油成分中的游離脂肪酸與醇反應來進行酯化，從而降低游離脂肪酸濃度。(16)上述(14)或(15)所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，作為所述酯交換和/或所述酯化工序中所使用的醇，使用通過上述工藝精制的乙醇。< 作用 >根據(jù)(1)的發(fā)明，雖然食品廢棄物一般含有數(shù)％的油成分，會導致配管堵塞或發(fā)酵障礙等，但可以避免該問題。所回收的油成分是以植物油為主成分的高放熱量的燃料，可有效利用于燃料等。根據(jù)O)的發(fā)明，例如通過在糖化工序和發(fā)酵工序之間利用3槽分離由水溶液成分中分離回收油成分及固態(tài)成分，并將液體成分送至發(fā)酵部，由于糖化槽一般在60°C以上的高溫下保持，因而油的粘度很低、回收容易；由于在后工序的發(fā)酵工序中油成分會阻礙乙醇發(fā)酵，因而可以事先將該阻礙要因除去；由于可防止之后工序中的配管堵塞，因而益處進
一步增多。另外，一般家庭中在天婦羅或炒菜中使用的植物油大部分是在用報紙或廚房用紙將其吸收后或者在添加以脂肪酸為主成分的固化材料使其凝固成瓊脂狀后，作為可燃垃圾丟棄，由家庭的回收僅停留于在部分站點的回收，作為廢油的回收率很低。根據(jù)(3)的發(fā)明，可以將以往無法回收的廢油與食品廢棄物置于同一回收路線，可大幅度節(jié)約回收的步驟，回收率大幅度提高。而且，通過在糖化部中在60°C以上的溫度下攪拌并保持12小時以上，溶入報紙中的植物油大部分溶出至糖化液中，且凝固成瓊脂狀的油在60°C左右可變成液態(tài)，因而在之后的工序中可簡單地作為油進行回收。根據(jù)的發(fā)明，由于可通過添加脂肪酶作為酶將附著于固形物的油成分或固體狀的油成分進行分解，因而可進一步提高油的回收率。根據(jù)(5)的發(fā)明，由于使用篩孔為0.1mm IOmm的網(wǎng)篩將在液體分離工序中未分離的固形物除去，因而不會成為后工序的濃縮、發(fā)酵、蒸餾工序等的運行阻礙原因。根據(jù)(6)的發(fā)明，由于在固液分離工序的前段使用過濾式的壓榨機、振動篩裝置、 沖孔金屬及網(wǎng)將塑料、紙、袋、衛(wèi)生筷子、金屬、甲殼類等夾雜物分離，因而可以將無法用破碎分選機完全除去的夾雜物分離。根據(jù)(7)的發(fā)明，由于使用Brix計(折射計)對含有多種糖分、鹽分、SS分(懸浮固形物成分)等的所述糖化液的濃度進行測定、管理，因而通過調整多個原料的混合比率、 或者在設置糖化液的濃縮工序時改變其濃縮度，可以正確地進行濃度管理。由此，可穩(wěn)定地繼續(xù)發(fā)酵狀況。根據(jù)⑶的發(fā)明，使用對食物廢棄物以外的廢棄物進行焚燒或熔融的廢棄物處理設備將利用所述固液分離工序或各部設置的網(wǎng)篩、脫水機等作為固態(tài)成分分離出的殘渣一并進行處理，可以將回收此時產生的廢熱得到的蒸汽利用于所述食品廢棄物的濃縮工序、 蒸餾工序。在廢棄物發(fā)電中是利用蒸汽所帶有的熱能轉換成電，但其發(fā)電效率較低，最高也僅為35%左右，其大部分在將蒸汽凝結為水時作為凝結水而發(fā)生熱損失。但是，本發(fā)明中， 在濃縮或蒸餾工序中所需要的熱水平為100°C左右，使用以往僅為熱損失的廢熱即可作為處理容易且易于保存的液體燃料獲取，因而能量效率非常優(yōu)異。另外，所述殘渣即便使用例如脫水機機械地進行擠榨，含水率也為70%以上，在此狀態(tài)下進行焚燒、熔融時，另外需要外部燃料，廢熱回收的蒸汽比率保持在很低。根據(jù)(9)的發(fā)明，通過將使用了 60°C以上的低水平廢熱的通風干燥和使用了食品廢棄物中所含微生物(重新添加菌種當然也是可以的)的發(fā)酵熱的需氧干燥組合，可以在不重新添加外部燃料的情況下大幅度地減少水分。因而，在相鄰的焚燒或熔融設備中不需使用新的外部燃料，而且可以提高廢熱回收的蒸汽比率。