一种油菜秸秆资源化全质利用方法技术

本发明专利技术属于爆破提取木糖和发酵制备乙醇的领域，尤其为一种油菜秸秆资源化全质利用方法。该方法先将原材料进行预处理，然后采用螺杆挤压爆破、木糖提取、水解除杂、酶解发酵工艺以及发酵残余物制复合肥、废水处理回用等步骤，解决油菜秸秆的资源化全质利用，降低发酵乙醇生产成本，形成绿色环保的生产工艺。

A Method of Full Utilization of Rape Straw Resources

The invention belongs to the field of explosive extraction of xylose and fermentation to prepare ethanol, in particular to a method for full utilization of rape straw resources. In this method, the raw materials were pretreated first, then the screw extrusion blasting, xylose extraction, hydrolysis and impurity removal, enzymatic fermentation process, compound fertilizer made from fermentation residues and wastewater treatment and reuse were used to solve the problem of full utilization of rape straw, reduce the production cost of fermented ethanol, and form a green and environmental protection production process.

【技术实现步骤摘要】
一种油菜秸秆资源化全质利用方法
本专利技术属于爆破提取木糖和发酵制备乙醇的领域，尤其为一种油菜秸秆资源化全质利用方法。
技术介绍
随着生物质能源利用技术的发展，农作物秸秆已成为重要的生物质能资源。我国是世界第二大油菜种植国，油菜种植面积和油菜籽产量约占世界总量的20％。2013年我国油菜种植面积约为750万hm2，油菜籽产量达1400万t以上。种植油菜可在获得油菜籽的同时产生大量的油菜秸秆，因此，我国的油菜秸秆资源十分丰富。油菜秸秆中的纤维素含量比水稻、小麦秸秆中含量还高，油菜秸秆与水稻秸秆、小麦秸秆的组成如下表所示：从表中的分析结果可以看出，不同种类秸秆的组分含量差异较大。3种秸秆中油菜秸秆的纤维素含量最高，在杆部含量高达52.99％，木质素含量也有较大的差异：油菜秸秆和小麦秸秆的木质素含量差异较小，也说明油菜秸秆含有较多纤维素，可用来发酵制备乙醇或造纸；其中半纤维素含量仍有20％左右，可用来制取木糖。油菜秸秆外表皮致密光滑，含有脂肪、蜡等弱介质层；整体容重0.3068g/cm～3。其主要化学成份(纤维素、半纤维素、木质素)接近于玉米杆、芦苇两种常见禾本科植物和杨木阔叶材。以2013年为例，油菜秸秆资源量仅四川省的可收集量为828万t。目前，油菜秆除少量作为粗饲料外，大部分被废弃或随意焚烧，严重污染了环境，造成巨大的资源浪费。若将其资源化、能源化利用，实现产业化发展，就能达到双赢的效果。申请号201110244212.0“一种油菜杆纸浆的制备方法”公开了一种油菜杆纸浆的制备方法，该方法中记载以油菜杆、水、水蒸气、蒸煮液为原料，采用干湿法备料和横管连蒸技术生产油菜杆纸浆，通过油菜杆→切割机→水力碎草机→斜螺旋脱水机→销鼓计量器→预汽蒸螺旋→T型管→蒸煮管→卸料器→喷放锅提取等工序后制得成品，该生产方法的优点是：利用造纸通用设备，设备投资少、工艺简单、经济效益好、环境污染小、纸浆白度高、稳定性好且将油菜杆变废为宝，利国利民，生产的油菜杆纸浆是造纸的好原料。有关油菜秸秆提取木糖及发酵制乙醇的方法尚未见报道。油菜秸秆是由纤维素、半纤维素、木质素等相互交织、结构复杂的功能超分子体。但目前众多关于纤维素乙醇的研究，主要考虑如何将原料中的纤维素部分高效转化为乙醇，使其产量最大化，较少考虑木质素等组分的高效利用。由于目标产品单一，导致纤维素乙醇产业难以突破技术经济关，不能实现大规模的产业化生产。此外，由于原料中其他成分未能被充分利用，在造成资源严重浪费的同时，造成环境污染并使生产成本增加，因而造成秸秆发酵制乙醇成本太高，不能大规模实现工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种油菜秸秆资源化全质利用方法。该方法中采用螺杆挤压爆破、木糖提取、水解除杂、酶解发酵工艺以及发酵残余物制复合肥、废水处理回用等技术，解决油菜秸秆的资源化全质利用，降低发酵乙醇生产成本，绿色环保。为了实现以上专利技术目的，本专利技术的技术方案为：一种油菜秸秆资源化全质利用方法，该方法以油菜杆为原料，通过以下步骤得到木糖、乙醇及复合肥油菜秸秆资源化全质利用：(1)预处理将油菜秸秆用锤式粉碎机切至1-3cm，再经除尘机去掉杂质与带人的泥土；除尘后的油菜秸秆进入热水洗涤器，在80-100℃时，洗去残留的泥土和水溶性色素等物质并进行软化；所述经预处理后的油菜秸输送至挤干机使物料含水量达40-60wt％。