CN1117835C

CN1117835C - 乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方法

Info

Publication number: CN1117835C
Application number: CN00106032A
Authority: CN
Inventors: 陈洪章; 田忠厚; 刘健; 梁淑兰; 李佐虎
Original assignee: Institute of Chemical Metallurgy CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2003-08-13
Anticipated expiration: 2020-04-14
Also published as: CN1318622A

Abstract

本发明涉及的乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方法，以汽爆秸秆为原料，在高压反应釜中，用乙醇萃取汽爆秸秆中的木质素；再用真空抽滤得滤液，并将汽爆秸秆滤渣进行同步糖化固态发酵乙醇，乙醇萃取液及真空抽滤所得滤液即为分发明方法制备的液体燃料，该方法简便、经济有效，生产过程中，不需蒸出乙醇，可实现秸秆木质素生物量的全利用，成本低廉，所得燃料清洁，有效地解决燃料能源日趋紧缺的问题。

Description

乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方法

本发明涉及一种清洁液体燃料的生产方法，特别涉及一种乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方法。

由于化石燃料资源不可再生，且易产生环境污染和温室效应等缺陷，许多国家一直在积极寻找适宜的代用燃料。国内一些单位也在开发以甲醇为主要原料的醇基液体燃料。比如：江先思、熊来保的“醇类合成液体燃料的研制与应用”，湖南大学学报，1993，20(5)：50-55；任刚毅、任可明的“新能源”，1999，21(5)：36-39：曹云德的中国发明专利CN1057856A“液体燃料”等等。为此，我国对醇基液体燃料制定出了国家标准[国家标准GB16663-1996醇基液体燃料，北京：中国标准出版社，1996]。开发醇基液体燃料以成为当今民用燃料发展的一大热点，但以甲醇为主要原料的醇基液体燃料存在着下述一些问题，(1)甲醇具有一定的毒性且易被人体皮肤吸收，吸入量超过10毫升，可导致失明，吸入量再大些，甚至可导致死亡[房鼎业的“甲醇系列产品及应用”，上海：华东理工大学出版社，1993]；(2)所用的甲醇大多为粗甲醇，粗甲醇中含有其他有毒成分；(3)由于甲醇是以煤炭为原料制取的，同样存在资源不可再生、污染环境和产生温室效应等缺陷。在各种可以代用的燃料中，乙醇是无毒的、清洁的、最有希望的；而且，乙醇是从可再生的生物物质资源，如纤维素经酶水解、发酵及蒸馏而制得。七十年代初的石油危机时，国际上曾将使用木质纤维素生产乙醇的研究推向高潮。美国等国的工业试验规模曾达年产两万吨级，但由于技术经济指标未获决定性突破，故进入八十年代，随着石油价格下跌，开发研究转入低潮。经过近二十多年的技术积累，近两年来一个新的使用木质纤维素生产乙醇的高潮又已兴起，由美国政府补贴，总投资四亿多万美元的纤维素乙醇示范厂正在兴建；中国专利CN1201832A也提出了“一种改良纤维素原料预处理方法”，但没有涉及到如何用乙醇作为燃料的问题；国际专利WO97/41247提出了酸水解纤维素的装置，但酸水解仍然存在环境污染和水解产物成分复杂等问题，但目前乙醇提取出纤维素原料中的木质素，必须蒸馏出50％的乙醇，再调整pH值达2-3，才能使木质素沉淀，这样，操作复杂，成本高，而且，提取后的木质素渣料至今用途不多，而实际上，提取后的木质素渣料本身具有较高的热值和辛烷值，木质素渣料得不到利用是资源的极大浪费。

本发明的目的在于：克服上述液体燃料生产存在的诸多缺陷，在固态发酵反应基础上，提供一种简便、经济有效的利用乙醇萃取木质素，而生产一种新型液体燃料的乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方法，生产过程中，不需蒸出乙醇，并可实现秸秆木质素生物量的全利用，提供一种成本低廉、清洁的液体燃料，并有效地解决燃料能源日趋紧缺的问题。

本发明的实施方案如下：

本发明提供的乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方法，以汽爆秸秆为原料，其特征在于：在高压反应釜中，用乙醇萃取汽爆秸秆中的木质素；再用真空抽滤得滤液，并将汽爆秸秆萃取渣进行同步糖化变温固态发酵乙醇，乙醇萃取液及真空抽滤所得滤液即为分发明方法制备的液体燃料；

所述汽爆秸秆原料是指：经切碎的麦草、稻草或玉米杆等植物原料装入汽爆罐，在1.2-1.7Mpa的压力下，维压5-10分钟，之后，瞬间减压释放，即得汽爆秸秆原料；

所述的用乙醇萃取汽爆秸秆中的木质素是指：在高压反应釜中，加入汽爆秸秆和乙醇，汽爆秸秆和乙醇的体积比为1∶10-1∶50，在1.5-2.0Mpa的压力范围内，维压1-2小时；

