[发明专利]利用木质纤维素联产乳酸和乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明属于秸秆等木质纤维素高附加值利用领域，特别是涉及到充分利用木质纤维素成份进行燃料和化工产品合成。

背景技术

我国有大量的可再生秸秆资源，每年的产量可达可6亿吨以上。目前随着我国农业的发展和农民生活水平的提高， 秸秆在农村的使用也越来越少，绝大部分还是采用焚烧还田的方式进行处理， 每年收割季节后，大量焚烧造成很大的环境污染， 也给部分公路和飞行交通带来了不良影响。高效利用秸秆等纤维素质废弃物， 变废为宝也成为一项利国利民的好事。

当前秸秆等农林废弃木质纤维素利用的途径主要有如下几种：1、将木质纤维素粉碎后直接还田，但由于秸秆等木质纤维素本身难以降解和过程中给农民带来一些额外成本等因素也导致这样措施推广阻力较大，实际应用面积小；2、将秸秆压制成固体颗粒，作为高效清洁的固体燃料，已经有很多应用，但还是有应用场所有限、使用面不广等问题；3、成立生物质发电厂，将废弃木质纤维素集中燃烧发电，目前在全国很多省市有一些生物质电厂，很多运行得不错，但仍然存在着发电亏本，靠国家补贴等问题；4、建立沼气池，将秸秆发酵成沼气，供给农民燃烧和照明等，目前有些地方普及，但仍然存在着干秸秆不容易被利用，转化效率不高等弊端；5、车用燃料乙醇的生产，这是对木质纤维素意义最大的利用，规模化生产和推广后，可以缓解我国对石油化石能源的依赖，对国家能源、粮食安全等稳定起到积极的作用，但是由于成本偏高等原因导致当前产业化进展仍然比较缓慢。

当前纤维素乙醇产业化进程缓慢最根本的问题就是成本问题，归根到底是一些关键技术方面的有效性和成本；①预处理技术方面效果不理想，难以有效的、不产生任何抑制剂地除去所有的半纤维素，要么过“生”（20%难水解的半纤维素没有溶解掉），要么过“熟”（产生大量的抑制剂-糠醛），这些都会增加后续酶使用成本或者降低纤维素转化率等；②纤维素酶的制备和使用成本太高，比如丹麦的诺维信公司在国际上处于前列，也存在着与中国中粮等公司合作进行纤维素乙醇的生 产， 但丹麦方出于技术保护的考虑，其合作模式依然是对我国公司进行纤维素酶的直接销售，从中赚取利润，没有在工厂现场进行的纤维素酶的低成本生产模式，这样极大的增加了纤维素酶的应用成本，对中国的纤维素能源和化工产业起不到任何带动作用；③秸秆乙醇生产本身存在的步骤较多，在规模不大和乙醇本身的销售价格偏低的情况下（7000元/吨左右）难以盈利或者利润微薄，因此除了一些关键技术的突破外，高附加值附属产品的联产才能有效推动秸秆乙醇产业化进程。

乳酸是大宗的化工产品，是功能性高分子材料聚乳酸的前体，聚乳酸是一种真正的生物塑料，其无毒、无刺激性，具有良好的生物相容性，可生物分解吸收，强度高，不污染环境，可塑性好，易于加工成型；由于聚乳酸优良的生物相容性，其降解产物能参与人体代谢，已被美国食品医药局批准，可用作医用手术缝合线、注射用胶囊、微球及埋植剂等；同时聚乳酸制品废弃后在土壤或水中30天内会在微生物、水、酸和碱的作用下彻底分解成二氧化碳和水，随后在太阳光合作用下又成为淀粉的起始原料，不会对环境产生污染，因而是一种完全自然循环型的可生物降解材料，在食品行业的包装、农用薄膜等领域都有广泛的应用前景。 

目前乳酸的制备主要是用淀粉作物如玉米作为起始原料制备，因此仍然存在着与人争粮、成本价格高等弊端，因此利用“非粮”，特别是废弃木质纤维素质原料低成本生产乳酸也是迫切的需求，但是单纯的利用秸秆生产乳酸，仍然存在着与纤维素乙醇共同的复杂步骤、成本难以下降等问题。

发明内容

本发明的目的是：针对现有秸秆等木质纤维素利用附加值低，特别是针对当前木质纤维素单产乙醇成本偏高等问题，提供一种利用木质纤维素联产乳酸和乙醇的方法，该联产方法利用木质纤维素中不同成分生产燃料乙醇和乳酸，生产工艺简单，附加值高。

本发明的技术解决方案是该联产方法包括如下几个步骤：

（A）对木质纤维素进行预处理，将木质纤维素中的半纤维素转变为可溶性木糖，得木糖液和固体；

（B）将步骤A的木糖液浓缩，再采用能利用木糖作为碳源产乳酸的微生物对其进行发酵获得含有乳酸的发酵液，对发酵液提纯获得高纯度乳酸；

（C）将步骤A的以纤维素和木质素为主的固体用纤维素酶水解成葡萄糖，再利用葡萄糖产乙醇的微生物发酵生成含乙醇的发酵液，对含乙醇的发酵液蒸馏脱水获得高浓度乙醇。