根據(jù)(10)的發(fā)明，在將所述殘渣保持于厭氧狀態(tài)的狀態(tài)下，通過食品廢棄物中所含微生物(重新添加菌種當然也是可以的)的作用，可以將以甲烷為主成分的可燃性氣體回收。對于該技術，通過將經過可溶化的原料保持在固態(tài)成分濃度為10%左右、35°C以上的溫度，并在罐內進行攪拌，由此活化微生物的活動，但本發(fā)明的殘渣已經發(fā)生可溶化，通過添加蒸餾廢液等中，可以在不添加新的水和燃料的情況下容易地進行發(fā)酵。另外，回收的甲烷等可燃性氣體可作為相鄰的焚燒或熔融設備的外部燃料代替品使用。而且，通過使用利用可燃氣體的獨立燃氣發(fā)動機發(fā)電機或燃氣渦輪發(fā)電機、利用蒸汽發(fā)生器的廢熱蒸汽的過熱等，可以供給設備內的電力或蒸汽的一部分。根據(jù)(11)的發(fā)明，通過將蒸餾廢液的一部分作為加水液再利用于糖化工序，可以減少廢液，而且可以供給糖化工序所需的熱量(60°C)。另外，廢液含有有機成分，無法在不進行處理的情況下直接作為廢水流出，但通過噴霧至相鄰的焚燒爐或熔融爐的高溫部分， 有機成分可燃燒無害化。
根據(jù)(1 的發(fā)明，通過油水分離、過濾的任一個或兩個工序對使用所述3相式離心分離裝置進行分離所獲得的油成分實施處理后，可作為再生油燃料利用。根據(jù)(1 的發(fā)明，將所述再生油燃料作為相鄰的對廢棄物進行焚燒或熔融的廢棄物處理設備的燃料利用，從而減少在所述廢棄物處理設備中使用的化石燃料。另外，將通過焚燒處理、燃燒所產生的廢熱作為蒸汽回收后，使用利用汽輪機進行發(fā)電時的例如抽氣蒸汽，可利用于所述食品廢棄物的濃縮工序、蒸餾工序。根據(jù)(14)的發(fā)明，使用所述3相式離心分離裝置進行分離所獲得的油成分是以植物油為主成分的油，通過進行以下的處理，可作為柴油相當品使用。(a) —個方法是堿處理法，以KOH、NaOH為催化劑，將醇添加在本發(fā)明獲得的作為原料的油成分中，由此可分解為脂肪酸和甘油。(酯交換反應)。所得脂肪酸在除去甘油和堿催化劑后，可作為柴油相當品使用。(b)另一個方法為亞臨界法。亞臨界法是通過使原料的油成分形成亞臨界狀態(tài)來將油成分分解，其被分解為甘油和脂肪酸。通過該方法，即便是原料比較臟時，也可在沒有特殊前處理的情況下進行分解。根據(jù)(1 的發(fā)明，在本發(fā)明獲得的油成分中混入有游離脂肪酸，在此狀態(tài)下通過堿催化劑會生成皂，因而在進行酯交換反應之前有必要事先除去。通過將濃硫酸作為催化劑使其與醇反應，游離脂肪酸可以發(fā)生酯化。而且，如(14)所示，通過利用堿催化劑與醇反應，可以在不產生皂成分的情況下制作柴油。同樣地，還可使用離子交換樹脂將游離脂肪酸酯化。另外，技術上還可通過離子交換樹脂的組合進行至酯交換。對于酯化反應和/或酯交換反應中所使用的醇而言，一般已知甲醇。甲醇一般是由石油合成，技術上可以由生物質制作(將生物質氣化，利用催化劑由合成氣體合成甲醇)，但在高壓條件化下，技術上的困難性也很高。根據(jù)(16)的發(fā)明，可以將由食品廢棄物制得的乙醇作為生物柴油精制的副原料使用，通過生物質來源的原料，全部可制造柴油。上述反應一般由于水分的混入而效率降低，但可使用在蒸餾后進行了無水化(利用膜分離、PSA或共沸蒸餾)的無水乙醇。根據(jù)本發(fā)明，可以提供將乙醇及油回收進行制造的方法，其通過在糖化液、發(fā)酵液或蒸餾廢液中的任一個的固液分離工序中使用分離為油成分、水溶液成分和固態(tài)成分這3 相的3相式離心分離裝置，在提高食品廢棄物中所含熱能的回收率的同時，作為處理時產生的殘渣的固態(tài)成分的處理容易。另外，通過有效地利用焚燒(熔融)爐的回收蒸汽，可以降低乙醇制造成本。而且，不僅可將殘渣的焚燒熱利用于乙醇制造，還可作為再生油燃料進行利用等， 在產業(yè)上發(fā)揮有用的顯著效果。


