利用小麦生产乙醇联产饲料的系统和方法

技术领域

本发明涉及乙醇发酵领域，具体涉及一种利用小麦生产乙醇联产饲料的系统和方法。

背景技术

由于小麦等是新兴的燃料乙醇原料，国内没有专门为小麦原料的燃料乙醇工艺。现有工艺流程大多是在木薯或玉米原料生产燃料乙醇的流程进行改进。

但是使用小麦原料生产燃料乙醇时，由于小麦的组分中淀粉含量低，非淀粉多糖含量高，蛋白含量和纤维含量也相对较高。所谓的非淀粉多糖(NSPs)，如戊聚糖(标准小麦颗粒中约含有1.8％的可溶性戊聚糖)会导致物料粘度显著增加，尤其是清液粘度的大幅增加，一般会使糖浆粘度由玉米原料时的600cP左右到约3000cP。糖浆粘度上升，蒸发产能严重下降；而且由于糖浆粘度大，蒸发装置需要定期停工清洗；能够回用的清液占比降低，去蒸发的清液量增加，蒸发能耗上升10％-20％，这样，整个蒸发单元成为小麦产乙醇工艺的瓶颈，相比于使用玉米作为原料生产乙醇时，全小麦流程装置的负荷也被迫降低到50％左右，蒸发的效能成为制约生产运行的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的以小麦为原料生产乙醇时，由于清液和糖浆粘度高导致蒸发困难和清液回用量低等问题，提供一种利用小麦生产乙醇联产饲料的系统和方法，采用该系统能够降低清液浓度和糖浆的粘度，降低蒸发能耗，提高清液回用量，同时还能够联产三种饲料。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种利用小麦生产乙醇联产饲料的系统，该系统包括：

粉碎单元，用于对小麦进行粉碎，得到粉碎产物；

纤维水洗单元，对所述粉碎产物进行纤维水洗，得到纤维物料和待调浆物料；

调浆单元，用于将所述待调浆物料进行调浆，得到淀粉浆液；

液化单元，用于将所述淀粉浆液进行液化，得到液化液；

发酵单元，用于将所述液化液进行发酵，得到成熟醪液；

蒸馏单元，用于将所述成熟醪液进行蒸馏分离，得到乙醇和废醪液；

第一分离单元，用于将废醪液进行第一分离，得到第一清液和第一湿饼；

第二分离单元，用于对第一清液进行第二分离，得到第二清液和第二湿饼；

厌氧单元，用于对至少部分第二清液进行厌氧处理，得到厌氧处理后的清液和沼气；

蒸发单元，用于对至少部分所述第二清液进行蒸发处理，得到糖浆和蒸发凝液；

干燥单元，通过管路与第一分离单元、第二分离单元、纤维水洗单元和蒸发单元连接，用于对第一湿饼进行干燥，得到DDGS；对第二湿饼和可选的糖浆进行干燥，得到蛋白饲料；对纤维物料和至少部分糖浆的混合物进行干燥，得到纤维饲料。

优选地，所述厌氧单元通过管路与纤维水洗单元和/或调浆单元连接，用于将所述厌氧处理后的清液循环至纤维水洗单元和/或调浆单元，作为水洗用水和/或调浆用水。

优选地，所述蒸发单元还通过管路与纤维水洗单元和/或调浆单元连接，用于将所述蒸发凝液循环至纤维水洗单元和/或调浆单元，作为水洗用水和/或调浆用水。

优选地，所述干燥单元还通过管路与调浆单元和/或厌氧单元连接，用于将干燥产生的干燥凝液循环至调浆单元作为调浆用水，和/或将所述干燥凝液循环至厌氧单元进行厌氧处理，得到厌氧处理后的清液和沼气。

优选地，该系统还包括蒸汽发生单元，用于对所述沼气进行蒸汽发生，得到沼气源蒸汽；其中，所述沼气源蒸汽作为蒸馏单元和/或所述干燥单元的部分热源。

本发明第二方面提供一种利用小麦生产乙醇联产饲料的方法，该方法包括：

(1)对小麦进行粉碎，得到粉碎产物；

(2)对所述粉碎产物进行纤维水洗，得到纤维物料和待调浆物料；

(3)对所述待调浆物料进行调浆，得到淀粉浆液；

(4)对所述淀粉浆液进行液化，得到液化液；

(5)将所述液化液中进行发酵，得到成熟醪液；

(6)对成熟醪液进行蒸馏，得到乙醇和废醪液；

(7)对废醪液进行第一分离，得到第一清液和第一湿饼；

(8)对第一清液进行第二分离，得到第二清液和第二湿饼；

(9)对至少部分第二清液进行厌氧处理，得到厌氧处理后的清液和沼气；

(10)对至少部分所述第二清液进行蒸发处理，得到糖浆和蒸发凝液；

(11)对第一湿饼进行干燥，得到DDGS；对第二湿饼和可选的糖浆进行干燥，得到蛋白饲料；对纤维物料和至少部分糖浆的混合物进行干燥，得到纤维饲料。

由于纤维素水洗工艺和两次分离，清液干物降低，大大提高清液回配比例。去蒸发的清液量下降，蒸发负荷下降；装置长期稳定运行，蒸发单元无需单独停工清洗，可以保证装置满负荷运行。

