[發明專利]生物丁醇聯合發酵生物乙醇的生產方法

有效

• 申請號: 200910192761.0
• 申請日: 2009-09-28
• 公開（公告）號: CN101671700A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發明（設計）人: 陳憲笙;唐兆興;余偉俊;陳柏銓;姜新春;李智斌
• 申請（專利權）人: 廣東中科天元新能源科技有限公司
• 主分類號: C12P7/16
• 分類號: C12P7/16;C12P7/06;C12R1/865;C12R1/145
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司
• 代理人: 趙 磊;曾旻輝

技術領域

本發明涉及生物丁醇和生物乙醇發酵生產工藝技術。

背景技術

丁醇是一種重要的化工原料，可用作油漆和表面涂料的溶劑和各種塑料、 橡膠制品的生產，還可以生產醋酸丁酯、丙烯酸丁酯、丁醛、丁酸、丁胺和乳 酸丁酯等化工產品。丁醇還是一種極具潛力的新型生物燃料，被稱為第二代生物 燃料，在替代汽油作為燃料方面性能優于乙醇：丁醇含有的熱值比乙醇高25％， 與汽油相當；丁醇的燃點高于乙醇，使用更安全；與乙醇相比，丁醇更易溶于汽油 和柴油，而不易溶于水；丁醇腐蝕性小，易于運輸，可直接應用于汽車而不必改造 現有發動機。

乙醇是一種常見的化工產品，其可通過生物質原料進行生物乙醇發酵，成 熟醪經過蒸餾獲取、再經脫水后可制成化工無水乙醇或燃料乙醇。

生物丁醇發酵的工藝方法通常是：對生物質原料進行生物丁醇發酵，利用 丙酮丁醇菌在嚴格厭氧條件下，對含有生物質原料如淀粉、糖蜜等的醪液進行 發酵，發酵后醪液中經過蒸餾，獲取主產物丁醇、丙酮和乙醇，其含量比為6∶ 3∶1，上述方法也稱為總溶劑發酵，簡稱AB或ABE發酵。ABE發酵是最古老的發 酵工業之一，曾經在生產規模上僅次于乙醇發酵。中科院植物生理生態研究所 選育的高丁醇比丙酮丁醇菌發酵產物的比例達到7∶2∶1。近年來，中科院上海 生命科學院經過“七.五”國家科技攻關項目研究，從我國土樣中自然分離、誘 變、選育得到的高丁醇比例菌種，丁醇的產率占70％，淀粉轉化率為25％，總溶 劑可以達到每升20克，這些指數均高于傳統工業菌種。

但從20世紀60年代以后，由于化學合成丁醇的競爭，ABE發酵工業逐漸萎 縮，其原因是ABE發酵法中產物的濃度較低，通常情況下總溶劑成熟發酵醪的 質量指標規定為成熟醪中的總溶劑產量不低于2-2.5％，及總溶劑的質量濃度 20-25g/l，因此一般生產中成熟醪中的總溶劑的含量很低；而且底物濃度對于 丙酮丁醇菌具有抑制作用，醪液的濃度有限制，使用的底物費用高，產物濃度 低，提取階段需要消耗大量蒸汽，回收費用高。因此80年代以后發達國家基本 都采用化學法生產，我國90年代以后也基本淘汰了發酵法生產，即使有生產裝 置也絕大部分處于停產狀態。

隨著全球能源危機的不斷加劇，以生物質為原料，采用生物發酵法生產各種 化工產品及液體燃料受到了廣泛關注。

2008年公開的200710050079號“以木薯為原料制取燃油生物丁醇的方法” 的專利文件公開了一種采用木薯原料發酵法生產丁醇的技術。

在現有技術的生物丁醇發酵法中，由于高濃度的底物(如葡萄糖)會對丙酮 丁醇菌有較強的抑制作用，通常會限制醪液濃度，為了提高總溶劑發酵醪的質 量濃度，前蘇聯曾研究過用22％的玉米醪進行發酵，并添加醪量的400％的蓖麻油 連續地提取發酵過程中所產生的溶劑，以減輕丁醇的抑制作用。近年來，日本 也進行過類似的研究，同樣添加醪量的200％的蓖麻油用于提取溶劑。此法需用 的蓖麻油量較多。所以迄今尚未能正式生產。

此外由于發酵產物中的丁醇對生產菌具有嚴重的抑制作用，如果采用高濃 度醪液發酵，勢必在發酵結束時殘糖含量高。在現有技術的分批發酵工藝中，發 酵醪液的葡萄糖的質量濃度不超過60g/L，相當于醪液中淀粉濃度不超過 8-8.5％，因此總溶劑發酵的醪液是很稀的。而發酵后的丁醇的質量濃度一般都 低于13g/L，溶劑總質量濃度不超過20g/L，因此，采用現有技術的生物丁醇 發酵技術，生產之后會產生大量的廢水，產品回收的成本高，廢水處理量大、 化學耗氧量(COD)含量高達到20000mg/l，每生產一噸總溶劑，大概要產生48-50 噸廢水，除了部分廢水可以回用外，還有大約35噸的廢水要進行處理，給企業和 環保都造成較大壓力。因此，現有生物丁醇發酵的生產技術是屬于一種既高能 耗又大排污量的技術。

發明內容

本發明的目的是提供一種解決生物丁醇發酵生產總能耗大、排污多的缺陷， 實現生物丁醇生產低能耗、無廢水排放的生物丁醇聯合發酵生物乙醇的生產方 法。

本發明的技術解決方案是：一種生物丁醇聯合發酵生物乙醇的生產方法， 含淀粉質類原料的糊化醪液先進行生物丁醇發酵，然后再進行生物乙醇發酵。

本發明將丁醇發酵和乙醇發酵工藝進行集成和改進，有機的結合在一起， 把生物丁醇發酵和生物乙醇發酵串聯起來，蒸餾工序也合并在一起。這樣生物 丁醇生產過程中不會排放廢水，既節約了能耗，又節省了現有生物丁醇發酵產 生的廢水處理投資和管理。