一种以木质纤维素为原料发酵生产燃料乙醇的方法
【技术领域】
[0001]本发明技术属于生物质能源与资源技术领域，特别是涉及一种木质纤维素为原料同步糖化发酵生产燃料乙醇的方法。
技术背景
[0002]乙醇是一种新型清洁燃料，是可再生能源开发利用的重要方向。燃料乙醇生产技术主要有第一代和第二代两种。第一代燃料乙醇技术是以糖质和淀粉质作物为原料生产乙燃料乙醇，工艺流程一般分为五个阶段，即液化、糖化、发酵、蒸馏、脱水。第二代燃料乙醇技术是以木质纤维素质为原料生产乙醇。与第一代技术相比，第二代燃料乙醇技术首先要进行预处理，即脱去木质素，增加原料的疏松性以增加各种酶与纤维素的接触，提高酶效率。待原料分解为可发酵糖类后，再进入发酵、蒸馏和脱水。我国人多地少，保证粮食种植面积和产量的稳定、遵循“不与人争粮，不与粮争地”是我国发展燃料乙醇产业的基本原则，实现能源作物原料的多元化。今后研发的重点主要集中在以木质纤维素为原料的第二代燃料乙醇技术。国家发改委已批准了广西的木薯燃料乙醇、内蒙的甜高粱燃料乙醇和山东的木糖渣燃料乙醇等非粮试点等项目，以农林废弃物等木质纤维素原料制取乙醇燃料技术也己进入年产万吨级规模的中试阶段。
[0003]木质纤维素发酵糖化燃料乙醇的方法有同步糖化发酵和分步糖化发酵。其中，同步糖化发酵使酶解液中的葡萄糖浓度始终保持在较低范围内，不会对纤维素酶产生反馈抑制，提高了糖化效率，减少了纤维素酶的用量，所需的反应设备相对减少。但同步糖化发酵使纤维素酶和酵母不能同时在各自适宜的温度下工作，此外酵母菌由于与部分未糖化生物质混合在一起，无法通过循环提高发酵效率。分步糖化发酵是指先用纤维素酶水解纤维素，然后收集酶解后的糖液，再利用酵母发酵生产乙醇，这种方法的优点使纤维素酶和酵母均可控制在最优的条件下进行，缺点是纤维素水解时产生的葡萄糖将抑制纤维素酶的酶活，使纤维素酶用量增大，酶解效率降低，同时需要水解时基质浓度比较低，导致较低的乙醇产量，从而增加了发酵成本和乙醇回收成本。
[0004]目前需要一种技术能够克服分步糖化发酵技术的缺点，解决纤维素水解时产生的葡萄糖抑制纤维素酶的酶活，使纤维素酶用量增大，酶解效率降低的问题。
【发明内容】
[0005]本发明技术属于生物质能源与资源技术领域，特别是涉及一种木质纤维素为原料同步糖化发酵生产燃料乙醇的方法。
[0006]首先将木粉按照比例用一定浓度的碱水进行碱煮一定时间，然后进行过滤离心得到的沉淀即为木质纤维素；再将木质纤维素中加入一定浓度的酸进行预水解，一定时间后再加入一定量的水进行二次水解；最后将二次水解液进行中和除去水解液中的酸，再离心得到上清液即为糖液，水洗沉淀一定次数，最后将得到的上清液进行浓缩发酵脱水，最终到燃料乙醇。
[0007]本发明的优点:
[0008]1本发明工艺流程简单，操作简便，重现性好，成本低廉，易于放大至产业化生产。
[0009]2本发明所得燃料乙醇纯度高，体系稳定。
[0010]3本发明所应用的木质纤维素为林木废弃物，量大价廉，变废为宝为一种能源材料，是一种循环经济产业模式。
[0011]4本发明可以为国家的能源战略储备计划提供新思路。
具体实施方案
[0012]下面对本发明的实施例作进一步详细描述:首先将木粉按照比例用一定浓度的碱水进行碱煮一定时间，然后进行过滤离心得到的沉淀即为木质纤维素；再将木质纤维素中加入一定浓度的酸进行预水解，一定时间后再加入一定量的水进行二次水解；最后将二次水解液进行中和除去水解液中的酸，再离心得到上清液即为糖液，水洗沉淀一定次数，最后将得到的上清液进行浓缩发酵脱水，最终到燃料乙醇。
[0013]所述的碱水优选为NaOH溶液，其浓度范围为2%?12%，优选范围为3%?8%。
[0014]所述的木粉与NaOH溶液比例为1:1?1:8，优选范围为1:2?1:6。
[0015]所述的碱煮温度范围为120°C?200°C，优选范围为140°C?180°C。
[0016]所述的预水解所用的酸优选为H2S04，其浓度范围为40%?90%，优选范围为50%?80%。
[0017]所述的二次水解所用H2S04浓度范围为5%?40%，优选范围为8%?20%。
[0018]所述的中和除去二次水解液中的酸优选为CaC03，在二次水解液中浓度范围为2%?30%，优选范围为6%?20%。
[0019]所述的水洗中和二次水解液沉淀的范围为1?6次，优选范围为2?4次。
[0020]所述的得到糖液后浓缩糖液浓度范围为10%?50%，优选范围为20%?40%。
[0021]所述的发酵所用酵母优选为白酒酵母，其浓度范围为0.5%?5%，优选范围为
1%?4 %。发酵温度范围为20 °C?50 °C天，优选范围为30 °C?45 °C。发酵天数范围为1?10天，优选范围为2?6天。
[0022]所述的所用的木质纤维素可以是任何林木产品中所得副产品，其中木质纤维素素的质量百分含量不得低于20%，优选范围为40%以上。
[0023]实例1:
[0024]首先称取落叶松木粉200g加入高压釜中，再向高压釜中加入4%的NaOH溶液1000g，升温至160°C，保温2h。反应取出过滤离心的到沉淀为纤维素186g，然后进行水洗干燥最后得到纤维素84g，再向纤维素中加入420g 72%的H2S04预水解24小时，后在加入2100g的水进行回流二次水解，再向二次水解液中加入252gCaC03进行中和，然后水洗沉淀3次，最后得到糖液3.5L，浓缩糖液至520ml，然后加入2g活化的白酒酵母加入糖液中进行发酵，最后得到10%的乙醇250ml，脱水后得到燃料乙醇25ml
