一种甜高粱秸秆综合利用的方法
【专利摘要】本发明提供一种甜高粱秸秆综合利用的方法。它是将鲜甜高粱秸秆去叶粉碎后，研磨成浆料，再加入萃取剂，提取出单宁；然后再制备果胶、乙醇、纤维素和木质素，从而使甜高粱秸秆得到充分的运用。本发明实现了甜高粱秸秆加工环境友好和集约高效的目标，充分利用了甜高粱秸秆中的有用物质，增加了甜高粱秸秆加工附加值，提高了资源利用效率，实现了生产过程污染物零排放。有利于提高农户种植甜高粱的积极性，并将有力地促进甜高粱的原料基地建设。
【专利说明】一种甜高粱秸秆综合利用的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物质材料与能源【技术领域】，具体地说，涉及一种甜高粱秸杆综合利 用的方法。
【背景技术】
[0002] 甜高粱是生物学产量最高的农作物之一，在我国有悠久的栽培历史，南方和北方 均有大面积种植。新鲜的甜高粱秸杆干物质约含纤维素20?22%，木质素10?12%，半纤 维素16?19%，果胶10?13 %，粗蛋白3?4%，总糖含量35?41 %，单宁0· 4?2. 5%， 粗脂肪、矿物质等其它3?5%。
[0003] 目前，甜高粱秸杆利用主要用于制备乙醇，经中试经济核算，成本偏高，效益偏低， 始终无法产业化推广应用。现甜高粱秸杆的综合利用，最多只是"乙醇-纸板"、"乙醇-酒 糟饲料"、"乙醇-木糖"联产，对甜高粱秸杆有用物质的利用还不彻底，经济效益未能充分发 挥；如，制得的纸板纤维仅仅达到制作纸板或纸箱的水平，酒糟饲料的附加值较低，即使是 提取木糖，经济效益也有待于提高。这样，既造成资源浪费，又产生大量排放，原料价格得不 到提高，严重影响农户种植甜高粱的积极性，甜高粱原料基地的规模无法扩大发展，从而也 制约了燃料乙醇产业发展。
[0004] 甜高粱是为数不多的植株含单宁较高的C4作物。单宁亦称栲胶，在医药、印染、化 工、台金、酿酒、文具等行业广泛应用。传统的单宁生产是从青柿子和五倍子中提取，每生产 1万吨的单宁大约需要上10万亩的柿子或五倍子林种植面积。由于土地资源有限，传统单 宁提取方法无法满足市场需求。近些年有利用松针及一些野生植物提取，但仍无法满足市 场需求。如能利用甜高粱秸杆提取单宁，既可增加甜高粱秸杆加工的附加值，也可补充单宁 市场不足。此外，乙醇、果胶、纤维、木质素、饲料均为我国紧缺物资。"十二五"规划我国推 广燃料乙醇500万吨，现有产能不足300万吨。果胶、纤维和木质素近10年来长期依赖进 口满足国内市场需求。我国虽是农业大国，粮食供给却很紧张，也是饲料缺乏国家，蛋白饲 料尤其缺乏。以此拉动内需，大量发展以上紧缺物资生产，正是甜高粱秸杆加工业发展的良 好契机。
[0005] 因此，甜高粱秸杆全身皆宝。充分提取甜高粱秸杆有用成分，不仅其经济价值将成 数倍增长，提升甜高粱秸杆原料价格，提高农户种植甜高粱的积极性，带动甜高粱种植业和 相关加工业可持续发展，而且促进了燃料乙醇产业化发展，同时，避免了资源浪费和大量废 物排放。
【发明内容】
[0006] 为克服现有技术的不足之处，本发明提供一种甜高粱秸杆综合利用的方法，联合 生产乙醇、单宁、果胶、纤维、木质素，从而降低甜高粱秸杆的综合利用成本，增加甜高粱秸 杆加工附加值，提高资源利用效率，实现生产过程污染物零排放。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，甜高粱秸杆综合利用的方法，包含 以下步骤：
[0008] (1)制备秸杆浆料：将鲜甜高粱秸杆去除叶子，粉碎后，磨制成80目以上的甜高粱 結杆楽料；
[0009] (2)萃取制备单宁：将甜高粱秸杆浆料投入分馏塔中，加入萃取剂，充分搅拌后， 静置分层；将上层萃取液泵入蒸馏器，蒸馏回收萃取剂，萃取剂蒸发后，制得单宁；