圖1是例示本發(fā)明的乙醇及油的回收、制造方法的第1實施方式的圖。圖2是例示本發(fā)明的乙醇及油的回收、制造方法的第2實施方式的圖。圖3是例示本發(fā)明的乙醇及油的回收、制造方法的第3實施方式的圖。圖4是表示本發(fā)明的乙醇及油的回收、制造方法的實施例的圖。圖5是表示本發(fā)明的乙醇及油的回收、制造方法的實施例的圖。
圖6是表示本發(fā)明的乙醇及油的回收、制造方法的實施例的圖。符號說明
1食物垃圾2破碎分選器
3糖化器4網(wǎng)篩
53相離心分離裝置6網(wǎng)篩
7濃縮器8發(fā)酵器
9蒸餾器10膜分離器
11乙醇12殘渣(固態(tài)成分)
13油成分14蒸汽
15氣化熔融爐16廢液
17再生油化處理18燃料化處理
具體實施例方式使用圖1 圖6詳細地說明用于實施本發(fā)明的最佳方式和實施例。圖1 圖4中，1表示食物垃圾、2表示破碎分選器、3表示糖化器、4表示網(wǎng)篩、5 表示3相離心分離裝置、6表示網(wǎng)篩、7表示濃縮器、8表示發(fā)酵器、9表示蒸餾器、10表示膜 分離器、11表示乙醇、12表示殘渣(固態(tài)成分)、13表示油成分、14表示蒸汽、15表示氣化 熔融爐、16表示廢液、17表示再生油化處理、18表示燃料化處理，對于相同要素使用相同符 號，從而避免說明的重復。<第1實施方式>圖1為例示本發(fā)明的乙醇制造方法的第1實施方式的圖。首先，使用破碎分選器2將食物垃圾1粉碎，將固態(tài)成分作為殘渣12除去后，在糖 化器3中添加乙ニ醇淀粉酶等酶并保持于約60°C，從而形成使淀粉轉化為葡萄糖而溶解干 水的狀態(tài)。接著，在網(wǎng)篩4中利用過濾式壓榨機、振動篩裝置、沖孔金屬及網(wǎng)將塑料、紙、袋、 衛(wèi)生筷子、金屬、甲殼類等夾雜物分離，并作為殘渣12除去，然后使用3相式離心分離裝置5 分離成油成分、水溶液成分和固態(tài)成分這3相，將固態(tài)成分作為殘渣12除去。分離出的油成 分13可作為氣化熔融爐15的燃料使用之外，而且由于水溶液成分中不含油成分，因而不必 擔心油成分附著于配管而使水溶液的配管堵塞，可防止乙醇制造設備的熱效率的降低。此 夕卜，剛從糖化器3出來后的糖化液的溫度為觀で以上，因而可提高油成分的流動性，使分離 回收變得容易。接著，在網(wǎng)篩6中利用篩孔(網(wǎng)眼)為0. Imm IOmm的網(wǎng)篩將固液分離エ序中未 分離的固形物除去，并作為殘渣12除去，然后使用濃縮器7加熱至約160°C，生成濃度約為 15WT%的葡萄糖水溶液后，在發(fā)酵器8中酵母菌將葡萄糖吞食，可產生濃度約為7. 5WT%的乙醇。
本發(fā)明中，無論有無濃縮器7或熱源如何，通過使用氣化熔融爐15的發(fā)電設備中所用的約200°C的中低溫的抽氣蒸汽14，可以提高能量效率。另外，通過例如在糖化工序與發(fā)酵工序之間利用3槽分離由水溶液成分中分離回收油成分及固態(tài)成分，并將液體成分送至發(fā)酵部，由于糖化層一般在60°C以上的高溫下保持，因而油的粘度很低、回收容易，可事先除去后工序的發(fā)酵的阻礙要因，可防止之后工序中的配管堵塞，從而益處進一步增大。另外，還可附加陳米或木質系糖化物等糖源來利用乙醇發(fā)酵。這可以廉價地確保在一般的乙醇發(fā)酵中被稱為占原材料費用一半的氮源。例如，在食品廢棄物中添加凝固成瓊脂狀的廢油或者吸附于報紙上的廢油后用作原料，在糖化部中在60°C以上的溫度下攪拌并保持12小時以上，從而可以將以往無法回收的廢油與食品廢棄物置于同一回收路線，可大幅度節(jié)約回收的步驟，回收率大幅度提高。而且，通過在糖化部中在60°C以上的溫度下攪拌并保持12小時以上，溶入報紙中的植物油大部分溶出至糖化液中，而且凝固成瓊脂狀的油在60°C左右可變成液態(tài)，因而在之后的工序中可簡單地作為油進行回收。