[發明專利]一種以玉米秸稈為原料制取乙醇的工藝

在審

• 申請號: 201711404719.1
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN107937446A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 秦英杰;李青;劉建軍;劉青
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司12209
• 代理人: 陳娟

技術領域

本發明涉及再生新能源技術領域，特別是涉及一種以秸稈為原料制取乙醇的工藝。

背景技術

隨著世界經濟的發展與人口的增長，糧食、能源與環境是人類持續生存面臨的主要挑戰。以木質纖維素原料生產可再生清潔能源日益受到廣泛關注，而以玉米秸稈為原料生產生物乙醇尤為引人注目。我國是農業大國，玉米秸稈年總產量達數億噸，研究玉米秸稈制備生物乙醇前景廣闊。玉米秸稈制備乙醇的基本過程是將原料中的纖維素和半纖維素水解為單糖，然后再將單糖發酵成為燃料乙醇。專利號為200610114240.X的《玉米秸稈制取酒精技術》公開了一種由玉米秸稈經粉碎、整料、加酵母、入池發酵、蒸餾生產初級乙醇的方法，該方法工藝簡單、操作易行，但乙醇產出率低、廢棄物多、有二次污染。

玉米秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質素三部分聯結構成，必須采用有效的手段進行預處理才能將其中的多糖轉化為單糖以生產乙醇或其他高附加值化學品。酶水解和酸水解一般是工業上較為常用的兩種玉米秸稈水解糖化的方法。近幾十年來對酶法催化木質纖維素糖化的研究雖然也取得了很大進步，但酶的效率和成本問題仍然是限制其工業化應用的瓶頸所在。酸法水解纖維素制乙醇也同樣面臨著諸多挑戰，如對設備耐腐蝕要求高、酸回收困難及水解過程中產生的副產物對后續的發酵抑制作用明顯等等。

目前玉米秸稈生產燃料乙醇的主要難題為無法實現纖維素、半纖維素和木質素三大組分的綜合利用，及酸化水解后催化劑的高效回收與抑制物的有效脫除，需要一條真正綠色、乙醇產出率高的生產工藝。

發明內容

本發明的目的，在于克服現有技術及方法的不足，提供一種高效節能、綠色的玉米秸稈制取乙醇的工藝。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案，包括如下步驟：

1)原料預處理：將玉米秸稈粉碎后，采用甲酸和濃鹽酸的混合酸對其進行預處理以脫除絕大多數半纖維素和大部分木質素；

2)水解糖化：將經預處理后的玉米秸稈殘余物(絕大多數組成是纖維素)放入糖化容器內，采用硫酸水解法對其進行水解、糖化固液分離后得到含有糖和酸的水解液；

3)水解液糖酸分離：采用酸阻滯過程對水解液進行糖酸分離，用去離子水洗脫樹脂，得到被適當稀釋的糖洗脫液和酸洗脫液；

4)催化劑硫酸回收：經糖酸分離所得的酸洗脫液經濃縮器濃縮實現催化劑硫酸的循環再用。

5)糖洗脫液濃縮：采用濃縮器將糖洗脫液濃縮至發酵所需糖濃度，同時實現糖溶液的脫毒；

6)發酵：以脫毒、濃縮后的秸稈酸水解液為碳源配制的培養基經滅菌后，投入一定量的酵母在發酵罐中進行發酵制備乙醇。

進一步地，步驟1)中所得的甲酸水解液，可經減壓蒸餾或膜分離等方法回收甲酸，甲酸回收后的剩余物料可加水得到半纖維素水解液，該水解液可用于制備糠醛或其他高附加值化合物，過濾所得的木質素殘渣可用于制備酚類物質或直接作為燃料用于后續工藝過程的供能。

進一步地，步驟2)中的硫酸水解法，是先用較高濃度的硫酸，再加水稀釋至較低濃度硫酸、并升溫的二步水解法；高濃度硫酸水解條件優選為：70-75％硫酸，液固比為3.5:1-4.5:1(mL/g)，溫度20-30℃，反應時間1.5-2.5小時；低濃度硫酸水解條件優選為：15-25％硫酸，溫度100-105℃，反應時間1-1.5小時。

進一步地，步驟2)中的固液分離所得固體為木質素殘渣，可作為燃料用于后續工藝過程的供能，也可用于酚類物質的合成轉化。

進一步地，步驟3)中所述的酸阻滯樹脂為強堿性陰離子樹脂，對酸的親和作用/吸附作用顯著強于對糖的親和作用/吸附作用。同時，可有效脫除水解液中的毒性物質。

進一步地，步驟3)中所述的酸阻滯洗脫液回收過程中，糖洗脫液停止收集的優選條件是pH<2.3，酸洗脫液停止收集的優選條件是pH<2.5-3.5。

進一步地，步驟4)和5)中所述濃縮器包括但不限于多效膜蒸餾、壓汽蒸餾、多效蒸發、納濾中的一種或多種處理裝置。

其中多效膜蒸餾設備(參考專利：ZL201010570625.3和ZL201010570653.5)，是一種具有內部自換熱功能的氣隙式膜蒸餾設備，高效節能，熱利用率高，多效膜蒸餾過程的造水比可達6-15，模塊化設備，設備體積小，規模可大可小。多效膜蒸餾對酸類、酚類、呋喃類物質的脫除率不同，在濃縮糖液的同時具有脫除揮發性抑制物的效果。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：