一种秸秆乙醇-甲烷联产的闭路循环生产方法技术

本发明专利技术涉及一种秸秆乙醇-甲烷联产的闭路循环生产方法，所涉及的方法包括：(1)150-200℃、0.02MPa-2.5MPa条件下，秸秆原料在水中处理适宜时间后固液分离得到残渣和处理液；(2)利用步骤(1)所得残渣发酵、蒸馏制备乙醇；(3)利用步骤(1)所得处理液和步骤(2)所得蒸馏废液的混合液发酵制备甲烷；(4)甲烷发酵后的废液进行固液分离所得液体作为步骤(1)处理秸秆时所用水，重复步骤(1)至(4)。本发明专利技术的生产方法为全过程废液的全封闭循环方法，无废水排放，不污染环境。并且乙醇终浓度可达到4.3％(v/v)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物能源和废弃物资源化利用
，具体涉及秸杆燃料乙醇和甲烷的偶联生产及废液的封闭循环工艺。
技术介绍
随着社会经济的快速发展，能源需求不断增大，支撑现代工业社会发展的石油、煤炭和天然气等一次性、不可再生能源日渐枯竭。此外，一次性能源的使用带来严重的环境污染，是全球变暖等全球性环境问题的根源之一。因此，可再生的清洁能源日益为各国所重视，其中生物质能源是各国优先发展的再生能源之一。生物质能源主要以废弃农林生物质和有机生活垃圾为原料，综合应用物理、化学、生物等技术手段，将其转化为固体和液体燃料或其他化学品。液体燃料主要包括燃料乙醇和生物柴油。生物质为原料生产燃料乙醇的主要过程包括:生物质原料预处理、酶解、发酵和蒸馏。预处理技术有酸法、碱法、蒸汽爆破、亚临界水法等，其中亚临界水法不添加酸碱，是环境友好的预处理方法。通过预处理，生物质原料中半纤维素、纤维素和木质素构成的网状结构被破坏，利于后续的酶解和发酵过程。但因用于工业乙醇发酵的酵母菌仅能利用葡萄糖等己糖，主要构成成分为戊糖的半纤维素未被有效利用。此外，预处理、酶解和乙醇蒸馏等过程中产生大量废液，对环境造成污染。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷或不足，本专利技术提供了一种乙醇-甲烷闭路循环联产方法。以解决生物质原料燃料乙醇生产过程中废水污染的问题本专利技术提供的乙醇-甲烷闭路循环联产方法包括:(I) 150-2000C^0.02MPa_2.5MPa条件下，秸杆原料在水中处理适宜时间后固液分离得到残渣和处理液；(2)利用步骤(I)所得残渣发酵、蒸馏制备乙醇；(3)利用步骤⑴所得处理液和步骤(2)所得蒸馏废液的混合液发酵制备甲烷；(4)甲烷发酵后的废液进行固液分离所得液体作为步骤(I)处理秸杆时所用水，重复步骤⑴至⑷。可选的，步骤(I)中每1g-1Okg稻杆加400mL_400L水，处理时间ls_15min。可选的，步骤(2)在残渣中加入纤维素酶和酵母进行同时糖化和乙醇发酵，纤维素酶添加量5FPU-30FPU/g残渣，酵母接种量占发酵液3% -12% (v/v)，经48_96h发酵后，蒸馏获得乙醇。可选的，步骤(3)在步骤(I)所得水溶液和步骤(2)所得蒸馏废液的混合液中加入厌氧污泥颗粒进行甲烷发酵，厌氧污泥颗粒质量占混合液质量的1% -20%，发酵时间12-72ho与现有技术相比，本专利技术的优点是:1、本专利技术的生产方法为全过程废液的全封闭循环方法，无废水排放，不污染环境。2、乙醇终浓度可达到4.3% (v/v);3、节约水资源，可明显降低生物质燃料乙醇生产成本，易于实现工业化生产。【附图说明】图1为实施例1的20个循环过程中残渣得率示意图；图2为实施例1的20个循环过程中甲烷产率示意图；图3为实施例1的20个循环过程中乙醇浓度示意图。【具体实施方式】本专利技术的联产方法采用亚临界水预处理生物质，不可溶部进行酶解-乙醇发酵-蒸馏过程，蒸馏废液与预处理后水可溶部合并进行甲烷发酵，甲烷发酵完成后的清液再次用于前端的亚临界水预处理生物质过程，从而实现全过程的封闭循环和废水的零排放。