本发明通过纤维素水洗，先把小麦中纤维素物料洗涤分离，然后与蒸发得到的糖浆混合，生产纤维饲料；蒸馏得到的废醪液进行一次分离和二次分离，生产DDGS饲料和蛋白饲料(蛋白含量为40重量％以上)。

以厌氧单元产生的沼气经蒸汽发生处理后得到的沼气源蒸汽为小麦生产乙醇联产饲料的系统提供热源，虽然生产的饲料种类增加，但是与传统流程相比，但不需要额外提供新鲜蒸汽，也即系统外源提供的蒸汽消耗量不变。

总之，本发明在生产乙醇和DDGS产品以及能耗基本不增加的基础上，新增副产物纤维饲料和蛋白饲料，提高产品的灵活性，并且使生产效益提高10％以上。

附图说明

图1是本发明所述的利用小麦生产乙醇联产饲料的系统示意图。

附图标记说明

T1、粉碎单元；T2、纤维水洗单元；T3、调浆单元；T4、液化单元；T5、发酵单元；T6、蒸馏单元；T7、第一分离单元；T8、第二分离单元；T9、厌氧单元；T10、蒸发单元；T11、干燥单元。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明第一方面提供一种利用小麦生产乙醇联产饲料的系统，该系统包括：

粉碎单元，用于对小麦进行粉碎，得到粉碎产物；

纤维水洗单元，对所述粉碎产物进行纤维水洗，得到纤维物料和待调浆物料；

调浆单元，用于将所述待调浆物料进行调浆，得到淀粉浆液；

液化单元，用于将所述淀粉浆液进行液化，得到液化液；

发酵单元，用于将所述液化液进行发酵，得到成熟醪液；

蒸馏单元，用于将所述成熟醪液进行蒸馏分离，得到乙醇和废醪液；

第一分离单元，用于将废醪液进行第一分离，得到第一清液和第一湿饼；

第二分离单元，用于对第一清液进行第二分离，得到第二清液和第二湿饼；

厌氧单元，用于对至少部分第二清液进行厌氧处理，得到厌氧处理后的清液和沼气；

蒸发单元，用于对至少部分所述第二清液进行蒸发处理，得到糖浆和蒸发凝液；

干燥单元，用于干燥第一湿饼和第二湿饼，分别得到DDGS和蛋白饲料；所述干燥单元还通过管路与纤维水洗单元和蒸发单元，用于对纤维物料和糖浆的混合物进行干燥，得到纤维饲料。

利用本发明所述的系统以小麦为原料生产乙醇的方法如第二方面所述，在此不再赘述。

优选地，所述厌氧单元通过管路与纤维水洗单元和/或调浆单元连接，用于将所述厌氧处理后的清液循环至纤维水洗单元和/或调浆单元，作为水洗用水和/或调浆用水。

优选地，所述蒸发单元还通过管路与纤维水洗单元和/或调浆单元连接，用于将所述蒸发凝液循环至纤维水洗单元和/或调浆单元，作为水洗用水和/或调浆用水。

优选地，所述干燥单元还通过管路与调浆单元和/或厌氧单元连接，用于将干燥产生的干燥凝液循环至调浆单元作为调浆用水，和/或将所述干燥凝液循环至厌氧单元进行厌氧处理，得到厌氧处理后的清液和沼气。

所述干燥单元还可以与蒸发单元连接，用于将干燥废气作为蒸发单元的热源。

优选地，该系统还包括蒸汽发生单元，用于对所述沼气进行蒸汽发生，得到沼气源蒸汽；其中，所述沼气源蒸汽作为蒸馏单元和/或所述干燥单元(优选用于干燥纤维饲料)的部分热源。

在本发明中，所述蒸汽发生单元还可以以沼气外的物料作为发生蒸汽的原料。

在本发明中，各单元配制的装置或设备均为本领域常规的设备，本领域技术人员可以根据需要进行选择。

在本发明中，所述粉碎单元例如可包括粉碎机；纤维水洗单元可以包括纤维分离机和多个水洗罐，只要能够将小麦中的纤维物料与其他组分分离开即可，具体的操作条件可以根据具体的纤维水洗装备进行调整；调浆单元可以包括调浆罐；液化单元可以包括液化罐；发酵单元可以包括发酵罐，还可以包括用于提供种子液的种子罐等，种子罐的级数和数量可以根据需要选择；蒸馏单元可以包括至少2个蒸馏塔，比如至少包括粗馏塔和精馏塔，为了提高乙醇纯度，可以增加蒸馏塔(比如，组合塔、水洗塔、回收塔等)；第一分离单元可以包括板框过滤机；所述第二分离单元可以包括分离机；所述厌氧单元可以包括厌氧反应器；所述蒸发单元可以包括蒸发装置；所述干燥单元可以包括干燥机。