油菜秸秆用锤式粉碎机粉碎，其核心工作器件是锤片和筛板，工作时，锤片开始做高速旋转运动，不断击打秸秆，使其结构遭到破坏，符合1-3cm要求的油菜杆通过筛板孔排出，锤片依然持续地击打不符合要求的秸秆，当秸秆被破碎到符合要求，继而从筛孔排出，进行除尘，去掉杂质与尘土；除尘后的油菜秸秆，仍夹带有部分土及其它杂质，为了除掉这些杂质及软化油菜杆，以利于爆破，用80-100℃的热水，在螺旋洗草机中进行逆流洗涤，洗草机为斜螺旋，水由下部进入，油菜秸秆由上方进入，温度由洗草机外部夹套通入蒸汽维持。热水洗涤后的油菜秸秆，用单螺旋挤干机挤干，使物料含水40-60％；洗涤水经处理后回用于洗涤原料。(2)螺杆挤压喷爆步骤(1)的物料送入螺杆挤压闪蒸喷爆器内，利用螺杆挤出机搓揉挤出物料并在螺杆挤出机的推动下向前移动推，由出口处喷出闪爆；控制温度140-220℃、压力1.4-3.0MPa、停留时间80s～150s；实现喷爆过程，获得含木糖的喷爆物料。挤干的物料送入螺杆挤压喷爆器内，通过控制螺杆的转速调节物料在体内的停留时间80s～150s；螺杆喷爆机利用螺杆转动来推动物料前进，依靠植物纤维本身和螺杆之间的摩擦来实现物料的密封、增压和升温。控制温160-190℃、压力1.6-2.0MPa、当物料到达出口时，物料被压实，温度由于摩擦生热而升高到一定程度。由于物料本身含有一定量水分，当物料从狭缝口模中连续泄出时，物料内部的高温高压水瞬时释出，产生巨大的爆破力，从而破坏植物纤维的束状组织结构，实现植物纤维细胞的离解，半纤维素被降解为木糖，获得含木糖和少量有机酸(乙酸)的喷爆物料；洗涤水经处理后回用。(3)提取木糖喷爆物料用水配制成15～25％质量浓度的浆料，用泵打入高浓磨机中进行高浓磨磨浆，将纤维磨细使木糖更充分溶解出来；磨好的浆料在提取机中用60-90℃热水进行逆流提取，将其中木糖及其它杂质提取出来，控制PH＝6-7，挤压至含水量80-90％。同时纤维浆料压干至含水量50-60％；提取液用膜处理回收木糖。作为优选，逆流提取液中的有机酸用NaOH中和至pH＝7，然后用电渗析除盐，以利木糖的精制。逆流提取液，采用微滤膜、纳滤膜，反渗透膜得到质量百分含量为25％的精制木糖液。(4)酸水解含水量50-60％的纤维料配成20-30％的纤维浆，再用1-2％的稀硫酸进行水解，水解温度110-130℃，时间30-100min。水解后的物料，进行压滤，滤渣用清水洗至PH值5；压滤液与步骤(3)中的提取液合并提取木糖。含水量80-90％的纤维料配成20-10％的纤维浆，用1-2％的稀硫酸进行水解，使得原料中的半纤维素水解充分，有利于后步的水解发酵；水解温度110-130℃，时间30-100min。水解后的物料，进行压滤，滤渣用清水洗至PH值5；压滤液与(3)中提取液合并提取木糖。(5)发酵制乙醇采用同步糖化发酵，即同时进行木质纤维素的酶解和葡萄糖的发酵。纤维素浓度10-20％，纤维素酶用量7.5IU/g(绝干原料计)，树干毕赤酵母用30-40IU/g(绝干原料计)，生产周期90-130h，进行同步糖化发酵(SSF)，得到乙醇发酵液。提取木糖后的含纤维10-20％的物料，调节PH值为4-5，加入纤维素酶和酵母，加入量分别为、纤维素酶用量7.5IU/g(绝干原料计)，树干毕赤酵母菌用量30-40IU/g(绝干原料计)，生产周期50-60h，进行同步糖化发酵，得到乙醇发酵液。(6)上述发酵料液，离心过滤，滤液通过精制得到成品乙醇。乙醇发酵液经卧式离心机固液分离，分出的液体通过精馏得到成品乙醇。(7)滤渣即提出乙醇后的发酵剩余物用于生产有机复合肥。离心机分出的固态油菜杆发酵剩余物主要成分为木质素，配合钾、铁、磷、尿素等按常规方法制备缓释复合肥。(8)发酵废水用膜处理后回用。一般每制取1吨乙醇，大概会产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油菜秸秆资源化全质利用方法，其特征在于包括以下步骤：（1）预处理 将油菜秸秆用锤式粉碎机粉碎为长度1‑3cm，再经除尘机去掉杂质与泥土；将除尘后的油菜秸秆进入热水洗涤器，在80‑100℃时，洗去残留的泥土和水溶性色素物质并进行软化；再将经预处理后的油菜秸输送至挤干机中使物料含水量为40‑60wt%；（2）螺杆挤压喷爆将经步骤（1）处理后的物料送入螺杆挤压闪蒸喷爆器内，利用螺杆挤出机搓揉挤出物料并在螺杆挤出机的推动下向前移动推，由出口处喷出闪爆；控制温度140‑220℃、压力1.4‑3.0MPa、停留时间 80 s～ 150 s；获得含木糖的喷爆物料和少量的副产物有机酸；（3）提取木糖将喷爆物料用水配制成15～ 25%浓度的浆料，用高浓磨磨浆；再将磨好的浆料在提取机中用60‑90℃热水进行逆流提取，将其中木糖及杂质提取出来，同时将纤维浆料压干至含水量50‑60%；提取液用膜处理回收木糖；（4）酸水解，将纤维浆料配成20‑30%的纤维浆，再用1‑2%的稀硫酸进行水解，水解温度110‑130℃，时间30‑100min，将水解后的物料进行压滤，滤渣用清水洗至pH值5；压滤液与步骤（3）中提取液合并提取木糖；（5）发酵制乙醇采用同步糖化发酵，即同时进行木质纤维素的酶解和葡萄糖的发酵，纤维素浓度10‑20% ，以绝干原料计，纤维素酶用量7.5IU/g，树干毕赤酵母用30‑40IU/g，生产周期50‑60h，进行同步糖化发酵，得到乙醇发酵液；（6）将上述发酵料液进行离心过滤，滤液通过精制得到成品乙醇；滤渣用于生产有机复合肥；发酵废水用膜处理后回用。...