[0010] (3)榨取糖汁：对步骤（2)中分馏塔下层的浆料进行压榨，榨出甜高粱秸杆浆料的 糖汁，再将压榨后的甜高粱秸杆浆料渣用清水浸泡后，进行二次压榨，并将两次压榨出的糖 汁混合备用；
[0011] (4)制备果胶：将经二次压榨后的甜高粱秸杆浆料渣放入反应罐，并加入稀硫酸； 然后通蒸汽加热至80?100°C，并保温20?40min，使甜高粱秸杆浆料渣中的果胶充分溶 解，再进行压榨，使果胶溶液与甜高粱秸杆浆料渣分离；在压榨出的果胶溶液中加入活性 炭，对果胶溶液脱色，过滤后获得的果胶液，在果胶液中加入乙醇，使果胶析出；然后用离心 机脱除溶液，提取果胶；果胶经清洗，干燥，粉碎，制得果胶成品；将分离出的溶液泵入蒸馏 器，回收乙醇；残留的酸液，用于后续加压酸解溶液；
[0012] (5)制备乙醇：将步骤（4)中榨取果胶溶液后的甜高粱秸杆浆料渣与残留的酸液 混合均匀，并将混合物料的硫酸浓度调节至3?8%。，泵入反应罐，通入蒸汽加热至115? 125°C，保持50?90min，完成加压酸解过程，使半纤维素充分降解于酸液中，然后通冷水使 反应罐降温至l〇〇°C以下，榨出糖汁；将榨出的糖汁与步骤（3)所榨取的糖汁混合，在混合 后的糖汁中加入氨水，使溏汁中（册1 4)2504的含量为1?1. 5g / L ;再加入营养盐，然后加入 熟石灰，将糖汁的PH值调整至4?5 ;
[0013] 取调制后糖汁质量的1 / 1100?1 / 900,稀释成糖度为2%的糖水溶液，投入酵 母罐中，再投入调制后的糖汁质量2 / 11000?2 / 9000的糖质酒精安琪酵母和产朊假丝 酵母，糖质酒精安琪酵母和产朊假丝酵母按5?8 :2?5的比例混合，并用无菌风给酵母罐 中稀糖液增氧，进行酵母扩繁，100?150min扩繁结束；
[0014] 将调制后的糖汁和扩繁后的酵母液送入发酵袋，然后封闭发酵袋进行厌氧发酵 30?48h，检测残余还原糖含量，还原糖含量小于0. 5%，酒精发酵结束；将发酵成熟后的酒 液，送入蒸馏釜，经过蒸馏提取粗酒，再精馏、脱水，制得燃料乙醇；发酵袋内残留沉淀的活 酵母泥，用于下次糖液发酵，重复利用5?6次后，酵母活性下降，回收酵母，清洗，干燥，制 备酵母蛋白饲料；
[0015] (6)制备纤维素和木质素：步骤（5)中榨取糖汁后的甜高粱秸杆浆料渣，经清水 浸泡后，榨取出稀糖汁；将压榨出稀糖汁后的甜高粱秸杆浆料渣投入料渣质量4?6倍的 30%乙醇中，并加入Κ0Η作为催化剂，混合均匀后，送入搪瓷反应罐中，密闭，通入蒸汽加 热，使温度上升至95?105°C，保持55?65min，完成渣料的加压醇解过程，使渣料的木质 素充分降解；然后，通冷水冷却反应罐，温度降至50°C以下，压榨出纤维素料渣与木质素溶 液；纤维素渣料，先用30%乙醇清洗，再用清水洗净，漂白，制得纤维素；对木质素溶液进行 蒸馏，回收酒液；将析出木质素过滤，洗净，干燥，制得木质素；回收酒液继续用于醇析，或 用于蒸馏燃料乙醇。
[0016] 上述步骤（1)中，加工甜高粱秸杆浆料时，将萃取剂与粉碎后的甜高粱秸杆一起 送入磨浆机内，使萃取剂与甜高粱秸杆浆料的混合更为充分。
[0017] 上述步骤（2)中加入的萃取剂为醚类；甜高粱秸杆浆料与萃取剂的质量比为1 : 0· 7 ?1. 1。
[0018] 上述步骤⑶中，压榨后的甜高粱秸杆浆料渣与清水的质量比为1 :1?1. 5。
[0019] 上述步骤⑷中的稀硫酸浓度为3?8%。，甜高粱秸杆浆料渣与稀硫酸的质量比 为1 :2. 04?3. 84 ;果胶溶液干物质与活性炭的质量比为1 :0. 05?0. 08 ;乙醇的浓度为 95%，果胶液与乙醇的质量比为1 :0. 7?1. 5。
[0020] 将步骤（4)中过滤出果胶液后得到的活性碳渣，与步骤（5)中对酒液蒸馏出粗酒 后得到的醪液合并，制备液体肥料。
[0021] 上述步骤（5)中营养盐为MgS04、腿#04和CaCl 2 ;每升调制好的糖汁中，MgS04、 ΚΗ2Ρ04和CaCl2的加入量分别为8?12g、4?6g和4?6g。
