[發(fā)明專利]一種利用玉米秸稈生產(chǎn)乙醇、沼氣聯(lián)產(chǎn)發(fā)電的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210211831.4
• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN103509827A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高蘇杰;吳毅;趙鵬翔;趙承宇;趙正凱;貴多
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)新源控股有限公司北京非糧醇電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)研發(fā)中心;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P5/02;F01D15/10
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)能領(lǐng)域，具體地涉及玉米秸稈醇電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，特別是一種利用玉米秸稈生產(chǎn)乙醇、沼氣聯(lián)產(chǎn)發(fā)電的方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，全球?qū)δ茉吹男枨蟛粩嘣鲩L，傳統(tǒng)化石能源大量消耗所導(dǎo)致的能源短缺、環(huán)境污染和氣候變化問題日益尖銳。而生物質(zhì)能作為一種可再生能源越來越受到各國政府和科學(xué)家的重視。秸稈是一種很好的清潔可再生能源，是最具開發(fā)利用潛力的新能源之一，具有較好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會效益。秸稈有多種開發(fā)利用途徑，秸稈還田、秸稈氣化、秸稈發(fā)電、秸稈制乙醇等。我國是秸稈的產(chǎn)量大國，每年的秸稈產(chǎn)量有7億噸，但是現(xiàn)在可利用做能源的只有50%，而且大部分是農(nóng)村居民通過低效燃燒的方式。通過提高秸稈的綜合利用率，加快秸稈的優(yōu)質(zhì)化轉(zhuǎn)換利用勢在必行。

中國專利CN101519671B公開了一種皇竹草轉(zhuǎn)化燃料乙醇聯(lián)產(chǎn)發(fā)電、紙漿的工藝方法，其工藝流程如圖1所示。該方法主要包括以下步驟：

（1）對皇竹草原料在1.5MPa壓力下維壓一短時(shí)間進(jìn)行蒸汽爆破預(yù)處理；

（2）低聚木糖制備：對汽爆后皇竹草進(jìn)行水洗處理，水洗液為降解后的半纖維素，用于制備低聚木糖；

（3）長短纖維分級：汽爆處理后的皇竹草通過分級梳理后得到纖維長度大于3cm長纖維素和纖維長度小于3cm短纖維；

（4）長纖維素制漿：梳理后長纖維用于乙醇自催化制漿然后漂白處理；

（5）短纖維固態(tài)發(fā)酵纖維素酶：取梳理后的短纖維素4g，麥麩1g，用每100ml含有（NH₄）₂SO₄1.5g，MgSO₄0.6g，KH₂PO₄0.3g的無機(jī)鹽溶液12ml濕潤后混合均勻，121℃，30分鐘滅菌后接入3ml綠色木霉種子液，30℃培養(yǎng)；培養(yǎng)4天后測定樣品的始終和濾紙酶活。

（6）短纖維同步糖化發(fā)酵：固液比1∶20，每克底物添加20IU?FPU纖維素酶及0.01g酵母，于37℃發(fā)酵72h蒸餾得到乙醇；

（7）同步糖化發(fā)酵渣干燥處理后用于生物質(zhì)發(fā)電燃料，同時(shí)回收發(fā)酵產(chǎn)生的CO₂。

該技術(shù)方案的相關(guān)指標(biāo)：

（1）長、短纖維比例：1:0.4

（2）長纖維制漿粗漿、細(xì)漿得率和木質(zhì)素脫除率：52.6%，34.5%，83.2%

（3）固態(tài)發(fā)酵纖維素酶樣品失重和濾紙酶活（FPU）：24.6%，39.8（IU/g干曲）

（4）同步糖化發(fā)酵乙醇得率：0.129g乙醇/g底物

（5）皇竹草發(fā)酵渣熱值：19.03MJ/kg

上述技術(shù)方案還存在以下不足：

（1）該技術(shù)方案使用的預(yù)處理方法為傳統(tǒng)蒸汽爆破預(yù)處理技術(shù)，會導(dǎo)致汽爆后的水解液中的大量單糖進(jìn)一步降解，降解產(chǎn)物主要為糠醛、羥甲基糠醛以及乙酸等發(fā)酵抑制物，既減少了單糖的產(chǎn)率，又影響了發(fā)酵過程中乙醇的產(chǎn)率。

（2）該技術(shù)并沒有使原料得到完全利用，從其52.6%粗漿和34.5%的細(xì)漿得率來看，原料在制漿過程中有較大的損失。此外，在長纖維的漂白過程中由于采用過氧化氫和氫氧化鈉對長纖維進(jìn)行蒸煮，而使長纖維中的木質(zhì)素和半纖維素被去除，但該技術(shù)方案并沒有將這一部分損失掉的半纖維素和木質(zhì)素利用起來。此外，在采用氫氧化鈉蒸煮制漿過程中會產(chǎn)生大量的黑液，直接排放的話會對環(huán)境造成較大污染。

（3）該技術(shù)方案在同步糖化發(fā)酵過程中并沒有采用能同時(shí)利用戊糖和己糖的菌種進(jìn)行發(fā)酵，短纖維中剩余的半纖維素不能有效轉(zhuǎn)化為乙醇。該技術(shù)的乙醇得率不高，僅為12.9g/100g底物。另外，發(fā)酵中所用的酶的用量較大，高達(dá)20FPU/g底物，在當(dāng)前商業(yè)酶的價(jià)格高企的情況下，很難進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明為了克服上述技術(shù)上的不足，采用玉米秸稈為原料，通過獨(dú)特的稀酸預(yù)浸漬蒸汽爆破預(yù)處理技術(shù)提高纖維素的酶水解性并減少糠醛、羥甲基糠醛等發(fā)酵抑制物的生成，將秸稈中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素分別轉(zhuǎn)化為乙醇、沼氣和電能，利用電能和發(fā)電過程中剩余的蒸汽解決一部分乙醇生產(chǎn)過程中的能耗，從而提高秸稈的利用率、降低纖維素乙醇的生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種利用玉米秸稈生產(chǎn)乙醇、沼氣聯(lián)產(chǎn)發(fā)電的方法，該方法高度整合了以下步驟：預(yù)浸漬、蒸氣爆破處理、同步糖化發(fā)酵、燃燒發(fā)電、厭氧發(fā)酵。