专利名称：大豆秸秆生产燃料乙醇、木质素及沼气的综合利用方法
技术领域：
本发明涉及一种大豆秸秆为原料，工业化生产燃料乙醇、木质素及沼气的综合利
用方法，属于生物质能源和资源环境技术领域。
背景技术：
目前全球石油资源日益短缺，油价居高不下，纤维素燃料乙醇的工业化生产，国内 外很多企业都在做，国内有河南南阳天冠集团、安徽蚌埠丰原集团、吉林白城九新集团、黑 龙江中粮生化能源(肇东)有限公司四大燃料乙醇定点生产企业，都建成了年产3000 10000吨的纤维素乙醇中小型试验生产线，由于生产成本偏高，每吨约高出市场价1000元 左右。目前只有河南天冠集团的10000吨纤维素乙醇装置在运行，每年消耗玉米秸秆约6.5 万吨，不仅解决了秸秆禁烧问题，还为农民增加了 1300余万元的收入。可见纤维素乙醇的 开发利用，即可减少化石能源消耗，减少温室气体排放，又可为农民增加收入，其社会效益 还是十分显著的。 作为生物质能源的沼气技术已经有了几十年的应用和发展，但大多是农户式的中 小型生产方法，其目的一是处理牲畜粪便及部分农作物秸秆，减少环境污染；二是产生沼气 替代部分能源。黑龙江省是高寒地区，冬季最低气温-20 -3(TC，极不利于农村中小型沼 气的生产。 黑龙江省是我国大豆主产区，2006 2008年平均大豆种植面积5500万亩，年产大 豆秸秆900多万吨，其中约20 25%用于牲畜饲料、约10 15%用于农村烧柴，而大多数 被焚烧或自然腐烂。 本发明是一种利用大豆秸秆为主要原料，大型工业化生产燃料乙醇、木质素及沼 气的工艺方法，使大豆秸秆得到充分的利用，提高了经济效益，相比单一的生产燃料乙醇或 沼气工艺，该方法工业化生产效益显著。生产的沼气可直接用于发电、居民燃气等，也可将 沼气压縮使二氧化碳气体液化分离，使沼气中甲烷含量达到90%以上，高压储存，用于汽车 的绿色环保燃料。燃料乙醇用于乙醇汽油；木质素用于化工原料。
发明内容
本发明提供了一种以大豆秸秆为主要原料，生产木质素、纤维素乙醇，并利用废液 厌氧发酵制沼气的综合利用方法，其具体步骤如下
—、原料预处理 1 、用底筛3 10目的锤式粉碎机粉碎秸秆； 2、用连续汽爆机对粉碎的秸秆进行汽爆处理，其蒸气压力2 3MPa，压力保持时 间50 120秒； 3、将气爆后的秸秆加入反应釜中，至反应釜容积的60 70%，再加水或分离出的 沼液清液至反应釜容积的85 90% ，搅拌并加热至80 IO(TC ，维持30 120min，使75 85%半纤维素和15 25%纤维素分解为单糖或低聚糖溶解于水；
4、将上述混合液送入压滤机分离，滤液用于发酵制沼气，滤渣中主要含有木质素和纤维素。 二、木质素提取 1、将预处理分离出的滤渣(含水率60 80% )，加入反应釜中，加入55 75%的
乙醇，固液比1 : 3 5，搅拌并缓慢加热到180 195"蒸煮1 2小时； 2、离心过滤分离，同时用0. 5倍量的水对滤渣喷淋水洗，滤渣再经压滤分离，得到
主要成分为纤维素(含量达70%以上)的浆粕，用于纤维素乙醇的生产； 3、滤液经蒸发干燥，回收乙醇，得到木质素成品。 三、酶解糖化、发酵制燃料乙醇 1、将纤维素浆粕投入发酵罐中，加入35 4(TC的温水，固液比1 : 2 4，用稀硫酸调整ra值3. 5 5. 5，再加入纤维素酶，加入量为10 15U/g，间歇搅拌，保温糖化发酵3 5天； 2、控制纤维素的水解率达到85 95%后，离心过滤分离除去滤渣； 3、将滤液中加入酒酵母，加入量为10 50g/L，保温35 40°C，间歇搅拌，发酵
2 4天，使糖的转化率达到95%以上； 4、乙醇发酵过程中产生的二氧化碳，回收，经压縮液化后利用；
5、发酵液经三塔蒸馏，得到燃料乙醇；
6、废液和废渣送往沼气发酵罐发酵制沼气。
四、沼气发酵 1、将乙醇生产中的废液、废渣及原料预处理的滤液混合，其有机物含量为5 15%，将其泵入沼气发酵罐，加入量为罐体容积的65 70%，用石灰水调节^值6. 5 7. 5，再加入罐体容积20 25%的分离的沼液悬浊液作为接种物，总容积为罐体容积的90% ; 2、控制温度28 38°C ，进行中温厌氧发酵15 30天，收集产生的沼气；