[0022] 上述步骤（5)中榨取的糖汁，或者经过脱色、离子交换、纳米超滤、浓缩结晶工序， 提取附加值更高的木糖；这是由于榨出的糖汁主要成分为木糖，另外还含阿拉伯糖、半乳 糖、甘露糖。
[0023] 上述步骤（6)中作为催化剂的Κ0Η，与压榨出稀糖汁后加入30%乙醇的甜高粱秸 杆浆料质量比为1 :900?1100。
[0024] 上述步骤￠)中制得的纤维素，采用纤维素酶降解，再发酵，生产纤维素乙醇。
[0025] 上述步骤（6)中榨出的稀糖汁，或者用于下一批次的步骤（4)中代替稀硫酸，甜高 粱秸杆浆料渣与稀糖汁的质量比为1 :4?6。
[0026] 本发明所述的甜高粱秸杆综合利用的方法，使秸杆中的单宁、果胶、乙醇、纤维和 木质素得到了充分地利用，且回收了酵母，同现有甜高粱秸杆加工技术相比，有如下优势 ：
[0027] 与现有的"固体发酵法"、"榨汁发酵法"相比，本发明不仅利用甜高粱秸杆的葡萄 糖、果糖、蔗糖，还利用了半纤维降解的木糖、甘露糖发酵乙醇，乙醇产率大幅度提高。
[0028] 与现有的"打浆法"相比，本发明在继承和发扬"打浆法"优越性的基础上，集成了 "萃取技术"、"酸解技术"和"醇解技术"，进一步挖掘甜高粱秸杆资源的利用价值，充分提取 了甜高粱秸杆的有用成分，使甜高粱秸杆开发利用从炼制乙醇单一产品，转变为开发多种 广品，大幅度提商了甜商梁等結杆深加工的经济效益。
[0029] 与现有的"乙醇-纸板"、"乙醇-酒糟饲料"、"乙醇-木糖"综合利用法相比，本发 明在集成多项技术的基础上，从甜高粱秸杆中提取了单宁、乙醇、果胶、纤维、木质素，并回 收酵母等多种产品。同时，本发明充分考虑了甜高粱秸杆加工与生态环境保护的统一，在生 产过程中使用了能够转化为肥料的药剂和溶剂，做到了所有废液、废渣均转化为肥料。
[0030] 因此，本发明实现了甜高粱秸杆加工环境友好和集约高效的目标，充分利用了甜 高粱秸杆中的有用物质，增加了甜高粱秸杆加工附加值，提高了资源利用效率，实现了生产 过程污染物零排放。有利于提高农户种植甜高粱的积极性，并将有力地促进甜高粱的原料 基地建设。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合实施例对本发明作进一步详述。
[0032] 实施例1 :
[0033] (1)制备秸杆浆料：将采集的鲜甜高粱秸杆除叶后，送入粉碎机将其粉碎成烟丝 状的甜高粱秸杆丝，取1000千克秸杆丝，测定其水分含量为75%，即干物质含量为25%;干 物质中可溶性总糖含量为48%，约120千克；其它渣料占52%，约130千克；再将甜高粱秸 杆丝送入磨浆机同时泵入1100千克丙醚，研磨成100目的甜高粱秸杆混合浆料；
[0034] (2)萃取制备单宁：将甜高粱秸杆混合浆料投入分馏塔中，搅拌20min，再静置 60min，萃取液与浆料充分分层后，将分馏罐上部的萃取液抽入蒸馏器，回收萃取剂，获得粗 单宁2. 3千克；
[0035] (3)榨取糖汁：对步骤（2)中分馏塔下层的浆料进行压榨，榨出甜高粱秸杆浆料的 糖汁740千克和甜高粱秸杆浆料渣260千克，再将压榨后的甜高粱秸杆浆料渣用260千克 清水浸泡后，进行二次压榨，榨出甜高粱秸杆浆料的糖汁275千克和甜高粱秸杆浆料渣245 千克，并将两次压榨出的糖汁混合，共得到1015千克糖汁，备用；
[0036] (4)制备果胶：将经二次压榨后的甜高粱秸杆浆料渣，放入搪瓷反应罐，并加入 500L浓度为0. 8%的稀硫酸；然后通蒸汽加热至100°C，并保温20min，使甜高粱秸杆浆料渣 中的果胶充分溶解，再进行压榨，使果胶溶液与甜高粱秸杆浆料渣分离，得到450L的果胶 溶液和210千克的甜高粱秸杆浆料渣；在压榨出的果胶溶液中加入3040g活性炭，对果胶溶 液脱色，过滤后获得的果胶液，在果胶液中加入675L、浓度为95%的乙醇，使果胶析出；然 后用离心机脱除溶液，提取果胶；果胶经清洗，干燥，粉碎，制得38千克果胶成品；将分离出 的溶液泵入蒸馏器，回收75%的乙醇850L ;残留的酸液270L，用于后续加压酸解溶液；
