以纤维素系生物质为原料的基于酶法的生物乙醇制造方法技术

本发明专利技术的课题在于提供一种以木质纤维素系生物质为原料的生物乙醇制造方法，该方法在对生物质中含有的纤维素进行酶水解而可溶化时，无需特别的设备，能够提高发酵工序中得到的发酵液的乙醇浓度，减轻蒸馏负荷。将去除了半纤维素后的纤维素系生物质的固体残渣在反应容器内与含有纤维素水解酶的水溶液混合时，调整成乙醇为3质量％以上6质量％以下。在对纤维素进行水解的期间，杂菌的繁殖受到抑制，使糖化液进行乙醇发酵时的乙醇浓度也升高，因此减轻了蒸馏负荷。水解时添加的乙醇可在对酒精发酵液进行蒸馏时被回收并再利用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】以纤维素系生物质为原料的基于酶法的生物乙醇制造方法
本专利技术涉及利用水解酶将纤维素系生物质水解而制造生物乙醇的方法，该方法用于通过酒精发酵由糖类制造乙醇(生物乙醇)。
技术介绍
作为生物质能利用的一环，进行了将作为植物的主要成分的纤维素或半纤维素分解而制造糖化液，使糖进行酒精发酵以获得乙醇的尝试。此处，所得到的乙醇计划作为燃料用途主要在汽车燃料中部分地混入、或者用作汽油的替代燃料。植物的主要成分中包含纤维素(作为由6个碳构成的C6糖类的葡萄糖的聚合物)、半纤维素(由5个碳构成的C5糖类与C6糖类的聚合物)、木质素、淀粉，乙醇是以C5糖类、C6糖类、作为它们的复合体的低聚糖之类的糖类作为原料，通过酵母菌之类的微生物的发酵作用而生成的。为了将纤维素或半纤维素之类的纤维素系生物质分解成糖类，工业上利用下述三种方法：1)利用硫酸等强酸的氧化力来进行水解的方法；2)利用酶来进行分解的方法；3)利用超临界水或亚临界水的氧化力的方法。其中，2)的酶解法具有分解时间比其他分解方法长的缺点，但具有制造设备成本和运行成本低、能够进行常温常压处理、不易发生糖的过度分解的优点。由于生物质的比重小、体积大，因此，若提高浆料浓度则流动性极度恶化，难以通过配管进行输送等，处理变得困难。另外，由于浆料浓度提高，与各种溶剂和酶的接触性降低，糖化收率降低。因此，难以提高糖化液的糖浓度，向发酵工序供给的糖化液的浓度不得不降低。其结果，发酵液的乙醇浓度也低，存在蒸馏工序中的蒸馏能量增加的问题。相反，若为了易于处理而降低浆料浓度，则糖化液的糖浓度降低，发酵工序后续的蒸馏工序的负荷进一步增大。专利文献1中公开了一种乙醇制造方法，其特征在于，为了减轻蒸馏工序的负荷，利用酶使木质纤维素发生糖化后，对糖化液进行浓缩，使用浓缩后的糖化液进行酒精发酵。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2011-45277号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题在如专利文献1所公开的那样对糖化液进行浓缩的情况下，需要膜浓缩装置之类的浓缩装置，设备投资增大。另外，为了浓缩糖化液需要耗费时间，因此在储藏设备内的停留时间增加，杂菌繁殖的危险性提高。若杂菌繁殖，则糖化液中的糖类被杂菌所消耗，发酵工序中的酵母的乙醇转换效率降低，因此会导致蒸馏负荷的增大与乙醇制造量的减少。在利用纤维素酶之类的水解酶对生物质的纤维素进行水解的情况下，理想的是，制备尽可能高浓度的含纤维素的水溶液来进行水解，从而制造高浓度的糖化液。但是，若在开始纤维素水解的最初提高容器内的固体物质浓度(生物质浓度)，则反应容器内容物的粘度高，因此搅拌变得困难。另一方面，若使用搅拌动力大的搅拌装置，则设置费用和运转费用升高。本专利技术的目的在于提供一种以木质纤维素系生物质为原料的生物乙醇制造方法，该方法无需特别的设备，能够提高发酵工序中得到的发酵液的乙醇浓度，减轻蒸馏负荷。用于解决课题的手段本专利技术人进行了深入研究，结果发现，在纤维素水解工序中，在反应容器内将去除了半纤维素后的固体残渣与含有纤维素水解酶的水溶液进行混合和搅拌时，通过以一定浓度添加乙醇，即便长时间进行纤维素的酶水解，也能抑制杂菌的繁殖而提高糖生成量，并且能够提高酒精发酵后的发酵液中的乙醇浓度，由此完成了本专利技术。具体而言，本专利技术涉及一种生物乙醇制造方法，其是以纤维素系生物质为原料的生物乙醇制造方法，其特征在于，上述生物乙醇制造方法具有下述工序：工序A，通过热水处理或半纤维素水解酶将纤维素系生物质中含有的半纤维素分解；工序B，将去除了半纤维素后的固体残渣在反应容器内与含有纤维素水解酶的水溶液混合后，利用设置在上述反应容器内的搅拌装置进行搅拌，将去除了半纤维素后的固体残渣可溶化；工序C，一边利用上述搅拌装置进行搅拌，一边继续水解反应，直至上述反应容器内的纤维素水解反应结束为止；工序D，将水解反应后的浆料从上述反应容器中取出；工序E，使上述工序D中得到的浆料进行酒精发酵；和工序F，对酒精发酵后的发酵液进行蒸馏而回收乙醇，在上述工序B中，相对于上述反应容器内的水溶液，以3质量％以上6质量％以下的范围添加乙醇。