另外，通過添加脂肪酶可以將附著在固形物上的油成分分解，因而可進一步提高油的回收率。另外，使用熱風通風干燥、需氧發(fā)酵熱的干燥裝置對在所述固液分離工序等中作為固態(tài)成分分離出的殘渣中的水分進行干燥處理后，使用所述廢棄物處理裝置進行焚燒或熔融處理，通過將使用了 60°C以上低水平廢熱的通風干燥和使用了食品廢棄物中所含微生物(重新添加菌種當然也是可以的)的發(fā)酵熱的需氧干燥組合，可以在不重新添加外部燃料的情況下大幅度地減少水分。因而，在相鄰的焚燒或熔融設備中不需使用新的外部燃料， 可以提高廢熱回收的蒸汽比率。另外，通過將對在所述固液分離工序等中作為固態(tài)成分分離出的殘渣進行厭氧發(fā)酵并回收得到的可燃氣體作為所述廢棄物處理裝置的焚燒或熔融熱源或者乙醇機械設備的加熱蒸汽源使用，從而在將所述殘渣保持于厭氧狀態(tài)的狀態(tài)下，通過食品廢棄物中所含微生物(重新添加菌種當然也是可以的)的作用，可以將以甲烷為主成分的可燃性氣體回收。對于該技術，通過將經過可溶化的原料保持在固態(tài)成分濃度為10%左右、35°C以上的溫度，并在罐內進行攪拌，從而活化微生物的活動，但本發(fā)明的殘渣已經發(fā)生可溶化，通過添加蒸餾廢水等即可在不添加新的水和燃料的情況下容易地進行發(fā)酵。另外，回收的甲烷等可燃性氣體可作為相鄰的焚燒或熔融設備的外部燃料代替品使用。而且，通過使用利用了可燃氣體的獨立燃氣發(fā)動機發(fā)電機、蒸汽發(fā)生器等，可以供給設備內的電力或蒸汽的一部分。另外，將與在所述蒸餾工序中濃縮的、回收的乙醇分離后的水溶液作為所述糖化工序中使用的加水液進行再利用，將剩余的水溶液在所述廢棄物處理裝置的焚燒或熔融工序中進行噴霧處理，可以減少廢液，而且可以供給糖化工序所需的熱(60°C)。另外，廢液含有有機成分，無法在不進行處理的情況下直接作為廢水流出，但通過噴霧至相鄰的焚燒爐或熔融爐的高溫部分，有機成分可燃燒無害化。另外，在乙醇發(fā)酵中，為了由來自食品廢棄物的糖化液高效地進行乙醇發(fā)酵，在濃縮器7的出口側設置未圖示的Brix計(折射計)來測定含多種糖分、鹽分、SS分(懸浮固形物成分)的所述糖化液的濃度，通過按照使該濃度處于規(guī)定范圍內的方式來改變原料的混合比率或調整濃縮度，可以進行糖化液的濃度管理，維持高效的發(fā)酵。利用乙醇發(fā)酵將糖轉變成乙醇后，由該乙醇發(fā)酵液利用蒸餾器8分離出乙醇，然后利用膜分離裝置10，可精制約99. 5%以上的無水乙醇。另外，通過利用食物垃圾，此時有機系廢棄物不僅含有糖源，還含有氮源或維生素、礦物質等營養(yǎng)源，在乙醇發(fā)酵時不必添加新的營養(yǎng)源。另外，所制得的乙醇可作為消毒液、液體燃料、汽車燃料利用。此外，可使用焚燒爐代替氣化熔融爐15，且焚燒爐或熔融爐也可利用已有的爐。<第2實施方式>圖2為例示本發(fā)明乙醇制造方法的第2實施方式的圖。第2實施方式是將第1實施方式中的網(wǎng)篩4、3相離心分離裝置5和網(wǎng)篩6設置于發(fā)酵器8與蒸餾器9之間，通過將固態(tài)成分的一部分供至發(fā)酵器8，可提高發(fā)酵效率。此外， 剛從糖化器3出來后的糖化液的溫度為以上，因而可提高油成分的流動性、使分離回收變得容易。另外，網(wǎng)篩4、網(wǎng)篩6和Brix計(折射計)的特征與第1實施方式相同。<第3實施方式>圖3為例示本發(fā)明乙醇制造方法的第3實施方式的圖。第3實施方式是將第1實施方式中的網(wǎng)篩4設置于發(fā)酵器8與蒸餾器9之間，將 3相離心分離裝置5和網(wǎng)篩6設置于膜分離器10的后段，從而將固態(tài)成分的一部分供至發(fā)酵器8、蒸餾器9和膜分離器10，可以提高乙醇生成效率。此外，剛從蒸餾器9出來后的糖化液的溫度為40°C以上，因而可提高油成分的流動性、使分離回收變得容易。