应当理解的是，上述内容仅简单说明了每个单元必要的设备，为了维持系统的正常运行，还可包括本领域公知的其他辅助设备或装置，在此不再赘述。各个单元中设备的个数没有特别的限制，本领域技术人员可以根据需要进行调整。

本发明第二方面提供一种利用小麦生产乙醇联产饲料的方法，该方法包括：

(1)对小麦进行粉碎，得到粉碎产物；

(2)对所述粉碎产物进行纤维水洗，得到纤维物料和待调浆物料；

(3)对所述待调浆物料进行调浆，得到淀粉浆液；

(4)对所述淀粉浆液进行液化，得到液化液；

(5)将所述液化液中进行发酵，得到成熟醪液；

(6)对成熟醪液进行蒸馏，得到乙醇和废醪液；

(7)对废醪液进行第一分离，得到第一清液和第一湿饼；

(8)对第一清液进行第二分离，得到第二清液和第二湿饼；

(9)对至少部分第二清液进行厌氧处理，得到厌氧处理后的清液和沼气；

(10)对至少部分所述第二清液进行蒸发处理，得到糖浆和蒸发凝液；

(11)分别对第一湿饼、第二湿饼以及纤维物料和糖浆的混合物进行干燥，得到DDGS、蛋白饲料和纤维饲料。

在本发明中，使用小麦生产乙醇是指以小麦为主要原料，可以全部以小麦为原料进行生产，还可以掺杂其它淀粉质原料，比如水稻、玉米、木薯和高粱等。

在本发明中，用于生产乙醇的原料中，其它淀粉质原料不超过50重量％，也即小麦的用量不低于50重量％。

能够理解的是，术语“小麦”、“玉米”、“水稻”、“木薯”和“高粱”并非指其整株植物本身，而是指其淀粉含量较多的部分或器官，也即，小麦种子、玉米种子、水稻种子、木薯块茎、高粱种子，它们带皮或不带皮。

在本发明中，没有特殊说明的情况下，小麦是麦粒，水稻为糙米，玉米为玉米粒。

其中，对于粉碎的方式没有特别的限定，可以为本领域常用的各种粉碎处理的方式，为了提高后续处理的效果，优选情况下，所述粉碎的条件使得80重量％以上的粉碎产物能够通过20目筛网，进一步优选至少85％，再进一步优选至少95％的粉碎产物能够通过20目筛。

一般来说，纤维水洗设备可以是，由一组串联连接的水洗罐和相应设备(比如纤维分离机和泵等)构成。进罐物料和水的方向为逆流，第一台罐的出料可以进入分离设备(比如板框过滤机或离心机)，得到纤维物料和液相部分，液相部分再进入下一台罐，重复多次水洗后，最后一台罐的物料进入调浆单元。该设备在常温常压下操作。

应当理解的是，待调浆物料中也可能会含有纤维素，纤维物料中也可能会含有淀粉。优选地，所述纤维水洗的条件使得所述待调浆物料中纤维素含量为0.8重量％以下，纤维物料中淀粉的含量为3重量％以下。

优选地，所述淀粉浆液中固形物的含量为20-40重量％，例如20、25、30、35、40重量％以及任意两点组成的范围内的任意值，更优选为25-32重量％。

优选地，所述调浆温度为90-105℃，优选为93-100℃，在所述优选的情况下，能够使得淀粉彻底糊化，物料中的淀粉充分释放，为后续液化提供良好的条件，有利于乙醇浓度的上升。

其中，调浆过程中还可包括调节pH的步骤，调节后的pH优选为3-8，更优选为4-7。

优选地，调浆步骤中的调浆用水至少部分来自厌氧处理后的清液、蒸发凝液和干燥凝液中的至少一种。

在本发明中，优选地，所述调浆的方式还包括：在高温酶制剂的存在下，对所述待调浆物料进行调浆，得到淀粉浆液；其中，所述高温酶制剂包含木聚糖酶和/或β-葡聚糖酶。

在本发明中，所述高温酶制剂是指能够耐受90℃以上温度的酶制剂。涉及的木聚糖酶和β-葡聚糖酶都应具备耐受90℃以上温度的性质。

单独使用时，优选地，相对于1g的小麦，所述木聚糖酶的用量为10-40U，进一步优选为12-20U，例如，12U、13U、14U、15U、16U、17U、18U、19U、20U以及任意两点组成的范围内的任意值。其可以通过商购获得，例如，可以为购自诺维信的Viscozyme HT。

单独使用时，优选地，相对于1g的小麦，所述β-葡聚糖酶的用量为5-20U，进一步优选为10-18U，例如，10U、11U、12U、13U、14U、15U、16U、17U、18U以及任意两点组成的范围内的任意值。其可以通过商购获得，例如，可以为购自博立公司或者百斯杰的高温β-葡聚糖酶。

