一种利用农作物秸秆制备乙醇的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用农作物秸秆制备乙醇的方法，将选自农田、大棚的非木质纤维农作物秸秆作为原料；将亚硫酸铵加入秸秆原料中进行预处理得浆料；酶解浆料得到酶解产物；发酵酶解产物得到乙醇和发酵残渣。在酶解浆料前，还可以对浆料进行洗涤，洗涤后分离出黑液和非木纤维，对非木纤维进行酶解，发酵酶解产物得到乙醇和发酵残渣；将黑液和发酵残渣进行改性得到含有黄腐酸的有机肥原料返用于农田、大棚中促进非木质纤维农作物秸秆的生成。本发明专利技术提供的方法有效地提高了秸秆生产乙醇的效率，并且将生产过程中的废料回收利用制成肥料，在保护环境的同时增加了经济效益。

A method of making ethanol from crop straw

The invention relates to a method of making ethanol from crop straw, which is selected from non woody fiber crop straw in farmland and greenhouse as raw material; ammonium sulfite is added to the raw material of straw to be pretreated, enzyme hydrolysate to get the hydrolysate, and ethanol and fermented residue are obtained by the fermentation enzyme hydrolysate. Before the enzyme solution, the slurry can be washed, after washing, the black liquor and non wood fiber are separated, the non wood fiber is enzymolysis, the fermentation enzyme hydrolysates to get ethanol and fermentation residue, and the black liquor and fermented residue are modified to get the organic fertilizer containing fulvic acid to be used in farmland and in greenhouse to promote non woody fiber. The production of crop straw. The method provided by the invention effectively improves the efficiency of the ethanol production by straw, and makes the waste recycled into the fertilizer in the production process, and increases the economic benefit while protecting the environment.

【技术实现步骤摘要】
一种利用农作物秸秆制备乙醇的方法
本专利技术涉及一种以农作物秸秆为原料生产乙醇的方法。
技术介绍
能源和环境问题已经日益成为全球关注的焦点，随着化石能源的枯竭和温室气体排放的严重，开发清洁可再生能源已经成了迫在眉睫的课题。而生物质能源的利用已经引起了人们的关注。生物质是自然界最丰富的可再生资源，地球上每年经光合作用固定在绿色植物中的碳的总量可达2×1011吨，生物量为1.7×1011吨。中国生物质资源丰富，其中农作物秸秆年总量为7×108吨，林木废弃物约2×108吨，外加数量巨大的林业纤维废料和工业纤维废渣，每年可利用的纤维素生物质总量可达约2×109吨以上。纤维素生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，将纤维素和半纤维素转化为糖类进行发酵生产乙醇，可用在燃料能源和工业原料等方面。