所述的真空抽滤是指：用真空泵进行抽滤；

所述的将汽爆秸秆萃取渣进行同步糖化变温固态发酵乙醇是指：在33℃-35℃范围内，维持14-16小时，在38℃-40℃范围内，维持6-8小时，并交替进行发酵2天-3天。

具体操作步骤是：

1.蒸汽破碎处理粗切秸秆原料：

将秸秆原料切碎，一般切至2-30mm的碎段，装入汽爆罐，在1.2-1.7Mpa的压力下，维压5-10分钟，之后，瞬间减压释放，即得汽爆秸秆，所述的秸秆包括麦草、稻草及玉米杆等：

2.在高压反应釜中，加入汽爆秸秆和乙醇，汽爆秸秆和乙醇的体积比为1∶10-1∶50，在1.0-1.5Mpa的压力范围内，维压1-2小时，之后，用真空泵进行抽滤得滤液和汽爆秸秆滤渣，滤液即为液体燃料；

3.同步糖化变温固态发酵汽爆秸秆滤渣：

将抽滤后的汽爆秸秆滤渣进行同步糖化变温固态发酵，即在33℃-35℃范围内，维持14-16小时，在38℃-40℃范围内，维持6-8小时，并交替进行发酵2天-3天，制得乙醇；

将制得的乙醇加入该工艺中高压反应釜进行循环使用，重复上述步骤2，步骤2中，真空抽滤所得的滤液即为本发明的乙醇溶解汽爆秸秆制备液体燃料的方法所制备的液体燃料。

其工艺流程如图1所示。

附图1为用本发明提供的乙醇溶解汽爆秸秆制备液体燃料的方法制备液体燃料的工艺流程图。

本发明提供的乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方法，具有以下优点：

本发明提供的乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方法，是一种在固态发酵反应基础上，提供的简便、经济有效的利用乙醇萃取木质素而生产新型液体燃料的乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方法，生产过程中，不需蒸出乙醇，并可实现秸秆木质素生物量的全利用，所制备的液体燃料为一种成本低廉、清洁安全的液体燃料，并可有效地解决燃料能源日趋紧缺的问题。

下面结合实施例进一步描述本发明：

实施例1：用本发明提供的方法制备液体燃料，其具体步骤如下：

1.蒸汽破碎处理粗切秸秆原料：

将玉米秸秆切成2-30mm的碎段，装入汽爆罐，在1.7Mpa的压力下，维压10分钟，之后，瞬间减压释放，即制得汽爆玉米秸秆；

2.在高压反应釜中，加入汽爆玉米秸秆和乙醇，汽爆玉米秸秆和乙醇的体积比为1∶50，在1.5Mpa的压力范围内，维压2小时，之后，用真空泵进行抽滤得滤液和汽爆秸秆滤渣，滤液即为液体燃料；

3.同步糖化变温固态发酵汽爆玉米秸秆滤渣：

将抽滤后的汽爆玉米秸秆滤渣进行同步糖化变温固态发酵，在35℃下，维持16小时，在在40℃下，维持8小时，并交替进行发酵时间为3天，制得乙醇；

将制得的乙醇加入该工艺中高压反应釜进行循环使用，重复上述步骤2，步骤2中，真空抽滤所得的滤液即为本发明的乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方法所制备的液体燃料。

实施例2：用本发明提供的方法制备液体燃料，其具体步骤如下：

1.蒸汽破碎处理粗切秸秆原料：

将麦秆切成2-30mm的碎段，装入汽爆罐，在1.2Mpa的压力下，维压5分钟，之后，瞬间减压释放，即制得汽爆麦秆；

2.在高压反应釜中，加入汽爆麦秆和乙醇，汽爆麦秆和乙醇的体积比为1∶10，在1.7Mpa的压力范围内，维压1小时，之后，用真空泵进行抽滤得滤液和汽爆麦秆滤渣，滤液即为液体燃料；

3.同步糖化变温固态发酵汽爆麦秆滤渣：

将抽滤后的汽爆麦秆滤渣进行同步糖化变温固态发酵，在33℃下，维持14小时，在在38℃下，维持6小时，并交替进行发酵时间为2天，制得乙醇；

实施例3：用本发明提供的方法制备液体燃料，其具体步骤如下：

1.蒸汽破碎处理粗切秸秆原料：

将稻草切成2-30mm的碎段，装入汽爆罐，在1.5Mpa的压力下，维压8分钟，之后，瞬间减压释放，即制得汽爆稻草；

2.在高压反应釜中，加入汽爆稻草和乙醇，汽爆稻草和乙醇的体积比为1∶30，在2.0Mpa的压力范围内，维压1.3小时，之后，用真空泵进行抽滤得滤液和汽爆秸秆滤渣，滤液即为液体燃料；

3.同步糖化变温固态发酵汽爆稻草滤渣：

将抽滤后的汽爆稻草滤渣进行同步糖化变温固态发酵，在34℃下，维持12小时，在在39℃下，维持7小时，并交替进行发酵时间为2.5天，制得乙醇；

下面列表表示用本发明提供的乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方法，制备新型液体燃料的实施例所得结果：

