[發明專利]一種木質纖維素連續酶解發酵產乙醇的方法

在審

• 申請號: 201410731250.2
• 申請日: 2014-12-05
• 公開（公告）號: CN105713931A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 張全;關浩;唐開宇;曹長海
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/14;C12R1/865
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明屬于生物質能源領域，具體涉及一種木質纖維素連續酶解發酵產乙醇的方法。

背景技術

隨著世界人口增長和各國工業化程度提高，能源消耗持續上升。石油是滿足能源需求的主要資源，但是石油資源是有限的，科學家預測到2050年原油產量將由2009年的258億桶（35.25億噸）下降到50億桶。生物能源作為一種可再生的交通運輸燃料，能夠有效的降低室溫效應，減緩環境污染，同時改變現有不平等的石油供求關系，保持持續供應，比礦質燃料具有明顯優勢。與生物柴油等其它生物能源相比，燃料乙醇的生產已經具有了相當規模（2002年全球大約1700萬噸），主要以含糖物質為原料通過發酵法生產。在汽油中摻入10%的無水乙醇(E10)不僅可以緩解能源壓力，還能提高辛烷值，改善尾氣排放質量。在美國和巴西，燃料乙醇作為石油替代品已經廣泛用作交通燃料。

我國政府十分重視能源多元化和環境污染問題，采取財政補貼和稅收減免等鼓勵措施，大力推進多元化替代石油能源的技術和產業開發。《可再生能源法》和《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》的出臺，極大地推進了生物柴油和燃料乙醇等生物液體燃料的開發進程。我國規劃到2020年，生物燃料消費量占到全部交通燃料的15%左右，建立起具有國際競爭力的生物燃料產業，這給我國燃料乙醇產業帶來了良好的發展機遇。目前我國乙醇汽油已經覆蓋全國9個省市，現有燃料乙醇產能152萬噸，2010年實際生產燃料乙醇180萬噸以上，以玉米和小麥為主要原料。我國人多地少，耕地資源緊缺，糧食供應緊張，以玉米、小麥為原料生產燃料乙醇將威脅到國家的糧食安全，導致農產品價格上漲等連鎖反應，所以我國嚴格控制以糧食為原料的燃料乙醇新建和擴能項目。

相對于糖類和淀粉作物而言，木質纖維素屬于非糧原料，而且資源豐富。它可以來源于農業廢棄物，如麥草、玉米秸稈、玉米芯、大豆渣、甘蔗渣等；工業廢棄物，如制漿和造紙廠的纖維渣、鋸末等；林業廢棄物；城市廢棄物，如廢紙、包裝紙等。據估計木質纖維素原料占世界生物量100億-500億噸的50%，我國就農作物秸稈每年產量即可達7億噸，大量被廢棄而未加利用的纖維物（小枝、樹皮、樹葉、屑和廢紙等）約有五億噸/每年，只用其中的1億噸也要年產2000萬噸的燃料乙醇。由此可見，開發木質纖維素生產乙醇的新工藝具有很好的前景。

纖維素酶水解過程中纖維素酶的成本、乙醇蒸餾過程的能耗，以及酶解工藝的連續性一直是纖維乙醇工業化的制約因素。CN200810189465.0公開了一種纖維素乙醇的生產方法，其中包括如下步驟：（1）將含有纖維素和/或半纖維素原料的培養基加入到發酵反應釜中；（2）向發酵反應釜中加入纖維素酶，并接種葡萄牙假絲酵母；（3）在纖維素酶和葡萄牙假絲酵母的共同作用下進行同步糖化發酵，分離得到纖維素乙醇。CN200810101314.5公開了一種含纖維素的原料制備乙醇的方法，該方法包括蒸汽爆破含纖維素的原料；將得到的蒸汽爆破的產物與酶混合、酶解；發酵酶解得到的產物。為了降低纖維素酶成本，對酶解發酵液中的纖維素酶進行回收再利用是較好的方法。CN200910212693公開了一種木質纖維原料酶水解的方法，用經過預處理的木質纖維作原料，采用分段進行酶解和超濾回用纖維素酶和β-葡萄糖苷酶。但是，利用超濾膜回收纖維素酶成本高，操作過程繁瑣。

間隙酶解工藝能夠用于生產，但其酶解效率低下，只能進行低干物濃度水解，水解糖濃度偏低，造成最終乙醇濃度低，影響后續蒸餾能耗，而且還有設備利用率低、占地面積大、總電機攪拌功率大等弊端。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種木質纖維素連續酶解發酵產乙醇的方法。本發明方法可以實現連續化生產，提高了酶的活性和利用率，提高了發酵產物得率，在保證酶得以回用的同時，降低了酶解和發酵成本。

本發明木質纖維素連續酶解發酵產乙醇的方法，包括如下內容：

（1）對木質纖維素原料進行預處理，獲得預處理原料；

（2）將預處理原料、纖維素酶和水連續加入到酶解罐中進行預酶解，控制酶解體系干物質濃度為18wt%-36wt%；

（3）預酶解后料液連續進入到發酵罐中，加入耐溫釀酒酵母進行同步糖化發酵；

（4）發酵后的醪液在管道混合器中與非離子表面活性劑充分混合，然后進入沉降罐；

（5）經過沉降罐沉降后的下部濃縮混合液進入產品分離單元，上清液循環回酶解罐中重新參與酶解反應。