[发明专利]利用作物秸秆生产乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产乙醇的方法。更具体地说，本发明涉及一种利用作物秸秆发酵生产乙醇的方法。

背景技术

自从上世纪七十年代能源危机以来，人们已经开始寻找新的可再生燃料来代替石油、煤炭等不可再生能源，而木质纤维素是地球上数量最大的可再生资源，因此利用其作为廉价的糖源生产燃料乙醇应该是解决世界能源危机的最有效的途径。

美国、巴西等国家早已成功地将燃料乙醇调入汽油，并在市场大批量销售。并且美国已经在研究开发乙醇柴油，因此，乙醇正成为越来越受到人们重视的可再生能源。用乙醇作为石油的代用能源，其关键是降低乙醇的生产成本，众所周知，作物秸秆特别是玉米秸秆是自然界中数量最大的可再生性物质。利用成本更低的作物秸杆作为生产燃料乙醇的原料是目前人们重要的研究方向。

我国是农业大国，玉米分布区域很广，南到海南岛、北至黑龙江，东至台湾，西至新疆，均有玉米种植，年产量达1.23亿吨，按谷草比1∶1计算，每年约产1.23亿吨玉米秸秆，全国总的秸秆量每年约在6～7亿吨。玉米秸秆是大宗的农作物废料，也是具有巨大潜力的再生资源，尤其是作为再生能源受到广泛的重视，但目前除一部分用作反刍动物的饲料外，大部分未被利用。因此，将作物秸杆尤其是玉米转化为人类可利用的能源具有重大的意义和广阔的前景。

可以预见，秸秆纤维素乙醇的工业化生产，对发展国家经济、造福子孙后代必将产生深远的影响。其将缓解人类所面临的资源危机、食物短缺、环境污染等一系列问题，也将为人类社会的持续稳定发展提供必要的保证。

然而，目前以作物秸杆为原料生产燃料乙醇仅有小试成功的案例，成功的工业化生产还尚未见报道。

专利文献CN 1283701A公开了一种农作物秸秆生产乙醇的工艺方法，其是通过将农作物秸秆粉碎经硫酸处理及石灰乳中和水解得糖液，然后将所得糖液按常规乙醇发酵工艺加酵母发酵、蒸馏来制得乙醇。该方法将作物秸秆酸化处理的滤液直接酵母发酵产生乙醇，秸秆中的大部分木质纤维素显然没有得到充分的利用，并且用稀硫酸处理时，纤维素以及半纤维素不能得到充分的水解，而当用浓硫酸水解时则会导致大量的糖被碳化，同时生成糠醛、醋酸等对乙醇发酵起抑制作用的物质。

专利文献CN 13186252A公开了一种乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方法，其以汽爆秸秆为原料，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。该方法存在如下缺点：一、因在高温下反应，会将半纤维素转化为糠醛等五碳糖，如果不对其进行分离，则糠醛等物质会抑制后期的乙醇发酵，而增加糠醛等物质的分离步骤，则导致生产成本的增加；二、是滤液中的木质素没有得到进一步的利用；三、固态发酵前的水蒸发消耗大量的热能，大大增加了生产的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用作物秸秆纤维素和半纤维素发酵生产乙醇的方法。此方法克服了其它方法中存在的上述问题，高效地利用秸秆纤维素和半纤维素来生产乙醇，并且将其中不能发酵乙醇的木质素用于制备磺化木质素等副产品。

本发明的秸秆发酵生产乙醇的方法包括以下步骤：

(1)对秸秆进行预处理；

(2)进行固液分离；

(3)水解由步骤(2)所获得的固体成分；

(4)采用超滤和RO组合进行过滤浓缩；

(5)将步骤(4)获得的糖源进行发酵来获得乙醇。

其中所述的秸秆可以是玉米秸秆、小麦秸秆、高梁秸秆、棉花秸秆、水稻秸秆等，其中优选为玉米秸秆。

作物秸秆主要由植物细胞壁组成，主要成分是纤维素、半纤维素、木质素及粗蛋白和水等，其中两种主要糖源是半纤维素和纤维素。半纤维素占秸秆总重量的20％～25％，而纤维素占秸秆总重量的35％～40％。纤维素结构单元是由β-D-葡萄糖基β-1，4-糖苷键联结而成的线性葡萄糖高分子聚合物，每个纤维分子由800-1200个葡萄糖分子组成，由于其结晶结构，很难被降解。半纤维素主要是木糖，以及少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖等组成的杂分子聚合物，半纤维素较易酸水解为单糖。而木质素是以苯丙烷及其衍生物为基本单位构成的高分子芳香族化合物，是一种酚类聚合物，起胶质的作用，将纤维素和半纤维素连接在一起。因此，如果要获得足以工业化发酵获取乙醇的五糖和六糖，首先要对秸秆进行预处理，以获得发酵产生乙醇的糖源。