[发明专利]一种由竹材纤维制备燃料乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由竹材纤维制备燃料乙醇的方法，即以竹材为原料，用有机酸水解竹纤 维得到还原糖，再将所得的还原糖进行发酵得到燃料乙醇。其中，所用有机酸可以回收利用。

技术背景

随着世界人口的增加和各国工业化程度的提高，能源和环境问题已成为全球关注的焦点。 石油、煤炭和天然气等化石能源物质逐渐枯竭，为保护环境和实现人类可持续发展的目标， 从可再生资源特别是木质生物质生产高附加值化工产品已成为许多国家的重要发展战略和科 学研究的热点领域。生物质能是可再生的清洁能源，利用生物质为原料水解并发酵制取燃料 乙醇等化工产品正日益受到广泛关注。

采用含糖和淀粉等的农作物发酵制取乙醇的技术已日趋成熟，并广泛应用。然而，随着 世界人口增长，粮食供应紧张，以粮食作物为原料制备燃料乙醇的方法不可能大规模展开， 因此采用木质纤维为原料，通过生物质水解制取燃料乙醇具有重要意义。组成木质生物质的 三大组分是纤维素、半纤维素和木素等聚合物，其中纤维素和半纤维素都可以被转化为乙醇， 理论得率可以同粮食相仿(大于400L/t)。从总量上看，纤维素、半纤维素和木素才是世界 上存在的最广泛的可再生生物质资源。竹子属禾本科植物，纤维素和半纤维素含量较高，木 质素含量较低，酚酸类次生物质也较少。我国作为竹子王国，拥有丰富的竹类植物资源。竹 林分布广泛，生长快，伐期短，产量高，是我国重要的森林类型。因此，竹子可成为生产燃 料乙醇的优质而丰富的理想原料。

自20世纪70年代以来，全球掀起了一股清洁替代能源的研究热潮，其中来源于生物质 能源的燃料乙醇以其可再生性、无污染性、不引起温室效应和提高汽车的防爆性能等特点而 被公认为最有工业应用前景的可再生能源之一，得到了广泛的研究。生物质转化为乙醇首先 要将生物质转化为可发酵的原料-还原性糖。目前主要采用无机酸(稀或浓)和酶水解纤维 材料产生还原性糖。

1.酸水解法

酸水解可以分为稀酸水解和浓酸水解，稀酸水解通常先在较低温度下将半纤维素水解为 五碳糖，然后再加酸在较高温度下水解残留固体，得到水解产物葡萄糖。稀酸水解糖的转化 率只有50％，且有较多的解聚产物会阻止酵母发酵生成乙醇。浓硫酸水解约有90％的纤维素 和半纤维素转化为可发酵糖，但水解中的酸难以回收，用石灰中和后产生大量的石膏，其价 值很低。

2.酶水解法

酶水解是生物化学反应，将生物质材料经过预处理后放入水解反应器中，加入纤维素酶。 通过纤维素酶的催化作用把纤维素水解为可发酵单糖。该水解过程反应条件温和，不生成有 毒降解产物。但由于目前生产纤维素酶的成本高、水解时间长，且产率很大程度上依赖预处 理的效果，预处理需要较大的设备和较高的操作成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以竹材为原料制备燃料乙醇的方法，即以有机酸水解竹细粉 (或有机酸处理过的竹粗粉)制备还原糖，然后发酵水解液，得到燃料乙醇。

本发明的构想

生物质水解过程就是半纤维素和纤维素降解为戊糖和葡萄糖的过程。但在高温条件下， 戊糖和葡萄糖并不稳定，会进一步降解为糠醛和羟甲基糠醛等副产物，对后续微生物发酵带 来不利影响。因此，水解过程应在提高糖浓度的同时尽量减少副产物的产生。

与纤维素相比，半纤维素的水解比较容易进行。当温度在100-105℃时，加入一定浓度的 有机酸蒸煮，可以溶出包围在纤维素周围的木质素，同时半纤维素降解为戊糖，戊糖和木素 同时溶解在有机酸溶液中，加水稀释，木素沉淀滤出，将滤液浓缩后得木糖浓缩液。蒸煮后 分离出的固体残渣纤维素再用有机酸加催化剂在常温下水解，蒸馏出有机酸即得到还原性糖。 考虑到发酵成本以及设备等因素，将戊糖和后续纤维素水解所得还原糖用休哈塔假丝酵母和 酿酒酵母发酵成燃料乙醇。回收的木素可以继续制备其它高附加值的化学品或作为燃料燃烧 等。

本发明设想在蒸煮竹粗粉时用有机酸甲酸和乙酸，水解竹细粉和由竹粗粉制备的纤维素 时用甲酸，并用盐酸做催化剂。

技术方案

1、本发明以毛竹下脚料(也适用于其它非木材生物质)为原材料，将其截断、烘干、粉 碎、过80目筛。通过80目筛的为竹细粉，未过80目筛的为竹粗粉。