CN101121943A - 一种用甜高粱茎杆或甘蔗生产乙醇和造纸的技术 - Google Patents

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杨家象
王延松
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Abstract

甜高粱和甘蔗都是高光合效能的C4植物，生物学产量高，茎杆含糖量高，纤维素含量高，纤维形态好，其抗逆性强，适应性广，在我国栽培历史悠久，是重点推广种植的两种能源作物。通过提取甜高粱茎杆或甘蔗的糖分，采用连续发酵技术生产乙醇；在提取糖分的同时完成纤维分离和除髓，形成的纸浆用于造纸具有滤水快、环压强度高等优点。将乙醇和造纸的生产工艺有机地结合在一起，可降低乙醇的生产成本，乙醇生产的废弃物成为高附加值的纸浆。本发明的优点是生产工艺筒洁；甜高粱茎杆或甘蔗的乙醇转化率高；成品纸的环压强度高；生产成本低；有利于能源作物甜高粱茎杆或甘蔗综合利用产业化技术的推广，符合国家大力发展生物质能源和循环经济的要求。

Description

一种用甜高粱茎杆或甘蔗生产乙醇和造纸的技术
1、技术领域
本发明涉及甜高粱茎杆或甘蔗的综合加工技术，属于生物工程技术领域。
2、技术背景
甜高粱和甘蔗都是高光效的C4植物，生物学产量高，据统计，种植甜高粱每公顷可产出：高粱米2250～5000Kg/hm2、鲜茎叶6～10×104Kg/hm2，种植甘蔗每公顷产量可达6～9×104Kg/hm2；干物质生产率高，茎杆含糖量高，茎杆汁液锤度达到15°Bx～30°Bx；甜高粱抗逆性强、适应性广，可在PH值5～8.5范围内生长，甘蔗对土壤要求不严，较耐盐；甜高粱和甘蔗在我国种植面积都比较大、栽培历史悠久，是食糖、酿造、饲料、发酵、造纸、可再生燃料等产业的原料，其广泛的用途目前已被人们充分认识。特别是用甜高粱茎杆和甘蔗生产燃料乙醇代替石油，已成为我国近年来乃至近一段时期发展最快的高效能源作物品种。
甜高粱茎杆和甘蔗粉碎提取糖分用于乙醇生产，因其蔗糖和可发酵性单糖含量高，无需蒸煮、糖化等复杂的过程就可适于乙醇生产连续发酵的要求，作为乙醇的发酵原料，其优势非常明显。提取糖分后甜高粱茎杆和甘蔗的纤维素含量高，纤维形态好，纤维平均长度1.99mm，纤维长宽比110～180，是优质的造纸原料。纤维形态好，
以甜高粱茎杆或甘蔗为原料，将生产乙醇和造纸的工艺有机地结合在一起，可以提高乙醇的转化率，降低乙醇生产成本；提取糖分的同时实现造纸纤维的分离和除髓，该技术得到的纸浆纤维分离均匀，附加值高。做到了甜高粱茎杆或甘蔗原料的“吃干榨尽”，符合国家大力发展生物质能源和循环经济的要求。
3、发明内容
3.1、甜高梁茎杆或甘蔗糖分的提取
3.1.1、将甜高粱茎杆或甘蔗切成2～4cm碎段进入低压反应器中，加热至100℃～110℃，保温30min～45min；
3.1.2、使用双螺旋设备，采用“多段逆流提取工艺”提取粉碎后的甜高粱茎杆或甘蔗的糖分，糖分提取率达到96％～99％。
3.2、采用连续发酵工艺生产乙醇
3.2.1、甜高粱茎杆或甘蔗汁液经过滤后浓缩(蒸发过程中完成杀菌作用)到18°Bx～25°Bx的发酵浓度；
3.2.2、加入氮盐(硫酸铵、尿素)0.1～1.2％，用硫酸调整PH值到4.4～5，保持发酵温度在30±2℃，在发酵罐中发酵36±4小时，当发酵醪液中残糖低于0.2％时结束发酵操作；
3.2.3、用离心分离机连续分离发酵后的发酵醪液与酵母菌，酵母经活化后全部返回发酵罐，离心后的发酵液送蒸馏塔分离乙醇，进一步脱水可生产无水乙醇。
3.3、造纸纸浆的生产
3.3.1、用双螺旋设备对经过粉碎、预处理的甜高粱茎杆或甘蔗进行多次揉搓，使纤维轴向挤压，完成纤维的分离和帚化，同时，在不断变化的压力和浓度下达到原料除髓的目的；
3.3.2、纸浆经打浆、精选可直接用于造纸，由于原料除髓彻底，纤维形态好，抄纸时滤水性好，成品纸的环压强度高。
4、具体实施例
4.1用甜高粱茎杆或甘蔗中的糖生产乙醇
甜高粱茎杆或甘蔗切成2～4cm碎段后用螺旋输送机输送入横管加热器中，通汽加热至100℃～110℃，保温30min，经螺旋输送机送入双螺旋提取设备中，采用4段“逆流提取工艺”，原料糖分提取率达到96％～99％；
提取后的甜高粱或甘蔗汁液经过滤、杀菌、浓缩到18°Bx～25°Bx。加入氮盐(硫酸铵、尿素)0.1～1.2％，用硫酸调整PH值使之保持在4.4～5之间，控制发酵温度在30±2℃，在发酵罐中发酵36±4小时，当发酵醪中残糖低于0.2％时结束发酵操作；
用离心分离机连续分离发酵后的发酵醪液与酵母菌，酵母经活化后全部返回发酵罐，离心后的发酵液送蒸馏塔中分离乙醇，进一步脱水可生产无水乙醇。
4.2、用甜高粱茎杆或甘蔗渣造纸
将分离好的纸浆送至打浆机进一步打浆、精选、浓缩和配浆后送造纸机抄纸，由于纤维分离过程中除髓彻底，纤维形态好，抄纸时滤水性好，成品纸环压强度高，是市场畅销产品。
将甜高粱茎杆或甘蔗生产乙醇与造纸工艺有机地结合在一起，可以降低乙醇和造纸的生产成本，同时有利于解决乙醇生产的酸性废水和造纸生产的碱性废水的水处理问题。