[0037] (5)制备乙醇：将步骤（4)中榨取果胶溶液后的甜高粱秸杆浆料渣210千克与残 留的酸液（270L)混合均匀，并将混合物料的硫酸浓度调节至8%。，泵入反应罐，通入蒸汽加 热至125°C，保持50min，完成加压酸解过程，使半纤维素充分溶于酸液中，然后通冷水使反 应罐降温至l〇〇°C以下，榨出糖汁320L，渣料176千克；将榨出的糖汁与步骤（3)所榨取的 糖汁混合，在混合后的糖汁中加入氨水，使溏汁中（册1 4)2504的含量为1. 5g / L ;再加入作为 营养盐的MgS04、腿#04和CaCl2，分别为11850g、5900g和5900g ;然后加入熟石灰，将糖汁 的PH值调至5 ;得到调制好的糖汁1335L ;
[0038] 取1 / 900调制后的糖汁14. 83L，加水稀释成糖度为2%的糖水溶液，投入酵母罐 中，再投入调制后的糖汁质量2 / 11000的酵母240克，其中糖质酒精安琪酵母和产朊假丝 酵母分别为192克和48克，并用无菌风给罐中稀糖液增氧，进行酵母扩繁，约150min扩繁 结束；
[0039] 将调制后的糖汁和扩繁后的酵母液送入发酵袋，然后封闭发酵袋进行厌氧发酵 48h，检测残余还原糖含量，小于0. 5 %，酒精发酵结束；将发酵成熟后的酒液，送入蒸馏釜， 经过蒸馏提取40% (v / v)粗酒，再精馏、脱水提取99.2% (v / v)的燃料乙醇72千克； 回收发酵袋内残留沉淀的活酵母泥97千克，用于下一批次糖液发酵（在重复利用6次后， 酵母活性下降，回收酵母，清洗，干燥，用于制作干酵母蛋白饲料）；
[0040] (6)制备纤维素和木质素：步骤（5)中榨取糖汁后的甜高粱秸杆浆料渣176千克， 放入100L的清水浸泡后，榨取出稀糖汁；将压榨出稀糖汁后的甜高粱秸杆浆料渣投入料渣 质量5倍的30%乙醇中，并加入978克Κ0Η作为催化剂，混合均匀后，送入搪瓷反应罐中， 通入蒸汽加热，使温度上升至l〇5°C，保持55min，完成渣料的加压醇解过程，使渣料的木质 素充分降解；然后，通冷水冷却反应罐，温度降至50°C以下，压榨出纤维素料渣与木质素溶 液；纤维素渣料，先用30%乙醇清洗，再用清水洗净，漂白，制得63千克的纤维素；对木质素 溶液进行蒸馏，回收酒液；将析出木质素过滤，洗净，干燥，制得木质素25千克；回收的酒液 用于下一生产批次的醇析，或用于蒸馏燃料乙醇；
[0041] (7)制备液体肥料：将步骤（4)中过滤出果胶液后得到的活性碳渣，与步骤（5)中 对酒液蒸馏出粗酒后得到的醪液合并，并将PH值调节到7,得到液体肥料432千克。
[0042] 本实施例，制得粗单宁2. 3千克、果胶38千克、纤维素63千克、木质素25千克、乙 醇72千克和液体肥料432千克，回收活酵母泥97千克。经核算，加工1吨鲜甜高粱秸杆， 可获得2642元利润。
[0043] 实施例2 :
[0044] (1)制备秸杆浆料：采集的鲜甜高粱秸杆除叶后，送入粉碎机将其粉碎成烟丝状 的甜高粱秸杆丝；取1000千克的甜高粱秸杆丝送入磨浆机磨浆机研磨成100目的甜高粱秸 杆浆料；
[0045] (2)萃取制备单宁：将甜高粱秸杆浆料投入分馏塔中，加入900L的烯丙基乙基醚 作为萃取剂，搅拌l〇min，再静置30min，萃取液与浆料充分分层后，将分馏罐上部的萃取液 抽入蒸馏器，回收萃取剂，获得粗单宁2. 1千克；
[0046] (3)榨取糖汁：对步骤（2)中分馏塔下层的浆料进行压榨，榨出甜高粱秸杆浆料的 糖汁735千克和甜高粱秸杆浆料渣265千克，再将压榨后的甜高粱秸杆浆料渣用300千克 清水浸泡后，进行二次压榨，榨出甜高粱秸杆浆料的糖汁320千克和甜高粱秸杆浆料渣260 千克，并将两次压榨出的糖汁混合，共得到1055千克糖汁，备用；