3、发酵后的沼液，用螺旋式分离机分离，分离出55 70%的沼液清液，20 30%的沼液悬浊液，用于沼气发酵的菌种底物添加液，IO 15%的污泥，集中处理后做有机肥；
4、分离出的沼液清液，大部分用作原料预处理的添加液，剩余部分可作为有机液肥使用。
本专利方法具有以下特点 1、大豆秸秆中，C : N比为32 : l，在经过预处理，分离出纤维素和木质素为主要
成分的碳源性固体残渣，滤液中c : N比上升为20 30 : i，适宜沼气发酵，不用额外添加
氮源原料。 2、收集的沼气经过脱硫处理后，可用于居民燃气等，也可将沼气常温下加压到8MPa， 二氧化碳气体液化，分离出二氧化碳，使沼气中甲烷含量达到85%以上、可燃气体含量达到90%以上(体积比)，再加压到20 25MPa，高压储存，用于汽车的绿色环保燃料。液态二氧化碳可用于啤酒、饮料等或制成干冰用于制冷剂等。 3、可根据沼气产量，配置适当功率的沼气发电机组，将沼气直接用于发电，为工厂提供生产生活用电，可有效降低生产成本。 4、利用本专利方法， 一吨大豆秸秆可生产燃料乙醇130 160kg，提取木质素80 110kg，生产标准状况下的沼气420 480立方米，液化分离二氧化碳后，得甲烷含量达到85%以上的生物质天然气300 340立方米、液态二氧化碳220 240kg。乙醇发酵过程可回收液态二氧化碳110 140kg。经济效益和社会效益十分显著。
5、生产过程中无三废排放，清洁无污染。
具体实施方式
实施例一 按年处理大豆秸秆7万吨，产燃料乙醇约1万吨、木质素约0. 6万吨、沼气约3000万立方米，作为一个生产单元，秸秆含水率18 %计算，每小时处理大豆秸秆9. 7吨，其绝干重量8.0吨。可根据原料消耗和产品产量计算设备规格型号。其基本工艺过程如下
—、原料预处理 1、大豆秸秆用底筛3 10目的锤式粉碎机粉碎，处理量10 12吨/小时；
2、用连续汽爆机对粉碎的秸秆进行汽爆处理，其蒸气压力2 3MPa，压力保持时间50 120秒，处理量10吨/小时； 3、将气爆后的秸秆加入反应釜中，至反应釜容积的60 70%，再加水或分离出的沼液清液至反应釜容积的85 90% ，搅拌并加热至80 IO(TC ，维持30 120min，使75 85%半纤维素和15 25%纤维素分解为单糖或低聚糖溶解于水； 4、将上述混合液送入压滤机分离，滤液用于发酵制沼气，滤渣中主要含有木质素和纤维素。 二、木质素提取 1、将预处理分离出的滤渣(含水率60 80% )，加入反应釜中，加入55 75%的
乙醇，固液比1 : 3 5，搅拌并缓慢加热到180 195"蒸煮1 2小时； 2、离心过滤分离，同时用0. 5倍量的水对滤渣喷淋水洗，滤渣再经压滤分离，得到
主要成分为纤维素(含量达70%以上)的浆粕，用于纤维素乙醇的生产； 3、滤液经蒸发干燥，回收乙醇，得到木质素成品。 三、酶解糖化、发酵制燃料乙醇 1、将纤维素浆粕投入发酵罐中，加入35 4(TC的温水，固液比1 : 2 4，用稀硫酸调整ra值3. 5 5. 5，再加入纤维素酶，加入量为10 15U/g，间歇搅拌，保温糖化发酵3 5天； 2、控制纤维素的水解率达到85 95%后，离心过滤分离除去滤渣； 3、将滤液中加入酒酵母，加入量为10 50g/L，保温35 40°C，间歇搅拌，发酵
2 4天，使糖的转化率达到95%以上； 4、乙醇发酵过程中产生的二氧化碳，回收，经压縮液化后利用；
5、发酵液经三塔蒸馏，得到燃料乙醇；
6、废液和废渣送往沼气发酵罐发酵制沼气。
四、沼气发酵 1、将乙醇生产中的废液、废渣及原料预处理的滤液混合，其有机物含量为5 15%，将其泵入沼气发酵罐，加入量为罐体容积的65 70X，用石灰水调节ra值6. 5 7. 5，再加入罐体容积20 25%的分离的沼液悬浊液作为接种物，总容积为罐体容积的90% ; 2、控制温度28 38°C ，进行中温厌氧发酵15 30天，收集产生的沼气；
3、发酵后的沼液，用螺旋式分离机分离，分离出55 70%的沼液清液，20 30%的沼液悬浊液，用于沼气发酵的菌种底物添加液，IO 15%的污泥，集中处理后做有机肥；
