[發(fā)明專利]木質(zhì)纖維原料制備乙醇的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810033185.0
• 申請日: 2008-01-29
• 公開（公告）號: CN101497895A
• 公開（公告）日: 2009-08-05
• 發(fā)明（設計）人: 高志剛;繆晡;石榮華;羅翔明;林長駿;李陳江
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工集團公司;中國石化集團上海工程有限公司
• 主分類號: C12P7/06
• 分類號: C12P7/06
• 代理公司: 上海東方易知識產(chǎn)權(quán)事務所
• 代理人: 沈 原

?????????????????????????????技術領域

本發(fā)明涉及一種木質(zhì)纖維原料制備乙醇的方法。

?????????????????????????????背景技術

21世紀所面臨的能源、資源、環(huán)境等危機，已成為人類文明發(fā)展的主要障礙。人們 正在努力尋找替代化石燃料的新能源，以降低對不可再生能源的依賴、控制二氧化碳的排 放、保護生態(tài)環(huán)境。木質(zhì)纖維原料是地球上產(chǎn)量最大的可再生資源，包括林木、農(nóng)作物秸 稈、農(nóng)副產(chǎn)品加工下腳料等。目前這些資源中，除少數(shù)用于紙漿造紙、建筑、紡織、飼料 等行業(yè)外，大部分被白白地浪費掉。因此，開發(fā)木質(zhì)纖維素原料制備乙醇的工藝是未來乙 醇生產(chǎn)的發(fā)展方向。

木質(zhì)纖維素原料制備乙醇的工藝主要包括四個步驟：預處理、酶水解、微生物發(fā)酵和 乙醇分離。其中，預處理技術作為木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為能源的關鍵步驟，已成為科研工作者 關注的焦點。木質(zhì)纖維素原料含有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，當采用纖維素酶水解木質(zhì) 生物資源制備乙醇時，纖維素酶必須接觸吸附到纖維素底物上才能使反應進行，因此，纖 維素對纖維素酶的可及性是決定水解速度的關鍵因素。纖維素的結(jié)晶區(qū)、木質(zhì)生物資源的 表面狀態(tài)、木質(zhì)生物資源的多組分結(jié)構(gòu)、木質(zhì)素對纖維素的保護作用以及纖維素被半纖維 素覆蓋等結(jié)構(gòu)與化學成分的因素致使木質(zhì)生物資源難以降解。總的來講，未經(jīng)預處理的天 然狀態(tài)的木質(zhì)生物資源的酶解率小于20％。因此，必須對原料進行預處理，將纖維素、半 纖維素和木質(zhì)素進行分離，打破纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，提高纖維素對酶的可及性，使纖維素 酶滲透進入纖維素，從而有效地酶解纖維素。木質(zhì)纖維原料的預處理有多種方法，較常用 的是酸處理法。文獻CN1629321A公開了一種利用秸稈植物提取制乙醇用葡萄糖和/或木 糖的方法，在室溫下，按照秸稈植物：稀酸溶液的重量比為1∶4.5～8.5的比例將秸稈與稀 酸溶液混合，然后升溫到90～100℃恒溫，快速水解秸稈中的半纖維素，提取糖溶液，糖溶 液發(fā)酵制備乙醇。文獻CN1070233C公開了一種通過發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的方法，其中包括在 90～130℃的溫度下，利用0.5～1.0％硫酸或磷酸對木質(zhì)纖維素原料進行水解處理。酸處理雖 然可以水解半纖維素，但需消耗硫酸、鹽酸或磷酸，對裝備材質(zhì)要求高，加大了投資成本， 且不同程度地存在環(huán)境污染問題，廢水處理量增加，整個裝置運行成本高，難以在大規(guī)模 工業(yè)化生產(chǎn)中應用。目前據(jù)稱最有工業(yè)應用前景的是物理化學法—蒸汽爆破法。蒸汽爆破 法主要是利用高溫高壓水蒸氣處理纖維原料，并通過瞬間泄壓過程實現(xiàn)原料的組分分離和 結(jié)構(gòu)變化。文獻CN1786340A公開了以秸稈為原料，經(jīng)粗切后進行蒸汽爆破，按秸稈原料 的絕干重量的0.5～2％加入燒堿，在145～180℃汽相蒸煮溫度、0.9～2.0MPa壓力下處理12～18 分鐘，瞬間減壓釋放得到汽爆秸稈。蒸汽爆破具有處理時間短、減少化學藥品用量、無污 染的優(yōu)點，但是卻存在木質(zhì)素分離不完全、部分木糖被破壞、損失可溶性半纖維素組分使 總糖利用率降低的缺點；同時由于蒸汽爆破法是把原料裝在汽爆罐中，只能一罐一罐地間 歇處理，不能連續(xù)化操作，生產(chǎn)效率低。

木質(zhì)纖維素原料經(jīng)預處理、酶水解后，纖維素轉(zhuǎn)化為己糖，己糖發(fā)酵后即可制得乙醇。 現(xiàn)有技術中，纖維素酶水解后獲得的己糖一般是直接用于發(fā)酵，由于己糖濃度低，造成發(fā) 酵后生成的乙醇濃度較低，從而增大了后序的提濃能耗。

???????????????????????????發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是現(xiàn)有木質(zhì)纖維原料合成乙醇過程中存在能耗高，對裝備 材質(zhì)要求高，環(huán)境污染嚴重，不能連續(xù)化處理的問題，提供一種新的木質(zhì)纖維原料合成乙 醇的方法。該方法具有能耗低、無污染，可連續(xù)化操作，總糖利用率高的特點。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案如下：一種木質(zhì)纖維原料制備乙醇的方 法，包括以下步驟：

a)將木質(zhì)纖維原料在80～200℃、1～10MPa條件下經(jīng)螺桿造壓，瞬間減壓膨化得到多 孔蓬松物料；

b)步驟a)得到的多孔蓬松物料在55～100℃、pH＞7條件下用稀堿進行洗滌，分離 除去木質(zhì)素；

c)步驟b)除去木質(zhì)素后的物料在30～70℃、pH＝1～7條件下經(jīng)纖維素酶水解，得到 含糖溶液；

d)步驟c)得到的含糖溶液在20～45℃、厭氧條件下經(jīng)發(fā)酵菌發(fā)酵后得到乙醇溶液；