CN108265085A - 一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，包括如下步骤：将农作物秸秆粉碎后与水按比例加入预处理反应器中，控制温度进行预处理反应；将物料导入酶解罐中，冷却降温，调节pH，添加纤维素降解酶进行酶解；将物料导入发酵罐中，加入发酵菌进行发酵；将物料导入蒸馏设备中进行蒸馏，得到丁醇、丙酮和废渣液；将废渣液接种高温活性污泥进行厌氧发酵，得到沼气和消化渣液；将沼气和消化渣液处理后再综合利用。本发明整体上的工艺方法先进节能、丁醇、丙酮转化率高，秸秆利用充分，容易实现工业上的转化应用。

Description

一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法
技术领域
本发明属于利用纤维素秸秆微生物发酵生产燃料丁醇技术领域，具体的是涉及一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法。
背景技术
在生物燃料领域，丁醇所具有的优良化学特性使生物丁醇成为重要的新兴生物燃料之一。由于比乙醇多两个亚甲基，丁醇具有更高的疏水性、较低的挥发性，可与汽油以任意比例混合，并具有与汽油相当的热值。因此，近年来生物丁醇得到了广泛的关注。
生物丁醇是与生物乙醇相似的生物燃料。其原料和生产工艺与生物乙醇相似，但生物丁醇的蒸汽压力低，与汽油混合时对杂质水的宽容度大，而且腐蚀性较小，与现有的生物燃料相比，能够与汽油达到更高的混合比(混合燃料中可混入20％的丁醇)，而无需对车辆进行改造。丁醇还是一种高能量生物燃料，与传统燃料相比，每加仑可支持汽车多走10％的路程，与乙醇相比，可多走30％的路程。丁醇可采用与乙醇相似的发酵流程制取。不过，与乙醇相比，丁醇生产的成本要远远高于生产乙醇的成本，因为生产丁醇需用较大的蒸发、加热、冷却等设备，投资费用较高。因此，实现生物丁醇大规模生产的关键是提高原料的转化率，以及加快转化过程。
纤维素秸秆在我国是一种木质纤维废弃物，年产量大，目前采用较多的处理方式为将其直接燃烧或弃置于农田，既浪费资源又污染环境，缺乏对其有效的利用。利用纤维素秸秆为原料替代粮食来生产生物质能源，不仅能够实现资源的有效利用，还可以解决环境问题，具有巨大的产业化潜力。
目前现有技术中，利用纤维素秸秆制丁醇、丙酮主要采用蒸汽爆破法、化学法等工艺对农作物秸秆进行预处理，存在能源消耗大，生产成本高，污水处理难度大等诸多弊端。另外，在预处理或者酶解后，需要进行固液分离，工艺繁琐，秸秆转化率低，并且综合利用不足。
发明内容
本发明的目的是针对目前农作物秸秆联产丁醇、丙酮中秸秆原料预处理困难，秸秆利用率低，能源消耗大，生产成本高，资源综合利用不足，生产工艺不成熟难于产业化等问题，提供了一种切实可行的利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的产业化方法，并做到资源的最大化综合利用。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，包括如下步骤:
(1)将农作物秸秆粉碎后与水按比例加入预处理反应器中，控制温度对农作物秸秆进行预处理；
(2)将经过步骤(1)预处理后得到的物料导入酶解罐中，通过与下一批未预处理的秸秆与水的混合物料热交换进行冷却降温，并将热能回收，调节pH，然后添加纤维素降解酶进行酶解；
(3)将经过步骤(2)酶解后的物料导入发酵罐中，加入发酵菌，在32-45℃温度下发酵48-72h，进行发酵联产丁醇、丙酮；
(4)将经过步骤(3)发酵后的物料导入蒸馏设备中进行蒸馏，并收集丁醇、丙酮和废渣液；
(5)将步骤(4)得到的废渣液接种高温活性污泥进行厌氧发酵，得到沼气和消化渣液；
(6)将步骤(5)得到的沼气和消化渣液处理后再综合利用。
更进一步的，步骤(1)中添加的农作物秸秆与水的比例为1:6-19。
更进一步的，步骤(1)中预处理的温度为120-210℃，预处理反应时间为10-60分钟。
更进一步的，步骤(2)中酶解的温度为45-55℃、酶解时间36-72h。
更进一步的，步骤(2)中用氢氧化钠、氢氧化钙或生石灰来调节pH到4.0-5.5。
优选的，步骤(2)中的酶制剂为纤维素酶、纤维二糖酶、木聚糖酶、果胶酶或漆酶的一种或多种。