[0047] (4)制备果胶：将经二次压榨后的甜高粱秸杆浆料渔，放入搪瓷反应罐，并加入 1000L浓度为5%的稀硫酸；然后通蒸汽加热至90°C，并保温30min，使甜高粱秸杆浆料渣中 的果胶充分溶解，再进行压榨，使果胶溶液与甜高粱秸杆浆料渣分离，得到810L的果胶溶 液和215千克的甜高粱秸杆浆料渣；在压榨出的果胶溶液中加入2535g活性炭，对果胶溶液 脱色，过滤后获得的果胶液，在果胶液中加入891L浓度为95%的乙醇，使果胶析出；然后用 离心机脱除溶液，提取果胶；果胶经清洗，干燥，粉碎，制得39千克果胶成品；将分离出的溶 液泵入蒸馏器，回收75%的乙醇1131L;残留的酸液570L，用于后续加压酸解溶液；
[0048] (5)制备乙醇：将步骤（4)中榨取果胶溶液后的甜高粱秸杆浆料渣215千克与残 留的酸液570L混合均匀，并将混合物料的硫酸浓度调节至5%。，泵入反应罐，通入蒸汽加热 至120°C，保持70min，完成加压酸解过程，使半纤维素充分溶于酸液中，然后通冷水使反应 罐降温至l〇〇°C以下，榨出糖汁530L;将榨出的糖汁与步骤（3)所榨取的糖汁混合，在混合 后的糖汁中加入氨水，使溏汁中（順 4)#04的含量为1. 25g / L ;再加入作为营养盐的MgS04、 ΚΗ2Ρ04和CaCl2，分别为15850g、7900g和7900g ;然后加入熟石灰，将糖汁的PH值调整至 4. 5 ;得到调制好的糖汁1585L ;
[0049] 取1 / 1000调整好的糖汁，将糖浓度调至2% ;加调制后糖汁2 / 10000的酵母 288克，其中，安琪酵母和产朊假丝菌分别为144克和144克。并用无菌风给酵母菌增氧，进 行酵母扩繁，120min扩繁结束。
[0050] 将扩繁后的酵母和调制后的糖汁充分混合后，送入发酵袋，然后封闭发酵袋进行 厌氧发酵39h，检测残余还原糖含量，还原糖含量小于0. 5%，酒精发酵结束；将发酵成熟后 的酒液，送入蒸馏釜，经过蒸馏提取40% (v / v)粗酒，再精馏、脱水提取99.2% (v / v)的 燃料乙醇72千克；回收发酵袋内残留沉淀的活酵母泥107千克，用于下一批次糖液发酵；
[0051] (6)制备纤维素和木质素：步骤（5)中榨取糖汁后的甜高粱秸杆浆料渣180千克， 放入100L的清水浸泡后，榨取出稀糖汁；将压榨出稀糖汁后的甜高粱秸杆浆料渣投入料渣 质量5倍的30%乙醇中，并加入900克Κ0Η作为催化剂，混合均匀后，送入搪瓷反应罐中， 通入蒸汽加热，使温度上升至l〇〇°C，保持60min，完成渣料的加压醇解过程，使渣料的木质 素充分降解；然后，通冷水冷却反应罐，温度降至50°C以下，压榨出纤维素料渣与木质素溶 液；纤维素渣料，先用30%乙醇清洗，再用清水洗净，漂白，制得65千克的纤维素；对木质素 溶液进行蒸馏，回收酒液；将析出木质素过滤，洗净，干燥，制得木质素27千克；回收的酒液 继续用于醇析，或用于蒸馏燃料乙醇；
[0052] 将上述制得的65千克的纤维素，采用酶解发酵法生产乙醇，制得99. 2%乙醇9千 克，剩余47千克纤维；
[0053] (7)制备液体肥料：将步骤（4)中过滤出果胶液后得到的活性碳渣，与步骤（5)中 对酒液蒸馏出粗酒后得到的醪液合并，并将PH值调节到7,得到液体肥料655干克。
[0054] 本实施例，制得粗单宁2. 3千克、果胶38千克、纤维素47千克、木质素27千克、乙 醇81千克和液体肥料655千克，回收活酵母泥107千克。经核算，可获得2741元利润。
[0055] 实施例3 :
[0056] (1)制备秸杆丝：采集的鲜甜高粱秸杆除叶后，送入粉碎机将其粉碎成烟丝状的 甜1?梁結杆丝；
[0057] (2)萃取制备单宁：将1000千克的甜高粱秸杆丝与700L的作为萃取剂的甲基丁 基醚一并送入磨浆机中，并保证甜高粱秸杆丝与萃取剂均匀、同步添加，研磨成100目的甜 1?梁結杆菜料；