同时使用木聚糖酶和β-葡聚糖酶时，优选地，相对于1g的小麦，木聚糖酶的用量为10-15U，β-葡聚糖酶的用量为1-2U。

发明人还尝试了添加纤维素酶进行调浆，但基本没有效果。

在本发明中，如上的高温酶剂中的各种酶的添加顺序没有限制。

在本发明中，所述液化的目的是将所述淀粉浆液转化为可发酵性糖。因此，本领域常规使用的能够实现液化处理目的方法均适用于本发明。具体地，所述液化的过程可以包括：向所述淀粉浆液中添加淀粉酶进行液化，得到液化液。

具体地，所述液化的过程可以在调浆步骤后单独进行(比如向所述淀粉浆液中添加淀粉酶进行液化，得到液化液)，也可以在调浆过程中随之进行，比如与木聚糖酶和/或β-葡聚糖酶同时加入淀粉酶进行调浆。

优选地，相对于1g的粉碎产物，所述淀粉酶的用量为10-80U，更优选为18-40U。

应该理解的是，此处的粉碎产物可以是指小麦(使用全小麦用于乙醇生产时)或小麦和其他淀粉质原料的混合物(使用小麦和其他淀粉质原料进行乙醇生产时)。

所述淀粉酶可以是本领域常规使用的淀粉酶，比如可以为购自杰能科公司的耐高温α-淀粉酶。

优选地，所述液化的条件包括：温度为55-120℃，更优选为70-100℃；pH为3-8，更优选为4-7；时间为0.2-10h，更优选为2-5h。

在本发明中，所述发酵的目的是将所述液化液经过发酵生产含乙醇的发酵醪液，经分离后得到成熟醪液。因此，本领域常规使用的能够实现发酵目的的方法均适用于本发明。

具体地，所述发酵的过程可以包括：将菌种接种到所述液化液中进行发酵；所述发酵的pH值为2-7，优选为3-6；温度为25-40℃，优选为30-35℃；时间为2-5天。在所述优选的条件下，能够提高乙醇的产率。

用于发酵的菌可以是本领域能够利用C5糖和C6糖同时发酵产乙醇的菌株，优选地，以阿拉伯糖和木糖的总重量计，该菌株利用五碳糖生产乙醇的利用率为60％以上。比如可以为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)CGMCC No.16830。

应当理解的是，大规模生产乙醇时，五碳糖的利用率会低于小试或中试规模下的数据，也即，如果是在小试或中试亦或是实验室规模时，其五碳糖的利用率还能够更高。

在本发明中，所述菌种在接种前还可以先进行活化和至少一级扩培，所述活化可以在摇瓶中进行，所述扩培可以在摇瓶和/或扩培罐中进行。比如，可以在摇瓶中分别进行活化和一级扩培，在扩培罐中进行二级扩培，得到种子液。

其中，活化和每级扩培的条件可以包括：pH值为2-7，优选为3-6；温度为25-40℃，优选为30-35℃；活化的时间为12-24h；每级扩培的时间为6-16h。

在本发明中，所述菌种接种量可以在较宽的范围内进行选择，比如相对于1克所述液化液，所述菌种的接种量可以为1×10

所述活化或扩培过程中使用的培养基可以相同或不同，可以为本领域常规使用的扩培培养基，比如可以为YEPX培养基或酶解液培养基。

其中，YEPX培养基可以包括5-15g/L酵母膏，15-25g/L蛋白胨以及15-25g/L单糖。其中，所述单糖选自葡萄糖、阿拉伯糖和木糖中的至少一种。

所述酶解液培养基可以包括酶解液稀释液、单糖和玉米浆。

优选地，相对于100重量份的酶解液培养基，所述葡萄糖的含量2.5-3.5重量份，木糖的含量为1-1.5重量份，玉米浆0.1-0.2重量份，余量为酶解液稀释液(稀释倍数优选为1-2倍)，在该优选的条件下，提升菌株对酶解液中所含抑制物的耐受性。

优选地，所述扩培培养基中还包含青霉素，所述青霉素的用量使得所述扩培培养基中的青霉素含量为5-20ppm，更优选为8-15ppm。

在本发明中，以阿拉伯糖和木糖的总重量计，所述发酵使得五碳糖的利用率为60％以上，优选为65％以上，更优选为70％以上。

在本发明中，五碳糖的利用率可以按照如下公式计算，五碳糖的利用率(％)＝(发酵0h时五碳糖浓度-发酵结束时五碳糖浓度)/发酵0h时五碳糖浓度×100％，其中，五碳糖以阿拉伯糖和木糖的总重量计。

在本发明中，糖化和发酵可以同步进行，也即还向液化液中加入糖化酶，其中糖化酶可以为本领域常见的糖化酶，比如可以为诺维信的苏宏474。

所述糖化酶的用量可以在较宽的范围内选择，优选地，相对于1g的粉碎产物，糖化酶的用量为300-400U，优选为320-380U。

优选地，该方法还包括在调浆、液化和发酵中的至少一个步骤中加入纤维素酶。在所述优选的情况下，能够进一步降低清液固含量，降低糖浆粘度，增加乙醇产率。

优选地，相对于1g的小麦，所述纤维素酶的用量为5-20U，选为10-18U，例如，10U、11U、12U、13U、14U、15U、16U、17U、18U以及任意两点组成的范围内的任意值。其可以通过商购获得，例如，可以为购自博立公司或者百斯杰的纤维素酶。

