一种燃料乙醇的生产方法技术

本发明专利技术涉及一种燃料乙醇的生产方法，包括：（1）纤维质原料进行预处理，廉价碳源原料进行预处理；（2）预处理纤维质原料与预处理的廉价碳源原料混合，然后进行预酶解，廉价碳源原料与纤维质原料按干基计的重量比为1:3-3:1；预酶解过程中使用专性水解酶制剂，专性水解酶制剂中含有纤维素酶，同时包括淀粉糖化酶和/或菊糖酶；（3）经过预酶解的纤维质原料中，选择性地加入可发酵糖原料，调整温度至24-44℃，加入酿酒酵母，进行同步糖化共同发酵生产乙醇。本发明专利技术方法可以有效提高纤维原料发酵液中的乙醇浓度，降低乙醇提浓阶段的能耗，同时生产流程简单，乙醇产率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别是提高纤维质原料发酵液中乙醇浓度的方法。
技术介绍
随着世界人口增长和各国工业化程度提高，能源消耗持续上升。石油是满足能源需求的主要资源，但是石油资源是有限的，科学家预测到2050年原油产量将由2009年的 258 亿桶(35.25 亿吨)下降到 50 亿桶(Campbell C J, Laherrere J H.The end ofcheap oil.Sci Am, 1998，3: 78-83 ;顶峰.世界油气资源储产量动态.中国石油和化工，2010，04:14-15)。生物能源作为一种可再生的交通运输燃料，能够有效的降低室温效应，减缓环境污染，同时改变现有不平衡的石油供求关系，保持持续供应，比矿质燃料具有明显优势。目前燃料乙醇中，60%以糖类作物和33%以其它作物为原料通过发酵法生产，剩余 7% 左右通过合成的方法生产(Carlo N.Hamelinck, Geertje van Hooi jdonk, AndreP.C.Faaij.Prospects for ethanol from lignocellulosic biomass: techno-economicperformance as development progresses, Universiteit Utrecht CopernicusInstitute Science Technology Society, The Nethelands, 1-29)。我国政府十分重视能源多元化和环境污染问题，采取财政补贴和税收减免等鼓励措施，大力推进多元化替代石油能源的技术和产业开发。目前我国乙醇汽油已经覆盖9个省市，现有燃料乙醇产能152万吨，以玉米和小麦为主要原料。我国人多地少，耕地资源紧缺，粮食供应紧张，以玉米、小麦为原料生产燃料乙醇将威胁到国家的粮食安全，导致农产品价格上涨等连锁反应，所以我国严格控制以粮食为原料的燃料乙醇新建和扩能项目。相对于糖类和淀粉作物而言，木质纤维素属于非粮原料，而且资源丰富。它可以来源于农业废弃物，如麦草、玉米秸杆、玉米芯、大豆渣、甘蔗渣等；工业废弃物，如制浆和造纸厂的纤维渣、锯末等；林业废弃物；城`市废弃物，如废纸、包装纸等。据估计木质纤维素原料占世界生物量的50%左右，我国农作物秸杆每年产量即可达7亿吨，大量被废弃而未加利用的纤维物(小枝、树皮、树叶、屑和废纸等)每年也约有5亿吨，只用其中的I亿吨就可以年产2000万吨的燃料乙醇。由此可见，开发木质纤维素生产乙醇的新工艺具有很好的前景。现有以纤维原料发酵生产燃料乙醇的技术/装置运行时，发酵液中的乙醇浓度普遍偏低，造成后续乙醇蒸馏能耗较高。CN200910204295.3提供了一株耐高温酿酒酵母菌FE-B及其在秸杆同步糖化发酵生产乙醇过程中的应用，通过分批加料，最终干物质浓度达到40%条件下，体系中的乙醇浓度可达8%以上。CN00107969.7公开了一种利用木糖渣生产乙醇的方法，水解糖液中的葡萄糖浓度为5%-12%，将水解糖液中加入酵母菌发酵生产乙醇，根据专利中报道的水解糖浓度数据，发酵液中乙醇浓度可达到的理论值为2.5wt%-6wt%。CN200610131965.x公开了一种利用玉米芯加工残渣发酵生产纤维素乙醇的方法，最终发酵液中的乙醇浓度为8%。US7，598，069B2采用了高固体含量酶解技术，酶解体系的干物质浓度为30%，最终发酵液中的乙醇浓度为6.8%。但是实际装置中的乙醇浓度经常只能到4%-5%(王栋，常春，王林风等.利用SSF制取纤维乙醇的工艺研究.酿酒，2010，37(1):77-79)。可见在酶解过程中采用30%-40%干物质浓度条件下，发酵液中的乙醇浓度仅6%-8% (w/w)，但是高干物质浓度的酶解体系流动性差，搅拌功率高，而且传质、传热不均匀，水解实施需要专门的设备，能耗大，而且纤维素酶解率相对较低。最终发酵液中的乙醇浓度很难达到粮食乙醇(发酵液乙醇浓度可达到12% v/v以上)的水平。发酵液中乙醇浓度低造成下一步乙醇精馏能耗过大，增加了乙醇生产成本。
