CN101165188A - 以木薯为原料制取燃油生物丁醇的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种以木薯为原料制取燃油生物丁醇的方法，它是采用木薯粉碎或木薯淀粉加水调浆，再加酸或加碱浸泡，除去杂质，然后加入S1010，催化剂反应，冷却后再接入CL·a－b Np－1菌种发酵，得出的混合液经分馏得到粗品燃油生物丁醇，粗品燃油生物丁醇经QR－W吸收剂处理后得精品燃油生物丁醇。按用途需要，加入QR－E改性剂，得合格燃油生物丁醇。该方法工艺简单，成本低，为生产燃油生物丁醇及利用木薯资源开发了一条新的途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种以木薯为原料制取燃油生物丁醇的方法。
背景技术
丁醇，分子式为CH3CH2CH2CH2OH，无色液体，比重0.8098(20/4°)。沸点117.7°；凝固点-89.0°。溶于水，能与乙醇和乙醚混溶。蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限3.7-10.2％(体积)。
丁醇是非常重要的化工原料和工业生产过程中的溶剂。多年来，在一些主要的溶剂生产国，丁醇等主要用作化工溶剂和脱水剂，并用于制醋酸丁酯和树脂等。
目前，丁醇的生产工艺有几种：
(1)用乙醛为原料经缩合加氢制得。
(2)丙烯羰化加氢制取。
(3)以玉米为原料发酵生产丁醇
(4)以糖蜜为原科(即制糖时不能结晶的糖类)生产丁醇。
以石油化工合成法生产的丁醇占绝对市场份额。国内基本都采用以玉米为原料经发酵制取丁醇的方法，其工艺过程为：玉米→粉碎→蒸煮→后熟→醪冷却→接种→发酵→分馏→得到丁醇、丙酮、乙醇产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以我国南方极丰富的木薯资源为原料制取燃油生物丁醇的方法。
本发明所采取的技术方案是：
以木薯为原料，经粉碎，或直接以木薯淀粉，浸泡后加酸或加碱去除杂质。然后加入S1010多功能催化剂反应。冷却后再接入CL·a-b Np-1菌种发酵。得出的混合液经分馏得到粗品燃油生物丁醇，粗品燃油生物丁醇经QR-W吸收剂处理后得精品燃油生物丁醇。按用途需要，加入QR-E改性剂，得合格燃油生物丁醇。
以木薯为原料生产燃油生物丁醇，其反应机理、化学反应方程式如下：
4CH3COCH(OH)2→4CH3CHO+4HCOOH
HCOOH→H2+CO2
CH3CHO+H2→CH3CH2OH
具体工艺路线为：
木薯片→粉碎→调浆(加酸或碱)→浸泡→加催化剂→蒸煮→冷却→加菌种发酵→蒸馏→分馏→吸收→精品燃油生物丁醇加改性剂→合格燃油生物丁醇。
将木薯片(或木薯精淀粉)粉碎后放入调浆池内加清水浸泡，水量为淀粉量的7～12倍，水温在常温至50℃之间，以利各种杂质溶解于水中，在浸泡液中加入酸(HCl；H2SO4均可)，PH值调至3～6之间，或加入碱NaOH或Na2CO3、Ca(OH)2均可，PH值调至8～10之间，浸泡4～12小时后即可换水，将上层杂质弃之，反复至含杂质较少为止，清洗过的木薯粉浓度在10～30％之间，即加入0.1～1％S1010催化剂，催化温度控制在50～110℃之间，同时进行搅拌，催化0.5至2小时结束。然后将液体冷却至常温或40℃以下，加CL·a-b Np-1菌种发酵，接种量为10～20％(按淀粉发酵液量计)，接种后在常温至42℃之间发酵48～72小时，即生成丁醇、丙酮、乙醇混合液。先将混合液经精馏塔蒸出浓度为30％左右的溶剂液，温度控制在90～100℃之间，然后将混合液在60～80℃温度间分离出丙酮、乙醇，得到的生物丁醇产品与水共沸物蒸出，温度控制在92～98℃之间，即可得到粗燃油生物丁醇。粗品燃油生物丁醇加入5～10％QR-W吸收剂后，升温60～90℃，保温1～2小时，经过滤后得精品燃油生物丁醇。按用途需要，加入QR-E改性剂，循环搅拌后得合格燃油生物丁醇。改性剂也可不加。