在本发明中，所述蒸馏的目的是从发酵醪液中提取乙醇，所述蒸馏的方式优选包括：对成熟醪液进行粗馏，得到粗馏馏分和废醪液；对所述粗馏馏分进行精馏，得到乙醇。

所述蒸馏可以在本领域常规的蒸馏系统中进行，本领域技术人员可以根据需要进行选择。

可以在粗馏塔中进行粗馏，优选地，所述粗馏塔的工作条件包括：塔釜温度为65-85℃；塔釜压力为-0.06至-0.03MPa；塔顶温度为40-60℃；塔顶压力为-0.05至-0.08MPa；回流比为0.5-5。

可以在精馏塔中进行精馏，优选地，所述精馏塔的工作条件包括：塔釜温度为105-125℃；塔釜压力为0.07至0.3MPa；塔顶温度为85-98℃；塔顶压力为0.05至0.2MPa；回流比为0.5-8。

在本发明中，回流比是指采出物料量与返回塔的物料量之比。

粗馏塔的废醪液从塔底排出，废醪液中乙醇含量优选＜0.04重量％，可进行后处理，比如经过分离、蒸发和干燥得到副产物。

应当理解的是，蒸馏单元还可以包含其他的蒸馏塔，各蒸馏塔的工作条件为本领域常规的工作条件，在此不再赘述。

在本发明中，该方法还包括：将废醪液进行第一分离，得到第一清液和第一湿饼，对第一清液进行第二分离，得到第二清液和第二湿饼。

在本发明中，所述分离的方法可以使用本领域常规的技术手段，比如通过离心或过滤的方法进行分离。应该理解的是，第一分离是粗分离，第二分离为细分离。

优选地，所述第一分离的条件使得第一清液中的干物质含量为5-10重量％。

优选地，所述第二分离的条件使得第二清液中的干物质含量为3.5重量％以下。

在本发明的一种优选实施方式中，所述第一分离的方式为板框过滤或者离心(转速为1500-2000rpm)。

在本发明的一种优选实施方式中，所述第二分离的方式为离心(转速为2000-2500rpm)。

应当理解的是，第一和第二分离都是离心的情况下，第二分离的转速高于第一分离的转速。

在本发明中，经过第二分离处理后得到的第二清液中主要成分为糖类，将所述第二清液分为两股，一股经厌氧处理，另一股去蒸发处理。

优选地，进行厌氧处理的第二清液占第二清液总体积的30-70体积％，更优选为40-60体积％。在所述优选的情况下，能够实现清液的全部回用。

可以经过蒸发浓缩后得到糖浆和蒸发凝液，也可以对其进行厌氧处理后得到厌氧处理后的清液和沼气。

所述厌氧处理可以在厌氧反应器，例如甲烷发生器中进行。通过所述厌氧反应器处理第二清液可以生产沼气和厌氧处理后的清液，所述沼气可以通过燃烧为乙醇的生产提供热能，厌氧处理后的清液可回收利用。

在所述厌氧过程中，具体的操作条件可以根据实际情况进行选择，比如可以根据厌氧菌种的生长繁殖需要确定操作条件，优选地，控制厌氧发酵的温度为25-35℃，pH为6.5-7.5。所述厌氧反应器可以连续工作，也可以间歇工作，优选为连续工作。

优选的情况下，厌氧处理后的清液的COD值在200mg/L以下，然后可以作为调浆步骤中的至少部分调浆用水或者纤维水洗步骤中的部分水洗用水。

优选地，该方法还包括将所述厌氧处理后的清液和/或所述蒸发凝液循环至纤维水洗步骤和/或调浆步骤，作为水洗用水和/或调浆用水。

优选地，该方法还包括对所述沼气进行蒸汽发生，得到沼气源蒸汽；其中，所述沼气源蒸汽作为蒸馏步骤和/或干燥步骤的部分热源。比如，所述沼气源蒸汽可以用于干燥生产纤维饲料。

在本发明中，该方法还包括：对至少所述第二清液进行蒸发处理，得到糖浆和蒸发凝液。

本领域技术人员可以根据需要选择蒸发的装置和参数。

在本发明中，该方法还包括：对第一湿饼进行干燥，得到DDGS；对第二湿饼和可选的糖浆进行干燥，得到蛋白饲料；对纤维物料和至少部分糖浆的混合物进行干燥，得到纤维饲料。

其中，所述DDGS是指酒糟蛋白，可作为饲料产品。

蛋白物料中的蛋白含量在40-60重量％范围内，也可以用作饲料，在生产蛋白物料时，可以全部使用第二湿饼干燥得到，也可以是第二湿饼和糖浆的混合物经干燥得到。

在本发明中，用于生产蛋白物料的糖浆占糖浆总体积的0-50体积％，在这种情况下，蛋白饲料的色泽比较好而且均匀。在本发明中，大部分甚至全部的糖浆可以与纤维物料混合并干燥，用于生产纤维饲料。