更进一步的，步骤(3)中发酵液固形物浓度5-15％，发酵菌种接种量为0.5-15％，发酵后丁醇和丙酮的总含量为0.8-2.4％。
更进一步的，步骤(3)中的所用发酵菌为丙酮丁醇梭状芽孢杆菌、糖丁基丙酮梭菌中的一种或两种。
更进一步的，步骤(5)中废渣液接种高温活性污泥的接种量为5-30％，厌氧发酵温度为50-65℃。
更进一步的，步骤(6)中对沼气和消化渣液处理后再综合利用的方法为：沼气进行燃烧产蒸汽或作为生产原料；消化渣液进行压榨处理，得到清液和固渣，清液经处理达标后排放、固渣进行燃烧产蒸汽；将蒸汽用在联产丁醇、丙酮的各个步骤中，并将剩余蒸汽外供使用。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮，整体上的工艺方法简单、易操作，能够实现产业化大规模的生产。原料经预处理、酶解后得到含戊碳糖和六碳糖的水溶液，含戊碳糖和六碳糖的水溶液直接发酵、精馏得到丁醇、丙酮，提高了丁醇、丙酮的转化率，降低了生产成本，适合产业上的大规模应用。本发明还实现了秸秆资源的综合利用，同时还能达到清洁生产的要求。
2、本发明中采用的丙丁发酵菌种能够广泛的利用底物，包括单糖(五碳糖和六碳糖)、寡糖、聚糖，以及淀粉类物质等，六碳糖和五碳糖是木质纤维素预处理及水解后的产物，因此该菌能更高效的以木质纤维素水解液中的五碳糖及六碳糖为底物进行发酵，对秸秆纤维素的利用率更高、发酵后得到的丁醇和丙酮更多。
3、本发明先对农作物秸秆进行预处理，能够有效水解半纤维素，破坏木质素致密的结构，活化纤维素，有利于后续的酶解反应。通过对本发明预处理后混合物料作进一步测定，测定纤维素的含量较处理前增加10.67％，半纤维素、木质素的含量较处理前分别降低24.56％、1.46％，最终预处理后的原料固体回收率约65％，酶解的充分，更有利于后续的发酵，从而提高了丁醇、丙酮的产率。
本发明预处理步骤中未添加任何酸、碱物质，预处理后的物料毒性较低，无需再经脱毒处理，更有利于后续的发酵产丁醇和丙酮。
4、本发明中对物料酶解时，在对酶解物料进行降温的同时，还能对未预处理的秸秆与水的混合物料进行一定程度的升温，降低了能耗，同时还防止热能的损失。
5、本发明中酶解之后不进行固液分离，料液直接用来发酵，可以充分地将秸秆中的纤维成分分解为糖类，增加了丁醇、丙酮的产率，提高秸秆转化率，最大化的实现秸秆的利用价值。同时，工艺简单，节省时间，也会降低一定的生产成本。
6、本发明中对废渣液的综合利用时，采用高浓度厌氧发酵，废渣液无需固液分离，可以充分利用有机质来产沼气，并且采用高温发酵工艺，有机物降解效率高、降解彻底。同时，采用水力循环的方式达到全混，避免了机械搅拌耗能且装置复杂等弊端。
7、本发明中对沼气和消化渣液再综合利用，实现了最大化的综合利用农作物秸秆，生产过程产生的沼气、消化渣液全部被循环利用，而且产生的蒸汽除了能够满足本方法生产本身外，还能将多余的蒸汽外供，节约了能耗和生产成本。
生产得到的沼气也可以进一步用来制氢，并将氢气用作化工合成丁醇的原料，得到高附加值的产物。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，包括如下步骤：
(1)将农作物秸秆粉碎后与水按1:6的比例加入预处理反应器中，控制温度为210℃进行反应30分钟，得到预处理的物料；
(2)将经过步骤(1)预处理后得到的物料导入酶解罐中，通过与下一批未预处理的秸秆与水的混合物料进行热交换来进行冷却降温到55℃，且同时回收多余热能，用氢氧化钠来调节pH到4.4，然后添加纤维素酶进行酶解72h；
(3)将经过步骤(2)酶解后的物料导入发酵罐中，控制发酵温度为43℃，加入丙酮丁醇梭状芽孢杆菌，发酵72h联产丁醇、丙酮，其中，发酵菌接种量为15％，发酵后丁醇和丙酮的总含量为2.4％；
(4)将经过步骤(3)发酵后的物料导入蒸馏设备中进行蒸馏，得到丁醇、丙酮和废渣液；
(5)将步骤(4)得到的废渣液接种高温活性污泥进行厌氧发酵，得到沼气和消化渣液，其中，废渣液接种高温活性污泥的接种量为30％，厌氧发酵温度为62℃；
(6)沼气进行燃烧产蒸汽或作为生产原料；消化渣液进行压榨处理，得到清液和固渣，清液经处理达标后排放、固渣进行燃烧产蒸汽；将蒸汽用在联产丁醇、丙酮的各个步骤中，并将多余蒸汽外供。