4、分离出的沼液清液，大部分用作原料预处理的添加液，剩余部分可作为有机液肥使用。
权利要求
大豆秸秆生产燃料乙醇、木质素及沼气的综合利用方法，其特征在于以大豆秸秆为原料生产燃料乙醇、木质素、沼气。
2. 大豆秸秆生产燃料乙醇、木质素及沼气的综合利用方法，其特征在于采用以下步骤 实现A、 原料预处理；B、 木质素的提取；C、 酶解糖化、发酵制燃料乙醇；D、 沼气发酵。
3. 根据权利要求2所述的大豆秸秆生产燃料乙醇、木质素及沼气的综合利用方法，其 特征在于原料预处理采用以下步骤实现a、 用底筛3 10目的锤式粉碎机粉碎秸秆；b、 用连续汽爆机对粉碎的秸秆进行汽爆处理，其蒸气压力2 3MPa，压力保持时间 50 120秒；c、 将气爆后的秸秆加入反应釜中，至反应釜容积的60 70%，再加水或分离出的沼 液清液至反应釜容积的85 90% ，搅拌并加热至80 IO(TC ，维持30 120min，使75 85%半纤维素和15 25%纤维素分解为单糖或低聚糖溶解于水；d、 将上述混合液送入压滤机分离，滤液用于发酵制沼气，滤渣中主要含有木质素和纤 维素。
4. 根据权利要求2所述的大豆秸秆生产燃料乙醇、木质素及沼气的综合利用方法，其 特征在于木质素的提取采用以下步骤实现a、 将预处理分离出的滤渣(含水率60 80% )，加入反应釜中，加入55 75%的乙 醇，固液比1 : 3 5，搅拌并缓慢加热到180 195t:蒸煮1 2小时；b、 离心过滤分离，同时用0. 5倍量的水对滤渣喷淋水洗，滤渣再经压滤分离，得到主要 成分为纤维素(含量达70%以上)的浆粕，用于纤维素乙醇的生产；c、 滤液经蒸发干燥，回收乙醇，得到木质素成品。
5. 根据权利要求2所述的大豆秸秆生产燃料乙醇、木质素及沼气的综合利用方法，其 特征在于酶解糖化、发酵制燃料乙醇采用以下步骤实现a、 将纤维素浆粕投入发酵罐中，加入35 4(TC的温水，固液比l : 2 4，用稀硫酸调 整ra值3. 5 5. 5，再加入纤维素酶，加入量为10 15U/g，间歇搅拌，保温糖化发酵3 5天；b、 控制纤维素的水解率达到85 95%后，离心过滤分离除去滤渣；c、 将滤液中加入酒酵母，加入量为10 50g/L，保温35 40°C，间歇搅拌，发酵2 4 天，使糖的转化率达到95%以上；d、 乙醇发酵过程中产生的二氧化碳，回收，经压縮液化后利用；e、 发酵液经三塔蒸馏，得到燃料乙醇；f、 废液和废渣送往沼气发酵罐发酵制沼气。
6. 根据权利要求2所述的大豆秸秆生产燃料乙醇、木质素及沼气的综合利用方法，其 特征在于沼气发酵采用以下步骤实现a、将乙醇生产中的废液、废渣及原料预处理的滤液混合，其有机物含量为5 15%，将其泵入沼气发酵罐，加入量为罐体容积的65 70%，用石灰水调节ra值6. 5 7. 5，再加 入罐体容积20 25%的分离的沼液悬浊液作为接种物，总容积为罐体容积的90% ;b、 控制温度28 38°C ，进行中温厌氧发酵15 30天，收集产生的沼气；c、 发酵后的沼液，用螺旋式分离机分离，分离出55 70%的沼液清液，20 30%的沼 液悬浊液，用于沼气发酵的菌种底物添加液，10 15%的污泥，集中处理后做有机肥；d、 分离出的沼液清液，大部分用作原料预处理的添加液，剩余部分可作为有机液肥使
全文摘要
本发明是一种利用大豆秸秆为主要原料，经过原料预处理、木质素的提取、酶解糖化发酵制燃料乙醇、厌氧发酵制沼气等主要工艺过程，工业化生产燃料乙醇、木质素及沼气的综合利用方法。该方法使大豆秸秆得到充分的利用，提高了经济效益，相比单一的生产燃料乙醇或沼气工艺，工业化生产效益显著。生产的沼气可直接用于发电、居民燃气等，也可将沼气压缩使二氧化碳气体液化分离，使沼气中甲烷含量达到90％以上，高压储存，用于汽车的绿色环保燃料。燃料乙醇用于乙醇汽油；木质素用于化工原料。
文档编号C07G1/00GK101748156SQ20091021745
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者孙艳富, 崔振民, 陈福库, 陈辰 申请人:陈福库