采用木质纤维原料生产乙醇的方法技术

本发明专利技术涉及一种采用木质纤维原料生产乙醇的方法，主要解决现有技术存在总糖得率低的问题。本发明专利技术通过采用包括以下步骤：1)将木质纤维原料粉碎，在20～80℃条件下用稀酸有效连续浸渍，停留时间1～15分钟，然后脱水；2)脱水后的物料在温度80～200℃、压力0.4～10MPa条件下处理1～35分钟；3)步骤2)处理后的物料经瞬间减压爆破，得到的含戊糖的多孔蓬松湿物料；4)含戊糖的多孔蓬松湿物料经水洗得到戊糖溶液，以及含纤维素和木质素的物料；5)含纤维素和木质素的物料中加入水，配成所需的干物浓度，经纤维素酶水解得到含己糖的酶解液；6)步骤5)得到的酶解液分离出木质素，得到己糖溶液；7)己糖溶液与戊糖溶液提浓；8)浓缩后的戊糖己糖混合溶液发酵，得到含乙醇的发酵醪液；9)发酵醪液经提浓得到纯度为95％的乙醇的技术方案较好地解决了该问题，可用于木质纤维原料生产乙醇的工业生产中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
21世纪所面临的能源、资源、环境等危机，已成为人类文明发展的主要障碍。人们正在努力寻找替代化石燃料的新能源，以降低对不可再生能源的依赖、控制二氧化碳的排放、保护生态环境。木质纤维原料是地球上产量最大的可再生资源，包括林木、农作物秸杆、农副产品加工下脚料等。目前这些资源中，除少数用于纸浆造纸、建筑、纺织、饲料等行业夕卜，大部分被白白地浪费掉。因此，开发木质纤维素原料制备乙醇的工艺是未来乙醇生产的发展方向。木质纤维素原料制备乙醇的工艺主要包括四个步骤预处理、酶水解、微生物发酵和乙醇分离。其中，预处理技术作为木质纤维素转化为能源的关键步骤，已成为科研工作者关注的焦点。木质纤维素原料含有纤维素、半纤维素和木质素，当采用纤维素酶水解木质生物资源制备乙醇时，纤维素酶必须接触吸附到纤维素底物上才能使反应进行，因此，纤维素对纤维素酶的可及性是决定水解速度的关键因素。纤维素的结晶区、木质生物资源的表面状态、木质生物资源的多组分结构、木质素对纤维素的保护作用以及纤维素被半纤维素覆盖等结构与化学成分的因素 致使木质生物资源难以降解。总的来讲，未经预处理的天然状态的木质生物资源的酶解率小于20%。因此，必须对原料进行预处理，将纤维素、半纤维素和木质素进行分离，打破纤维素的结晶结构，提高纤维素对酶的可及性，使纤维素酶渗透进入纤维素，从而有效地酶解纤维素。木质纤维原料的预处理有多种方法，较常用的是酸处理法。CN101705255A公开了一种利用作物秸杆发酵生产乙醇的方法，在120 150°C，绝对压力为O. 2 O. 6MPa的条件下，用O. 5% I %稀酸对秸杆进行预处理反应I 3小时，然后通过60°C的温水洗涤后经酶解发酵得到乙醇。CN101696419A将植物或植物废弃物于160 300°C的温度下用O.1 3%的酸溶液进行浸泡处理，分解得到木质素，并分离出纤维素、D-木糖和L-阿拉伯糖；再应用所构建的酿酒酵母工程菌于28 30°C进行发酵生产乙醇。这种酸处理方法虽然可以水解半纤维素，但产生的副产物多，总糖的损失大，而且部分副产物对发酵产生抑制作用，造成后续的总糖利用率较低。目前文献报道的最有工业应用前景的是物理化学法-蒸汽爆破法。蒸汽爆破法主要是在中性或碱性条件下，利用高温高压水蒸气处理的纤维原料，并通过瞬间泄压过程实现原料的组分分离和结构变化。文献CN101693905A公开了将成熟的玉米秸杆切段，然后在温度为220 240°C、压力为1. 6 1. 8MPa的条件下蒸汽爆破预处理4 6分钟，得汽爆秸杆。文献CN1786340A公开了以秸杆为原料，经粗切后进行蒸汽爆破，按秸杆原料的绝干重量的O. 