[0058] 将甜高粱秸杆浆料投入分馏塔中，搅拌15min，再静置45min，萃取液与浆料充分 分层后，将分馏罐上部的萃取液抽入蒸馏器，回收萃取剂，获得粗单宁2. 3千克；
[0059] (3)榨取糖汁：对步骤（2)中分馏塔下层的浆料进行压榨，榨出甜高粱秸杆浆料 的糖汁740千克和甜高粱秸杆浆料渣260千克，再将压榨后的甜高粱秸杆浆料渣用390千 克清水浸泡后，进行二次压榨，榨出甜高粱秸杆浆料的糖汁405千克和甜高粱秸杆浆料渣 245,并将两次压榨出的糖汁混合，共得到1145千克糖汁，备用；
[0060] (4)制备果胶：将经二次压榨后的甜高粱秸杆浆料渣，放入搪瓷反应罐，并加入 750L浓度为5%的稀硫酸；然后通蒸汽加热至80°C，并保温40min，使甜高粱秸杆浆料渣中 的果胶充分溶解，再进行压榨，使果胶溶液与甜高粱秸杆浆料渣分离，得到770L的果胶溶 液和220千克的甜高粱秸杆浆料渣；在压榨出的果胶溶液中加入1900g活性炭，对果胶溶液 脱色，过滤后获得的果胶液，在果胶液中加入539L、浓度为95%的乙醇，使果胶析出；然后 用离心机脱除溶液，提取果胶；果胶经清洗，干燥，粉碎，制得38千克果胶成品；将分离出的 溶液泵入蒸馏器，回收75%的乙醇889L ;残留的酸液428L，用于后续加压酸解溶液；
[0061] (5)制备木糖：将步骤⑷中榨取果胶溶液后的甜高粱秸杆浆料渣（220kg)与残 留的酸液（428L)混合均匀，并将混合物料的硫酸浓度调节至3%。，泵入反应罐，通入蒸汽加 热至115°C，保持90min，完成加压酸解过程，使半纤维素充分降解于酸液中，然后通冷水使 反应罐降温至l〇〇°C以下，榨出糖汁；将榨出的糖汁经过加活性炭脱色、离子交换、纳米超 滤、浓缩结晶工序，制得9千克的木糖；收集结晶剩余残糖汁110L备用；
[0062] (6)制备纤维素和木质素：步骤（5)中榨取糖汁后的甜高粱秸杆浆料渣（125kg)， 放入100L的清水浸泡后，榨取出稀糖汁（112L);将压榨出稀糖汁后的甜高粱秸杆浆料渣投 入料渣质量6倍的30%乙醇中，并加入556克K0H作为催化剂，混合均匀后，送入搪瓷反应 罐中，通入蒸汽加热，使温度上升至95°C，保持55min，完成渣料的加压醇解过程，使渣料的 木质素充分降解；然后，通冷水冷却反应罐，温度降至50°C以下，压榨出纤维素料渣与木质 素溶液；纤维素渣料，先用30 %乙醇清洗，再用清水洗净，漂白，制得62千克的纤维素；对木 质素溶液进行蒸馏，回收酒液；将析出木质素过滤，洗净，干燥，制得木质素26千克；回收的 酒液继续用于醇析，或用于蒸馏燃料乙醇；
[0063] (7)制备乙醇：将步骤（3)、步骤（5)和步骤（6)获得的糖汁混合，得糖汁1367L。 在混合后的糖汁中加入氨水，使溏汁中（册1 4)2504的含量为lg / L;再加入作为营养盐的 MgS04、腿#04和CaCl2，分别为14670g、7335g和7335g ;然后加入熟石灰，将糖汁的PH值调 整至4. 0 ;得到调制好的糖汁1370L ;实施例2回收的活酵母泥88千克，直接与步骤（3)的 糖汁混合，送入发酵袋进行厌氧发酵36h，检测残余还原糖，还原糖含量小于0. 5 %，酒精发 酵结束；将发酵成熟后的酒液，送入蒸馏釜，经过蒸馏提取40% (v / v)粗酒，再精馏、脱水 提取99.2% (v / v)的燃料乙醇59千克；发酵袋内残留沉淀的活酵母泥90千克，用于下 次糖液发酵；
[0064] (8)制备液体肥料：将步骤（4)、步骤（5)中过滤出果胶液后得到的活性碳渣，与步 骤（7)中对酒液蒸馏出粗酒后得到的醪液合并，并将PH值调节到7,得到液体肥料632千 克。
[0065] 本实施例，制得粗单宁2. 3千克、果胶38千克、纤维素63千克、木质素25千克、乙 醇59千克、木糖9千克和液体肥料632千克，回收活酵母泥90千克。经核算，加工1吨鲜 甜高粱秸杆，可获得2866元利润。
