一种木质纤维原料联产中链脂肪酸和生物燃气的方法技术

本发明专利技术提供一种木质纤维原料联产中链脂肪酸和生物燃气的方法。一种木质纤维原料联产中链脂肪酸和生物燃气的方法，包括如下步骤：(1)将粉碎后的木质纤维原料与碱性溶液混合进行预处理，完成预处理的混合物经固液分离，分别得到水解液和固体残渣；(2)将水解液与厌氧消化污泥混合，调节pH至5.0～5.5，继续厌氧发酵，发酵过程中加入乙醇或乳酸，分别得到中链脂肪酸和提取后发酵液；(3)将步骤(1)中得到的固体残渣与步骤(2)中得到的提取后发酵液混合，持续进行厌氧发酵20～50天，得到生物燃气。本发明专利技术针对木质纤维原料碱法预处理和厌氧发酵的特点，建立一种联产生物燃气和中链脂肪酸的方法，实现对木质纤维原料的梯级利用。

【技术实现步骤摘要】
一种木质纤维原料联产中链脂肪酸和生物燃气的方法
：本专利技术涉及废物资源化
，具体涉及一种木质纤维原料联产中链脂肪酸和生物燃气的方法。
技术介绍
：秸秆和能源草本植物等木质纤维原料是地球上最丰富并可持续利用的碳氢类生物质资源，具有来源广泛、产量大、成分稳定等特点。随着生物质能源的不断发展，秸秆、能源植物等木质纤维原料转化制备能源或生物基产品受到越来越多的关注，对延长现代农业产业链、带动工业产业升级、促进农村城镇经济发展、缓解生态环境压力、改善能源结构具有重要作用。木质纤维原料主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，其中纤维素和半纤维素约占66％～75％，是主要的可利用成分。但由于木质纤维原料中三素紧密交联，其特殊的结构、木质素的保护作用、纤维素的结晶等都阻碍了木质纤维原料的水解，影响了利用效率。因此，需要对木质纤维原料进行预处理，以增加原料的水解效率，进而提高转化率。其中，碱处理被证明非常适合作为木质纤维原料厌氧发酵的预处理工艺，预处理后水解液中多为半纤维素水解产物，而固体残渣中则以纤维素为主，各产物成分特性不同，具有分级利用的潜力。厌氧发酵技术是最有潜力的木质纤维生物质资源化利用技术之一。目前，利用木质纤维原料厌氧发酵制备生物燃气技术已在我国得到了快速发展，相关生物能源工程也加速建设，但仍存在发酵周期长、转化效率低、产品价值未能充分体现等问题。近年来，除利用厌氧技术制备生物燃气外，针对厌氧消化特点和自身限制，国际厌氧领域还提出厌氧发酵制备挥发性脂肪酸(Volatilefattyacids，VFAs)的新思路，是一种极具前景的高值化利用途径。其中己酸等中链羧酸因其高能量密度、强疏水性，高附加值，后续的分离纯化相对容易的特点，成为最具潜力的平台化合物之一。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种木质纤维原料联产中链脂肪酸和生物燃气的方法，本专利技术针对木质纤维原料碱法预处理和厌氧发酵的特点，建立一种联产生物燃气和中链脂肪酸的方法，实现对木质纤维原料的梯级利用。本专利技术的目的是提供一种木质纤维原料联产中链脂肪酸和生物燃气的方法，包括如下步骤：(1)将粉碎后的木质纤维原料与碱性溶液以固液比1:10～1:40混合，设置温度为30～80℃，进行12～48小时预处理，完成预处理的混合物经固液分离，分别得到水解液和固体残渣，水解液富含木聚糖、木糖、乙醇酸、乙酸等有机物；(2)将步骤(1)中得到的水解液与厌氧消化污泥混合，调节pH至5.0～5.5，继续保持厌氧发酵15～30天，发酵温度为25～35℃，发酵过程中加入乙醇或乳酸，获得含中链脂肪酸的发酵液，提取其中的中链脂肪酸，分别得到中链脂肪酸和提取后发酵液；(3)将步骤(1)中得到的固体残渣与步骤(2)中得到的提取后发酵液混合，持续进行厌氧发酵20～50天，得到生物燃气。优选地，步骤(1)所述的碱性溶液的中碱性物质的质量分数为2％～8％，碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾和氨水中的一种或几种。优选地，步骤(2)所述的厌氧消化污泥可以来自于正常运行的厌氧发酵工程得到的发酵液，也可以来自于步骤(3)中厌氧发酵产气后的发酵液。优选地，步骤(2)所述的乙醇或乳酸的添加量为每100g发酵液中添加1.5～3g的乙醇或乳酸，所述的乙醇或乳酸添加间隔时间为8～20天，添加次数为2～4次。优选地，步骤(2)所述的中链脂肪酸为己酸或辛酸。优选地，步骤(3)所述的固体残渣与提取后发酵液的固液比为0.03～0.15g/mL。优选地，所述的木质纤维原料为作物秸秆或能源草。除非另有说明，本专利技术涉及的名词定义具有与本领域技术人员通常理解相同的含义。与现有的技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术利用碱处理方法，将木质纤维原料大致分为纤维素为主的固体残渣和半纤维素水解产物为主的水解液，针对产物不同特性，分别进行生物燃气生产和中链脂肪酸生产，实现了对木质纤维原料的分级利用。(2)本专利技术实现了生物燃气和中链脂肪酸的联产，相比传统厌氧发酵工艺，增加了产品种类和附加值；提酸后的发酵液与预处理固体残渣一同厌氧产气，有效成分得到了二次利用，增加了原料的转化效率。