[发明专利]一种棉花秸秆黄腐酸和纤维素乙醇生产工艺

说明书

本发明涉及一种棉花秸秆黄腐酸和纤维素乙醇生产工艺，围绕以棉花秸秆为原料生产黄腐酸和纤维素乙醇目标，在同一道工序在完成黄腐酸萃取的同时伴随半纤维素水解。通过预处理同步进行黄腐酸萃取和半纤维素水解、预处理综合副产物和高纯度纤维素的分离、将纤维素预处理黑液和糖化发酵蒸馏废醪液污水分系统处理并循环使用。本发明从全系统各环节降低纤维素乙醇的生产成本，木质素生产黄腐酸变害为宝，通过纤维原料资源综合利用提高纤维素乙醇生产综合经济效益。

技术领域

本发明属于秸秆生物质资源综合利用领域，特别是一种棉花秸秆黄腐酸和纤维素乙醇生产工艺。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

据美国石油协会估计，地球上尚未开采的原油储量已不足2亿桶，可供人类开采时间不超过95年，2018中国原油对外依存度70.9％，人类面临石油资源日渐枯竭的威胁和挑战急需开发替代能源，而取之不尽用之不竭的秸秆资源又需要技术上产业上的突破，国内每年有5亿多吨秸秆资料浪费掉。威胁和机会并存，纤维原料各组分的综合利用成为纤维素乙醇产业技术开发的方向。如何有效降低纤维素预处理成本、减少半纤维素的负面影响、提高木质素的综合利用效益，用纤维素生产纤维素乙醇，同时用木质素生产高附加值的黄腐酸，找到纤维素乙醇和黄腐酸生产的结合点，从而提高纤维素乙醇产业综合效益是本发明所面对和解决的课题。

根据纤维素乙醇生产原理，秸秆纤维素的主要有机成分包括半纤维素、纤维素和木质素三部分。前二者都能被水解为单糖，单糖再经发酵生成乙醇，而木质素不能被水解，且在纤维素周围形成保护层，影响纤维素水解。半纤维素是由不同多聚糖构成的混合物，聚合度较低，也无晶体结构，故较易水解。半纤维素水解产物主要是木糖，还包括少量的阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖和甘露糖，含量因原料不同而不同。普通酵母不能将木糖发酵成乙醇，因此五碳糖的发酵成为研究的热点。纤维素的性质很稳定，只有在催化剂存在下，纤维素的水解反应才能显著地进行。常用的催化剂是无机酸和纤维素酶，由此分别形成了酸水解和酶水解工艺，其中的酸水解又可分为浓酸水解工艺和稀酸水解工艺。纤维素经水解可生成葡萄糖，易于发酵成乙醇。木质素含有丰富的酚羟基、醇羟基、甲氧基和羰基等活性基团，可以发生氧化、还原、磺甲基化、烷氧化和烷基化等改性反应。通过木质素改性和综合利用，可提取许多高附加值的化学产品，为提高木质纤维素生产燃料乙醇的经济性开辟了新的途径。

木质纤维素水解液发酵生产乙醇使得乙醇替代石油成为可能。天然植物纤维素生产燃料乙醇从理论上和实践上是可行的，但仍存在需要解决的问题，主要有木质纤维素预处理的成本高、纤维的酶解时间长、纤维素酶的生产成本高、乙醇的发酵过程长、终产物的分离提纯成本高等，其中，预处理成本高和纤维素酶生产成本的降低是关键，关系到纤维素乙醇大规模工业生产的经济性和可行性。

秸秆纤维素生产流程包括原料预处理、纤维素糖化发酵蒸馏提纯、水处理几个主要生产环节。

由于纤维素被木质素和半纤维素形成的结合层紧紧地包围着，阻碍了纤维素酶与纤维素的接触，同时预处理过程中可溶性抑制物的形成都使得原料预处理成为纤维素乙醇发展的瓶颈。研究证实，预处理过程的费用占总成本的20％左右，原料加上预处理费用占总成本40％以上，是纤维素乙醇所有成本中占比最高的。因此，开发一种高效率、低能耗、低成本的预处理方法是研究重点。为此，各国研究者尝试了大量预处理方法。已有的处理方法分为物理、化学和生物法或者是它们的综合使用。主要有机械粉碎、蒸汽爆破、氨爆破、稀酸处理、碱处理、湿氧化处理、超临界二氧化碳处理、超临界水处理、有机溶剂处理、生物降解等，现有示范装置考虑到经济性一般采用蒸汽爆破的方法。实现纤维素乙醇的生产，要求预处理尽可能提高纤维素收率，保证后续酶解获得更多的可发酵糖，避免使用对环境污染严重和对反应器要求较高的化学品，处理条件应相对温和。总之，纤维素预处理的目的是为了去除木质素、半纤维素对纤维素的保护作用，破坏纤维素的晶体结构，增加纤维素的可接触面积，提高纤维素的酶解转化率。