CN108728500A - 一种采用秸秆制备乙醇燃料的工艺 - Google Patents

一种采用秸秆制备乙醇燃料的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用秸秆制备乙醇燃料的工艺，属于动力醇燃料领域。提供了一种利用农作物秸秆通过粉碎、预处理、糖化、灭菌、发酵步骤得到燃料乙醇，本发明将农作物秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素降解彻底，充分利用资源，不会造成环境污染，并且生产得到的乙醇产率高，工艺生产成本低，操作简单，具有很大的市场前景。

Description

一种采用秸秆制备乙醇燃料的工艺
技术领域
本发明涉及动力醇燃料领域，尤其是一种采用秸秆制备乙醇燃料的工艺。
背景技术
伴随煤炭、石油及天然气等化石能源储存量的日益减少，环境和气候问题的日益严重，世界各国普遍意识到必需高效及清洁地生产和利用各项能源，并尽快向减小化石能源比例、增大可再生能源比例的方向发展，逐步建立能源可持续发展体系。能源问题与我国经济、社会的可持续发展和国家的长治久安息息相关。面对能源供需格局和国际能源发展所发生的新变化、新趋势，动力醇燃料的应用得以快速发展。其中乙醇被广泛应用于饮料、化工和燃料等方面，以纤维素为原料生产乙醇的技术正逐步走向成熟的阶段。但与其他国家相比，我国燃料乙醇的生产起步较晚，是在近几年来才受到政府高度重视，近年来，利用秸秆生产燃料乙醇的工艺技术也取得了突破性进展求。虽然利用植物秸秆制备乙醇的方法繁多，但是目前大多采用传统的酵母发酵法生产乙醇，生产过程中存在乙醇转化率低，CO2排放量大，能耗高，生产成本高等问题。
发明内容
本发明的目的正是基于上述背景技术下，并为克服背景技术中制取液体燃料的缺陷，提出一种将生物质原料秸秆经综合转化工艺制取液体燃料的新方法，旨在将秸秆等农林废弃物转化为优质的液体燃料。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
(1)取900-1000g的秸秆，先把秸秆切碎，并除去杂质，筛选出细度均匀的秸秆，将其放入太阳下暴晒6～8h，晒干后将秸秆加入锤式粉碎机中粉碎，过筛后得20～40目的秸秆粉；
(2)取300-500g秸秆粉置三角瓶中，经高压灭菌后，接入杂色云芝与糙皮侧耳混合菌液、无菌无机盐以及石膏粉，最后加入无菌水，混匀后放入恒温培养箱中进行微生物培养，待培养完毕后，将秸秆粉依次进行真空抽滤、清洗和烘干，得到预处理的秸秆粉；
(3)采用纤维素酶和木聚糖酶在45℃、pH4.5、160rpm、液固比为15的条件下对预处理的秸秆粉进行糖化，获得还原糖；然后对秸秆的糖化液经过滤后除去固态不溶物后成为澄清的糖化液，并对糖化液加入营养物质；
(4)经添加营养物质调整后的糖化液经过110℃，60min灭菌处理；
(5)将灭菌后的糖化液采用木糖、己糖共发酵技术进行乙醇发酵，步骤如下：
1)采用木糖发酵菌管囊酵母和己糖发酵菌酿酒酵母两种菌种进行乙醇发酵，两种菌种的接种比例为3∶1，接种量为10％，其pH值为5；2)在温度为30℃、摇床转速为 110rpm进行乙醇发酵，发酵周期为60h，即获得燃料乙醇。
秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、稻草秸秆的任意一种或其中几种的组合。