Claims (4)

1.本发明涉及一种用甜高粱茎杆或甘蔗生产乙醇和造纸的技术，其特征是：使用双螺旋设备提取甜高粱茎杆或甘蔗中的糖分；采用连续发酵方法生产乙醇；在提取甜高粱茎杆或甘蔗糖分的同时完成造纸纤维的分离和除髓。
2.根据权利要求1所述的方法，其特点在于：甜高粱茎杆或甘蔗经切碎、预处理，使用双螺旋设备提取甜高粱茎杆或甘蔗中的糖分，茎杆糖分提取率达到96％～99％。
3.将提取后的汁液经过滤、杀菌后浓缩至18°Bx～25°Bx，控制PH值在4.4～5之间。采用连续发酵工艺生产乙醇。
4.在双螺旋设备中通过甜高粱茎杆或甘蔗纤维的相互揉搓，使纤维轴向受压达到纤维的分离，同时，在不断变化的压力和浓度下达到原料除髓的目的。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101265673B (zh) * 2008-03-31 2011-01-26 陕西科技大学 一种生物造纸制浆方法
CN101555667B (zh) * 2009-05-15 2011-03-30 清华大学 一种木质纤维原料的生物炼制方法
CN102061315A (zh) * 2010-11-17 2011-05-18 陈业兴 一种甜高粱生产燃料乙醇茎秆预处理的方法
CN102559541A (zh) * 2011-12-09 2012-07-11 中国农业科学院麻类研究所 一种全功能菌株用于工厂化发酵快速提取草本纤维的方法

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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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