[發明專利]一種由竹材纖維制備燃料乙醇的方法

有效

• 申請號: 200810080614.X
• 申請日: 2008-02-21
• 公開（公告）號: CN101514349A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發明（設計）人: 張金萍;周本智;王敬文;杜孟浩
• 申請（專利權）人: 中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/00;C12P19/02;C12R1/865;C12R1/72
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技術領域

本發明涉及一種由竹材纖維制備燃料乙醇的方法，即以竹材為原料，用有機酸水解竹纖 維得到還原糖，再將所得的還原糖進行發酵得到燃料乙醇。其中，所用有機酸可以回收利用。

技術背景

隨著世界人口的增加和各國工業化程度的提高，能源和環境問題已成為全球關注的焦點。 石油、煤炭和天然氣等化石能源物質逐漸枯竭，為保護環境和實現人類可持續發展的目標， 從可再生資源特別是木質生物質生產高附加值化工產品已成為許多國家的重要發展戰略和科 學研究的熱點領域。生物質能是可再生的清潔能源，利用生物質為原料水解并發酵制取燃料 乙醇等化工產品正日益受到廣泛關注。

采用含糖和淀粉等的農作物發酵制取乙醇的技術已日趨成熟，并廣泛應用。然而，隨著 世界人口增長，糧食供應緊張，以糧食作物為原料制備燃料乙醇的方法不可能大規模展開， 因此采用木質纖維為原料，通過生物質水解制取燃料乙醇具有重要意義。組成木質生物質的 三大組分是纖維素、半纖維素和木素等聚合物，其中纖維素和半纖維素都可以被轉化為乙醇， 理論得率可以同糧食相仿(大于400L/t)。從總量上看，纖維素、半纖維素和木素才是世界 上存在的最廣泛的可再生生物質資源。竹子屬禾本科植物，纖維素和半纖維素含量較高，木 質素含量較低，酚酸類次生物質也較少。我國作為竹子王國，擁有豐富的竹類植物資源。竹 林分布廣泛，生長快，伐期短，產量高，是我國重要的森林類型。因此，竹子可成為生產燃 料乙醇的優質而豐富的理想原料。

自20世紀70年代以來，全球掀起了一股清潔替代能源的研究熱潮，其中來源于生物質 能源的燃料乙醇以其可再生性、無污染性、不引起溫室效應和提高汽車的防爆性能等特點而 被公認為最有工業應用前景的可再生能源之一，得到了廣泛的研究。生物質轉化為乙醇首先 要將生物質轉化為可發酵的原料-還原性糖。目前主要采用無機酸(稀或濃)和酶水解纖維 材料產生還原性糖。

1.酸水解法

酸水解可以分為稀酸水解和濃酸水解，稀酸水解通常先在較低溫度下將半纖維素水解為 五碳糖，然后再加酸在較高溫度下水解殘留固體，得到水解產物葡萄糖。稀酸水解糖的轉化 率只有50％，且有較多的解聚產物會阻止酵母發酵生成乙醇。濃硫酸水解約有90％的纖維素 和半纖維素轉化為可發酵糖，但水解中的酸難以回收，用石灰中和后產生大量的石膏，其價 值很低。

2.酶水解法

酶水解是生物化學反應，將生物質材料經過預處理后放入水解反應器中，加入纖維素酶。 通過纖維素酶的催化作用把纖維素水解為可發酵單糖。該水解過程反應條件溫和，不生成有 毒降解產物。但由于目前生產纖維素酶的成本高、水解時間長，且產率很大程度上依賴預處 理的效果，預處理需要較大的設備和較高的操作成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種以竹材為原料制備燃料乙醇的方法，即以有機酸水解竹細粉 (或有機酸處理過的竹粗粉)制備還原糖，然后發酵水解液，得到燃料乙醇。

本發明的構想

生物質水解過程就是半纖維素和纖維素降解為戊糖和葡萄糖的過程。但在高溫條件下， 戊糖和葡萄糖并不穩定，會進一步降解為糠醛和羥甲基糠醛等副產物，對后續微生物發酵帶 來不利影響。因此，水解過程應在提高糖濃度的同時盡量減少副產物的產生。

與纖維素相比，半纖維素的水解比較容易進行。當溫度在100-105℃時，加入一定濃度的 有機酸蒸煮，可以溶出包圍在纖維素周圍的木質素，同時半纖維素降解為戊糖，戊糖和木素 同時溶解在有機酸溶液中，加水稀釋，木素沉淀濾出，將濾液濃縮后得木糖濃縮液。蒸煮后 分離出的固體殘渣纖維素再用有機酸加催化劑在常溫下水解，蒸餾出有機酸即得到還原性糖。 考慮到發酵成本以及設備等因素，將戊糖和后續纖維素水解所得還原糖用休哈塔假絲酵母和 釀酒酵母發酵成燃料乙醇。回收的木素可以繼續制備其它高附加值的化學品或作為燃料燃燒 等。

本發明設想在蒸煮竹粗粉時用有機酸甲酸和乙酸，水解竹細粉和由竹粗粉制備的纖維素 時用甲酸，并用鹽酸做催化劑。

技術方案

1、本發明以毛竹下腳料(也適用于其它非木材生物質)為原材料，將其截斷、烘干、粉 碎、過80目篩。通過80目篩的為竹細粉，未過80目篩的為竹粗粉。