[发明专利]乙醇的生产方法

说明书

本发明叙述了用发酵法生产乙醇的方法，该方法引入了以下新技术：

a)在吸附-解吸过程中脱除所含的水，

b)能量自给的生产，

c)工厂的操作不会引起任何环境污染。

更具体而言，本发明叙述了一种用发酵法生产乙醇的方法，其特征在于采取非常新颖的方式进行生产，不消耗能量且生产费用低。采用的原料是糖类或通过水解纤维素和戊聚糖(pentozanes)而得的糖，它们是由代谢作用而产生的基本产物，所以广泛地存在。因此，本发明提供了一种实质性的解决方案，有助于满足人类的基本需要。

今日世界正面临着严重的问题，即利用原料生产必需的消费产品例如聚合物、合成产品、洗涤剂以及农业用的合成产品。原油储量迅速消耗，很可能在下一个40年耗尽，从而造成生产这类消费产品的原料短缺。

因此，很需要另有一种不会像原油那样耗尽的原料的来源。这种原料就是乙醇，如果能大规模地生产且费用低，就可以满足基本的聚合物材料、洗涤剂、合成材料的需要。然而，采用发酵法从糖类生产乙醇，结果生成10％水溶液，因而必须脱水使其纯化。采取的方法是连续蒸馏使醇的浓度达到96％，最终构成共沸混合物。向该混合物中加入苯，连续蒸馏后，产生纯的醇。但是，这种方法的能量消耗非常高，比该产品作为燃料所提供的能量还高20-60％。

此外，在采用发酵法生产乙醇的过程中，会产生大量难以处置的毒性和严重污染的废物。这个问题以及上述的问题使得用发酵法生产乙醇在经济上和生产方式上极不可取。因此，发酵法生产的乙醇迄今仅用于生产酒精饮料，而且由于税收高使其成为很昂贵的物料。尽管如此，在过去100年间人们一直乐于采用发酵法生产乙醇。例如，在战争期间德国就曾大规模地从木质纤维素材料生产乙醇，采取的方法是，根据称为伯吉尤斯的方法在浓盐酸中水解木质纤维素，然后蒸馏。战后，美国将德国的方法加以改进，根据称为Scholler-Madison的方法，改为在催化剂存在下、在高温和特殊的条件下用硫酸水解木质纤维素材料，但是，这种方法未再使用。

在此期间，巴西已发展利用由浸出甘蔗而得的糖浆大量生产用作燃料的乙醇。木质样的残渣即甘蔗渣用作生产过程中的燃料，从而减少了外加能量的需要量。然而，却产生工业废物和大量的废料，造成严重的环境污染，因为这些废料均排放到亚马孙河，很明显，这已成为环境的一个很严重的负担。

在此期间，EEC正支持这些有关方法的各种改进。一个重要的成就是用纯的液态氟化氢水解纤维素，由于水解效率高且由于可通过蒸馏重复利用氟化氢，能源费用低，因而是一种可行的解决方案。本发明人从EEC获得资助，终于提出了一种通过将所产生的废物在嗜热区中进行厌氧煮解使其得以利用的解决方案。采用这种方法，可以产生大量的能量而且可以有效地解决环境污染的问题。

根据以上所述，本发明人正视废物的问题，为了大量生产乙醇，曾致力于从废物中产生有效的能源并获得成功。取得的成果是技术上新颖的方法，采用该方法可以在费用低且不会造成环境污染的情况下成功地用发酵法生产乙醇。

本发明人终于提供了生物分离(″生物精制″)木质纤维素材料的新颖而有效的解决方案，即采用廉价的方法分离这些材料中的组分。所得的结果是可将木质纤维素材料分离为戊糖、木质素和纯纤维素。

戊糖的分离通过采用0.5％-1.0％的硫酸或磷酸作为催化剂的水解法实现，在约90-130℃的温度下产生完全水解成单糖(ba-sic sugar)的戊糖。可以得到25-30％w/w的戊糖，留下的软性物料具有高含量的纤维素，随后将其进行脱除木质素处理。这是通过简单的方法例如用富氧空气、空气和碱或用氯完成的，此后得到木质素和剩余量的戊糖。通过用碱沉淀很容易将木质素从该混合物中分离。

然后，在闭路循环中用氟化氢水解所得的纤维素物质，而氟化氢则在该处连续蒸馏并留下由水解糖、主要是葡萄糖组成的残余物。

将预水解过程和木质素纯化过程所得的戊糖与纤维素水解过程产生的葡萄糖混合，并进行发酵以便生产乙醇。它们相当于原木质纤维素材料的70-75％，采用现代的和有效的方法生产的乙醇其产率约为60％。本发明部分涉及木质纤维素的生物分离(生物精制)，有效地利用成醇发酵中产生的废物在嗜热区中进行厌氧煮解，可以获得含85％甲烷的生物气形式的能量的增加量。成醇发酵和用氟化氢水解纤维素是已知的方法。