一种利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法

文档序号:599152阅读:192来源:国知局
专利名称:一种利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法
技术领域
本发明属于生物化工技术领域,涉及一种利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁 醇和乙醇的方法。
背景技术
农作物秸杆是阳光光合作用的产物,是大宗的可再生资源,仅我国每年就
收获大约8亿吨,除一小部分用作饲料外,其余大部分都被白白浪费掉了。随 着技术的发展进步,开发了利用秸秆生产木糖、木糖醇的技术,为秸秆的重新 利用开辟了一条新途径。但是在利用秸秆生产木糖、木糖醇的技术中还存在着 一些缺点,秸秆经过酸水解、过滤后的液态部分用于生产木糖,但是过滤后的 木糖渣则没有被充分地利用,有部分被用于制备乙醇,但并没有实现秸秆利用 的最大化,还是存在一定资源上的浪费。
丙酮和丁醇广泛用于有机合成塑料、树脂、油漆、医药和国防工业。丙酮 可作为油漆、电影胶片、塑料、石油精炼脱蜡、植物油萃取、制药的溶剂和有 机合成化学工业的原料。丁醇除可用作溶剂外还是一种潜在的大综动力燃料, 它的燃烧值和汽油相当,是汽车用油的替代品。现有的丙酮、丁醇生产工艺有 两种方法, 一种是石化合成法,另一种是生物发酵法。石化合成丙酮、丁醇的 方法原料采用的是日益枯竭的石油资源,随着石油的减少石化合成法也将告终。 生物发酵法生采用的原料为玉米,不但成本太高,同时也给饲料行业带来了竞 争压力。利用玉米生产丙酮、丁醇是直接把玉米筛选、破碎、提胚、糊化、连 消蒸煮等前期处理,再发酵、蒸馏生产丙酮和丁醇。这样利用玉米发酵生产丙
酮和丁醇的方法的成本较高。

发明内容
本发明的目的是提供一种利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法, 实现了资源利用最大化。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案 一种利用秸秆生产木糖联产 丙酮、丁醇和乙醇的方法,秸秆粉碎用热水浸泡后加入稀酸进行水解,过滤分 为木糖水解液和木糖渣,木糖水解液经蒸发、脱色、过滤、离子交换、浓縮和
结晶生产木糖,向木糖渣中加入35 6(TC的热水,木糖渣与热水的重量比为1: 3 6,加入碱性物质调PH值为4 7,再分批加入纤维素酶,每克木糖渣加入 200 600ncu纤维素酶,然后在40 55"C下连续酶解60 120小时;酶解完毕 膜分离过滤分为分解液和滤渣,滤渣返回继续酶解;向分离液中加入氮源类物 质,调整分离液中糖的质量百分比浓度为4 6%,然后在120 15(TC下进行蒸 煮杀菌30 45分钟,冷却至35 4rC后送入发酵罐,接种菌种,在34 39°C 下厌氧发酵36 72小时;发酵液进行精馏分出丙酮、丁醇和乙醇。 所述秸秆粉碎后用60 9(TC热水浸泡1 3小时。
所述稀酸为质量百分比浓度为0. 3 6%的稀硫酸或稀盐酸,稀酸的加入量为 秸秆重量的5 8倍。
所述水解时温度为100 130。C,水解时压力为0. 1 0. 3MPa,水解时间为3 8小时。
所述菌种为丙酮丁醇梭菌、丙酮丁酸杆菌、糖丁酸梭菌或巴氏芽孢梭菌。
所述氮源类物质为硫酸铵、硫酸氢铵、氯化铵、豆粕、棉籽粕、花生粕、 玉米或菜籽粕,氮源类物质的加入量为分解液重量的1 5°/0。
所述碱性物质为氢氧化钙、碳酸钙、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钾或氢氧化钾。
所述精馏工序前先进行粗馏。
所述酶解时使用酶解发生器。
所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、高粱秸秆、向日葵秸秆、稻草、玉米芯、 甘蔗渣、花生壳或棉籽壳中的一种或多种。
本发明所使用的原料是秸秆类物质,秸秆类物质主要是由半纤维素、纤维 素和木质素三种成分组成,半纤维素物质主要组成成分是木聚糖,半纤维素物 质不易被纤维素酶水解,而纤维素主要组成成分是己聚糖,纤维素又不易被稀 酸水解。为了充分地利用纤维素秸秆类物质,本发明先用热水浸泡秸秆,去掉 原料中的果胶和单宁等妨碍水解的物质,然后利用稀酸使半纤维素水解转化为 戊糖,戊糖是生产木糖、木糖醇或糠醛的很好的原料;而在同等条件下半纤维 素酸水解速度是纤维素酸水解速度的100倍,不易被酸水解的纤维素则用少量 的纤维素酶水解生成单糖一葡萄糖,这样不但降低了纤维素酶的用量,也大大 提高了纤维素的利用率,葡萄糖中加入菌种发酵获得丙酮、丁醇和乙醇的混合 物,精馏将混合物分离。本发明利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方 法实现了纤维素秸秆类物质利用的最大化,不但充分地利用秸杆资源,实现了 变废为宝,提高了产品的附加值,实现了其经济价值,同时也为丙酮、丁醇的 生产开辟了新的原料资源和方法,为企业和社会带来了更多的经济效益和社会 效益。