【技术特征摘要】
1.一种油菜秸秆资源化全质利用方法，其特征在于包括以下步骤：（1）预处理将油菜秸秆用锤式粉碎机粉碎为长度1-3cm，再经除尘机去掉杂质与泥土；将除尘后的油菜秸秆进入热水洗涤器，在80-100℃时，洗去残留的泥土和水溶性色素物质并进行软化；再将经预处理后的油菜秸输送至挤干机中使物料含水量为40-60wt%；（2）螺杆挤压喷爆将经步骤（1）处理后的物料送入螺杆挤压闪蒸喷爆器内，利用螺杆挤出机搓揉挤出物料并在螺杆挤出机的推动下向前移动推，由出口处喷出闪爆；控制温度140-220℃、压力1.4-3.0MPa、停留时间80s～150s；获得含木糖的喷爆物料和少量的副产物有机酸；（3）提取木糖将喷爆物料用水配制成15～25%浓度的浆料，用高浓磨磨浆；再将磨好的浆料在提取机中用60-90℃热水进行逆流提取，将其中木糖及杂质提取出来，同时将纤维浆料压干至含水量50-60%；提取液用膜处理回收木糖；（4）酸水解，将纤维浆料配成20-30%的纤维浆，再用1-2%的稀硫酸进行水解，水解温度110-130℃，时间30-100min，将水解后的物料进行压滤，滤渣用清水洗至pH值5；压滤液与步骤（3）中提取液合并提取木糖；（5）发酵制...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志刚，雷林，唐印，刘朝慧，李旭初，武长安，王明权，李刚，
申请(专利权)人：四川金象赛瑞化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51