本发明采用木薯作原料制取燃油生物丁醇，因木薯含有大量的淀粉(比玉米含量高)，同时也含有其它有毒物质，如氰酸、果胶、单宁、树脂及部分高分子成份等，故本发明采用浸泡方法，通过加入不同的酸、碱，调PH4～9，来除去木薯中的有害有毒成分，以利于后一道发酵工序细菌的生长。因木薯淀粉结构与玉米淀粉结构有较大差别，木薯含支链淀粉多，在蒸煮过程中会变成浓稠的粘液，无法进行输送，本发明采用添加S1010即以酶类为主体的复合型催化剂，将木薯淀粉结构分解为低聚糖和直链淀粉，然后在常温至40℃左右接入菌种进行发酵，生成的丁醇、丙酮、乙醇混合物再经分馏即可得生物丁醇。
S1010催化剂为专用催化剂，它采用酶类催化剂，能将n(C6H10O5)的淀粉质切断，以利于丁醇生物菌生长，再加以微量元素氮、磷、铵等，以增强细菌的生产能力。
具体配比：酶 25％ (淀粉酶或糖化酶)
豆饼 25％
尿素 60％
常温至50℃温度下搅拌即可成。
本发明采用木薯作原料制取燃油生物丁醇，因木薯含有其它有毒物质，如氰酸、果胶、单宁、树脂及部分高分子成份等，故本发明采用CL·a-b Np-1菌种，将培养液体冷却至常温或40℃以下，接菌种，接种量为10～20％(按淀粉发酵液量计)，接种后在常温至42℃之行发酵48～72小时，即生成丁醇、丙酮、乙醇混合液。
CL·a-b Np-1菌种采用广西原生菌种分离，其成分为ClostriumAcetobutylicum菌(丁醇菌)。
本发明采用木薯作原料制取燃油生物丁醇，因发酵有其它副反应产生高碳分子成份，故本发明采用QR-W吸收剂处理粗品燃油生物丁醇后得精品燃油生物丁醇，QR-W吸收剂其成分为活性炭和活性白土。活性炭和活性白土使用前需活化处理，加入量为2～10％。
具体配比：活性炭 70％
活性白土 30％
本发明采用木薯作原料制取燃油生物丁醇，因燃油有不同规范，故本发明采用加入QR-E改性剂的方法，QR-E改性剂为汽油或柴油，加入量为0～50％。
燃油生物丁醇的用途
(1)汽车用燃油生物丁醇
用木薯为原料制取的燃油生物丁醇，具有低蒸气压，并允许汽油混合物含水，这有助于它在现有汽油供应和分配渠道中利用。燃油生物丁醇可以更大的比例调入汽油而无需改造汽车，比汽油-乙醇调和物具有更好的动力，可提高汽车的燃料效率和里程。
燃油生物丁醇的前景比其他生物燃料如乙醇或生物柴油更乐观，因为燃油生物丁醇既不需要车主购买特殊车辆，也不必改造原有车辆发动机，而且这种新型燃料更环保。
汽车制造商允许车主使用含5％生物燃料和95％普通汽油或柴油的混合燃料。制造商做出这一限定是因为担心生物燃料会腐蚀发动机的输油管和垫圈。燃油生物丁醇与其他生物燃料相比，腐蚀性较小，混合燃料中可混入20％的丁醇。丁醇还是一种高能量生物燃料，与传统燃料相比，每加仑(1加仑约合4.5升)可支持汽车多走10％的路程，与乙醇相比，可多走30％的路程。
(2)燃油生物丁醇能成为一个重要的可再生运输能源，因为燃油生物丁醇拥有比乙醇更高的能含量。燃油生物丁醇可以用在现有的汽油供应和分布线路，有更高的辛烷值，并能和汽油以任何比例混合。
随着原油价格的飞速上涨，世界石油资源的日益紧缺，以木薯为原料制取燃油生物丁醇的经济价值显现出优势，比汽油-乙醇调和物具有更好的燃料经济。
本方法工艺简单，成本低，为生产燃油生物丁醇及利用木薯资源开发了一条新的途径。
具体实施方式
实施例1：
称取1公斤木薯精淀粉，放入调浆池内，加入清水9公斤在常温下浸泡，以利各种杂质溶解于水中，在浸泡液中加盐酸，将PH值调至4，浸泡5小时后将上层杂物弃之，反复浸泡三次结束。将清洗之木薯粉调节浓度在17Be，即可加入S1010催化剂10克，催化温度100℃，进行搅拌，反应0.5小时结束。将液体冷却至37℃，加CL·a-b Np-1菌种发酵，接种量为150克，接种后在42℃保温发酵50小时，即生成生物丁醇、丙酮、乙醇混合液。先将混合液经精馏塔蒸出浓度为30％左右的溶剂液，温度控制在90℃，然后将混合液在70℃分离出丙酮、乙醇，得到的粗生物丁醇产品与水共沸物蒸出，温度控制在95℃，即可得到粗燃油生物丁醇。粗品燃油生物丁醇加入50克QR-W吸收剂后，升温80℃，保温2小时，经过滤后得精品燃油生物丁醇，加入QR-E改性剂汽油10克，循环搅拌后得合格燃油生物丁醇。