具体实施例方式
实施例i:将玉米芯粉碎后用9crc热水浸泡i小时,然后加入质量百分比
浓度为0. 3%的稀硫酸进行水解,稀硫酸加入量为玉米芯重量的8倍,水解时温 度为IO(TC,水解时压力为0. lMPa,水解时间为8小时,过滤分为木糖水解液 和木糖渣,木糖水解液经蒸发、脱色、过滤、离子交换、浓縮和结晶生产木糖; 向木糖渣中加入35'C的热水,木糖渣与热水的重量比为1: 6,加入氢氧化钙调 PH值为4,再分批加入纤维素酶,每克木糖渣加入200ncu纤维素酶,然后送入 酶解发生器在4(TC下连续酶解120小时;酶解完毕膜分离过滤分为分解液和滤 渣,滤渣返回继续酶解;向分离液中加入硫酸铵,硫酸铵的加入量为分解液重 量的1%,浓縮调整分离液中糖的质量百分比浓度为6%,然后在120。C下进行蒸 煮杀菌45分钟,冷却至35t:后送入发酵罐,接种丙酮丁醇梭菌菌种,在34°C 下厌氧发酵72小时;发酵液先进行粗馏再进行精馏分出丙酮、丁醇和乙醇,丙 酮、丁醇、乙醇的质量比为27: 62.2: 10.1。
实施例2:将玉米秸秆、小麦秸秆和高粱秸秆混合粉碎后用8CTC热水浸泡2 小时,然后加入质量百分比浓度为3%的稀盐酸进行水解,稀盐酸加入量为玉米 秸秆、小麦秸秆和高粱秸秆总重量的7倍,水解时温度为120°C,水解时压力为 0.2MPa,水解时间为5小时,过滤分为木糖水解液和木糖渣,木糖水解液经蒸 发、脱色、过滤、离子交换、浓縮和结晶生产木糖;向木糖渣中加入45。C的热 水,木糖渣与热水的重量比为1: 5.5,加入碳酸钙调PH值为5,再分批加入纤 维素酶,每克木糖渣加入400ncu纤维素酶,然后送入酶解发生器在5CTC下连续 酶解90小时;酶解完毕膜分离过滤分为分解液和滤渣,滤渣返回继续酶解;向 分离液中加入硫酸氢铵,硫酸氢铵的加入量为分解液重量的3%,浓縮调整分离 液中糖的质量百分比浓度为5%,然后在14(TC下进行蒸煮杀菌40分钟,冷却至 38'C后送入发酵罐,接种糖丁酸梭菌菌种,在37。C下厌氧发酵50小时;发酵液 先进行粗馏再进行精馏分出丙酮、丁醇和乙醇,丙酮、丁醇、乙醇的质量比为 28: 61: 10.1。
实施例3:将花生壳和棉籽壳混合粉碎后用6(TC热水浸泡3小时,然后加 入质量百分比浓度为6%的稀硫酸进行水解,稀硫酸加入量为花生壳和棉籽壳总 重量的5倍,水解时温度为13(TC,水解时压力为0.3MPa,水解时间为3小时, 过滤分为木糖水解液和木糖渣,木糖水解液经蒸发、脱色、过滤、离子交换、 浓縮和结晶生产木糖;向木糖渣中加入6(TC的热水,木糖渣与热水的重量比为 1: 3,加入氢氧化钠调PH值为7,再分批加入纤维素酶,每克木糖渣加入500ncu 纤维素酶,然后送入酶解发生器在55X:下连续酶解60小时;酶解完毕膜分离过
滤分为分解液和滤渣,滤渣返回继续酶解;向分离液中加入玉米,玉米的加入 量为分解液重量的2%,加水调整分离液中糖的质量百分比浓度为4%,然后在150 。C下进行蒸煮杀菌30分钟,冷却至4rc后送入发酵罐,接种丙酮丁醇梭菌菌种, 在39。C下厌氧发酵36小时;发酵液先进行粗馏再进行精馏分出丙酮、丁醇和乙 醇,丙酮、丁醇、乙醇的质量比为27.4: 62: 10.1。
实施例4:将甘蔗渣和稻草混合粉碎后用7(TC热水浸泡2. 5小时,然后加 入质量百分比浓度为5%的稀盐酸进行水解,稀盐酸加入量为甘蔗渣和稻草总重 量的6倍,水解时温度为11(TC,水解时压力为0. 15MPa,水解时间为6小时, 过滤分为木糖水解液和木糖渣,木糖水解液经蒸发、脱色、过滤、离子交换、 浓縮和结晶生产木糖;向木糖渣中加入5(TC的热水,木糖渣与热水的重量比为 1: 4,加入碳酸钠调PH值为6,再分批加入纤维素酶,每克木糖渣加入600ncu 纤维素酶,然后送入酶解发生器在45-C下连续酶解100小时;酶解完毕膜分离 过滤分为分解液和滤渣,滤渣返回继续酶解;向分离液中加入豆粕,豆粕的加 入量为分解液重量的5%,调整分离液中糖的质量百分比浓度为5%,然后在130 。C下进行蒸煮杀菌35分钟,冷却至4(TC后送入发酵罐,接种巴氏芽孢梭菌菌种, 在38。C下厌氧发酵60小时;发酵液先进行粗馏再进行精馏分出丙酮、丁醇和乙 醇,丙酮、丁醇、乙醇的质量比为28.2: 61: 10。