实施例2
一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，包括如下步骤：
(1)将农作物秸秆粉碎后与水按1:7的比例加入预处理反应器中，控制温度为190℃，进行反应52分钟，得到预处理的物料；
(2)将经过步骤(1)预处理后得到的物料导入酶解罐中，通过与下一批未预处理的秸秆与水的混合物料进行热交换来进行冷却降温到52℃，且同时回收多余热能，用氢氧化钠来调节pH到5.5，然后添加纤维素酶进行酶解65h；
(3)将经过步骤(2)酶解后的物料导入发酵罐中，控制发酵温度为38℃，加入丙酮丁醇梭状芽孢杆菌，发酵60h联产丁醇、丙酮，其中，发酵菌接种量为13.6％，发酵后丁醇和丙酮的总含量为2.05％；
(4)将经过步骤(3)发酵后的物料导入蒸馏设备中进行蒸馏，得到丁醇、丙酮和废渣液；
(5)将步骤(4)得到的废渣液接种高温活性污泥进行厌氧发酵，得到沼气和消化渣液，其中，废渣液接种高温活性污泥的接种量为26％，厌氧发酵温度为62℃；
(6)沼气进行燃烧产蒸汽或作为生产原料；消化渣液进行压榨处理，得到清液和固渣，清液经处理达标后排放、固渣进行燃烧产蒸汽；将蒸汽用在联产丁醇、丙酮的各个步骤中，并将多余蒸汽外供。
实施例3
一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，包括如下步骤：
(1)将农作物秸秆粉碎后与水按1:9的比例加入预处理反应器中，控制温度为170℃，进行反应47分钟，得到预处理的物料；
(2)将经过步骤(1)预处理后得到的物料导入酶解罐中，通过与下一批未预处理的秸秆与水的混合物料进行热交换来进行冷却降温到48℃，且同时回收多余热能，用氢氧化钠来调节pH到5，然后添加纤维素酶进行酶解54h；
(3)将经过步骤(2)酶解后的物料导入发酵罐中，控制发酵温度为39℃，加入丙酮丁醇梭状芽孢杆菌，发酵65h联产丁醇、丙酮，其中，发酵菌接种量为11.1％，发酵后丁醇和丙酮的总含量为1.6％；
(4)将经过步骤(3)发酵后的物料导入蒸馏设备中进行蒸馏，得到丁醇、丙酮和废渣液；
(5)将步骤(4)得到的废渣液接种高温活性污泥进行厌氧发酵，得到沼气和消化渣液，其中，废渣液接种高温活性污泥的接种量为19％，厌氧发酵温度为57℃；
(6)沼气进行燃烧产蒸汽或作为生产原料；消化渣液进行压榨处理，得到清液和固渣，清液经处理达标后排放、固渣进行燃烧产蒸汽；将蒸汽用在联产丁醇、丙酮的各个步骤中，并将多余蒸汽外供。
实施例4
一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，包括如下步骤：
(1)将农作物秸秆粉碎后与水按1:13的比例加入预处理反应器中，控制温度为192℃，进行反应10分钟，得到预处理的物料；
(2)将经过步骤(1)预处理后得到的物料导入酶解罐中，通过与下一批未预处理的秸秆与水的混合物料进行热交换来进行冷却降温到47℃，且同时回收多余热能，用氢氧化钠来调节pH到4.6，然后添加纤维素酶进行酶解42h；
(3)将经过步骤(2)酶解后的物料导入发酵罐中，控制发酵温度为37℃，加入丙酮丁醇梭状芽孢杆菌，发酵57h联产丁醇、丙酮，其中，发酵菌接种量为8.6％，发酵后丁醇和丙酮的总含量为1.1％；
(4)将经过步骤(3)发酵后的物料导入蒸馏设备中进行蒸馏，得到丁醇、丙酮和废渣液；
(5)将步骤(4)得到的废渣液接种高温活性污泥进行厌氧发酵，得到沼气和消化渣液，其中，废渣液接种高温活性污泥的接种量为13％，厌氧发酵温度为53℃；
(6)沼气进行燃烧产蒸汽或作为生产原料；消化渣液进行压榨处理，得到清液和固渣，清液经处理达标后排放、固渣进行燃烧产蒸汽；将蒸汽用在联产丁醇、丙酮的各个步骤中，并将多余蒸汽外供。
实施例5
一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，包括如下步骤：
(1)将农作物秸秆粉碎后与水按1:16的比例加入预处理反应器中，控制温度为154℃，进行反应60分钟，得到预处理的物料；
(2)将经过步骤(1)预处理后得到的物料导入酶解罐中，通过与下一批未预处理的秸秆与水的混合物料进行热交换来进行冷却降温到55℃，且同时回收多余热能，用氢氧化钠来调节pH到5.2，然后添加纤维素酶进行酶解36h；
