一种利用城市固废制备工业乙醇的方法
【技术领域】
[0001]本发明提供一种利用城市固废制备工业乙醇的方法。
【背景技术】
[0002]早在19世纪后期，厌氧消化的产品被用于产生沼气，用于街道照明。由细菌引起的生物物质的厌氧发酵或消化，已被公知可产生各种使用的气体。目前厌氧发酵一直被视为既可以减少发送到垃圾填埋场的有机物的量，又可用于制备有用的化学物质，如醇类、酸类等。
[0003]现有技术中，美国专利5753474描述了一种连续的两阶段厌氧发酵工艺，使用二种不同的细菌菌株制备丁醇，通过原料的气化制备一氧化碳和氢气，从而用于从生物物质原料生产醇的厌氧发酵工艺，下一步可使用厌氧菌发酵生成碳原子数大于2的醇类。已发现合适的一氧化碳发酵工艺的实例，如美国专利2003/0211585和2007/0275447，以及在美国能源部合同号DEAC22-92PC92118里也有描述，见“从煤合成气实验室规模生产生物乙醇的示范”(专题报告5，1995年11月)。
[0004]已知的一些细菌在这样的工艺中，这些细菌可以从碳氧化物和氢气制备乙醇，对乙醇的选择性，可以通过选择菌种和控制反应条件来控制，一般来说保持细菌的功能，与竞争产品相比，有利于制备乙醇，乙酸。菌种和工艺的具体实例可以见美国专利2003/0211585和2007/0275447。然而依照上述工艺制得的工业乙醇产品质量不稳定，纯度波动较大。
【发明内容】
[0005]为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用城市固废制备工业乙醇的方法，以城市固废为原料有效控制二氧化碳的排放，且可降低产生的温室气体。
[0006]为达到上述目的，本发明的技术构思是这样的:
[0007]本发明以城市固废为原料，经发酵、气化、再发酵的过程，温和、高效率制备得到乙醇。
[0008]具体地，本发明提供的利用城市固废制备工业乙醇的方法，包括如下步骤:
[0009]I)对城市固废原料进行预处理；
[0010]2)使用单一混合细菌菌株，对预处理后的城市固废原料进行第一次厌氧发酵处理，发酵温度20?70°C，发酵pH值为3.0?5.5，得料液；
[0011]3)过滤步骤2)所得料液，得液相和固相，固相进行气化处理；
[0012]4)将步骤3)得到的液相及经气化处理所得的气体进行第二次厌氧发酵处理；
[0013]5)步骤4)厌氧发酵后所得料相经蒸馏、处理、精馏制备得到工业乙醇。
[0014]另，所述的城市固废原料包括但不限于城市固相废弃物、木质纤维素生物质、垃圾渗滤液、市政和工业废水、生物污泥、能源作物及农业残余物中的可生物降解部分。
[0015]另有，所述的预处理方法包括但不限于切碎、研磨、超声及水压粉碎。
[0016]再，所述步骤2)中的发酵温度为40?60°C。
[0017]再有，步骤2)和步骤4)中所述的厌氧发酵分别在诱导床反应器中进行。
[0018]且，所述步骤2)厌氧发酵过程中，添加含氮、磷、镁、钠、锰、钙和钴的营养物质混合物。
[0019]其中，步骤3)所述的气化处理可选用专利W02007/143673，W02007/131241和US6817388实施例中所述的气化工艺。且，本发明所使用的气化原料为共进原料(共进原料指添加的原料，如废塑料、煤等)被输送到步骤3)所述的气化处理工艺中；在第一次厌氧发酵中形成的甲烷，均可被循环到气化工艺中，而垃圾填埋气体可未经处理即可输送到的气化工艺。
[0020]所述步骤4)中第二次厌氧发酵用的细菌包括但不限于US2003/0211585和US2007/0275447中描述的细菌为C-1和C-C。
[0021]本发明的反应方程式可以表示为:
[0022]第一次厌氧发酵:C6H1206—CH 3COOH
[0023]气化处理步骤:C6H1206—CO+CO 2+H2
[0024]第二次厌氧发酵:3CH3COOH+H2—3C 2H50H+3H20，
[0025]6C0+3H20 — C2H50H+4H20，