本发明的应用方法：本发明制得的乙醇燃料可以单独使用，也可以加入汽油中混合使用；混合使用的方法如下：在常温常压下，将60～120g轻炔、30～60g煤焦油、45～ 105g溶剂加入到反应釜中，然后再向釜中加入本发明制得的45～105g乙醇燃料、0.6～ 3g燃料促进剂过氧化氢、0.1～0.2g分散剂单丁二酰亚胺，和0.2～0.4g防腐剂脂肪酸酯，搅拌均匀，即可得到燃料，燃烧后比汽油燃料的一氧化氮含量降低了26～30％。
本发明的有益效果是：
(1)本发明在预处理阶段采用杂色云芝与糙皮侧耳混合菌液、无菌无机盐以及石膏粉进行无菌环境的培养，以及经过糖化、灭菌处理后，通过木糖、己糖共发酵技术进行乙醇发酵，能将秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素降解彻底，不仅充分利用资源，而且不会造成环境污染；
(2)本发明工艺流程简单，且得到的乙醇产率高，工艺生产成本低，操作简单，具有很大的市场前景。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
首先取900-1000g的小麦秸秆，先把秸秆切碎，并除去杂质，筛选出细度均匀的秸秆，将其放入太阳下暴晒6～8h，晒干后将秸秆加入锤式粉碎机中粉碎，过筛后得20～40目的秸秆粉；取300-500g秸秆粉置三角瓶中，经高压灭菌后，接入杂色云芝与糙皮侧耳混合菌液、无菌无机盐以及石膏粉，最后加入无菌水，混匀后放入恒温培养箱中进行微生物培养，待培养完毕后，将秸秆粉依次进行真空抽滤、清洗和烘干，得到预处理的秸秆粉；采用纤维素酶和木聚糖酶在45℃、pH4.5、150rpm、液固比为15的条件下对预处理的秸秆粉进行糖化，获得还原糖；然后对秸秆的糖化液经过滤后除去固态不溶物后成为澄清的糖化液，并对糖化液加入营养物质；经添加营养物质调整后的糖化液经过110℃， 60min灭菌处理；将灭菌后的糖化液采用木糖、己糖共发酵技术进行乙醇发酵，步骤如下：采用木糖发酵菌管囊酵母和己糖发酵菌酿酒酵母两种菌种进行乙醇发酵，两种菌种的接种比例为3∶1，接种量为10％，其pH值为5；在温度为30℃、摇床转速为110rpm 进行乙醇发酵，发酵周期为60h，即获得燃料乙醇。
实施例1
首先称取900g的玉米秸秆，先把秸秆切碎，并除去杂质，筛选出细度均匀的秸秆，将其放入太阳下暴晒6h，晒干后将秸秆加入锤式粉碎机中粉碎，过40目筛，置于干燥器中备用；称取300g秸秆粉置三角瓶中，经用纱布和牛皮纸密封后与110℃高压100kPa 蒸汽灭菌40分钟高压灭菌后，向瓶中加入15mL杂色云芝与糙皮侧耳混合菌液(杂色云芝与糙皮侧耳的混合质量比例为1:1)、0.3克KH2PO4、0.1克石膏粉，并添加无菌水补至110mL。25℃条件下反应8天，真空抽滤、清洗后110℃烘干，得到预处理的秸秆粉；采用纤维素酶和木聚糖酶在45℃、pH4.5、160rpm、液固比为15的条件下对预处理的秸秆粉进行糖化，获得还原糖；然后对秸秆的糖化液经过滤后除去固态不溶物后成为澄清的糖化液，并对糖化液加入营养物质；经添加营养物质调整后的糖化液经过110℃，40min 灭菌处理；将灭菌后的糖化液采用木糖、己糖共发酵技术进行乙醇发酵，步骤如下：采用木糖发酵菌管囊酵母和己糖发酵菌酿酒酵母两种菌种进行乙醇发酵，两种菌种的接种比例为3∶1，接种量为10％，其pH值为5；于温度为30℃，摇床转速为110rpm进行乙醇发酵，发酵周期为60h，即获得燃料乙醇。
本发明的应用方法：本发明制得的乙醇燃料可以单独使用，也可以加入汽油中混合使用；混合使用的方法如下：在常温常压下，将60g轻炔、30g煤焦油、45g溶剂加入到反应釜中，然后再向釜中加入本发明制得的45g乙醇燃料，和0.6g燃料促进剂过氧化氢、 0.1g分散剂单丁二酰亚胺、0.2g防腐剂脂肪酸酯，搅拌均匀，即可得到燃料，燃烧后比汽油燃料的一氧化氮含量降低了26％。