现有技术中，常采用酶解或水解等方式将纤维素中的多糖转化成单糖并发酵生成乙醇，但是存在多糖转化率低的问题，并且对在整个工艺流程中产生的废料没有一个有效解决的途径。申请号为200710009497.3的中国专利公开了一种利用植物纤维制取燃料乙醇的方法，包括：选取富含纤维素、木聚糖和阿拉伯聚糖的植物为原料，并控制原料中的木聚糖、阿拉伯聚糖的含量之和与纤维素的含量的比值大于或等于0.5；将上述原料混合均匀，并蒸煮3-5小时，然后摊开冷却至50-60℃；向上述原料中加入每克原料4-8单位纤维素酶，搅拌1-2小时使其糖化，并冷却至28-32℃；加入酒母搅拌，密封发酵3-5天得到成熟的酒醪；将酒醪加热，对产生的乙醇水蒸汽混合气进行脱水处理，得到燃料乙醇。该申请虽然提供了利用植物纤维生产乙醇的方法，但是对于生产过程中的废料没有充分地利用。申请号为200410096175.3的中国专利公开了一种由制浆黑液的酸析滤液制备乙醇的方法。该方法是将由制浆黑液得到的酸析滤液与麦糠按照重量比6-8:1混合均匀，然后在100-120℃下水解3-5小时，静置后分离上层清液和纤维残渣；调节上层清液的pH值为5-6，进入发酵罐，在搅拌下，接入发酵酶进行发酵，发酵温度为40-50℃，发酵时间为45-55小时，得到乙醇含量为6-8％的发酵液，发酵液经蒸馏，得到乙醇成品。该方法提供了利用造纸过程中的黑液和废渣麦糠生产乙醇的方法，但是采用酸水解方式进行处理多糖转化单糖的转化率不足以满足产业化生产的要求。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种以农作物秸秆为原料生产乙醇的方法，采用亚铵法预处理后进行酶解发酵，同时将生产过程中产生的杂质回收利用制成肥料，达到提高乙醇产率同时保护环境增加经济效益的效果。为达到上述目的，本专利技术具体采用如下技术方案：一种利用农作物秸秆制备乙醇的方法，所述方法包括：(1)选择来自于农田、大棚H的非木质纤维农作物秸秆为原料A；(2)将亚硫酸铵加入步骤(1)中所述原料A中进行预处理I，得到浆料B；(3)酶解J浆料B得到酶解产物C；(4)发酵L酶解产物C得到乙醇F和发酵残渣G。现有技术中，由于不易从非木质纤维中提取生产乙醇的淀粉源，同时又由于大量产生的残渣造成污染，往往利用非木质纤维生产乙醇的利润不高。本专利技术采用了酶解法将在纤维素中占主要含量的葡聚糖和在半纤维素中占主要含量的木聚糖进行了降解，生成了葡萄糖和木糖为下一步发酵提供了良好的条件，可以提高乙醇的产率；此外，本专利技术还对制取乙醇过程中产生的残渣与废液进行了加工处理形成有机肥料，提高了经济效益。本专利技术的进一步方案是：所述预处理I包括：(1)将原料A与浓度为19～28％的亚硫酸铵溶液以料液比为1:6～8的比例混合，在155～180℃的温度下蒸煮并保温100～180min；(2)对蒸煮后的浆料进行磨浆，得到浆料B。根据上述预处理方法，所述秸秆原料A选自棉杆时制得浆料B的高锰酸钾值为28～31，木素溶出量为60％；所述秸秆原料A选自稻草秸秆时制得浆料B的高锰酸钾值为12～14，木素溶出量为70％；所述秸秆原料A选自玉米秸秆时制得浆料B的高锰酸钾值为19～21，木素溶出量为75％。针对不同种类的秸秆原料，本专利技术进行了得浆高锰酸钾值进行了研究，若高锰酸钾值过低纤维素和半纤维素降解，原料和能量消耗较多；若高锰酸钾值过高，浆料难以解离，提高了酶解成本，影响酶解效果。上述方案中，磨浆处理为使用盘磨机对蒸煮后浆料进行磨浆，所述盘磨机的磨片间隙为0.3～0.5mm。经过盘磨机的疏解，破坏了木质素的三维结构，在酶解过程中，酶制剂可以穿过木质素的阻挡更好地与纤维素接触产生反应。本专利技术的进一步方案是：所述浆料B的底物浓度为10～13％，所述酶解J为调节浆料B的pH至4.0～5.5，加入浓度为5～8％的酶制剂后在40～55℃温度下反应48～72h。本专利技术的进一步方案是：所述酶解产物C为由葡聚糖转化成的葡萄糖和由木聚糖转化成的木糖，所述葡聚糖的转化率为80～90％，所述木聚糖的转化率为75～90％。对蒸煮后的浆料磨浆并进行酶解，有效地提高了纤维素和半纤维素中葡聚糖和木聚糖的转化率，产生的葡萄糖单糖和木糖单糖为提高下一步发酵生产乙醇提供了必要的条件。本专利技术的进一步方案是：所述发酵L为将浓度为7.0～10.0mg/g的酵母加入酶解产物C中在28～40℃温度下反应36～48h得到乙醇F和发酵残渣G。