以甜高粱茎杆为原料制取乙醇和造纸纸浆的制作方法

专利名称：以甜高粱茎杆为原料制取乙醇和造纸纸浆的制作方法
技术领域：
本发明涉及甜高粱茎杆的综合利用加工技术，属于生物质工程技术领域。 技术背景甜高粱光合效能高，是C4植物生物学产量最高的作物之一。据统计，种植甜高粱每公顷可产出高粱米2250 5000Kg/hm2、鲜茎叶6 10X 104Kg/hm2，其 茎杆含糖量很高，茎杆汁液锤度15QBx 30°Bx，无氮浸出物高达37%，可直接 作为酒精发酵原料，其抗逆性强、适应性广，在我国种植面积大、栽培历史悠 久，可作为食品、酿造、饲料、发酵、造纸、可再生燃料等产业的原料，其广 泛的用途目前已被人们充分认识，甜高粱已成为我国近年来乃至近一段时期发 展最快的高效能源作物品种之一。近年来，我国的一些研究机构、企业开始尝试以甜高粱茎杆为原料制取乙 醇。所采用的工艺路线有两种，即，固态发酵工艺和液体发酵工艺。对于固态 发酵工艺，到目前为止，国内个别企业已经基本完成了工艺实验工作，在取得 了一些关键工艺数据和积极成果的同时，也遇到了相当多的问题。这些问题是 发酵周期长、酵母用量大、发酵不均匀不彻底、工艺参数不容易控制、发酵后 酒气容易蒸发泄漏、用工多并且劳动强度大、不容易实现连续自动化生产等； 对于液态发酵工艺，国内一些研究机构、企业也已经做了大量的投入和尝试， 所采用的工艺设施、工艺过程与甘蔗搾汁的工艺设施、工艺过程基本相同。由 于忽视了甜高粱茎杆与甘蔗茎杆两种不同茎杆原料的区别，所以，采用甜高粱 茎杆液态发酵工艺制取乙醇的尝试都失败了。甜高粱茎杆液态发酵工艺尝试的 挫折，使得固态发酵工艺成为了当前我国甜高粱茎杆制取乙醇的主流工艺路线。开发、使用更加先进的工艺路线制取甜高粱茎杆乙醇，是我国生物质能源 产业当前所面对的历史性任务。液态发酵工艺具有发酵周期短、发酵均匀彻底、酵母用量小、工艺参数容 易控制、容易实现连续自动化生产、用工少且劳动强度低、酒气无泄漏等优点。 液态发酵工艺的上述优点，使它成为了当今世界酒精产业的主流工艺路线。注 意到甜高粱茎杆与甘蔗茎杆的区别，本专利采用了不同于甘蔗搾汁的工艺设施 和工艺路线来制取甜高粱茎杆酒精。并且，在实施甜高粱茎杆糖分提取的同时， 实现了对甜高粱茎杆余渣的无公害造纸纤维的加工，大大降低了加工成本。实 际的实验数据表明，本专利的工艺路线是合理、可行的。液态发酵工艺克服了 固态发酵工艺的诸多缺点，将成为我国甜高粱茎杆制取酒精的主流工艺路线。甜高粱茎杆经粉碎并提取糖分后，其含糖汁液可用于制取乙醇。因其水溶 性低聚糖和可发酵性单糖含量高，无需蒸煮、.糖化等复杂的工艺过程，就可以 进行连续发酵、蒸馏制取乙醇，作为乙醇的发酵原料，其优势非常明显。提取 糖分后的甜高粱茎杆纤维素含量高，纤维形态好，是优质的造纸原料。以甜高粱茎杆为原料，将生产乙醇和制浆造纸的工艺有机地结合在一起，可以提高茎杆的乙醇转化率，降低乙醇生产成本；提取糖分的同时还实现了造 纸纤维的分离和除髓，所得到的纸浆纤维分离均匀，附加值高。做到了甜高梁 茎杆原料的"吃干榨尽"，符合国家大力发展生物质能源和循环经济的要求。 发明内容l.甜高粱茎杆中糖分的提取1. 1.将甜高粱茎杆切成2 4cm碎段后送入低压反应器中，加热至80'C 95°C,保温30min 45min;1. 2.使用组合式螺旋压榨设备，采用"多段逆流提取工艺"提取粉碎、预处理后的甜高粱茎杆中的糖分，糖分提取率可达92% 97%。 2.采用连续发酵工艺生产乙醇2. 1.