基于辐照预处理秸秆生产燃料乙醇的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于辐照预处理秸秆生产燃料乙醇的方法，包括以下步骤：将秸秆打捆成型制成秸秆块体；然后装入辐照箱进行60Co‑γ辐照预处理；将预处理后的秸秆进行粉碎制成秸秆粉；利用电子束对秸秆粉其进行二次辐照；二次辐照处理后的秸秆粉置于反应器中进行酶解；对酶解后的反应体系调pH，接入酵母进行发酵得到含乙醇的发酵醪液；将发酵醪液添加到塔釜储罐中进行精馏得到乙醇‑水共沸组成；乙醇‑水共沸组成经分子筛吸附后得到燃料乙醇。本发明专利技术的方法可充分利用废弃资源、减轻农业污染、缓解能源问题，且产品质量优异。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于秸秆利用领域，尤其涉及一种秸秆生产燃料乙醇的方法。
技术介绍
我国是一个能源严重缺乏但需求量大的国家，目前使用的能源物质主要是石油、煤炭、天然气等。这些化石能源不仅储藏量有限，而且其大量使用也带来了严重的环境问题。发展清洁可再生能源刻不容缓。生物质能源是一种丰富的可再生能源，如果能得到合理利用，将可以大大减少对化石能源的过分依赖，在构建我国未来能源安全新系统中具有举足轻重的地位。农作物秸秆是生物质能源的重要组成部分，其蕴含着巨大的能量。我国的农作物秸秆资源十分丰富，秸秆总产量达7亿多吨，但其分布地域广，存在收获的季节性和差异性，且缺乏收集贮运技术和相配套的装备，因此大量秸秆得不到合理收集和利用而被大量焚烧，随之产生的污染问题已成为社会一大公害。秸秆原料中的天然纤维素和半纤维素均为多糖，经水解发酵可转化为乙醇、有机酸和其它可替代化石能源产品的化合物，因此对其进行合理的收集利用已成为当今研究的热点之一。为了使秸秆原料适用于燃料乙醇的生产，传统的处理方式是将秸秆经机械粉碎或研磨成小颗粒的秸秆粉，其优点是操作简单易行，容易实施，但机械粉碎能耗大，对物料的脆性和水分含量有较高的要求，粉碎粒度也受到限制，从而导致生产成本难以控制，因此需要先进行改性预处理以改变其理化性状。研究人员在收集、处理、成本、能耗以及对环境影响的技术瓶颈方面对农作物秸秆进行了深入的研究，发现对秸秆原料进行预处理后可以很好地解决成本和能耗的问题，从而实现秸秆的高效利用。由此可见，秸秆的预处理方法是突破目前秸秆高效利用的关键措施之一。射线辐照作为一种高效的预处理方法，具有处理量大、对环境无污染、处理效果好等优点，已应用于秸秆的改性处理，但是60Co-γ辐照装置因受到装源量的限制，剂量率较低，导致处理时间长；而电子束辐照，穿透性较差，处理样品厚度受限，而影响整体处理效率。木质纤维素经预处理后，还需要进行酶解处理，再经过发酵产生乙醇、有机酸和其它可替代化石能源产品化合物的混合物，最后通过精馏处理，提纯能源物质。但生物质中的纤维素、半纤维素和木质素紧密结合构成了结构致密的木质纤维素，木质纤维素很难进行水解反应，微生物酶系也很难进入到木质纤维素的内部进行转化，所以开发一种高效降解转化生物质的酶解技术也迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种可充分利用废弃资源、减轻农业污染、缓解能源问题、且产品质量优异的基于辐照预处理秸秆生产燃料乙醇的方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为一种基于辐照预处理秸秆生产燃料乙醇的方法，包括以下步骤：(1)将秸秆打捆成型制成秸秆块体；(2)将秸秆块体装入辐照箱进行60Co-γ辐照预处理；(3)将预处理后的秸秆进行粉碎制成秸秆粉；(4)利用电子束对秸秆粉其进行二次辐照；(5)将二次辐照处理后的秸秆粉置于反应器中进行酶解；(6)对酶解后的反应体系调pH，接入酵母进行发酵得到含乙醇的发酵醪液；(7)将含乙醇的发酵醪液添加到塔釜储罐中进行精馏得到乙醇-水共沸组成；(8)将乙醇-水共沸组成经分子筛吸附后得到燃料乙醇。上述本专利技术的方法主要包括原料准备、切割打包、装箱、60Co-γ辐照处理、粉碎处理、电子加速器二次辐照、酶解、发酵、精馏等步骤；通过采用本专利技术的方案及工艺流程实现了从原料准备到产出燃料乙醇物质的工艺整合；特别是通过60Co-γ辐照预处理后再粉碎秸秆，大大减少了粉碎过程的能耗；特别是通过辐照预处理和二次辐照处理的前置组合，大大提升了后续酶解的效率。上述的方法，优选的，所述步骤(1)中，所述秸秆块体成型的规格控制为长900～1000mm×宽500～600mm×高550～600mm，成型密度控制为300～500kg/m3。上述的方法，优选的，所述步骤(1)中的打捆成型是通过秸秆成型系统完成，且该秸秆成型系统的最大捆紧力度为1000～2000N，功率为5～10kW。上述的方法，优选的，所述步骤(2)中，所述辐照箱的装源量为400～1000万居里，放射源强度为7.4×1015～3.70×1016Bq，辐照箱采用单板源湿法储源装置，并采用积放停留步进式辐照。上述的方法，优选的，所述步骤(2)中，所述辐照箱的辐照剂量率为5～20kGy/h，辐照秸秆剂量为200～600kGy。上述的方法，优选的，所述步骤(2)中，具体采用以下方式进行辐照预处理：将所述秸秆块体分上下两层装入辐照箱中，辐照一圈后进行上下换层，再进行一圈辐照以减少辐照不均匀度。