5 2 %加入烧碱，在145 180°C汽相蒸煮温度、O. 9 2. OMPa压力下处理12 18分钟，瞬间减压释放得到汽爆秸杆。中性或碱性条件下蒸汽爆破虽然具有处理时间短、化学药品用量少、无污染的优点，但是一方面由于半纤维素、纤维素和木质素三者缠绕结构未被充分打开，纤维素对纤维素酶的可及性低，造成后续纤维素水解效率较低；另一方面，由于中性条件下，半纤维素无法被有效降解成戊糖，戊糖未能充分利用；这都使得总糖得率较低。此外，由于是把原料装在汽爆罐中，只能一罐一罐地间歇处理，不能连续化操作，生产效率低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有技术存在总糖得率低的问题，提供一种新的。该方法具有总糖得率高的特点。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下一种，包括以下步骤I)将木质纤维原料粉碎，在20 80°C条件下用稀酸有效连续浸溃，停留时间I 15分钟，然后脱水；2)脱水后的物料在温度80 200°C、压力O. 4 IOMPa条件下处理I 35分钟；3)步骤2)处理后的物料经瞬间减压爆破，得到的含戊糖的多孔蓬松湿物料；4)含戊糖的多孔蓬松湿物料在10 100°C经水洗得到戊糖溶液，以及含纤维素和木质素的物料；5)步骤4)得到的含纤维素和木质素的物料中加入水，配成所需的干物浓度，在30 70°C、pH = I 7的条件下经纤维素酶水解8 120小时，得到含己糖的酶解液；6)步骤5)得到的酶解液分离出木质素，得到己糖溶液； 7)步骤6)得到的己糖溶液与步骤4)得到的戊糖溶液通过浓缩的方式共同进行提浓；8)步骤7)得到的浓缩后的戊糖己糖混合溶液在20 45°C、pH = 3 8的厌氧条件下进行发酵菌发酵12 144小时，得到含乙醇的发酵醪液；9)发酵醪液经提浓得到纯度为95%的乙醇。上述技术方案中，步骤I)稀酸浸溃温度优选范围为30°C 70°C，浸溃停留时间优选范围为3 11分钟。步骤2)处理温度优选范围为120 190°C，处理压力优选范围为O. 5 2MPa，处理时间优选范围为8 30分钟。步骤4)水洗温度优选范围为20 80°C。步骤5)酶解温度优选范围为40 60°C，pH值优选范围为3 6，酶解时间优选范围为12 96小时。步骤8)共发酵温度优选范围为25 40°C，pH值优选范围为4 7，共发酵时间优选范围为24 120小时。步骤I)中所述稀酸选自硫酸、草酸或磷酸中的至少一种，其重量百分比浓度为O. 3 3%。步骤I)木质纤维原料经稀酸浸溃后，干物含量为10 80%，优选范围为20 75%。步骤3)中所述含戊糖的多孔蓬松湿物料中干物含量为20 45%，其中戊糖含量占干物总量的8 20%。步骤4)中所述水洗的液固比为(1:1) (20 I)。步骤5)中所述所需的干物浓度为10 35%。生产纤维素酶的菌种选自里氏木霉或黑曲霉中的至少一种，优选方案为选自里氏木霉；纤维素酶的用量为O. 02 O. 20克/克纤维素。共发酵菌选自毕赤酵母、假丝酵母或酿酒酵母工程菌中的至少一种，优选方案为选自酿酒酵母工程菌其用量为O.1 20克/升。木质纤维原料优选方案为选自玉米秸杆、稻秸杆、麦秸杆、植物草或豆秸。本专利技术方法中，步骤I)中脱除的含酸溶液可以循环使用。步骤5)纤维素酶解、步骤8)浓缩后的戊糖己糖混合溶液发酵时，可以加入抗生素，抗生素选自青霉素或氨苄青霉素中的至少一种，其用量为1X10_4 10X10_4克/升。步骤8)浓缩后的戊糖己糖混合溶液发酵时，还可以加入可发酵的氮源，可发酵的氮源选自氯化铵、硝酸铵、硫酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、尿素、玉米浆或大豆饼粉中的至少一种，其用量为O. 