以上以具体实施例来说明本发明的技术方案,但并非是对本发明的技术方 案的限制,本领域技术人员应该理解,依然可以对发明进行修改或等同替换, 而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换,其均应涵盖在本发明的 保护范围之中。
权利要求
1、一种利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法,秸秆粉碎用热水浸泡后加入稀酸进行水解,过滤分为木糖水解液和木糖渣,木糖水解液经蒸发、脱色、过滤、离子交换、浓缩和结晶生产木糖,其特征在于向木糖渣中加入35~60℃的热水,木糖渣与热水的重量比为1∶3~6,加入碱性物质调PH值为4~7,再分批加入纤维素酶,每克木糖渣加入200~600ncu纤维素酶,然后在40~55℃下连续酶解60~120小时;酶解完毕膜分离过滤分为分解液和滤渣,滤渣返回继续酶解;向分离液中加入氮源类物质,调整分离液中糖的质量百分比浓度为4~6%,然后在120~150℃下进行蒸煮杀菌30~45分钟,冷却至35~41℃后送入发酵罐,接种菌种,在34~39℃下厌氧发酵36~72小时;发酵液进行精馏分出丙酮、丁醇和乙醇。
2、 如权利要求1所述的利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法, 其特征在于所述秸秆粉碎后用60 90'C热水浸泡1 3小时。
3、 如权利要求2所述的利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法, 其特征在于所述稀酸为质量百分比浓度为0.3 6%的稀硫酸或稀盐酸,稀酸的 加入量为秸秆重量的5 8倍。
4、 如权利要求3所述的利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法, 其特征在于所述水解时温度为100 130°C,水解时压力为0. 1 0. 3MPa,水 解时间为3 8小时。
5、 如权利要求1至4任一项所述的利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙 醇的方法,其特征在于所述菌种为丙酮丁醇梭菌、丙酮丁酸杆菌、糖丁酸梭 菌或巴氏芽孢梭菌。
6、 如权利要求5所述的利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法, 其特征在于所述氮源类物质为硫酸铵、硫酸氢铵、氯化铵、豆粕、棉籽粕、 花生粕、玉米或菜籽粕,氮源类物质的加入量为分解液重量的1 5%。
7、 如权利要求6所述的利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法, 其特征在于所述碱性物质为氢氧化钙、碳酸钙、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钾或氢氧化钾。
8、 如权利要求7所述的利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法,其特征在于所述精馏工序前先进行粗馏。
9、 如权利要求8所述的利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法, 其特征在于所述酶解时使用酶解发生器。
10、 如权利要求9所述的利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法,其特征在于所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、高粱秸秆、向日葵秸秆、稻草、 玉米芯、甘蔗渣、花生壳或棉籽壳中的一种或多种。
全文摘要
本发明提供一种利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法,秸秆经酸水解后过滤分为木糖水解液和木糖渣,木糖渣经酶解、发酵、精馏制备丙酮、丁醇和乙醇,木糖分解液用于制备木糖;本发明利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法实现了纤维素秸秆类物质利用的最大化,不但充分地利用秸杆资源,实现了变废为宝,提高了产品的附加值,实现了其经济价值,同时也为丙酮、丁醇的生产开辟了新的原料资源和方法,为企业和社会带来了更多的经济效益和社会效益。
文档编号C12P7/10GK101358218SQ200810141418
公开日2009年2月4日 申请日期2008年9月22日 优先权日2008年9月22日
发明者王建设, 王绍鹏 申请人:王建设
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1