上述的方法，优选的，所述步骤(4)中，二次辐照是采用电子束辐照系统完成，电子束辐照系统的能量为10～15MeV，进行电子束辐照的辐照剂量率为200～1000kGy/h，辐照剂量为200～1000kGy。更优选的，经所述步骤(2)、步骤(4)两次辐照处理后的累计辐照剂量控制为600～1200kGy上述的方法，优选的，所述步骤(5)中，所述酶解是指先加入水、蛋白胨、酵母粉及营养盐成分配制成酶解体系，灭菌冷却后再加入纤维素酶和木聚糖酶水解；酶解中水的添加量与秸秆粉的质量比控制在10∶0.5～10∶4，所述蛋白胨在酶解体系中的浓度控制在18～22g/L，酵母粉在酶解体系中的浓度控制在8～12g/L，所述纤维素酶用量在5FPU/g秸秆～20FPU/g秸秆，木聚糖酶用量在5U/g秸秆～20U/g秸秆；所述营养盐成分的配方及在酶解体系中浓度为：K2HPO41～3g/L，MgSO40.5～1.5g/L，(NH4)2SO40.5～1.5g/L，CaCl20.1～0.3g/L。上述的方法，优选的，所述步骤(5)中，酶解时的pH控制在3.7～6.0，酶解温度控制在45℃～55℃，酶解时间控制在24h～120h。上述的方法，优选的，所述步骤(6)中，调pH是指调节在5.0～7.0，所述酵母的接入量质量百分比控制在5％～15％，发酵温度在33℃～43℃，发酵时间在24h～48h。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1.本专利技术将60Co-γ辐照与电子束辐照相结合，不仅可以提高原料的处理量，还可以缩短处理时间，提高处理效率。2.本专利技术中采用γ射线进行一次辐照处理的秸秆原料，能使其组织结构快速被破坏，进而提高秸秆的脆性使之易于粉碎，减少机械粉碎的能耗。3.本专利技术优选的方案中，通过对酶解处理体系的配方及酶解条件进行了改进和优化，这不仅大大提高了酶活，而且提高了酶解效率。4.本专利技术优选的方案中，通过对辐照处理方式及工艺条件进行改进，减少了辐照不均匀度，提高了辐照处理的效率。总体而言，本专利技术充分利用了现有废弃的秸秆资源，为秸秆资源的增值再利用提供了新的途径，同时减轻了农业面源污染和因焚烧造成的环境污染。本专利技术以来源丰富、价格低廉的农作物秸秆等木质纤维素原料制备出燃料乙醇等生物质能源物质，对于应对日益严重的能源危机具有非常重要的意义。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术基于辐照预处理生产燃料乙醇的工艺路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于辐照预处理秸秆生产燃料乙醇的方法，包括以下步骤：(1)将秸秆打捆成型制成秸秆块体；(2)将秸秆块体装入辐照箱进行60Co‑γ辐照预处理；(3)将预处理后的秸秆进行粉碎制成秸秆粉；(4)利用电子束对秸秆粉其进行二次辐照；(5)将二次辐照处理后的秸秆粉置于反应器中进行酶解；(6)对酶解后的反应体系调pH，接入酵母进行发酵得到含乙醇的发酵醪液；(7)将含乙醇的发酵醪液添加到塔釜储罐中进行精馏得到乙醇‑水共沸组成；(8)将乙醇‑水共沸组成经分子筛吸附后得到燃料乙醇。

【技术特征摘要】
1.一种基于辐照预处理秸秆生产燃料乙醇的方法，包括以下步骤：(1)将秸秆打捆成型制成秸秆块体；(2)将秸秆块体装入辐照箱进行60Co-γ辐照预处理；(3)将预处理后的秸秆进行粉碎制成秸秆粉；(4)利用电子束对秸秆粉其进行二次辐照；(5)将二次辐照处理后的秸秆粉置于反应器中进行酶解；(6)对酶解后的反应体系调pH，接入酵母进行发酵得到含乙醇的发酵醪液；(7)将含乙醇的发酵醪液添加到塔釜储罐中进行精馏得到乙醇-水共沸组成；(8)将乙醇-水共沸组成经分子筛吸附后得到燃料乙醇。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述秸秆块体成型的规格控制为长×宽×高＝900～1000mm×500～600mm×550～600mm，成型密度控制为300～500kg/m3。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的打捆成型是通过秸秆成型系统完成，且该秸秆成型系统的最大捆紧力度为1000～2000N，功率为5～10kW。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述辐照箱的装源量为400～1000万居里，放射源强度为7.4×1015～3.70×1016Bq，辐照箱采用单板源湿法储源装置，并采用积放停留步进式辐照。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述辐照箱的辐照剂量率为5～20kGy/h，辐照秸秆剂量为200～600kGy。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，具体采用以下方式进行辐照预处理：将所述秸秆块体分上下两层装入辐...

【专利技术属性】
技术研发人员：王克勤，陈亮，武小芬，齐慧，郭栋豪，邓明，胡蝶，王振，
申请(专利权)人：湖南省核农学与航天育种研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43