另外，網(wǎng)篩4、網(wǎng)篩6和Brix計(折射計)的特征與第1實施方式相同。實施例進行將本發(fā)明的乙醇制造方法適用于圖4 圖6所示的鄰接于氣化熔融爐的乙醇制造設備的試驗。使用氣化熔融爐15對由乙醇制造設備產生的殘渣12進行處理，另一方面確認了， 通過將在氣化熔融爐15中產生的約200°C的中低溫的抽氣蒸汽作為乙醇制造設備的濃縮器4和蒸餾器9的熱源使用，可提高熱效率。使用IOt/日的食物垃圾制造乙醇400升/日時，可將食物垃圾中所含熱能的90% 作為乙醇回收，確認了本發(fā)明的效果。圖5和圖6為表示對使用3相離心分離裝置分離出的油成分實施再生處理的實施例的圖。如圖5和圖6所示可知，通過利用由油水分離、過濾的任一個或兩個工序所構成的再生油化處理17對使用3相式離心分離裝置5分離獲得的油成分進行處理，可作為再生油燃料進行利用。另外可知，將所述再生油燃料作為相鄰的對廢棄物進行焚燒或熔融的廢棄物處理設備的燃料進行利用，從而減少在所述廢棄物處理設備中使用的化石燃料，或者可以將在使用通過焚燒處理、燃燒所產生的廢熱進行發(fā)電時的抽氣蒸汽利用于所述食品廢棄物的濃縮工序、蒸餾工序。此外可知，通過由酯交換反應、亞臨界處理等構成的燃料化處理18，可將使用3相式離心分離裝置5分離獲得的油成分作為含脂肪酸甲酯的生物柴油燃料的原料利用。產業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明，不僅可通過使用氣化熔融爐進行處理來容易地處理在乙醇制造設備中所產生的殘渣，而且，通過使用氣化熔融爐的發(fā)電中所用的抽氣蒸汽作為乙醇制造設備中必用的熱源，可提高熱效率，因而在相鄰設置氣化熔融爐和乙醇制造設備的情況下極為有用，在進行日后的乙醇制造設備的規(guī)劃中可期待其前景。
權利要求
1.乙醇及油的回收、制造方法，其是對食品廢棄物進行糖化、發(fā)酵和蒸餾以將乙醇及油回收、制造的方法，其特征在于，在糖化液、發(fā)酵液或蒸餾廢液中的任一個的固液分離工序中，使用分離為油成分、水溶液成分和固態(tài)成分這3相的3相式離心分離裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，通過3相分離由所述水溶液成分中分離回收油成分及固態(tài)成分，并將液體成分送至發(fā)酵部。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，在食品廢棄物中添加凝固成瓊脂狀的廢油或者吸附于報紙上的廢油后用作原料，在糖化部中在60°C以上的溫度下保持并攪拌12小時以上，從而將廢油回收至糖化液中。
4.根據(jù)權利要求1 3任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，通過在糖化部中添加脂肪酶作為酶，從而將殘留于固形物中的油成分分解，增加在所述3相分離中的回收油量。
5.根據(jù)權利要求1 4任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，使用篩孔為0. Imm IOmm的網(wǎng)篩將所述固液分離工序中未分離的包含在水溶液中的固形物除去。
6.根據(jù)權利要求1 5任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，在所述固液分離工序的前段，使用過濾式的壓榨機、振動篩裝置、沖孔金屬及網(wǎng)將塑料、紙、袋、衛(wèi)生筷子、金屬、甲殼類等夾雜物分離。
7.根據(jù)權利要求1 6任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，使用 Brix計即折射計測定含有多種糖分、鹽分、SS分即懸浮固形物成分的所述糖化液的濃度， 將該濃度控制在規(guī)定值的范圍。