[0025]实例2:
[0026]首先称取桉树木粉400g加入高压釜中，再向高压釜中加入4%的NaOH溶液2000g，升温至160°C，保温2h。反应取出过滤离心的到沉淀为纤维素335g，然后进行水洗干燥最后得到纤维素146g，再向纤维素中加入730g 72%的H2S04预水解24小时，后在加入3650g的水进行回流二次水解，再向二次水解液中加入500gCaC03进行中和，然后水洗沉淀3次，最后得到糖液7.2L，浓缩糖液至1000ml，然后加入4g活化的白酒酵母加入糖液中进行发酵，最后得到10 %的乙醇480ml，脱水后得到燃料乙醇48ml。
【主权项】
1.一种以木质纤维素为原料发酵生产燃料乙醇的方法，包括以下步骤:首先将木粉按照比例用一定浓度的碱水进行碱煮一定时间，然后进行过滤离心得到的沉淀即为木质纤维素；再将木质纤维素中加入一定浓度的酸进行预水解，一定时间后再加入一定量的水进行二次水解；最后将二次水解液进行中和除去水解液中的酸，再离心得到上清液即为糖液，水洗沉淀一定次数，最后将得到的上清液进行浓缩发酵脱水，最终到燃料乙醇。2.按照权利要求1所述的一种以木质纤维素为原料发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于，碱水优选为NaOH溶液，其浓度范围为2%?12%，优选范围为3%?8%。3.按照权利要求1所述的一种以木质纤维素为原料发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于，木粉与NaOH溶液比例为1:1?1:8，优选范围为1:2?1:6。4.按照权利要求1所述的一种以木质纤维素为原料发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于，碱煮温度范围为120°C?200°C，优选范围为140°C?180°C。5.按照权利要求1所述的一种以木质纤维素为原料发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于，预水解所用的酸优选为H2S04，其浓度范围为40%?90%，优选范围为50%?80%。6.按照权利要求1所述的一种以木质纤维素为原料发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于，二次水解所用H2S04*度范围为5 %?40 %，优选范围为8 %?20 %。7.按照权利要求1所述的一种以木质纤维素为原料发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于，中和除去二次水解液中的酸优选为CaC03，在二次水解液中浓度范围为2 %?30 %，优选范围为6%?20%。8.按照权利要求1所述的一种以木质纤维素为原料发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于，水洗中和二次水解液沉淀的范围为1?6次，优选范围为2?4次。9.按照权利要求1所述的一种以木质纤维素为原料发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于，得到糖液后浓缩糖液浓度范围为10%?50%，优选范围为20%?40%。10.按照权利要求1所述的一种以木质纤维素为原料发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于，发酵所用酵母优选为白酒酵母，其浓度范围为0.5%?5%，优选范围为1%?4%。发酵温度范围为20°C?50°C天，优选范围为30°C?45°C。发酵天数范围为1?10天，优选范围为2?6天。11.按照权利要求1所述的一种以木质纤维素为原料发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于，所用的木质纤维素可以是任何林木产品中所得副产品，其中木质纤维素素的质量百分含量不得低于20 %，优选范围为40 %以上。
【专利摘要】一种以木质纤维素为原料发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于：首先将木粉按照比例用一定浓度的碱水进行碱煮一定时间，然后进行过滤离心得到的沉淀即为木质纤维素；再将木质纤维素中加入一定浓度的酸进行预水解，一定时间后再加入一定量的水进行二次水解；最后将二次水解液进行中和除去水解液中酸，再离心得到上清液即为糖液，水洗沉淀一定次数，最后将得到的上清液进行浓缩发酵，最终到燃料乙醇。本工艺是以废弃的林木质为原料来生产燃料乙醇，具有操作工艺简单、易于扩大、易产业化的优点。
【IPC分类】C12P7/10
【公开号】CN105368880
【申请号】CN201510800180
【发明人】祖元刚, 赵修华, 葛云龙, 李汶罡, 孙晓莉, 杨磊, 路祺, 孟永斌
【申请人】东北林业大学, 祖元刚
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年11月19日