实施例2
首先称取1000g的稻草秸秆，先把秸秆切碎，并除去杂质，筛选出细度均匀的秸秆，将其放入太阳下暴晒8h，晒干后将秸秆加入锤式粉碎机中粉碎，过40目筛，置于干燥器中备用；称取500秸秆粉置三角瓶中，经用纱布和牛皮纸密封后与110℃高压100kPa蒸汽灭菌40分钟高压灭菌后，向瓶中加入30mL杂色云芝与糙皮侧耳混合菌液(杂色云芝与糙皮侧耳的混合质量比例为1:3)、0.3克KH2PO4、0.1克石膏粉，并添加无菌水补至 110mL。25℃条件下反应8天，真空抽滤、清洗后110℃烘干，得到预处理的秸秆粉；采用纤维素酶和木聚糖酶在45℃、pH4.5、160rpm、液固比为15的条件下对预处理的秸秆粉进行糖化，获得还原糖；然后对秸秆的糖化液经过滤后除去固态不溶物后成为澄清的糖化液，并对糖化液加入营养物质；经添加营养物质调整后的糖化液经过110℃，40min灭菌处理；将灭菌后的糖化液采用木糖、己糖共发酵技术进行乙醇发酵，步骤如下：采用木糖发酵菌管囊酵母(SQY-001)和己糖发酵菌酿酒酵母(SQY-002))两种菌种进行乙醇发酵，两种菌种的接种比例为3∶1，接种量为10％，其pH值为5；于温度为30℃，摇床转速为110rpm进行乙醇发酵，发酵周期为60h，即获得燃料乙醇。
本发明的应用方法：本发明制得的乙醇燃料可以单独使用，也可以加入汽油中混合使用；混合使用的方法如下：在常温常压下，将90g轻炔、45g煤焦油、75g溶剂加入到反应釜中，然后再向釜中加入本发明制得的75g乙醇燃料，和1.5g燃料促进剂过氧化氢、 0.15g分散剂单丁二酰亚胺、0.3g防腐剂脂肪酸酯，搅拌均匀，即可得到燃料，燃烧后比汽油燃料的一氧化氮含量降低了28％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改、或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种采用秸秆制备乙醇燃料的工艺，其特征在于具体制备步骤为：
(1)取900-1000g的秸秆，先把秸秆切碎，并除去杂质，筛选出细度均匀的秸秆，将其放入太阳下暴晒6～8h，晒干后将秸秆加入锤式粉碎机中粉碎，过筛后得20～40目的秸秆粉；
(2)取300-500g秸秆粉置三角瓶中，经110℃高压100kPa蒸汽灭菌40分钟后，接入杂色云芝与糙皮侧耳混合菌液、无菌无机盐以及石膏粉，最后加入无菌水，混匀后放入恒温培养箱中进行微生物培养，待培养完毕后，将秸秆粉依次进行真空抽滤、清洗和烘干，得到预处理的秸秆粉；
(3)采用纤维素酶和木聚糖酶在45℃、pH4.5、160rpm、液固比为15的条件下对预处理的秸秆粉进行糖化，获得还原糖；然后对秸秆的糖化液经过滤后，除去固态不溶物成为澄清的糖化液，并对糖化液加入营养物质；
(4)经添加营养物质调整后的糖化液经过110℃，60min灭菌处理；
(5)将灭菌后的糖化液采用木糖、己糖共发酵技术进行乙醇发酵，
步骤如下：
1)采用木糖发酵菌管囊酵母和己糖发酵菌酿酒酵母两种菌种进行乙醇发酵，两种菌种的接种比例为3∶1，接种量为10％，其pH值为5；
2)在温度为30℃、摇床转速为110rpm进行乙醇发酵，发酵周期为60h，即获得燃料乙醇。
2.如权利要求1所述的采用秸秆制备乙醇燃料的工艺，其特征在于，所述秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、稻草秸秆的任意一种或其中几种的组合。
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