(3)将经过步骤(2)酶解后的物料导入发酵罐中，控制发酵温度为33℃，加入丙酮丁醇梭状芽孢杆菌，发酵48h联产丁醇、丙酮，其中，发酵菌接种量为3.8％；
(4)将经过步骤(3)发酵后的物料导入蒸馏设备中进行蒸馏，得到丁醇、丙酮和废渣液；
(5)将步骤(4)得到的废渣液接种高温活性污泥进行厌氧发酵，得到沼气和消化渣液，其中，废渣液接种高温活性污泥的接种量为9％，厌氧发酵温度为52℃，发酵后丁醇和丙酮的总含量为0.95％；
(6)沼气进行燃烧产蒸汽或作为生产原料；消化渣液进行压榨处理，得到清液和固渣，清液经处理达标后排放、固渣进行燃烧产蒸汽；将蒸汽用在联产丁醇、丙酮的各个步骤中，并将多余蒸汽外供。
实施例6
一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，包括如下步骤：
(1)将农作物秸秆粉碎后与水按1:19的比例加入预处理反应器中，控制温度为120℃，进行反应40分钟，得到预处理的物料；
(2)将经过步骤(1)预处理后得到的物料导入酶解罐中，通过与下一批未预处理的秸秆与水的混合物料进行热交换来进行冷却降温到45℃，且同时回收多余热能，用氢氧化钠来调节pH到5.3，然后添加纤维素酶进行酶解72h；
(3)将经过步骤(2)酶解后的物料导入发酵罐中，控制发酵温度为32℃，加入丙酮丁醇梭状芽孢杆菌，发酵48h联产丁醇、丙酮，其中，发酵液固形物浓度5％，发酵后丁醇和丙酮的总含量为0.8％；
(4)将经过步骤(3)发酵后的物料导入蒸馏设备中进行蒸馏，得到丁醇、丙酮和废渣液；
(5)将步骤(4)得到的废渣液接种高温活性污泥进行厌氧发酵，得到沼气和消化渣液，其中，废渣液接种高温活性污泥的接种量为5％，厌氧发酵温度为50℃；
(6)沼气进行燃烧产蒸汽或作为生产原料；消化渣液进行压榨处理，得到清液和固渣，清液经处理达标后排放、固渣进行燃烧产蒸汽；将蒸汽用在联产丁醇、丙酮的各个步骤中，并将多余外供。
对比例1
一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，包括如下步骤：
(1)将农作物秸秆粉碎后与水按1:2的比例经输送机送至汽爆罐内，通入蒸汽升温至210℃，保温15min汽爆放料，得到预处理的物料；
(2)将经过步骤(1)预处理后得到的物料导入酶解罐中，降温到48℃，加水稀释，用氢氧化钠来调节pH到5，然后添加纤维素酶进行酶解54h；
(3)将经过步骤(2)酶解后的物料导入发酵罐中，控制发酵温度为39℃，加入丙酮丁醇梭状芽孢杆菌，发酵72h联产丁醇、丙酮，其中，发酵菌接种量为11.1％；
(4)将经过步骤(3)发酵后的物料导入蒸馏设备中进行蒸馏，得到丁醇、丙酮和废渣液。
对比例2
一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，包括如下步骤：
(1)将农作物秸秆粉碎后与水按1:9的比例加入预处理反应器中，控制温度为170℃进行反应47分钟，得到预处理的物料；
(2)将经过步骤(1)预处理后得到的物料导入酶解罐中，通过与下一批未预处理的秸秆与水的混合物料进行热交换来进行冷却降温到48℃，且同时回收多余热能，用氢氧化钠来调节pH到5，然后添加纤维素酶进行酶解54h；
(3)将经过步骤(2)酶解后的物料进行固液分离，将固渣导入发酵罐中，控制发酵温度为39℃，加入丙酮丁醇梭状芽孢杆菌，发酵65h联产丁醇、丙酮，其中，发酵菌接种量为11.1％；
(4)将经过步骤(3)发酵后的物料导入蒸馏设备中进行蒸馏，得到丁醇、丙酮和废渣液。
对比例3
一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，包括如下步骤：
(1)将农作物秸秆粉碎后与水按1:9的比例加入预处理反应器中，控制温度为170℃进行反应47分钟，得到预处理的物料；
(2)将经过步骤(1)预处理后得到的物料导入酶解罐中，通过与下一批未预处理的秸秆与水的混合物料进行热交换来进行冷却降温到48℃，且同时回收多余热能，用氢氧化钠来调节pH到5，然后添加纤维素酶进行酶解54h；
(3)将经过步骤(2)酶解后的物料导入发酵罐中，控制发酵温度为39℃，加入丙酮丁醇梭状芽孢杆菌，发酵65h联产丁醇、丙酮，其中，发酵液固形物浓度10％，发酵菌接种量为11.1％；