8.根據(jù)權利要求1 7任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，使用對食品廢棄物以外的廢棄物進行焚燒或熔融的廢棄物處理設備將在所述固液分離工序等中作為固態(tài)成分分離出的殘渣實施處理，并將回收此時產生的廢熱得到的蒸汽利用于所述食品廢棄物的濃縮工序、蒸餾工序。
9.根據(jù)權利要求1 8任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，使用利用了熱風通風干燥、需氧發(fā)酵熱的干燥裝置對在所述固液分離工序等中作為固態(tài)成分分離出的殘渣中的水分實施干燥處理后，使用所述廢棄物處理裝置實施焚燒或熔融處理。
10.根據(jù)權利要求1 9任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，將對在所述固液分離工序等中作為固態(tài)成分分離出的殘渣進行厭氧發(fā)酵并回收得到的可燃氣體作為所述廢棄物處理裝置的焚燒或熔融熱源或者乙醇機械設備的加熱蒸汽源使用。
11.根據(jù)權利要求1 10任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，將在所述蒸餾工序中與乙醇分離后的水溶液作為所述糖化工序中使用的加水液進行再利用，將剩余的水溶液在所述廢棄物處理裝置的焚燒或熔融工序中進行噴霧處理。
12.根據(jù)權利要求1 11任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，利用油水分離、過濾的任一個或兩個工序對使用所述3相式離心分離裝置進行分離獲得的油成分實施處理后，作為再生油燃料進行利用。
13.根據(jù)權利要求1 12任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，將所述再生油燃料作為相鄰的對廢棄物進行焚燒或熔融的廢棄物處理設備的燃料利用，從而減少在所述廢棄物處理設備中使用的化石燃料。
14.根據(jù)權利要求1 12任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，通過酯交換反應、亞臨界處理、熱處理等將使用所述3相式離心分離裝置進行分離獲得的油成分作為生物柴油燃料的原料進行利用。
15.根據(jù)權利要求1 14任一項所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，通過添加濃硫酸作為催化劑使混入在所述油成分中的游離脂肪酸與醇反應來進行酯化，或者使用離子交換樹脂作為催化劑使混入在所述油成分中的游離脂肪酸與醇反應來進行酯化，從而降低游離脂肪酸濃度。
16.根據(jù)權利要求14或15所述的乙醇及油的回收、制造方法，其特征在于，作為所述酯交換和/或所述酯化工序中使用的醇，使用通過所述工藝精制的乙醇。
全文摘要
本發(fā)明提供在提高食品廢棄物中所含熱能的回收率的同時，作為處理時所產生的殘渣的固態(tài)成分的處理容易的乙醇制造方法。本發(fā)明為一種乙醇及油的回收、制造方法，其是對食品廢棄物進行糖化、發(fā)酵和蒸餾以制造乙醇的方法，其特征在于，在糖化液、發(fā)酵液或蒸餾廢液中的任一個的固液分離工序中，使用分離成油成分、水溶液成分和固態(tài)成分這3相的3相式離心分離裝置。
文檔編號B09B3/00GK102292170SQ20098015514
公開日2011年12月21日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權日2009年1月22日
發(fā)明者加藤也寸彥, 吉武智郎, 御手洗重, 木內崇文, 羽島康文 申請人:新日鐵工程技術株式會社, 日鐵機械設備設計株式會社