[发明专利]生物丁醇联合发酵生物乙醇的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物丁醇和生物乙醇发酵生产工艺技术。

背景技术

丁醇是一种重要的化工原料，可用作油漆和表面涂料的溶剂和各种塑料、 橡胶制品的生产，还可以生产醋酸丁酯、丙烯酸丁酯、丁醛、丁酸、丁胺和乳 酸丁酯等化工产品。丁醇还是一种极具潜力的新型生物燃料，被称为第二代生物 燃料，在替代汽油作为燃料方面性能优于乙醇：丁醇含有的热值比乙醇高25％， 与汽油相当；丁醇的燃点高于乙醇，使用更安全；与乙醇相比，丁醇更易溶于汽油 和柴油，而不易溶于水；丁醇腐蚀性小，易于运输，可直接应用于汽车而不必改造 现有发动机。

乙醇是一种常见的化工产品，其可通过生物质原料进行生物乙醇发酵，成 熟醪经过蒸馏获取、再经脱水后可制成化工无水乙醇或燃料乙醇。

生物丁醇发酵的工艺方法通常是：对生物质原料进行生物丁醇发酵，利用 丙酮丁醇菌在严格厌氧条件下，对含有生物质原料如淀粉、糖蜜等的醪液进行 发酵，发酵后醪液中经过蒸馏，获取主产物丁醇、丙酮和乙醇，其含量比为6∶ 3∶1，上述方法也称为总溶剂发酵，简称AB或ABE发酵。ABE发酵是最古老的发 酵工业之一，曾经在生产规模上仅次于乙醇发酵。中科院植物生理生态研究所 选育的高丁醇比丙酮丁醇菌发酵产物的比例达到7∶2∶1。近年来，中科院上海 生命科学院经过“七.五”国家科技攻关项目研究，从我国土样中自然分离、诱 变、选育得到的高丁醇比例菌种，丁醇的产率占70％，淀粉转化率为25％，总溶 剂可以达到每升20克，这些指数均高于传统工业菌种。

但从20世纪60年代以后，由于化学合成丁醇的竞争，ABE发酵工业逐渐萎 缩，其原因是ABE发酵法中产物的浓度较低，通常情况下总溶剂成熟发酵醪的 质量指标规定为成熟醪中的总溶剂产量不低于2-2.5％，及总溶剂的质量浓度 20-25g/l，因此一般生产中成熟醪中的总溶剂的含量很低；而且底物浓度对于 丙酮丁醇菌具有抑制作用，醪液的浓度有限制，使用的底物费用高，产物浓度 低，提取阶段需要消耗大量蒸汽，回收费用高。因此80年代以后发达国家基本 都采用化学法生产，我国90年代以后也基本淘汰了发酵法生产，即使有生产装 置也绝大部分处于停产状态。

随着全球能源危机的不断加剧，以生物质为原料，采用生物发酵法生产各种 化工产品及液体燃料受到了广泛关注。

2008年公开的200710050079号“以木薯为原料制取燃油生物丁醇的方法” 的专利文件公开了一种采用木薯原料发酵法生产丁醇的技术。

在现有技术的生物丁醇发酵法中，由于高浓度的底物(如葡萄糖)会对丙酮 丁醇菌有较强的抑制作用，通常会限制醪液浓度，为了提高总溶剂发酵醪的质 量浓度，前苏联曾研究过用22％的玉米醪进行发酵，并添加醪量的400％的蓖麻油 连续地提取发酵过程中所产生的溶剂，以减轻丁醇的抑制作用。近年来，日本 也进行过类似的研究，同样添加醪量的200％的蓖麻油用于提取溶剂。此法需用 的蓖麻油量较多。所以迄今尚未能正式生产。

此外由于发酵产物中的丁醇对生产菌具有严重的抑制作用，如果采用高浓 度醪液发酵，势必在发酵结束时残糖含量高。在现有技术的分批发酵工艺中，发 酵醪液的葡萄糖的质量浓度不超过60g/L，相当于醪液中淀粉浓度不超过 8-8.5％，因此总溶剂发酵的醪液是很稀的。而发酵后的丁醇的质量浓度一般都 低于13g/L，溶剂总质量浓度不超过20g/L，因此，采用现有技术的生物丁醇 发酵技术，生产之后会产生大量的废水，产品回收的成本高，废水处理量大、 化学耗氧量(COD)含量高达到20000mg/l，每生产一吨总溶剂，大概要产生48-50 吨废水，除了部分废水可以回用外，还有大约35吨的废水要进行处理，给企业和 环保都造成较大压力。因此，现有生物丁醇发酵的生产技术是属于一种既高能 耗又大排污量的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决生物丁醇发酵生产总能耗大、排污多的缺陷， 实现生物丁醇生产低能耗、无废水排放的生物丁醇联合发酵生物乙醇的生产方 法。

本发明的技术解决方案是：一种生物丁醇联合发酵生物乙醇的生产方法， 含淀粉质类原料的糊化醪液先进行生物丁醇发酵，然后再进行生物乙醇发酵。

本发明将丁醇发酵和乙醇发酵工艺进行集成和改进，有机的结合在一起， 把生物丁醇发酵和生物乙醇发酵串联起来，蒸馏工序也合并在一起。这样生物 丁醇生产过程中不会排放废水，既节约了能耗，又节省了现有生物丁醇发酵产 生的废水处理投资和管理。