作为在上述工序B中添加的乙醇，优选使用在上述工序F中回收的乙醇的一部分。优选上述反应容器的底面为平坦状、锥形或封头状，上述搅拌装置至少在上述反应容器内具有两个以上的搅拌叶片。上述搅拌装置的搅拌叶片优选选自由螺带、双螺带、Maxblend、倾斜桨叶和锚叶组成的组。本专利技术的生物乙醇制造方法中，还优选：在不同的反应容器内实施上述工序B和上述工序C，在上述工序B结束后，将内容物从实施了上述工序B的反应容器中抽出，并将该内容物供给到实施上述工序C的反应容器中。本专利技术的生物乙醇制造方法可以在上述工序B之前进一步具有去除纤维素系生物质中含有的木质素的工序A1。专利技术的效果根据本专利技术，能够减轻蒸馏负荷，降低乙醇的制造成本。另外，还能够防止糖化工序和发酵工序中的杂菌的增殖。附图说明图1示出基于酶法由纤维素系生物质进行的糖化液制造工序的基本流程。图2示出适合于工序B的实施的反应容器的示意性构成图的一例。图3示出对实施方式1的乙醇制造方法进行说明的图。图4示出对实施方式2的乙醇制造方法进行说明的图。具体实施方式适当参照附图来对本专利技术的实施方式进行说明。图1示出基于酶法由纤维素系生物质进行的糖化液制造工序的基本流程。<预处理工序>首先，将甘蔗渣之类的纤维素系生物质(下文中表示为“生物质”)用破碎机或粉碎机进行粗粉碎。此时，优选制成平均直径为10～100mm以下的小片。粗粉碎后的生物质可以利用氢氧化钠之类的金属氢氧化物的水溶液进行蒸解处理。通过该蒸解处理，甘蔗渣中含有的木质素的一部分被去除，纤维素和半纤维素与酶的反应性提高。蒸解处理后的生物质利用酸进行中和。代替利用金属氢氧化物的水溶液进行蒸解处理，也可以使用爆破装置进行基于水蒸气的爆破处理(200～240℃、1.5～4MPa、1～15min；优选为225～230℃、2.5～3Mpa、1～5min)，进行生物质中的半纤维素成分的糖化和木质素的部分去除。利用爆破装置进行了处理的生物质(爆破处理物)中包含来自半纤维素的C5糖化液、木质素溶解物和固体残渣。在将C5糖化液与C6糖化液分开进行半纤维素糖发酵的情况下，利用压滤机等对该爆破处理物进行固液分离，分成爆破处理液和固体残渣。固体残渣进一步用水适当清洗，由此能够回收固体残渣中包含的糖类。需要说明的是，在同时进行C5糖发酵与C6糖发酵的情况下，任选地实施固液分离。通过爆破处理得到的固体残渣进行水清洗而去除糖类和木质素溶解物后，可以在乙醇浓度为30％以上、优选为50％以上的乙醇水溶液中，在常温下浸渍0.5小时以上48小时以下、优选1小时以上24小时以下的时间，将被覆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物乙醇制造方法，其是以纤维素系生物质为原料的生物乙醇制造方法，其特征在于，/n所述生物乙醇制造方法具有下述工序：/n工序A，通过热水处理或半纤维素水解酶将纤维素系生物质中含有的半纤维素分解；/n工序B，将去除了半纤维素后的固体残渣在反应容器内与含有纤维素水解酶的水溶液混合后，利用设置在所述反应容器内的搅拌装置进行搅拌，将去除了半纤维素后的固体残渣可溶化；/n工序C，一边利用所述搅拌装置进行搅拌，一边继续水解反应，直至所述反应容器内的纤维素水解反应结束为止；/n工序D，将水解反应后的浆料从所述反应容器中取出；/n工序E，使所述工序D中得到的浆料进行酒精发酵；和/n工序F，对酒精发酵后的发酵液进行蒸馏而回收乙醇，/n在所述工序B中，相对于所述反应容器内的水溶液，以3质量％以上6质量％以下的范围添加乙醇。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171219 JP 2017-2429551.一种生物乙醇制造方法，其是以纤维素系生物质为原料的生物乙醇制造方法，其特征在于，
所述生物乙醇制造方法具有下述工序：
工序A，通过热水处理或半纤维素水解酶将纤维素系生物质中含有的半纤维素分解；
工序B，将去除了半纤维素后的固体残渣在反应容器内与含有纤维素水解酶的水溶液混合后，利用设置在所述反应容器内的搅拌装置进行搅拌，将去除了半纤维素后的固体残渣可溶化；
工序C，一边利用所述搅拌装置进行搅拌，一边继续水解反应，直至所述反应容器内的纤维素水解反应结束为止；
工序D，将水解反应后的浆料从所述反应容器中取出；
工序E，使所述工序D中得到的浆料进行酒精发酵；和
工序F，对酒精发酵后的发酵液进行蒸馏而回收乙醇，
在所述工序B中，相对于所述反应容器内的水溶液，以3质量％以上6质量％以下的范围添加乙醇。


2....

【专利技术属性】
技术研发人员：西野毅，和泉宪明，田尻浩范，辻田章次，小田明日香，政本学，藁谷友祐，
申请(专利权)人：川崎重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP