一种由厨余垃圾制备燃料乙醇的方法
【专利摘要】本发明公开了一种由厨余垃圾制备燃料乙醇的方法，属于生物质能领域，包括以下步骤，S1将厨余垃圾粉碎后加水混合，用碱处理预混液，然后洗涤抽滤得到经过碱预处理的原料；S2将所述经过碱预处理的原料在酸性条件下蒸煮，得到经过酸预处理的原料；S3将所述经过酸预处理的原料用纤维素酶和淀粉酶水解，得到还原糖；S4将所述还原糖发酵后蒸馏，得到燃料乙醇。本发明提供的制备方法可大规模拓展燃料乙醇的原料资源量、降低燃料乙醇的生产成本、提高生产效率，能够带来诸多良好的社会和经济效益。
【专利说明】
-种由厨余垃圾制备燃料乙醇的方法
技术领域
[0001] 本发明设及生物质能领域，特别设及一种由厨余垃圾制备燃料乙醇的方法。
【背景技术】
[0002] 随着世界人口的增加和各国工业化程度的提高，能源和环境问题已成为全球关注 的焦点。石油、煤炭和天然气等化石能源物质逐渐枯竭，为保护环境和实现人类可持续发展 的目标，从可再生资源特别是木质生物质生产高附加值化工产品已成为许多国家的重要发 展战略和科学研究的热点领域。生物质能是可再生的清洁能源，利用生物质为原料水解并 发酵制取燃料乙醇等化工产品正日益受到广泛关注。
[0003] 采用含糖和淀粉等的农作物发酵制取乙醇的技术已日趋成熟，并广泛应用。然而， 随着世界人口增长，粮食供应紧张，W粮食作物为原料制备燃料乙醇的方法不可能大规模 展开，因此采用木质纤维为原料，通过生物质水解制取燃料乙醇具有重要意义。在生活中， 厨余垃圾是困扰人们的污染源之一，厨余垃圾是指剩饭、剩菜、蔬菜的根叶、瓜果的皮核、废 弃的动物组织等，其成分主要是糖类、脂肪、蛋白质、盐分、水等，营养丰富。长期W来，厨余 垃圾在我国一直作为生猪的饲料，并通过市场自行寻找出路，运种处理方式存在很多问题： 一、垃圾含水率高，流动性大，容易泄露，造成二次污染。二、垃圾车影响城市日常交通并污 染环境。Ξ、垃圾未经任何处理，喂出猪的卫生情况令人担忧，容易导致口蹄疫等疾病的产 生。随着我国社会经济的发展和人们生活水平的不断提高，人们的居家饮食W及去饭店消 费的数量和质量也明显的提高，餐厨垃圾的数量必将继续攀升。由于餐厨垃圾含有丰富的 淀粉、纤维素、蛋白质等物质，对其进行合理的利用，不仅可W减少对环境的污染，而且可W 变废为宝，对其进行资源化利用，还利于环保和可持续发展。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有燃料乙醇制备工艺中原料来源单一和乙醇产率低的 缺点，提供一种由厨余垃圾制备燃料乙醇的方法，通过W厨余垃圾天然纤维素替代传统粮 食作物作为原料，可实现对厨余垃圾高值化利用，也有助于降低燃料乙醇生产成本，同时提 高了燃料乙醇的产率。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明提供了 W下技术方案：
[0006] -种由厨余垃圾制各燃料乙醇的方法，其特征在于，包括W下步骤：
[0007] S1将厨余垃圾粉碎后加水混合，用碱处理预混液，然后洗涂抽滤得到经过碱预处 理的原料；
[000引S2将所述经过碱预处理的原料在酸性条件下蒸煮，得到经过酸预处理的原料； [0009] S3将所述经过酸预处理的原料用纤维素酶和淀粉酶水解，得到还原糖；
[0010] S4将所述还原糖发酵后蒸馈，得到燃料乙醇。
[0011]本发明的发明思路为，首先用碱对厨余垃圾进行预处理，由于厨余垃圾中除去纤 维素原料外还含有相当量的油脂，而碱预处理步骤可W使油脂皂化成高级脂肪酸盐和甘 油，从而避免了油脂对乙醇发酵反应的抑制作用，同时碱预处理还能除去纤维素原料中的 大部分乙酷基;随后对预混液进行离屯、洗涂和抽滤操作除去厨余垃圾皂化后产物和仍残留 的颗粒杂质;对经碱预处理的原料在酸性条件下进行蒸煮可W在一定程度上降低厨余垃圾 组成中淀粉和粗纤维的聚合度，同时增加厨余垃圾中纤维素原料和淀粉原料对纤维素酶和 淀粉酶的反应的敏感性，提高其酶水解的转化率;纤维素酶水解操作保证厨余垃圾中绝大 部分纤维素原料转化为可溶性还原糖，淀粉酶可W保证淀粉原料得到水解;随后的Ξ段式 发酵工艺，使可溶性糖在酿酒酵母的作用下发酵成乙醇，并通过后续的蒸馈和脱水操作得 到体积浓度达到99.5 % W上的燃料乙醇。
[0012] 进一步地，上述步骤S1中碱处理的步骤包括在PH值为9-12的条件下于30-40°C将 预混液揽拌1-化。
[0013] 进一步地，上述步骤S1中洗涂步骤包括将经碱处理的预混液在离屯、转速为2000- 300化pm的离屯、机中洗涂至中性。
[0014] 进一步地，上述步骤S2包括将所述经过碱预处理的原料在PH值为3-4的条件下于 105-115°C 蒸煮 60-120min。
[0015] 进一步地，上述步骤S3包括将所述经过酸预处理的原料在PH值为4-6的条件下于 30-45°C用纤维素酶和淀粉酶水解12-2地，得到还原糖。
[0016] 进一步地，上述纤维素酶包括曲霉属、腐质霉属、金抱属、热白丝菌属、毁丝霉属、 侧抱霉属和木霉属的真菌，所述淀粉酶包括淀粉酶包括α-淀粉酶、β-淀粉酶和γ -淀粉酶中 的一种或几种。
[0017] 进一步地，上述纤维素酶的用量为1 -40FPU/g，所述淀粉酶的用量为1 -30FPU/g。
[0018] 进一步地，上述步骤S4包括将所述还原糖和酿酒酵母混合均匀，进行前发酵，控制 溫度为30-35°C，时间为9-12h;进入主发酵期，此时将发酵溫度控制为36-40°C，发酵时间为 12-15h;进入后发酵期，再将溫度调至33-35Γ，维持60-7化后得到发酵产物，然后进行蒸 馈，收集其中的燃料乙醇。
[0019] 进一步地，上述酿酒酵母用量占还原糖重量的8-12%。
[0020] 进一步地，上述步骤S4中还包括蒸馈后将蒸气经分子筛树脂或膜萃取的方式除去 水分的处理。
[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0022] 1、本发明提供的一种W厨余垃圾为原料制备燃料乙醇的方法，可被用W实现对厨 余垃圾高效、高值化利用，及同比降低燃料乙醇生产成本。
[0023] 2、本发明提供的一种W厨余垃圾为原料制备燃料乙醇的方法，所需工艺条件溫 和、操作便捷、安全、环保，所用原料价廉、易得，是一种经济、绿色、节能工艺，符合国家"节 能、减排"发展要求。
[0024] 3、本发明提供的一种W厨余垃圾为原料制备燃料乙醇的方法，通过采用碱预处理 步骤，W皂化反应方式除去厨余垃圾中的油脂组分，避免了其对后续乙醇发酵的抑制作用， 同时后续对厨余垃圾的纤维素原料进行适度酸预水解处理，降低了厨余垃圾纤维素聚合 度，提高了其反应活性，相比现有技术解决了厨余垃圾纤维素原料酶水解转化率低的问题， 并提高了最终乙醇的产率，采用本技术可极大拓宽现有燃料乙醇制备技术应用范围。
【具体实施方式】
[0025]下面结合试验例及【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解 为本发明上述主题的范围仅限于W下的实施例，凡基于本
【发明内容】
所实现的技术均属于本 发明的范围。
[00%] 实施例1
[0027] 一种由厨余垃圾制备燃料乙醇的方法，包括W下步骤:S1首先，将2kg厨余垃圾粉 碎后和水按1:1重量比混合均匀，在PH值为10的条件下于30°C将预混液揽拌化，然后在离屯、 转速为2000rpm的离屯、机中将预混液洗涂至中性、抽滤后得到经碱预处理的原料;S2将经碱 预处理的原料，在PH值为3的条件下于105°C蒸煮60min，得到经酸预处理的原料;S3将经酸 预处理的原料在PH值为4的条件下于40°C用20FPU/g的曲霉属真菌和30FPU/ga-淀粉酶水解 12h，得到还原性糖。S4将所述还原糖和30g酿酒酵母混合均匀，进行前发酵，控制溫度为32 °C，时间为lOh;进入主发酵期，此时将发酵溫度控制为38°C，发酵时间为12h;进入后发酵 期，再将溫度调至34Γ，维持6加后得到发酵产物，然后进行蒸馈，脱水，收集其中的燃料乙 醇。
[0028] 实施例2
[0029] 一种由厨余垃圾制备燃料乙醇的方法，包括W下步骤:S1首先，将2.化G厨余垃圾 粉碎和水按1:1.5重量比混合均匀，在PH值为9的条件下于35°C将预混液揽拌化，然后在离 屯、转速为2500rpm的离屯、机中将预混液洗涂至中性、抽滤后得到经碱预处理的原料;S2将经 碱预处理的原料，在PH值为3的条件下于11(TC蒸煮90min，得到经酸预处理的原料；S3将经 酸预处理的原料在PH值为5的条件下于30°C用lOFPU/g的木霉属真菌和20FPU/g的β-淀粉酶 水解1她，得到还原性糖。S4将所述还原糖和50g酿酒酵母混合均匀，进行前发酵，控制溫度 为3rC，时间为lOh;进入主发酵期，此时将发酵溫度控制为35°C，发酵时间为lOh;进入后发 酵期，再将溫度调至32Γ，维持4她后得到发酵产物，然后进行蒸馈，脱水，收集其中的燃料 乙醇。
[0030] 实施例3
[0031] 一种由厨余垃圾制备燃料乙醇的方法，包括W下步骤:S1首先，将1.8KG厨余垃圾 粉碎后和水按1:1.2重量比混合均匀，在PH值为12的条件下于40°C将预混液揽拌化，然后在 离屯、转速为3000rpm的离屯、机中将预混液洗涂至中性、抽滤后得到经碱预处理的原料;S2将 经碱预处理的原料，在PH值为3.5的条件下于115°(：蒸煮12〇111^，得到经酸预处理的原料;53 将经酸预处理的原料在PH值为5的条件下于45°C用lOFPU/g的金抱属真菌和30FPU/g的丫- 淀粉酶水解2地，得到还原性糖。S4将所述还原糖和20g酿酒酵母混合均匀，进行前发酵，控 制溫度为27°C，时间为lOh;进入主发酵期，此时将发酵溫度控制为3rC，发酵时间为lOh;进 入后发酵期，再将溫度调至29 °C，维持4她后得到发酵产物，然后进行蒸馈，脱水，收集其中 的燃料乙醇。
[0032] 对比例1
[0033] -种由厨余垃圾制备燃料乙醇的方法，包括W下步骤:S1首先，将1.9KG厨余垃圾 粉碎后和水按1:1重量比混合均匀，然后在离屯、转速为2000巧m的离屯、机中将预混液洗涂、 抽滤后得到初始原料;S2将初始原料，在PH值为4的条件下于140°C蒸煮30min，得到经酸预 处理的原料;S3将经酸预处理的原料在PH值为4的条件下于70°C用20FPU/g的曲霉属真菌水 解化，得到还原性糖。S4将所述还原糖和30g酿酒酵母混合均匀，进行前发酵，控制溫度为32 °C，时间为lOh;进入主发酵期，此时将发酵溫度控制为38°C，发酵时间为12h;进入后发酵 期，再将溫度调至34Γ，维持6加后得到发酵产物，然后进行蒸馈，脱水，收集其中的燃料乙 醇。
[0034] 对比例2
[0035] 一种由厨余垃圾制备燃料乙醇的方法，包括W下步骤:S1首先，将1.8KG厨余垃圾 粉碎后和水按1:1.2重量比混合均匀，在PH值为10的条件下于60°C将预混液揽拌化，然后在 离屯、转速为5000rpm的离屯、机中将预混液洗涂至中性、抽滤后得到经碱预处理的原料;S2将 经碱预处理的原料，于140°C蒸煮30min，得到蒸煮后的原料;S3将经蒸煮处理的原料在PH值 为4的条件下于70°C用20FPU/g的曲霉属真菌水解化，得到还原性糖。S4将所述还原糖和30g 酿酒酵母混合均匀，进行前发酵，控制溫度为32°C，时间为lOh;进入主发酵期，此时将发酵 溫度控制为38°C，发酵时间为12h;进入后发酵期，再将溫度调至34°C，维持6化后得到发酵 产物，然后进行蒸馈，脱水，收集其中的燃料乙醇。
[0036] 对实施例1-3及对比例1-2制备工艺中燃料乙醇的产率、还原糖的转化率和水解速 率进行对比，结果如下表一所示可知，其中对比例1的制备工序中省略了碱预处理的操作， 对比例2的制备工艺中省略了酸预处理的操作并改变了相应的工艺参数，可W看出，省略了 碱预处理和酸预处理的制备工艺中，其燃料乙醇的产率和还原糖的转化率均低于本发明实 施例的效果，同时其酶水解的速率也较低。
[0037] 表一 [00；3 引
【主权项】
1. 一种由厨余垃圾制备燃料乙醇的方法，其特征在于，包括以下步骤： S1将厨余垃圾粉碎后加水混合，用碱处理预混液，然后洗涤抽滤得到经过碱预处理的 原料； S2将所述经过碱预处理的原料在酸性条件下蒸煮，得到经过酸预处理的原料； S3将所述经过酸预处理的原料用纤维素酶和淀粉酶水解，得到还原糖； S4将所述还原糖发酵后蒸馏，得到燃料乙醇。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中碱处理的步骤包括在PH 值为9-12的条件下于30-40 °C将预混液搅拌1 _3h。3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中洗涤步骤包括将经碱处 理的预混液在离心转速为2000-3000rpm的离心机中洗涤至中性。4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括将所述经过碱预处理 的原料在PH值为3-4的条件下于105-115°C蒸煮60-120min。5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3包括将所述经过酸预处理 的原料在PH值为4-6的条件下于30-45°C用纤维素酶和淀粉酶水解12-24h，得到还原糖。6. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述纤维素酶包括曲霉属、腐质霉属、 金孢属、热白丝菌属、毁丝霉属、侧孢霉属和木霉属的真菌，所述淀粉酶包括淀粉酶包括α_ 淀粉酶、淀粉酶和γ -淀粉酶中的一种或几种。7. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述纤维素酶的用量为l-40FPU/g，所 述淀粉酶的用量为l_30FPU/g。8. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4包括将所述还原糖和酿酒 酵母混合均勾，进行前发酵，控制温度为30-35Γ，时间为9-12h;进入主发酵期，此时将发酵 温度控制为36-40°C，发酵时间为12-15h;进入后发酵期，再将温度调至33-35Γ，维持60-72h后得到发酵产物，然后进行蒸馏，收集其中的燃料乙醇。9. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述酿酒酵母用量占所述还原糖重量 的 8-12 %。10. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中还包括蒸馏后将蒸气 经分子筛树脂或膜萃取的方式除去水分的处理。
【文档编号】C12P19/14GK106011181SQ201610626176
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月2日
【发明人】不公告发明人
【申请人】四川力久云智知识产权运营有限公司