表1 不同压力下提取木质素后的失重率

(固∶液体积比为1∶10乙醇浓度100％)

压力提取率失重率汽爆秸秆

1.5MPa 64.63％ 17.49％玉米秸秆

1.7MPa 66.59％ 18.32％麦秆

2.0MPa 70.38％ 19.06 稻草

表2 不同投料固液比提取木质素后的失重率(2.0MPa 乙醇浓度100％)

固液比提取率失重率汽爆秸秆

1∶10 70.38％ 19.06％麦秆

1∶50 36.71％ 14.46％玉米秸秆

由以上两表，可看出当乙醇浓度、固液比相同时，失重率随压力的升高逐渐变大；当乙醇浓度、压力相同时，在固液比明显增大的情况下，失重率也明显降低。

本发明制备的木质素液体燃料性能的测定：

(1)密度

表3 不同压力萃取木质素乙醇的密度(固∶液＝1∶10 乙醇浓度100％)

序压力 m₁(g) m₂(g) ρ(g/cm3) 汽爆秸秆

1 1.5MPa 39.4758 48.711 0.8088 玉米秸秆

2 1.7MPa 41.9724 51.196 0.81 麦秆

3 2.0MPa 40.1695 48.711 0.823 稻草

(2)粘度

表4 不同压力萃取木质素乙醇的粘度(乙醇浓度100％固∶液＝1∶10)序压力 T1(s) t2(s) t3(s) T(s) ρ(g/cm3) η(cP) 汽爆秸秆1 1.5Mpa 102.22 102.42 105.5 102.38 0.8088 1.522 玉米秸秆2 1.7Mpa 104.15 104.27 104.58 104.34 0.81 1.553 麦秆3 2.0Mpa 104.34 104.6 104.83 104.59 0.823 1.582 稻草

由以上表可知木质素乙醇溶液粘度在1.5-3.5cP之间。当乙醇浓度和固液比一定时，随压力的升高，粘度略有上升。

(3)稳定性

表5 不同浓度乙醇提取木质素乙醇溶液的稳定性(静置18天)

序 1 2 3 4 5 6 7乙醇浓度 50％ 60％ 70％ 80％ 90％ 95％ 100％

现象沉淀沉淀沉淀无沉淀无沉淀无沉淀无沉淀

由上表可看出，浓度小于70％的乙醇以取液沉淀较多，浓度高于70％的试样稳定性较好。

表6 不同木质素的含量对木质素乙醇溶液稳定性的影响

序木质素含量沉淀情况

1 0.15％无沉淀

2 0.16％无沉淀

3 0.93％无沉淀

4 1.35％沉淀

5 3.47％沉淀

6 6.67％沉淀

由表6可看出当木质素含量＞1％时开始出现沉淀，木质素乙醇溶液变得不稳定。

(4)热值

表7 不同压力萃取木质素乙醇热值

序压力木质素含量 C H O H(KJ/Kg)

1 1.5MPa 0.15％ 52.18％ 13.03％ 34.77％ 30019.945

2 1.7MPa 0.16％ 52.19％ 13.02％ 34.77％ 30008.000

3 2.0MPa 0.93％ 52.18％ 13.03％ 34.77％ 30019.945

表8 不同木质素含量木质素乙醇溶液的热值

序木质素含量 C H O H(KJ/Kg)

1 0.15％ 52.18％ 13.03％ 34.77％ 30019.945

2 0.16％ 52.19％ 13.02％ 34.77％ 30008.000

3 0.93％ 52.26％ 12.95％ 34.69％ 29947.665

4 1.35％ 52.29％ 14.50％ 34.65％ 32165.935

5 3.46％ 52.48％ 12.73％ 34.45％ 29752.445

6 6.67％ 52.74％ 12.46％ 34.16％ 29508.66

由表8可看出热值的变化比较明显，乙醇的理论热值为30027.205KJ/Kg，而当木质素/乙醇值在1％附近时比这一值还大，比较理想。

Claims

1.一种乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方法，以汽爆秸秆为原料，其特征在于：在高压反应釜中，用乙醇萃取汽爆秸秆中的木质素；再用真空抽滤得滤液，并将汽爆秸秆萃取渣进行同步糖化固态发酵乙醇，乙醇萃取液及真空抽滤所得滤液即为分发明方法制备的液体燃料；

所述的乙醇萃取汽爆秸秆中的木质素是指：在高压反应釜中，加入汽爆秸秆和乙醇，汽爆秸秆和乙醇的体积比为1∶10-1∶50，在1.5-2.0Mpa的压力范围内，维压1-2小时；

所述的将汽爆秸秆萃取渣进行同步糖化固态发酵乙醇是指：在33℃-35℃范围内，维持14-16小时，在38℃-40℃范围内，维持6-8小时，并交替进行发酵2天-3天。

2.按权利要求1所述的乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方法，其特征在于：所述的真空抽滤是指：用真空泵进行抽滤。