[0066] 实施例4 :
[0067] (1)制备秸杆丝：采集的鲜甜高粱秸杆除叶后，送入粉碎机将其粉碎成烟丝状的 甜1?梁結杆丝；
[0068] (2)萃取制备单宁：取1000千克的甜高粱秸杆丝与1000L的作为萃取剂的异丙醚 一并送入磨浆机中，并保证甜高粱秸杆丝与萃取剂均匀、同步添加，研磨成100目的甜高粱 結杆楽料；
[0069] 将甜高粱秸杆浆料投入分馏塔中，搅拌150min，再静置35min，萃取液与浆料充分 分层后，将分馏罐上部的萃取液抽入蒸馏器，回收萃取剂，获得粗单宁2. 3千克；
[0070] (3)榨取糖汁：对步骤（2)中分馏塔下层的浆料进行压榨，榨出甜高粱秸杆浆料的 糖汁738千克和甜高粱秸杆浆料渣262千克，再将压榨后的甜高粱秸杆浆料渣用315千克 清水浸泡后，进行二次压榨，榨出甜高粱秸杆浆料的糖汁332千克和甜高粱秸杆浆料渣245 千克，并将两次压榨出的糖汁混合，共得到1070千克糖汁，备用；
[0071] (4)制备果胶：将经二次压榨后的甜高粱秸杆浆料渔，放入搪瓷反应罐，并加入 500L之前其它批次步骤（6)中榨取出的稀糖汁；然后通蒸汽加热至KKTC，并保温20min， 使甜高粱秸杆浆料渣中的果胶充分溶解，再进行压榨，使果胶溶液与甜高粱秸杆浆料渣分 离，得到540L的果胶溶液和210千克的甜高粱秸杆浆料渣；在压榨出的果胶溶液中加入 2470g活性炭，对果胶溶液脱色，过滤后获得的果胶液，在果胶液中加入500L浓度为95%的 乙醇，使果胶析出；然后用离心机脱除溶液，提取果胶；果胶经清洗，干燥，粉碎，制得38千
【权利要求】
1. 一种甜高粱秸杆综合利用的方法，其特征在于，包含以下步骤： (1) 制备秸杆浆料：将鲜甜高粱秸杆去除叶子，粉碎后，磨制成80目以上的甜高粱秸杆 浆料； (2) 萃取制备单宁：将甜高粱秸杆浆料投入分馏塔中，加入萃取剂，充分搅拌后，静置 分层；将上层萃取液泵入蒸馏器，蒸馏回收萃取剂，萃取剂蒸发后，制得单宁； (3) 榨取糖汁：对步骤（2)中分馏塔下层的浆料进行压榨，榨出甜高粱秸杆浆料的糖 汁，再将压榨后的甜高粱秸杆浆料渣用清水浸泡后，进行二次压榨，并将两次压榨出的糖汁 混合备用； (4) 制备果胶：将经二次压榨后的甜高粱秸杆浆料渣放入反应罐，并加入稀硫酸；然后 通蒸汽加热至80?100°C，并保温20?40min，使甜高粱秸杆浆料渣中的果胶充分溶解，再 进行压榨，使果胶溶液与甜高粱秸杆浆料渣分离；在压榨出的果胶溶液中加入活性炭，对果 胶溶液脱色，过滤后获得的果胶液，在果胶液中加入乙醇，使果胶析出；然后用离心机脱除 溶液，提取果胶；果胶经清洗，干燥，粉碎，制得果胶成品；将分离出的溶液泵入蒸馏器，回 收乙醇；残留的酸液，用于后续加压酸解溶液； (5) 制备乙醇：将步骤（4)中榨取果胶溶液后的甜高粱秸杆浆料渣与残留的酸液混 合均匀，并将混合物料的硫酸浓度调节至3?8%。，泵入反应罐，通入蒸汽加热至115? 125°C，保持50?90min，完成加压酸解过程，使半纤维素充分降解于酸液中，然后通冷水使 反应罐降温至l〇〇°C以下，榨出糖汁；将榨出的糖汁与步骤（3)所榨取的糖汁混合，在混合 后的糖汁中加入氨水，使溏汁中（NH4)2S04的含量为1?1. 5g / L ;再加入营养盐，然后加 入熟石灰，将糖汁的PH值调整至4?5 ; 取调制后糖汁质量的1 / 1100?1 / 900,稀释成糖度为2%的糖水溶液，投入酵母罐 中，再投入调制后的糖汁质量2 / 11000?2 / 9000的糖质酒精安琪酵母和产朊假丝酵母， 糖质酒精安琪酵母和产朊假丝酵母按5?8 :2?5的比例混合，并用无菌风给酵母罐中稀 糖液增氧，进行酵母扩繁，100?150min扩繁结束； 将调制后的糖汁和扩繁后的酵母液送入发酵袋，然后封闭发酵袋进行厌氧发酵30? 48h，检测残余还原糖含量，还原糖含量小于0. 