在本发明中，干燥的方法可以是本领域常规使用的技术手段，比如可以由干燥机进行干燥。本领域技术人员可以根据需要调整干燥的温度和时间。

纤维饲料和DDGS饲料可以采用常压干燥；高蛋白饲料采用真空干燥，真空度控制在-0.04至-0.07MPaG，保证蛋白饲料的色泽良好。

在干燥第一湿饼得到DDGS后，得到的干燥废气仍含有较高的热量，一般在干燥单元中充分利用干燥废气，比如蛋白饲料和/或纤维饲料的干燥。

在本发明中，优选地，所述干燥废气作为蒸发步骤的热源和/或干燥蛋白饲料的热源，所述沼气源蒸汽作为干燥纤维饲料的热源。在这种情况下，能够充分利用热量。

优选地，该方法还包括将干燥步骤产生的干燥凝液循环至调浆步骤作为调浆用水，和/或将所述干燥凝液循环至厌氧步骤进行厌氧处理，得到厌氧处理后的清液和沼气。

在本发明中，通过精馏得到的乙醇可以经过后处理，得到乙醇产品，本领域技术人员可根据需要选择合适的纯化工艺，在此不再赘述。

在本发明中，如无特殊说明，压力均为表压。

根据本发明一种特别优选的实施方式，本发明提供一种利用小麦原料生产燃料乙醇的方法，该方法包括：

(1)对小麦进行粉碎处理，得到粉碎产物；其中，所述粉碎的条件使得80重量％以上的所述粉碎产物能够通过20目筛网；

(2)对粉碎产物进行纤维水洗后，得到纤维物料和待调浆物料，纤维水洗的条件使得纤维物料中淀粉含量为3重量％以下，待调浆物料中纤维素含量为0.8重量％以下；其中，水洗用水包括工艺水以及蒸发凝液和厌氧处理后的清液中的至少一种；

(3)对待调浆物料与α-淀粉酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶以及调浆用水混合后进行调浆，得到淀粉浆液，其中，所述调浆的条件包括：调浆的温度为93-97℃，调浆的pH为4-6；调浆用水的用量使得得到的淀粉浆液中固形物的含量为25-32重量％，其中，调浆用水包括工艺水以及蒸发凝液、厌氧处理后的清液和干燥凝液中的至少一种；其中，相比于1g的小麦，木聚糖酶的用量为10-15U，β-葡聚糖酶的用量为1-2U；其中，相对于1克粉碎产物，所述α-淀粉酶的用量为18-25U；

(4)将淀粉浆液进行液化，得到液化液；所述液化的条件为：温度为85-95℃，时间为1-2h，pH值为4-6；

(5)在糖化酶存在下，将菌种接种到所述液化液中进行发酵，得到成熟醪液；相对于1克上述液化液，所述菌种的接种量为1×10

(6)将所述成熟醪液进行粗馏，得到废醪液和粗馏馏分，所得粗馏馏分进行精馏，得到乙醇；

(7)对废醪液进行第一分离，得到第一湿饼和第一清液；对所述第一清液进行第二次分离，得到第二湿饼和第二清液；其中，所述第一分离的条件使得第一清液中的干物质含量为5-10重量％，所述第二分离的条件使得第二清液中的干物质含量为3.5重量％以下；

将45-55体积％的所述第二清液进行蒸发，得到糖浆和蒸发凝液；对剩余的第二清液进行厌氧处理，得到沼气和厌氧处理后的清液，对所述沼气进行蒸汽发生，得到沼气源蒸汽；其中，厌氧处理的条件使得厌氧处理后的清液的COD值在低于200mg/L；其中，所述沼气源蒸汽作为蒸馏步骤的至少部分热源和/或纤维饲料干燥的热源；

对第一湿饼进行第一干燥，得到DDGS和干燥废气；将至少部分糖浆与纤维原料混合后，经第二干燥得到纤维饲料；将剩余的糖浆与第二湿饼混合后进行第三干燥，得到蛋白物料；其中，干燥废气作为蒸发步骤和蛋白饲料干燥的热源；将干燥步骤产生的干燥凝液循环至调浆步骤作为调浆用水，和/或将所述干燥凝液循环至厌氧步骤进行厌氧处理，得到厌氧处理后的清液和沼气。

其中，小麦可以和其他淀粉质原料一同用于生产乙醇(用于生产乙醇的原料中，其它淀粉质原料不超过50重量％)，也可以使用全小麦生产乙醇。

以下实施例和对比例中，除非特别说明，用到的试剂均为市售品。

除非特别说明，涉及的设备均为本领域常规的设备，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择和操作。