(4)将经过步骤(3)发酵后的物料导入蒸馏设备中进行蒸馏，得到丁醇、丙酮和废渣液；
(5)将步骤(4)得到的废渣液进行固液分离，将得到的固渣接种高温活性污泥进行厌氧发酵，得到沼气和消化渣液，其中，废渣液接种高温活性污泥的接种量为19％，厌氧发酵温度为57℃，发酵液固形物浓度8.3％。
对比分析：
本实施例1-6及对比例1-3均采用10吨农作物秸秆作为原料进行生产，将通过实施例1-6及对比例1-2制备得到的丁醇、丙酮产量结果详见表1，通过对实施例1-6及对比例1中预处理后物料进行酶解实验，得到的酶解率结果详见表2，将通过实施例1-6及对比例3制备得到的沼气进行产气率测试，得到的测试结果详见表3。其中，沼气产气率通过每克秸秆产完丁醇、丙酮后还能产生多少毫升的沼气进行表征。
表1
表2
表3
对比例1和实施例3的区别在于，原料秸秆预处理的方式不同——对比例1中采用蒸汽爆破的方法对秸秆进行预处理。通过表1、2数据可知，实施例3中的酶解率、丁醇和丙酮产率要高于对比例1，说明本发明中使用的方法对秸秆进行预处理，能够有效水解半纤维素，破坏木质素致密的结构，活化纤维素，实施例3中的酶解率较对比例1中的酶解率提高约65％，秸秆的酶解率提高后有利于后续的发酵联产丁醇、丙酮，进而可以有效的提高丁醇、丙酮的产率。
对比例2和实施例3的区别在于，酶解步骤后是否进行固液分离——对比例2中酶解后的物料进行了固液分离，对固渣进行发酵联产丁醇、丙酮，而实施例3中直接对酶解后的混合物料进行发酵联产丁醇、丙酮。通过表1数据可知，实施例3中的丁醇、丙酮产率要高于对比例2，说明本发明中酶解步骤后不进行固液分离，料液直接用来发酵，可以充分地将纤维原料分解为糖类，增加了丁醇、丙酮的产率，提高了秸秆转化率，最大化的实现秸秆的利用价值。
对比例3和实施例3的区别在于，废渣液的厌氧处理中是否进行固液分离——对比例3中将废渣液进行固液分离后，再对固渣进行高温厌氧发酵，而实施例3中直接对废渣液进行高温厌氧发酵。通过表3数据可知，实施例3中的沼气产气率要高于对比例3，说明本发明中废渣液的厌氧处理步骤中采用高浓度厌氧发酵，不需要先经过固液分离，可以利用更多的有机质来产沼气，并且采用高温发酵工艺，有机物降解效率高，降解彻底，沼气产气率高。同时，本步骤中采用水力循环的方式达到全混，避免了机械搅拌耗能且装置复杂等弊端。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，其特征在于，包括如下步骤:
(1)将农作物秸秆粉碎后与水按比例加入预处理反应器中，控制温度对农作物秸秆进行预处理；
(2)将经过步骤(1)预处理后得到的物料导入酶解罐中，通过与下一批未预处理的秸秆与水的混合物料热交换进行冷却降温，并将热能回收，调节pH，然后添加纤维素降解酶进行酶解；
(3)将经过步骤(2)酶解后的物料导入发酵罐中，加入发酵菌，在32-45℃温度下发酵48-72h，进行发酵联产丁醇、丙酮；
(4)将经过步骤(3)发酵后的物料导入蒸馏设备中进行蒸馏，并收集丁醇、丙酮和废渣液；
(5)将步骤(4)得到的废渣液接种高温活性污泥进行厌氧发酵，得到沼气和消化渣液；
(6)将步骤(5)得到的沼气和消化渣液处理后再综合利用。
2.根据权利要求1所述的利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，其特征在于，所述步骤(1)中添加的农作物秸秆与水的比例为1:6-19。
3.根据权利要求1所述的利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，其特征在于，所述步骤(1)中预处理的温度为120-210℃，预处理反应时间为10-60分钟。
4.根据权利要求1所述的利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，其特征在于，所述步骤(2)中酶解的温度为45-55℃、酶解时间36-72h。
5.根据权利要求1所述的利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，其特征在于，所述步骤(2)中用氢氧化钠、氢氧化钙或生石灰来调节pH到4.0-5.5。