(3)本专利技术采用生物法制备清洁能源生物燃气和己酸等羧酸类平台化合物，不仅能够实现秸秆等有机废弃物的能源化与资源化，相比利用石化原料制备该类产品，在处理秸秆等有机废弃物的同时联产能源和高附加值平台化合物，是一种绿色清洁的工艺。附图说明：图1为本专利技术一种木质纤维原料联产中链脂肪酸和生物燃气的方法的工艺流程示意图。具体实施方式：以下实施例是对本专利技术的进一步说明，而不是对本专利技术的限制。厌氧消化污泥为市购。实施例1：如图1所示，杂交狼尾草厌氧发酵联产己酸和生物燃气的方法，包括以下步骤：(1)将新鲜杂交狼尾草粉碎至1cm以下，按40mL/g新鲜杂交狼尾草的量加入质量分数为2％的氢氧化钠溶液的量添加氢氧化钠溶液，设置温度为30℃，反应48小时进行预处理，完成预处理的混合物经固液分离，分别得到预处理水解液和固体残渣；(2)将步骤(1)中得到的预处理水解液与厌氧消化污泥混合，用盐酸或硫酸调节pH至5.5继续保持厌氧发酵30天，发酵温度为25℃，分别在发酵第1天、第8天、第16天和第24天加入乙醇，乙醇每次的添加量为每100g发酵液中添加1.5g乙醇，获得己酸浓度为5g/L、辛酸浓度为1g/L的发酵液的发酵液，使用萃取法提取其中的己酸，分别得到已酸和提取后发酵液；(3)将步骤(1)中得到的固体残渣和在步骤(2)中的提取后发酵液的混合物混合，固体残渣和提取后发酵液的固液比为0.15g/mL，持续进行厌氧发酵50天，得到甲烷含量为50～60％的生物燃气。实施例2：如图1所示，玉米秸秆厌氧发酵联产己酸和生物燃气的方法，包括以下步骤：(1)将玉米秸秆粉碎至2cm以下，按10mL/g新鲜杂交狼尾草的量加入质量分数为8％的氢氧化钾溶液，设置温度为80℃，反应12小时进行预处理，完成预处理的混合物经固液分离，分别得到预处理水解液和固体残渣；(2)将步骤(1)中得到的预处理水解液与厌氧消化污泥混合，用盐酸或硫酸调节pH至5.0继续保持厌氧发酵15天，发酵温度为35℃，分别在发酵第1天和第10天加入乙醇，每次乙醇的添加量为每100g发酵液中添加3g，获得己酸浓度为6g/L，使用萃取法提取其中的己酸和辛酸，分别得到己酸、辛酸和提取后发酵液；(3)将步骤(1)中得到的固体残渣和在步骤(2)中的提取后发酵液的混合物混合，固体残渣和提取后发酵液的固液比为0.03g/mL，持续进行厌氧发酵20天，得到甲烷含量为50～60％的生物燃气。上述实施例为本专利技术较佳的实施方式，但本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化等均应为等效的置换方式，都包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种木质纤维原料联产中链脂肪酸和生物燃气的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将粉碎后的木质纤维原料与碱性溶液以固液比1:10～1:40混合，设置温度为30～80℃，进行12～48小时预处理，完成预处理的混合物经固液分离，分别得到水解液和固体残渣；/n(2)将步骤(1)中得到的水解液与厌氧消化污泥混合，调节pH至5.0～5.5，继续保持厌氧发酵15～30天，发酵温度为25～35℃，发酵过程中加入乙醇或乳酸，获得含中链脂肪酸的发酵液，提取其中的中链脂肪酸，分别得到中链脂肪酸和提取后发酵液；/n(3)将步骤(1)中得到的固体残渣与步骤(2)中得到的提取后发酵液混合，持续进行厌氧发酵20～50天，得到生物燃气。/n

【技术特征摘要】
1.一种木质纤维原料联产中链脂肪酸和生物燃气的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将粉碎后的木质纤维原料与碱性溶液以固液比1:10～1:40混合，设置温度为30～80℃，进行12～48小时预处理，完成预处理的混合物经固液分离，分别得到水解液和固体残渣；
(2)将步骤(1)中得到的水解液与厌氧消化污泥混合，调节pH至5.0～5.5，继续保持厌氧发酵15～30天，发酵温度为25～35℃，发酵过程中加入乙醇或乳酸，获得含中链脂肪酸的发酵液，提取其中的中链脂肪酸，分别得到中链脂肪酸和提取后发酵液；
(3)将步骤(1)中得到的固体残渣与步骤(2)中得到的提取后发酵液混合，持续进行厌氧发酵20～50天，得到生物燃气。


2.根据权利要求1所述的木质纤维原料联产中链脂肪酸和生物燃气的方法，其特征在于，步骤(1)所述的碱性溶液中碱性物质的质量分数为2％～8％，碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾和氨水中的一种或几种。


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【专利技术属性】
技术研发人员：孙永明，邢涛，甄峰，李连华，孔晓英，王忠铭，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44