以下是专利技术人提供的具体实施例，以对本专利技术的技术方案作进一步解释说明。实施例1:(I)亚临界水预处理:取1g烘干后的样品置于反应釜中，加蒸馏水400mL，设置温度140°C (0.05MPa)转速为300转/min，处理3min，抽滤，得到残渣和处理液；(2)乙醇发酵和蒸馏:取2g残渣，加缓冲液I lmL，无机盐，酶和缓冲液的8 %的酵母乙醇发酵，72h后进行蒸馏获得乙醇；(3)甲烷发酵:将步骤(I)中的处理液与步骤(2)的蒸馏废液合并，按10%加入厌氧污泥颗粒，静置于35 °C恒温摇床中。(4)处理液循环利用:甲烷发酵后，进行固液分离，所得清液回用于生物质的亚临界水预处理，重复上述(1)-(5)步骤，循环20个批次，残渣得率、甲烷产率和乙醇浓度的变化规律如图1-3所示。【主权项】1.一种秸杆乙醇-甲烷联产的闭路循环生产方法，其特征在于，方法包括: (1)150-2000C^0.02MPa-2.5MPa条件下，秸杆原料在水中处理适宜时间后固液分离得到残渣和处理液； (2)利用步骤(I)所得残渣发酵、蒸馏制备乙醇； (3)利用步骤(I)所得处理液和步骤(2)所得蒸馏废液的混合液发酵制备甲烷； (4)甲烷发酵后的废液进行固液分离所得液体作为步骤(I)处理秸杆时所用水，重复步骤⑴至⑷。2.如权利要求1所述的秸杆乙醇-甲烷联产的闭路循环生产方法，其特征在于，步骤(I)中每 1g-1Okg 稻杆加 400mL-400L 水，处理时间 ls_15min。3.如权利要求1所述的秸杆乙醇-甲烷联产的闭路循环生产方法，其特征在于，步骤(2)在残渣中加入纤维素酶和酵母进行同时糖化和乙醇发酵，纤维素酶添加量5FPU-30FPU/g残渣，酵母接种体积量占发酵液体积的3% -12%，经48_96h发酵后，蒸馏获得乙醇。4.如权利要求1所述的秸杆乙醇-甲烷联产的闭路循环生产方法，其特征在于，步骤(3)在步骤(I)所得水溶液和步骤(2)所得蒸馏废液的混合液中加入厌氧污泥颗粒进行甲烷发酵，厌氧污泥颗粒质量占混合液质量的1% _20%，发酵时间12-72h。【专利摘要】本专利技术涉及，所涉及的方法包括：(1)150-200℃、0.02MPa-2.5MPa条件下，秸秆原料在水中处理适宜时间后固液分离得到残渣和处理液；(2)利用步骤(1)所得残渣发酵、蒸馏制备乙醇；(3)利用步骤(1)所得处理液和步骤(2)所得蒸馏废液的混合液发酵制备甲烷；(4)甲烷发酵后的废液进行固液分离所得液体作为步骤(1)处理秸秆时所用水，重复步骤(1)至(4)。本专利技术的生产方法为全过程废液的全封闭循环方法，无废水排放，不污染环境。并且乙醇终浓度可达到4.3％(v/v)。【IPC分类】C12P7/10, C12P5/02【公开号】CN105087660【申请号】CN201510572180【专利技术人】吕欣, 许玮琪, 王欣, 刘恋, 高丽娜, 张岗, 张晓妮 【申请人】西北农林科技大学【公开日】2015年11月25日【申请日】2015年9月10日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种秸秆乙醇‑甲烷联产的闭路循环生产方法，其特征在于，方法包括：(1)150‑200℃、0.02MPa‑2.5MPa条件下，秸秆原料在水中处理适宜时间后固液分离得到残渣和处理液；(2)利用步骤(1)所得残渣发酵、蒸馏制备乙醇；(3)利用步骤(1)所得处理液和步骤(2)所得蒸馏废液的混合液发酵制备甲烷；(4)甲烷发酵后的废液进行固液分离所得液体作为步骤(1)处理秸秆时所用水，重复步骤(1)至(4)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕欣，许玮琪，王欣，刘恋，高丽娜，张岗，张晓妮，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61