甜高粱茎杆汁液经过滤、蒸发、浓縮后(蒸发过程中完成杀菌作用)， 使之达到18°Bx 25°Bx的发酵浓度；2. 2.加入氮盐(硫酸铵、尿素)0. 1 1.2%，用硫酸调整PH值到4. 4 5, 保持发酵温度在30士2。C，在发酵罐中发酵16士4小时，当发酵醪液中残糖含量 低于O. 2%时结束发酵操作；2. 3.用离心分离机连续分离发酵后的发酵醪液与酵母菌，酵母经活化后全 部返回发酵罐，离心后的发酵醪液送入蒸馏塔分离乙醇。进一步脱水可生产无 水乙醇。3. 造纸用纸浆的生产3. 1.用组合式螺旋压榨设备对经过粉碎、预处理后的甜高粱茎杆进行多次 揉搓，使纤维轴向挤压，完成纤维的分离和帚化，同时，在不断变化的压力和 浓度下达到原料除髓的目的；3. 2.纸浆经打浆、精选可直接用于造纸，由于原料除髓彻底，纤维形态好， 所以，抄纸时滤水性好，成品纸的环压强度高。
具体实施方式
l.甜高粱茎杆生产乙醇甜高粱茎杆切成2 4 on碎段后用螺旋输送机输送入横管加热器中，通汽加 热至80°C 95°C,保温30min，然后，经螺旋输送机送入组合式螺旋压榨提取 设备中，采用多段"逆流提取工艺"，使原料糖分提取率达到92% 97%;上述过程中所得到的甜高粱茎杆汁液经过滤、杀菌、浓縮到18°Bx 25°Bx。 加入氮盐(硫酸铵、尿素)0. 1 1.2%，用硫酸调整ra值使之保持在4.4 5之间，控制发酵温度在30士2'C,在发酵罐中发酵16±4小时，当发酵醪液中残糖 含量低于0. 2%时结束发酵操作；用离心分离机连续分离发酵后的发酵醪液与酵母菌，酵母经活化后全部返 回发酵罐，离心分离后的发酵醪液送入蒸馏塔中分离乙醇，进一步脱水可生产 无水乙醇。2.甜高粱茎杆的造纸在组合式压榨设备中甜高粱茎杆纤维分离成纸浆，经打浆机进一步打浆、 精选、送造纸机抄纸，由于纤维分离过程中除髓彻底，纤维形态好，抄纸时滤 水性好，成品纸环压强度高，是市场畅销产品。将甜高粱茎杆生产乙醇与制浆造纸两个工艺过程有机地结合在一起，可以 降低乙醇和造纸的生产成本，同时有利于解决乙醇生产中的酸性废水和制浆生 产中的碱性废水的污水处理问题。
权利要求
1.本发明涉及一种以甜高梁茎杆为原料制取乙醇和造纸纸浆的技术，其特征是甜高粱茎杆经切碎、预处理后，使用组合式螺旋压榨设备提取甜高粱茎杆中的糖分，在提取甜高粱茎杆中糖分的同时完成茎杆纤维的分离和除髓；
2. 根据权利要求1所述的方法，其特点还在于组合式螺旋压搾设备提取 甜高粱茎杆中的糖分时还可以采用多段逆流提取工艺；
3. 根据权利要求1所述的方法，其特点还在于将含糖汁液采用液态发酵 工艺生产乙醇。
全文摘要
甜高粱的光合效能高，是C₄植物生物学产量最高的作物之一，其抗逆性强、适应性广、茎杆含糖量高、产量大、栽培历史悠久，是重点推广种植的能源作物。通过提取甜高粱茎杆中的糖分，采用连续发酵技术生产乙醇；在提取糖分的同时完成茎杆纤维的分离和除髓，所制取的纸浆用于造纸具有滤水快、环压强度高等优点。将乙醇和造纸的生产工艺有机地结合在一起，可降低乙醇的生产成本，其茎杆余渣成为了高附加值的纸浆。本发明的优点是工艺筒洁；设备成熟、可靠；乙醇转化率高；成品纸的环压强度高；生产成本低；有利于能源作物甜高粱茎杆综合利用技术的推广，符合国家发展生物质能源和循环经济的产业政策。
文档编号C12P7/06GK101230361SQ20081006401
公开日2008年7月30日 申请日期2008年2月21日 优先权日2008年2月21日
发明者杨家象, 王延松 申请人:哈尔滨海格科技发展有限责任公司