6.根据权利要求1所述的利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，其特征在于，所述步骤(3)中发酵液固形物浓度5-15％，发酵菌接种量为0.5-15％，发酵后丁醇和丙酮的总含量为0.8-2.4％。
7.根据权利要求1所述的利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的所用发酵菌为丙酮丁醇梭状芽孢杆菌、糖丁基丙酮梭菌中的一种或两种。
8.根据权利要求1所述的利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，其特征在于，所述步骤(5)中废渣液接种高温活性污泥的接种量为5-30％，厌氧发酵温度为50-65℃。
9.根据权利要求1所述的利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，其特征在于，所述步骤(6)中对沼气和消化渣液处理后再综合利用的方法为：所述沼气进行燃烧产蒸汽或作为生产原料；所述消化渣液进行压榨处理，得到清液和固渣，清液经处理达标后排放、固渣进行燃烧产蒸汽；将所述蒸汽用在联产丁醇、丙酮的各个步骤中，并将剩余蒸汽外供使用。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1037922A (zh) * 1989-06-01 1989-12-13 酒文化研究会技术开发部 除去低度白酒中悬浮物的澄清液
CN101302545A (zh) * 2008-04-29 2008-11-12 江苏联海生物科技有限公司 一种生产丙酮丁醇的节能方法
CN101358218A (zh) * 2008-09-22 2009-02-04 王建设 一种利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法
CN101363031A (zh) * 2008-09-05 2009-02-11 上海天之冠可再生能源有限公司 一种利用玉米皮原料发酵生产丙酮丁醇的方法
CN102876736A (zh) * 2012-07-25 2013-01-16 中国科学院成都生物研究所 一种以秸秆为原料发酵生产丙酮、乙醇、丁醇的方法
CN105936921A (zh) * 2016-07-12 2016-09-14 广西南宁荣威德新能源科技有限公司 一种利用玉米秸秆制备丁醇的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1037922A (zh) * 1989-06-01 1989-12-13 酒文化研究会技术开发部 除去低度白酒中悬浮物的澄清液
CN101302545A (zh) * 2008-04-29 2008-11-12 江苏联海生物科技有限公司 一种生产丙酮丁醇的节能方法
CN101363031A (zh) * 2008-09-05 2009-02-11 上海天之冠可再生能源有限公司 一种利用玉米皮原料发酵生产丙酮丁醇的方法
CN101358218A (zh) * 2008-09-22 2009-02-04 王建设 一种利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法
CN102876736A (zh) * 2012-07-25 2013-01-16 中国科学院成都生物研究所 一种以秸秆为原料发酵生产丙酮、乙醇、丁醇的方法
CN105936921A (zh) * 2016-07-12 2016-09-14 广西南宁荣威德新能源科技有限公司 一种利用玉米秸秆制备丁醇的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张晓阳 等: "《纤维素生物质水解与应用》", 31 December 2012, 郑州大学出版社 *
李云 等: "猪粪污固液分离处理对能量回收的影响", 《中国沼气》 *
程旺开 等: "高温预处理稻草秸秆条件的优化", 《食品工业科技》 *

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