酿酒酵母为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)CGMCC No.16830。

木聚糖酶为购自诺维信的Viscozyme HT；

β-葡聚糖酶为购自百斯杰公司的β-葡聚糖酶；

α-淀粉酶购自杰能科公司；

糖化酶购自诺维信的苏宏474。

YEPX培养基：酵母膏10g/L，蛋白胨20g/L，木糖20g/L，青霉素10ppm。

采用蒸汽发生器产生0.80MPaG的新鲜蒸汽，为精馏塔提供热源。

清液中固含量的测定方法采用烘干法，固含量＝烘干后固相重量/烘干前清液的重量。

粘度采用粘度测定仪测定。

耗水量和耗蒸汽量分别以每生产1t乙醇所消耗的新鲜工艺水和蒸汽(不含沼气源蒸汽)的重量计。

能耗以每生产1t乙醇所消耗的能量计。

在以下实施例中，按照乙醇生产规模为30万吨/年燃料乙醇开展。

如无特殊说明，以下涉及的点值均在本领域可预期的范围内波动。

实施例1

本实施例用于说明本发明所述的利用小麦生产乙醇联产饲料的系统和方法。

在如图1所示的系统中进行乙醇联产饲料的制备，该系统包括：

粉碎单元T1，用于对小麦进行粉碎，得到粉碎产物；

纤维水洗单元T2，对所述粉碎产物进行纤维水洗，得到纤维物料和待调浆物料；

调浆单元T3，用于将所述待调浆物料进行调浆，得到淀粉浆液；

液化单元T4，用于将所述淀粉浆液进行液化，得到液化液；

发酵单元T5，用于将所述液化液进行发酵，得到成熟醪液；

蒸馏单元T6，用于将所述成熟醪液进行蒸馏分离，得到乙醇和废醪液；

第一分离单元T7，用于将废醪液进行第一分离，得到第一清液和第一湿饼；

第二分离单元T8，用于对第一清液进行第二分离，得到第二清液和第二湿饼；

厌氧单元T9，用于对至少部分第二清液进行厌氧处理，得到厌氧处理后的清液和沼气；通过管路与纤维水洗单元T2和/或调浆单元T3连接，用于将所述厌氧处理后的清液循环至纤维水洗单元T2和/或调浆单元T3，作为水洗用水和/或调浆用水；

蒸发单元T10，用于对至少部分所述第二清液进行蒸发处理，得到糖浆和蒸发凝液；通过管路与纤维水洗单元T2和/或调浆单元T3连接，用于将所述蒸发凝液循环至纤维水洗单元T2和/或调浆单元T3，作为水洗用水和/或调浆用水；

干燥单元T11，通过管路与第一分离单元T7、第二分离单元T8、纤维水洗单元T2和蒸发单元T10连接，用于对第一湿饼进行干燥，得到DDGS，对第二湿饼和部分糖浆进行干燥，得到蛋白饲料，对纤维物料和至少部分糖浆的混合物进行干燥，得到纤维饲料；所述干燥单元T11还通过管路与调浆单元T3和/或厌氧单元T9连接，用于将干燥产生的干燥凝液循环至调浆单元T3作为调浆用水，和/或将所述干燥凝液循环至厌氧单元T9进行厌氧处理，得到厌氧处理后的清液和沼气；

蒸汽发生单元，用于对所述沼气进行蒸汽发生，得到沼气源蒸汽；其中，所述沼气源蒸汽作为蒸馏单元T6和所述干燥单元T11的至少部分热源。

具体方法如下：

小麦经过粉碎处理，得到粉碎产物。其中，所述粉碎的条件使得80重量％以上的所述粉碎产物能够通过20目筛网。将粉碎产物在纤维水洗设备中纤维水洗后，得到纤维物料和待调浆物料，纤维水洗的条件使得纤维物料中淀粉含量低于2.8重量％，待调浆物料中纤维素含量低于0.68重量％。其中，水洗用水包括工艺水、蒸发凝液和厌氧处理后的清液。

待调浆物料送至调浆罐中与α-淀粉酶、木聚糖酶和β-葡聚糖酶以及调浆用水混合进行调浆，得到淀粉浆液，调浆温度为95℃，调浆用水的用量使得得到的淀粉浆液中固形物的含量为28重量％，淀粉浆液的pH为5。调浆后直接液化，不再添加α-淀粉酶，液化的条件为：温度为90℃，时间为90分钟，pH值为5.6。其中，调浆用水包括工艺水、蒸发凝液、厌氧处理后的清液和干燥凝液。其中，相比于1g的小麦，木聚糖酶的用量为12U，β-葡聚糖酶的用量为1.5U；相对于1g的粉碎产物，所述α-淀粉酶的用量为20U。

取酿酒酵母用YEPX培养基进行活化并扩培，得到种子液。其中，活化条件包括：温度为30℃，初始pH为5，时间为20h；扩培条件包括：温度为30℃，初始pH为5，时间为12h。将糖化酶、液化液和种子液混合后进行发酵，其中，相对于1克上述液化液，所述酒精酵母的接种量为10