[0026]2C02+6H2—C2H50H+3H20。
[0027]本发明与现有技术相比较的有益效果:
[0028]本发明以城市固废为原料，经发酵、气化、再发酵过程，制备得到乙醇。本发明在利用城市固废中的生物物质原料制备乙醇过程中能有效控制二氧化碳的排放，且可降低产生的温室气体，利用城市固废制备所得到的工业乙醇产品质量稳定，纯度高达99%，适于工业化生产。
【具体实施方式】
[0029]下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明，但实施例并不限制本发明的保护范围。
[0030]实施例1
[0031]用城市固体废弃物作为城市固废原料，物理切碎后置于诱导床反应器中进行第一次厌氧发酵，发酵使用混合细菌菌株，发酵温度为40°C，发酵pH值为3.5 ;发酵后过滤，液体备用，固体进入气化罐进行气化工艺；将发酵液和气化罐产生的气体置于诱导床反应器中进行第二次厌氧发酵，发酵细菌选用专利US2003/0211585和US2007/0275447中描述的C-1 ;发酵结束后过滤，滤液经蒸馏、处理、精馏制备得到符合工业用途的无水乙醇。
[0032]实施例2:
[0033]用木质纤维素生物质作为城市固废原料，其余同实施例1。
[0034]实施例3:
[0035]用农业残余物作为城市固废原料，其余同实施例1。
[0036]需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
【主权项】
1.一种利用城市固废制备工业乙醇的方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)对城市固废原料进行预处理； 2)使用单一混合细菌菌株，对预处理后的城市固废原料进行第一次厌氧发酵处理，发酵温度20?70°C，发酵pH值为3.0?5.5，得料液； 3)过滤步骤2)所得料液，得液相和固相，固相进行气化处理； 4)将步骤3)得到的液相及经气化处理所得的气体进行第二次厌氧发酵处理； 5)步骤4)厌氧发酵后所得料相经蒸馏、处理、精馏制备得到工业乙醇。
2.根据权利要求1所述的制备工业乙醇的方法，其特征在于，所述的城市固废原料包括但不限于城市固相废弃物、木质纤维素生物质、垃圾渗滤液、市政和工业废水、生物污泥、能源作物及农业残余物中的可生物降解部分。
3.根据权利要求1所述的制备工业乙醇的方法，其特征在于，所述的预处理方法包括但不限于切碎、研磨、超声及水压粉碎。
4.根据权利要求1所述的制备工业乙醇的方法，其特征在于，所述步骤2)中的发酵温度为40?60°C。
5.根据权利要求1所述的制备工业乙醇的方法，其特征在于，步骤2)和步骤4)中所述的厌氧发酵分别在诱导床反应器中进行。
6.根据权利要求1或4或5所述的制备工业乙醇的方法，其特征在于，所述步骤2)厌氧发酵过程中，添加含氮、磷、镁、钠、锰、钙和钴的营养物质混合物。
【专利摘要】本发明公开了一种利用城市固废制备工业乙醇的方法。发明包括如下步骤：1)对城市固废原料进行预处理；2)使用单一混合细菌菌株，对预处理后的城市固废原料进行第一次厌氧发酵处理，发酵温度20～70℃，发酵pH值为3.0～5.5，得料液；3)过滤步骤2)所得料液，得液相和固相，固相进行气化处理；4)将步骤3)得到的液相及经气化处理所得的气体进行第二次厌氧发酵处理；5)步骤4)厌氧发酵后所得料相经蒸馏、处理、精馏制备得到工业乙醇。发明以城市固废为原料，利用城市固废中的生物物质原料制备得到乙醇，能有效控制二氧化碳的排放，且可降低产生的温室气体，所得到的乙醇产品质量稳定，适于工业化生产。
【IPC分类】C12P7-08, C12P7-10
【公开号】CN104561131
【申请号】CN201510044055
【发明人】程春峰, 冯苗, 凌芳, 郭建国, 刘征宙
【申请人】国药集团化学试剂有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月28日