实施例2：
称取100公斤木薯片，粉碎，入调浆池内，加清水1000公斤浸泡，以利各种杂质溶解于水中，在浸泡液中加入NaOH，将PH值调至9，浸泡10小时后将上层杂物弃之，浸泡二次结束。将清洗之木薯粉调节浓度在20Be，即可加入S1010催化剂1公斤，催化温度70℃，进行搅拌，反应1.5小时结束，升温100℃保温20分钟后将液体冷却至32℃，加CL·a-b Np-1菌种发酵，接种量为10公斤，接种后在40℃保温发酵70小时，即生成生物丁醇、丙酮、乙醇混合液。先将混合液经精馏塔蒸出浓度为25％左右的溶剂液，温度控制在90℃，然后将混合液在78℃分离出丙酮、乙醇，得到的粗生物丁醇产品与水共沸物蒸出，温度控制在95℃，即可得到粗燃油生物丁醇。粗品燃油生物丁醇加入2公斤QR-W吸收剂(活性碳1.4公斤、活性白土0.6公斤混合)后，升温80℃，保温2小时，经过滤后得精品燃油生物丁醇，加入QR-E改性剂柴油5公斤，循环搅拌后得合格燃油生物丁醇。
Claims (9)
1.一种以木薯为原料制取燃油生物丁醇的方法，其特征在于：以木薯为原料，经粉碎，或直接以木薯淀粉，浸泡后加酸或加碱去除杂质，然后添加催化剂反应，冷却后接入CL·a-b Np-1菌种发酵，得出的混合液经分馏得到粗品燃油生物丁醇；再经吸收剂处理后得精品燃油生物丁醇；按用途需要，加入改性剂，即得合格燃油生物丁醇。
2.如权利要求1所述的以木薯为原料制取燃油生物丁醇的方法，其特征在于：浸泡液加入盐酸或硫酸，PH值调至3～6之间；或加入碱为NaOH或NaCO3或Ca(OH)2，PH值调至8～10，浸泡4～12小时后换水，除去杂质。
3.如权利要求1所述的以木薯为原料制取燃油生物丁醇的方法，其特征在于：催化剂采用S1010催化剂，加入量为0.1～1％，其成分配比为淀粉酶或糖化酶25％，豆饼25％，尿素50％，在常温至50℃温度下搅拌即成。
4.如权利要求1所述的以木薯为原料制取燃油生物丁醇的方法，其特征在于：催化反应温度控制在50～110℃之间，搅拌反应0.5至2小时。
5.如权利要求1所述的以木薯为原料制取燃油生物丁醇的方法，其特征在于：催化反应后的液体冷却至40℃以下，将菌种CL·a-b Np-1接入，接种量为淀粉发酵液量的10～20％，在常温至42℃之间发酵48～72小时。
6.如权利要求1所述的以木薯为原料制取燃油生物丁醇的方法，其特征在于：采用CL·a-b Np-1菌种发酵，其成分为Clostrium Acetobutylicum菌。
7.如权利要求1所述的以木薯为原料制取燃油生物丁醇的方法，其特征在于：采用QR-W吸收剂处理粗品燃油生物丁醇后得精品燃油生物丁醇，QR-W吸收剂的成分为70％活性炭和30％活性白土。
8.如权利要求1所述的以木薯为原料制取燃油生物丁醇的方法，其特征在于：发酵后的混合液经分馏得到丁醇、丙酮、乙醇。
9.如权利要求1所述的制取以木薯为原料制取燃油生物丁醇的方法，其特征在于：根据用途需要加入的QR-E改性剂为汽油或柴油，加入量为燃油生物丁醇量的0～50％。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102757983A (zh) * | 2012-06-20 | 2012-10-31 | 江南大学 | 一种利用木薯原料提高丁醇发酵生产效率和丁醇/丙酮比的工艺方法 |
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2007
- 2007-09-18 CN CNA2007100500799A patent/CN101165188A/zh active Pending
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