[发明专利]木质纤维原料制备乙醇的方法

说明书

                             技术领域

本发明涉及一种木质纤维原料制备乙醇的方法。

                             背景技术

21世纪所面临的能源、资源、环境等危机，已成为人类文明发展的主要障碍。人们 正在努力寻找替代化石燃料的新能源，以降低对不可再生能源的依赖、控制二氧化碳的排 放、保护生态环境。木质纤维原料是地球上产量最大的可再生资源，包括林木、农作物秸 秆、农副产品加工下脚料等。目前这些资源中，除少数用于纸浆造纸、建筑、纺织、饲料 等行业外，大部分被白白地浪费掉。因此，开发木质纤维素原料制备乙醇的工艺是未来乙 醇生产的发展方向。

木质纤维素原料制备乙醇的工艺主要包括四个步骤：预处理、酶水解、微生物发酵和 乙醇分离。其中，预处理技术作为木质纤维素转化为能源的关键步骤，已成为科研工作者 关注的焦点。木质纤维素原料含有纤维素、半纤维素和木质素，当采用纤维素酶水解木质 生物资源制备乙醇时，纤维素酶必须接触吸附到纤维素底物上才能使反应进行，因此，纤 维素对纤维素酶的可及性是决定水解速度的关键因素。纤维素的结晶区、木质生物资源的 表面状态、木质生物资源的多组分结构、木质素对纤维素的保护作用以及纤维素被半纤维 素覆盖等结构与化学成分的因素致使木质生物资源难以降解。总的来讲，未经预处理的天 然状态的木质生物资源的酶解率小于20％。因此，必须对原料进行预处理，将纤维素、半 纤维素和木质素进行分离，打破纤维素的结晶结构，提高纤维素对酶的可及性，使纤维素 酶渗透进入纤维素，从而有效地酶解纤维素。木质纤维原料的预处理有多种方法，较常用 的是酸处理法。文献CN1629321A公开了一种利用秸秆植物提取制乙醇用葡萄糖和/或木 糖的方法，在室温下，按照秸秆植物：稀酸溶液的重量比为1∶4.5～8.5的比例将秸秆与稀 酸溶液混合，然后升温到90～100℃恒温，快速水解秸秆中的半纤维素，提取糖溶液，糖溶 液发酵制备乙醇。文献CN1070233C公开了一种通过发酵生产乙醇的方法，其中包括在 90～130℃的温度下，利用0.5～1.0％硫酸或磷酸对木质纤维素原料进行水解处理。酸处理虽 然可以水解半纤维素，但需消耗硫酸、盐酸或磷酸，对装备材质要求高，加大了投资成本， 且不同程度地存在环境污染问题，废水处理量增加，整个装置运行成本高，难以在大规模 工业化生产中应用。目前据称最有工业应用前景的是物理化学法—蒸汽爆破法。蒸汽爆破 法主要是利用高温高压水蒸气处理纤维原料，并通过瞬间泄压过程实现原料的组分分离和 结构变化。文献CN1786340A公开了以秸秆为原料，经粗切后进行蒸汽爆破，按秸秆原料 的绝干重量的0.5～2％加入烧碱，在145～180℃汽相蒸煮温度、0.9～2.0MPa压力下处理12～18 分钟，瞬间减压释放得到汽爆秸秆。蒸汽爆破具有处理时间短、减少化学药品用量、无污 染的优点，但是却存在木质素分离不完全、部分木糖被破坏、损失可溶性半纤维素组分使 总糖利用率降低的缺点；同时由于蒸汽爆破法是把原料装在汽爆罐中，只能一罐一罐地间 歇处理，不能连续化操作，生产效率低。

木质纤维素原料经预处理、酶水解后，纤维素转化为己糖，己糖发酵后即可制得乙醇。 现有技术中，纤维素酶水解后获得的己糖一般是直接用于发酵，由于己糖浓度低，造成发 酵后生成的乙醇浓度较低，从而增大了后序的提浓能耗。

                           发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有木质纤维原料合成乙醇过程中存在能耗高，对装备 材质要求高，环境污染严重，不能连续化处理的问题，提供一种新的木质纤维原料合成乙 醇的方法。该方法具有能耗低、无污染，可连续化操作，总糖利用率高的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种木质纤维原料制备乙醇的方 法，包括以下步骤：

a)将木质纤维原料在80～200℃、1～10MPa条件下经螺杆造压，瞬间减压膨化得到多 孔蓬松物料；

b)步骤a)得到的多孔蓬松物料在55～100℃、pH＞7条件下用稀碱进行洗涤，分离 除去木质素；

c)步骤b)除去木质素后的物料在30～70℃、pH＝1～7条件下经纤维素酶水解，得到 含糖溶液；

d)步骤c)得到的含糖溶液在20～45℃、厌氧条件下经发酵菌发酵后得到乙醇溶液；