[发明专利]一种含菊糖原料与纤维质原料共同发酵制备燃料乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料乙醇的生产方法，具体为一种含菊糖原料与纤维质原料共同发酵制备燃料乙醇的方法。

背景技术

随着世界人口增长和各国工业化程度提高，能源消耗持续上升。石油是满足能源需求的主要资源，但是石油资源是有限的，科学家预测到2050年原油产量将由2009年的258亿桶（35.25亿吨）下降到50亿桶。生物能源作为一种可再生的交通运输燃料，能够有效的降低室温效应，减缓环境污染，同时改变现有不平等的石油供求关系，保持持续供应，比矿质燃料具有明显优势。与生物柴油等其它生物能源相比，燃料乙醇的生产已经具有了相当规模，2002年全球大约1700万吨，主要以含糖物质为原料通过发酵法生产。在汽油中掺入10%的无水乙醇(E10)不仅可以缓解能源压力，还能提高辛烷值，改善尾气排放质量。在美国和巴西，燃料乙醇作为石油替代品已经广泛用作交通燃料。我国政府十分重视能源多元化和环境污染问题，采取财政补贴和税收减免等鼓励措施，大力推进多元化替代石油能源的技术和产业开发。《可再生能源法》和《国家中长期科学和技术发展规划纲要》的出台，极大地推进了生物柴油和燃料乙醇等生物液体燃料的开发进程。我国规划到2020年，生物燃料消费量占到全部交通燃料的15%左右，建立起具有国际竞争力的生物燃料产业，这给我国燃料乙醇产业带来了良好的发展机遇。目前我国乙醇汽油已经覆盖全国9个省市，现有燃料乙醇产能152万吨，以玉米和小麦为主要原料。我国人多地少，耕地资源紧缺，粮食供应紧张，以玉米、小麦为原料生产燃料乙醇将威胁到国家的粮食安全，导致农产品价格上涨等连锁反应，所以我国严格控制以粮食为原料的燃料乙醇新建和扩能项目。

2003年全球乙醇产量约为2450万吨，其中60%以糖类作物和33%以其它作物为原料通过发酵法生产，剩余7%则通过合成的方法生产。以糖类和淀粉作物为原料发酵生产乙醇的技术已经很成熟，但这些作物作为人类赖以生存的粮食不能无限制用于燃料乙醇生产。相对于糖类和淀粉作物而言，木质纤维素属于非粮原料，而且资源丰富。它可以来源于农业废弃物，如麦草、玉米秸秆、玉米芯、大豆渣、甘蔗渣等；工业废弃物，如制浆和造纸厂的纤维渣、锯末等；林业废弃物；城市废弃物，如废纸、包装纸等。据估计木质纤维素原料占世界生物量100亿-500亿吨的50%，我国就农作物秸秆每年产量即可达7亿吨，大量被废弃而未加利用的纤维物（小枝、树皮、树叶、屑和废纸等）每年也约有五亿吨，只用其中的1亿吨也要年产2000万吨的燃料乙醇。由此可见，开发木质纤维素生产乙醇的新工艺具有很好的前景。

但是现有以纤维原料发酵生产燃料乙醇的技术/装置运行时，发酵液中的乙醇浓度普遍偏低，造成后续乙醇蒸馏能耗较高。Inbicon公司在丹麦凯隆堡建设的100MT/天装置，采用了高固体含量酶解技术（US7,598,069B2），酶解体系的干物质浓度为30%，最终发酵液中的乙醇浓度为6-7%。CN200910204295.3提供了一株耐高温酿酒酵母菌FE-B及其在秸秆同步糖化发酵生产乙醇过程中的应用，通过分批加料，最终干物质浓度达到40%条件下，体系中的乙醇浓度可达8%以上。可见在酶解过程中采用30-40%干物质浓度条件下，发酵液中的乙醇浓度仅6-8%（w/w），但是高干物质浓度的酶解体系流动性差，搅拌功率高，而且传质、传热不均匀，水解实施需要专门的设备，能耗大，而且纤维素酶解率相对较低。

菊糖是一种多聚果糖，菊糖中的果糖以D-呋喃糖的形式存在。菊科植物如菊芋，大丽花根部，蒲公英，橡胶草等都含有菊糖，菊糖分子中含有约30个1,2-糖苷键连接的果糖残疾。菊糖分子中除含果糖外，还含有葡萄糖，葡萄糖可以出现在链端，也可以出现在链中。菊糖水解后生成果糖和葡萄糖，用传统的发酵方法乙醇浓度低。

发明内容

为了解决现有纤维乙醇技术需开发专有设备进行高干物质浓度体系水解，以及发酵液中乙醇浓度不高的问题，本发明提供了一种低干物浓度纤维质原料同步糖化发酵与含菊糖原料发酵进行耦合共同发酵生产燃料乙醇的工艺。

本发明的技术方案包括下述步骤：

步骤1，纤维质原料预处理：使用稀酸水解法或稀酸蒸汽爆破法对纤维质原料进行预处理，稀酸水解法条件为160-200℃，0.5-2%H₂SO₄，2-20min；稀酸蒸汽爆破条件为140-180℃，0.2-2.0%H₂SO₄，1-10min；