将所述成熟醪液在粗馏塔进行粗馏，得到废醪液和粗馏馏分，所得粗馏馏分在精馏塔中进行精馏，得到乙醇。其中，粗馏的条件包括：塔釜温度为80℃；塔釜压力为-0.045Ma；塔顶温度为53℃；塔顶压力为-0.065MPa；回流比为0.8。精馏的条件包括：塔釜温度为105℃；塔釜压力为0.13MPa；塔顶温度为92℃；塔顶压力为0.07MPa；回流比为3。

在板框过滤机中对废醪液进行第一分离，得到第一湿饼和第一清液；在碟片分离机(转速为2000rpm)中对所述第一清液进行第二分离，得到第二湿饼和第二清液。其中，第一清液中的固含物含量为8.15重量％；第二清液中的干物质含量下降到3.2重量％。

将50体积％的所述第二清液进行蒸发，得到糖浆和蒸发凝液；剩余的第二清液在厌氧反应器中进行厌氧处理，得到沼气和厌氧处理后的清液。厌氧处理的条件使得厌氧处理后的清液的COD值在低于200mg/L。对所述沼气进行蒸汽发生，得到沼气源蒸汽；其中，所述沼气源蒸汽用作纤维饲料干燥的热源。

第一湿饼经干燥机干燥后，得到DDGS和干燥废气。20体积％的糖浆与纤维原料混合后，经干燥处理后得到纤维饲料；剩余量的糖浆与第二湿饼混合并经干燥后，得到蛋白饲料。干燥废气可以为蒸发步骤和蛋白饲料的生产提供热源。将干燥步骤产生的干燥凝液循环至调浆步骤和/或厌氧步骤，用作调浆用水，或者经厌氧处理得到厌氧处理后的清液和沼气。

每生产1t乙醇(以95体积％计)，联产0.6kg DDGS、0.35kg蛋白饲料和0.15kg纤维饲料。

测定第一清液、第二清液和糖浆的固含量以及糖浆的粘度，具体结果见表1；每生产1t乙醇(以95体积％计)，耗水量、耗蒸汽量(不包括沼气源蒸汽)和能耗见表2。

装置长期稳定运行，蒸发单元无需单独停工清洗，可以保证装置满负荷运行；清液完全回用，无需设置废水处理厂。

对比例1

本对比例说明参比的利用小麦生产乙醇联产饲料的方法。

按照实施例1所述的系统和方法进行操作，不同的是，该系统中不含纤维水洗单元，粉碎产物直接进行调浆。

由于纤维没有单独分离出来，只能生产DDGS和高蛋白饲料两种产品，每生产1t乙醇(以95体积％计)，联产0.7kg DDGS和0.3kg蛋白饲料，另外还有0kg糖浆(去纤维饲料的糖浆去产DDGS饲料)。

另由于纤维没有分离出来，后续分离设备效率变差，湿饼含水量增加，干燥部分能耗上升。

由于纤维未分离出来，还会使得淀粉酶的加量有些不足，从而使酒度降低，总能耗上升。

测定第一清液、第二清液和糖浆的固含量以及糖浆的粘度，具体结果见表1；每生产1t乙醇(以95体积％计)，耗水量、耗蒸汽量和能耗见表2。

对比例2

本对比例说明参比的利用小麦生产乙醇联产饲料的方法。

按照实施例1所述的系统和方法进行操作，不同的是，该系统中不含厌氧单元，100体积％的第二清液进行蒸发处理。

每生产1t乙醇(以95体积％计)，联产0.65kg DDGS、0.35kg蛋白饲料和0.15kg纤维饲料。

测定第一清液、第二清液和糖浆的固含量以及糖浆的粘度，具体结果见表1；每生产1t乙醇(以95体积％计)，耗水量、耗蒸汽量和能耗见表2。

由于清液100％去蒸发单元，蒸发需要的能耗上升，清液没有去IC单元，IC部分没有蒸汽产生，蒸汽的能耗上升。没有清液回用，调浆水需要补充新鲜工艺水，工艺水消耗增加。

对比例3

本对比例说明参比的利用小麦生产乙醇联产饲料的方法。

按照实施例1所述的系统和方法进行操作，不同的是，该系统中不含第二分离单元，第一分离单元清液全部进入蒸发单元。

每生产1t乙醇(以95体积％计)，联产0.85kg DDGS和0.15kg纤维饲料。

测定第一清液和糖浆的固含量以及糖浆的粘度，具体结果见表1；每生产1t乙醇(以95体积％计)，耗水量、耗蒸汽量和能耗见表2。

由于没有经过第二分离单元，第一分离单元的清液固含物高，所以蒸发的负荷大，需要蒸汽量上升。而且清液量大，蒸发无法满足负荷要求，一般来说效能下降50％(与全玉米原料装置相比)；而且糖浆的粘度高，蒸发容易堵塞，不得不降低糖浆的固含物，使得其粘度降低。没有蛋白饲料产出，也没有IC部分产生的蒸汽，总的蒸汽消耗上升。清液没有回用，新鲜水的消耗量上升。

表1

表2

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。