[发明专利]两步粉碎联合蒸汽爆破提高秸秆酶解糖化效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及木质纤维素乙醇技术领域，更具体的，涉及两步粉碎联合蒸汽爆破提高秸秆酶解糖化效率的方法。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭，寻找新能源破在眉睫。从环境和经济的可持续发展以及国家安全考虑，在过去的几十年里，纤维素乙醇技术越来越受到人们的关注。许多国家将发展生物质能列为国家发展的重要开发研究计划。如美国将生物能源的发展目标定为2020年生物燃料取代全国燃油消耗量的10％，生物基产品取代石化原料制品的25％，使碳的排放量每个月减少1亿吨；欧盟提出2020年运输燃料的20％将用燃料乙醇等生物燃料替代；日本制定了“阳光计划”；印度制定了“绿色能源工程计划”；巴西制定了“乙醇能源计划”等。

纤维素乙醇工艺主要包括原料的收割转运、粉碎和存储、预处理、酶解、发酵和乙醇的分离纯化。木质纤维素预处理之前，通常需要对原料进行粉碎。粉碎是一个消耗能量和需要较高成本的操作过程，但其是纤维素乙醇工艺必不可少的。生物质粒径大小显著地影响转运，存储和后续的预处理和酶解。对于生物质秸秆，由于秸秆粒径大小影响反应过程质量和热量的传递。在预处理时，由于热量及质量传递的不均匀，可能导致大粒径秸秆外部过度受热，从而产生大量副产物，相反，其内部反应可能不完全；对于小粒径秸秆，其半纤维素等物质可能过度降解，结构破坏严重。

木质纤维素不仅被半纤维素和木质素所包裹，且其本身也存在着高度结晶性，使酶很难与纤维素接触，从而对天然纤维素原料直接进行酶促水解，酶解率一般都非常低（<20%），因此必须借助化学、物理或者生物的方法进行预处理。蒸汽爆破是很有应用前景的预处理技术，具有除水外无需任何催化剂，处理时间短、对环境无污染和能耗较低等特点。然而，目前为止，还没有粉碎技术联合蒸汽爆破技术提高酶解糖化效率的报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有的粉碎技术能耗大、成本高，粉碎技术束缚预处理和酶解效率等问题，提出一种两步粉碎联合蒸汽爆破提高秸秆酶解糖化效率的方法。

本发明的技术方案概述如下：

两步粉碎联合蒸汽爆破提高秸秆酶解糖化效率的方法，包括如下步骤：

（1）将含水质量为5%-70%的秸秆粉碎至长度为1.5cm-5.0cm，在蒸汽爆破反应器内用蒸汽加热，瞬间释放压力，得到固液混合物；

（2）将步骤（1）获得的固液混合物进行固液分离，固体用去离子水清洗，干燥，粉碎至长度为0.5cm-1.4cm，加入纤维素酶和水，调pH至4-6，酶解，然后固液分离，得到富含葡萄糖和木糖的液体。

所述步骤（1）为：将含水质量为5%-70%的秸秆粉碎至长度为2.5cm-4.0cm，在蒸汽爆破反应器内，在蒸汽加热的温度为160℃-220℃条件下，反应时间为5-10min，瞬间释放压力，得到固液混合物。

所述步骤（2）为：将步骤（1）获得的固液混合物进行固液分离，固体用45℃-85℃去离子水清洗，干燥至固体含水质量为5%-70%，粉碎至长度为0.8cm-1.2cm，按含1g葡聚糖的干燥后的固体、6FPU-60FPU的纤维素酶和10-100g水的比例将干燥后的固体和纤维素酶加到水中，调pH至4-6，酶解72-168h，然后固液分离，得到富含葡萄糖和木糖的液体。

所述秸秆为玉米秸秆、高粱秸秆、小麦秸秆或水稻秸秆。

秸秆的含水质量优选为10%-20%。

所述蒸汽加热的温度为180℃-200℃，反应时间为7-9min。

去离子水的温度为60℃-75℃。

所述固体含水质量为10%-20%。

本发明具有如下优点：

（1）两步粉碎技术明显的提高了秸秆的蒸汽爆破预处理效率。

（2）两步粉碎联合蒸汽爆破预处理明显提高了秸秆的酶解糖化效率。

（3）两步粉碎技术降低了粉碎过程的能耗。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进一步说明：

实施例1

两步粉碎联合蒸汽爆破提高秸秆酶解糖化效率的方法，包括如下步骤：

（1）将含水质量为10%的玉米秸秆粉碎至长度为2.3±0.2cm，在蒸汽爆破反应器内，在蒸汽加热的温度为210℃条件下，反应时间为7min，瞬间释放压力，得到固液混合物；