[发明专利]一种木质纤维素生物炼制的预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物能源开发技术领域，涉及纤维素乙醇的生物制备技术，具体涉及一种木质纤维素生物炼制的预处理方法，用于提供生产纤维素乙醇的原料及高附加值产品。

背景技术

随着石油资源的枯竭、石油价格的上涨和环境的恶化，寻找新型可再生资源替代化石资源和开发洁净能源已成为工业生物技术领域的研究热点。生物质能的开发，可以缓解对石油资源的依赖、控制二氧化碳的排放，并促进农业新型产业链的发展，对推动我国社会主义新农村建设具有重要意义。

燃料乙醇作为一种可再生的洁净能源，从上世纪70年代在美国、巴西开始推行。我国乙醇的生产能力已达到500多万吨/年，其中燃料乙醇的年产量保持在110万吨左右，仅次于巴西、美国，居世界第三位。但我国“十五”期间燃料乙醇四大生产基地(华润、吉林、天冠和丰源)主要以粮食(玉米、小麦)为原料，存在原料“与人争粮，与粮争地”的问题、工艺成本高(盈利主要靠政府补贴)、废水排放量大(低浓度发酵)等严重不足。在国外由于大量使用玉米为原料开发生物能源导致玉米价格持续增长。美国在经过了将粮食转化为乙醇的热潮之后，美国农业部和能源部的研发机构正积极开发将富含纤维素的生物质转化为乙醇的生产技术。纤维素乙醇技术的开发和纤维素乙醇的商业化生产正渐成气候和规模。

木质纤维素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，在自然生态系统的能量流与物质循环流中占有重要位置，是生产燃料酒精的潜在资源，对解决未来能源问题有着巨大的潜力。

我国是一个农业大国，每年形成的农业废弃物约有7亿吨，其中麦草秸秆1.1亿吨，稻草秸秆1.8亿吨，棉秸1300万吨，大豆秸秆1500万吨，其中麦草秸秆产量约占秸秆总量的约18％。除少数秸秆被作为牲畜饲料、农家肥和农村燃料外，大多数秸秆被堆放或直接焚烧，不仅造成生物质资源的巨大浪费，也带来严重的环境污染问题。利用这些农村秸秆发展生物能源，通过技术攻关，估计可以生产出纤维素非粮乙醇7000万吨以上，足以解决我国面临的能源危机，同时可以为生物化工发展提供原料。因此开发以木质纤维素原料生产乙醇的工艺是未来乙醇生产的发展方向。不仅可以缓解对石油资源的依赖，还可避免对粮食安全构成威胁。大力发展纤维素乙醇是解决能源问题的一条积极可行的路线。

国外关于纤维素乙醇的产业化示范基地建设从20世纪末开始。进展最大的是最近三年。2004年，加拿大Iogen公司投资2000万余美元在渥太华建成了一套每天可处理40吨小麦秸杆的纤维素乙醇示范装置，具有年产260,000加仑(约1000吨/年)乙醇的能力。该公司率先利用自产的纤维素酶制剂，采用酶法生产工艺，并连续运行，首次批量生产出商用纤维素乙醇燃料，并添加到加拿大石油公司加油站的汽油中公开销售。据称其生产成本已降到$1.2-1.4/加仑乙醇。西班牙Abengoa生物能源公司在Salamanca地区成立的首家生物质乙醇厂于2007年上半年开始生产。该工厂每天使用70吨麦杆等农业残余物，每年将提供500万升燃料级乙醇产品。纤维素酶解与发酵技术是该公司能够生产纤维素乙醇产品的关键。

我国生产纤维素乙醇有很长的历史，早在1958年黑龙江南岔木材厂水解厂建立水解车间，以附近林场林产加工的锯末为原料，采用稀酸加压滤水解技术，生产出乙醇和单细胞蛋白。1966年乙醇年产已达到4000吨。进入“九五”，秸杆转化为乙醇技术再次受到国家重视。由华东理工大学能源化工系颜涌捷教授支持的课题，开发了纤维素废弃物稀盐酸水解法制备乙醇技术，被列为国家863项目。但因为其成本高，而无力去进一步推广。在“十五”期间，由四家以陈化粮为原料的乙醇生产基地，开始进行纤维素乙醇的生产研究。其中中粮集团依托中粮生化能源(肇东)有限公司，于2006年4月正式启动1000吨/年纤维素乙醇中试装置建设，但由于其酶制剂完全依靠进口，吨酒精成本非常高。中国科学院过程工程研究所在山东泽生生物科技有限公司建立了年产300吨秸杆酶解发酵纤维素乙醇的产业化示范工程。近年来，河南天冠集团也先后开发了纤维素乙醇示范基地，使原料转化率达到18％，即六吨秸杆产1吨乙醇。中粮集团在华润燃料乙醇有限公司开展的纤维素乙醇中试放大依托诺维信公司的酶制剂进行试验，酶制剂成本高昂，吨酒精成本高达8000-10000元。