02 I克/升。发酵醪液精馏提浓，塔顶得到纯度为95%的乙醇，塔底分离得到精馏残液。步骤6)分离出的木质素可综合利用，用于制备水泥减水剂、无醛人造板、木塑复合材料及调制浙青、裂解制芳烃或燃料燃烧调制浙青、燃烧的燃料或裂解制芳烃，使得固体废弃物几乎为零。其中制备无醛人造板方法是木质素作为胶黏剂可以合成不含甲醛的环保型复合材料。本专利技术方法中，步骤8)浓缩后的戊糖己糖混合溶液中，含戊糖40 120克/升，含己糖90 250克/升。共发酵后得到的发酵醪液中乙醇浓度为50 180克/升。本专利技术方法中，步骤I)、步骤2)和步骤3)，这三个对木质纤维原料进行预处理的步骤可以在三段式螺杆挤压机内进行。即使用三段式螺杆挤压机对木质纤维原料进行预处理，其中，a)在三段式螺杆挤压机的第一段内，木质纤维原料被粉碎，并在20 80本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用木质纤维原料生产乙醇的方法，包括以下步骤：1)将木质纤维原料粉碎，在20～80℃条件下用稀酸有效连续浸渍，停留时间1～15分钟，然后脱水；2)脱水后的物料在温度80～200℃、压力0.4～10MPa条件下处理1～35分钟；3)步骤2)处理后的物料经瞬间减压爆破，得到的含戊糖的多孔蓬松湿物料；4)含戊糖的多孔蓬松湿物料在10～100℃经水洗得到戊糖溶液，以及含纤维素和木质素的物料；5)步骤4)得到的含纤维素和木质素的物料中加入水，配成所需的干物浓度，在30～70℃、pH＝1～7的条件下经纤维素酶水解8～120小时，得到含己糖的酶解液；6)步骤5)得到的酶解液分离出木质素，得到己糖溶液；7)步骤6)得到的己糖溶液与步骤4)得到的戊糖溶液通过浓缩的方式共同进行提浓；8)步骤7)得到的浓缩后的戊糖己糖混合溶液在20～45℃、pH＝3～8的厌氧条件下进行发酵菌发酵12～144小时，得到含乙醇的发酵醪液；9)发酵醪液经提浓得到纯度为95％的乙醇。

【技术特征摘要】
1.一种采用木质纤维原料生产乙醇的方法，包括以下步骤1)将木质纤维原料粉碎，在20 80°C条件下用稀酸有效连续浸溃，停留时间I 15分钟，然后脱水；2)脱水后的物料在温度80 200°C、压力O.4 IOMPa条件下处理I 35分钟；3)步骤2)处理后的物料经瞬间减压爆破，得到的含戊糖的多孔蓬松湿物料；4)含戊糖的多孔蓬松湿物料在10 100°C经水洗得到戊糖溶液，以及含纤维素和木质素的物料；5)步骤4)得到的含纤维素和木质素的物料中加入水，配成所需的干物浓度，在30 70°C、pH = I 7的条件下经纤维素酶水解8 120小时，得到含己糖的酶解液；6)步骤5)得到的酶解液分离出木质素，得到己糖溶液；7)步骤6)得到的己糖溶液与步骤4)得到的戊糖溶液通过浓缩的方式共同进行提浓；8)步骤7)得到的浓缩后的戊糖己糖混合溶液在20 45°C、pH= 3 8的厌氧条件下进行发酵菌发酵12 144小时，得到含乙醇的发酵醪液；9)发酵醪液经提浓得到纯度为95%的乙醇。2.根据权利要求1所述采用木质纤维原料生产乙醇的方法，其特征在于步骤I)稀酸浸溃温度为30 70°C，连续浸溃，停留时间3 11分钟；步骤2)处理温度为120 190°C，处理压力为O. 5 2MPa，处理时间为8 30分钟。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁伟军，缪晡，陈栋，罗翔明，杜军，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中石化上海工程有限公司，
类型：发明
国别省市：