本专利技术的进一步方案是：所述发酵L的产物乙醇F对单糖的转化率为85～99％。本专利技术的进一步方案是：所述酶制剂为康地恩CT-3、诺维信CTec2草酸青酶、SUKAGlucanβ-葡聚糖酶、SUKACell纤维素酶中的至少一种。选用不同种类的酶制剂可以提高纤维素的酶解效率，提高糖化率。本专利技术的进一步方案是：所述酵母为安琪耐高温酵母，圣琪耐高温酵母中的至少一种。选用不用种类的发酵酵母可以有效提高单糖转化成乙醇的转化率。本专利技术的进一步方案是：所述原料A包括棉杆、玉米秸秆、麦草秸秆或稻草秸秆。本专利技术的进一步方案是：所述制备乙醇的方法还可以增加对浆料B进行洗涤K的环节，浆料B分离出用于生产乙醇F的纤维以及黑液D，对黑液D进行浓缩加工制成黄腐酸E有机肥原料。所述步骤(4)中，对发酵残渣G进行磺化处理得到黄腐酸E有机肥原料。将所述黄腐酸E有机肥料返用于农田、大棚H中，可促进非木质纤维农作物秸秆原料A的生成。将秸秆原料预处理后产生的黑液以及发酵步骤产生的残渣进行了改性，提取了其中具有肥力的成分制成黄腐酸，并将黄腐酸施于生产农作物的农田、大棚中，解决了废料排放归置问题的同时帮助农作物的新一轮生长，提高了经济价值。本专利技术的进一步方案是：所述磺化处理为在发酵残渣G中加入亚硫酸钠和甲醛进行反应制得黄腐酸E有机肥原料。本专利技术的有益效果为：(1)对秸秆进行备料后进行亚铵法蒸煮制得用以生产乙醇的浆料，有效利用了农业生产后的残留生物质，防止焚烧秸秆对环境的影响；(2)采用酶解的方法对秸秆中的纤维素和半纤维素进行分解，大大提高了糖化率，使得多糖转化更加彻底；(3)对于生产过程中产生的黑液废液以及发酵乙醇后的木质素残渣进行改性利用，生成的黄腐酸肥料可施于农田中，在保护环境减少三废排放的同时增加了经济效益。附图说明图1为本专利技术所述方法的流程示意图。具体实施方式以下为本专利技术的具体实施方式，所述的实施例是为了进一步描述本专利技术，而不是限制本专利技术。实施例1如图1所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用农作物秸秆制备乙醇的方法，其特征在于，所述方法包括：(1)选择来自于农田、大棚(H)的非木质纤维农作物秸秆为原料(A)；(2)将亚硫酸铵加入步骤(1)中所述原料(A)中进行预处理(I)，得到浆料(B)；(3)酶解(J)浆料(B)得到酶解产物(C)；(4)发酵(L)酶解产物(C)得到乙醇(F)和发酵残渣(G)。

【技术特征摘要】
1.一种利用农作物秸秆制备乙醇的方法，其特征在于，所述方法包括：(1)选择来自于农田、大棚(H)的非木质纤维农作物秸秆为原料(A)；(2)将亚硫酸铵加入步骤(1)中所述原料(A)中进行预处理(I)，得到浆料(B)；(3)酶解(J)浆料(B)得到酶解产物(C)；(4)发酵(L)酶解产物(C)得到乙醇(F)和发酵残渣(G)。2.根据权利要求1所述的一种利用农作物秸秆制备乙醇的方法，其特征在于，所述预处理(I)包括：(1)将原料(A)与浓度为19～28％的亚硫酸铵溶液以料液比为1:6～8的比例混合，在155～180℃的温度下蒸煮并保温100～180min；(2)对蒸煮后的浆料进行磨浆，得到浆料(B)。3.根据权利要求1所述的一种利用农作物秸秆制备乙醇的方法，其特征在于，所述浆料(B)的底物浓度为10～13％，所述酶解(J)为调节浆料(B)的pH至4.0～5.5，加入浓度为5～8％的酶制剂后在40～55℃温度下反应48～72h。4.根据权利要求1或3所述的一种利用农作物秸秆制备乙醇的方法，其特征在于，所述酶解产物(C)为由葡聚糖转化成的葡萄糖和由木聚糖转化成的木糖，所述葡聚糖的转化率为80～90％，所述木聚糖的转化率为75～90％。5.根据权利要求1～3任意一项所述的一种利用农作物秸秆制备乙醇的方法，其特征在于，所述发酵(L)为将浓度为7.0～...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪法，宋明信，毕衍金，赵淑晶，金艳彬，闫俊钦，李宏伟，
申请(专利权)人：山东泉林纸业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山东,37