5%，酒精发酵结束；将发酵成熟后的酒液， 送入蒸馏釜，经过蒸馏提取粗酒，再精馏、脱水，制得燃料乙醇；发酵袋内残留沉淀的活酵母 泥，用于下次糖液发酵，重复利用5?6次后，酵母活性下降，回收酵母，清洗，干燥，制备酵 母蛋白饲料； (6) 制备纤维素和木质素：步骤（5)中榨取糖汁后的甜高粱秸杆浆料渣，经清水浸泡 后，榨取出稀糖汁；将压榨出稀糖汁后的甜高粱秸杆浆料渣投入料渣质量4?6倍的30% 乙醇中，并加入KOH作为催化剂，混合均匀后，送入搪瓷反应罐中，密闭，通入蒸汽加热，使 温度上升至95?105°C，保持55?65min，完成渣料的加压醇解过程，使渣料的木质素充分 降解；然后，通冷水冷却反应罐，温度降至50°C以下，压榨出纤维素料渣与木质素溶液；纤 维素渣料，先用30%乙醇清洗，再用清水洗净，漂白，制得纤维素；对木质素溶液进行蒸馏， 回收酒液；将析出木质素过滤，洗净，干燥，制得木质素；回收酒液继续用于醇析，或用于蒸 馏燃料乙醇。
2. 根据权利要求1所述的一种甜高粱秸杆综合利用的方法，其特征在于，上述步骤（1) 中，加工甜高粱秸杆浆料时，将萃取剂与粉碎后的甜高粱秸杆一起送入磨浆机内，使萃取剂 与甜高粱秸杆浆料的混合更为充分。
3. 根据权利要求1所述的一种甜高粱秸杆综合利用的方法，其特征在于，上述步骤（2) 中加入的萃取剂为醚类；甜高粱秸杆浆料与萃取剂的质量比为1 :〇. 7?1. 1。
4. 根据权利要求1所述的一种甜高粱秸杆综合利用的方法，其特征在于，上述步骤（3) 中，压榨后的甜高粱秸杆浆料渣与清水的质量比为1 :1?1. 5。
5. 根据权利要求1所述的一种甜高粱秸杆综合利用的方法，其特征在于，上述步骤（4) 中的稀硫酸浓度为3?8%。，甜商梁結杆楽料渔与稀硫酸的质量比为1 :2. 04?3. 84 ;果月父 溶液干物质与活性炭的质量比为1 :〇. 05?0. 08 ;乙醇的浓度为95%，果胶液与乙醇的质 量比为1 :〇· 7?1. 5。
6. 根据权利要求1所述的一种甜高粱秸杆综合利用的方法，其特征在于，将步骤（4)中 过滤出果胶液后得到的活性碳渣，与步骤（5)中对酒液蒸馏出粗酒后得到的醪液合并，制 备液体肥料。
7. 根据权利要求1所述的一种甜高粱秸杆综合利用的方法，其特征在于，上述步骤（5) 中营养盐为MgS04、KH2P04和CaC12 ;每升调制好的糖汁中，MgS04、KH2P04和CaC12的加入 量分别为8?12g、4?6g和4?6g。
8. 根据权利要求1所述的一种甜高粱秸杆综合利用的方法，其特征在于，上述步骤（5) 中榨取的糖汁，或者经过脱色、离子交换、纳米超滤、浓缩结晶工序，提取附加值更高的木 糖；这是由于榨出的糖汁主要成分为木糖，另外还含阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖。
9. 根据权利要求1所述的一种甜高粱秸杆综合利用的方法，其特征在于，上述步骤 (6)中作为催化剂的KOH，与压榨出稀糖汁后加入30%乙醇的甜高粱秸杆浆料质量比为1 : 900 ?1100。
10. 根据权利要求1所述的一种甜高粱秸杆综合利用的方法，其特征在于，上述步骤 (6)中制得的纤维素，采用纤维素酶降解，再发酵，生产纤维素乙醇。
11. 根据权利要求1所述的一种甜高粱秸杆综合利用的方法，其特征在于，上述步骤 (6)中榨出的稀糖汁，或者用于下一批次的步骤（4)中代替稀硫酸，甜高粱秸杆浆料渣与稀 糖汁的质量比为1 :4?6。
【文档编号】C07H13/08GK104109694SQ201310660654
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】张永北, 周汝琴, 何冲霄, 商中水, 严国红, 郑海东, 孙明法, 姚立生, 罗靖, 赖世岩, 张爱诚 申请人:盐城市北鸥生化能源科技有限公司, 江苏沿海地区农业科学研究所