技术实现思路
为了解决现有纤维乙醇技术需开发专有设备进行高干物质浓度体系水解，以及发酵液中乙醇浓度不高的问题，本专利技术通过调整原料结构，补加廉价碳源原料和同步糖化发酵等手段，提高纤维原料发酵液中的乙醇浓度，降低乙醇提浓阶段的能耗。本专利技术燃料乙醇的生产方法包括如下内容: (1)纤维质原料进行预处理，廉价碳源原料进行预处理； (2)预处理纤维质原料与预处理的廉价碳源原料混合，然后进行预酶解，廉价碳源原料与纤维质原料按干基计 的重量比为1:3-3:1 ;预酶解过程中使用专性水解酶制剂，专性水解酶制剂中含有纤维素酶，同时包括淀粉糖化酶和/或菊糖酶，纤维素酶用量为0.03-3g/g纤维素，淀粉糖化酶用量为0.02-0.5g/Kg廉价碳源原料(干基)，菊糖酶用量为0.1-5g/Kg廉价碳源原料(干基),预酶解在45 60°C下处理0-36 h,优选5 24h。(3)经过预酶解的纤维质原料中，选择性地加入可发酵糖原料，调整温度至24-44°C，加入酿酒酵母0.02%。-5%。(以干酵母质量为基准计)，进行同步糖化共同发酵生产乙醇。本专利技术方法中，步骤(I)的纤维质原料指一切含有纤维素的原材料，包括木材、工业纤维废弃物、林业废弃物、城市废弃物、废纸和农业废弃物等，本专利技术优选农业废弃物的玉米秸杆和/或玉米芯等。本专利技术方法中，步骤(I)廉价碳源原料包括甘蔗、甜高粱、甜菜、鲜秸杆、橡实、葛根、蕨根、菊芋、莴苣、大丽花根部、蒲公英、橡胶草等中的一种或几种。本专利技术方法中，步骤(I)纤维质原料预处理方法可以是一切能够提高纤维质原料中酶对纤维素可及性和/或降低纤维素结晶度的物理化学方法，包括本领域中常用的机械粉碎法、高温分解法、液态热水法、稀酸水解法、碱法、氧化脱木质素法、有机溶剂法、蒸汽爆破法、氨法纤维爆破、CO2爆破法和生物预处理等，这些方法可以单独使用，也可以组合使用，本专利技术优先使用稀酸水解法或稀酸蒸汽爆破法。稀酸水解法条件为160-200°c,质量浓度0.5%-2%的H2SO4,时间2-20min ;稀酸蒸汽爆破条件为温度140_180°C，质量浓度0.2%-2.0% H2SO4,时间 l-10min。本专利技术方法中，廉价碳源原料预处理的方法包括粉碎、加入淀粉酶液化、稀酸水解等。工艺条件如下:原料粉碎到50-200目，利用自来水调配成乳液，乳液的干物质质量浓度10%_40%，乳液pH 5.6-6.4，喷射温度102-115°C，耐高温α-淀粉酶质量用量0.03%-0.09% (固形物)，在喷射器管道中保温2-10分钟，闪冷至90-98°C，并在隔板式罐中保持0.5-3 h。稀酸水解工艺条件一般为:酸质量浓度0.5%-5%，水解温度为50-95°C，优选55-650C ;水解时间为30-180 min，优选45-75 min ;水解过程中带搅拌，搅拌速率视反应器规模，以整个反应体系传质均匀为佳。本专利技术方法中，所需的酶如纤维素酶、淀粉糖化酶和菊糖酶均可以采用市售商品。本专利技术方法步骤(3)中，选择性加入的可发酵糖原料可以是糖密，可发酵糖原料的加入比例为:纤维质原料与可发酵糖(以干基质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料乙醇的生产方法，其特征在于包括如下内容：（1）纤维质原料进行预处理，廉价碳源原料进行预处理；（2）预处理纤维质原料与预处理的廉价碳源原料混合，然后进行预酶解，廉价碳源原料与纤维质原料按干基计的重量比为1:3‑3:1；预酶解过程中使用专性水解酶制剂，专性水解酶制剂中含有纤维素酶，同时包括淀粉糖化酶和/或菊糖酶，纤维素酶用量为0.03‑3 g/g纤维素，淀粉糖化酶用量为0.02‑0.5g/Kg，菊糖酶用量为0.1‑5 g/Kg，预酶解在45～60℃下处理0‑36 h；（3）经过预酶解的纤维质原料中，选择性地加入可发酵糖原料，调整温度至24‑44 ℃，以干酵母质量为基准计加入酿酒酵母0.02‰‑5‰，进行同步糖化共同发酵生产乙醇。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张全，黎元生，关浩，佟明友，金平，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司， 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11