專利名稱：一種利用植物纖維制取燃料乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料乙醇的制取方法，具體地說是指一種利用植物纖維制取燃料乙醇的方法。
背景技術(shù)：
乙醇汽油是一種由糧食及各種植物纖維加工成的燃料乙醇和普通汽油按一定比例混 配形成的新型替代能源。按照我國的國家標準，乙醇汽油是用90%的普通汽油與10%的燃 料乙醇調(diào)和而成，它不影響汽車的行駛性能，而且還可以有效改善油品的性能和質(zhì)量， 降低一氧化碳、碳氫化合物等主要污染物的排放。乙醇汽油作為一種新型清潔燃料，是 目前世界上可再生能源的發(fā)展重點，符合中國能源替代戰(zhàn)略和可再生能源發(fā)展方向，技 術(shù)上成熟安全可靠，在中國完全適用，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益，成為普通汽油 與柴油的替代品。
利用植物纖維加工燃料乙醇的基本原理是將植物纖維降解成葡萄糖，再制取燃料乙 醇。纖維素是一種高分子聚合物，并具有一定的結(jié)晶度，其聚合度和結(jié)晶度越高，降解也 越困難。 一般未經(jīng)預(yù)處理的植物纖維的酶解率僅為20%左右，因此利用植物纖維制取燃料 乙醇的工藝中一般都存在對植物原料進行預(yù)處理的工序。
目前植物原料預(yù)處理的方法大致有物理法、化學法、生物法三大類物理法主要是用 粉碎、高能輻射、蒸汽爆破等方法降低纖維素的結(jié)晶度，提高其酶解的敏感性；化學法主 要是用酸、堿、有機溶劑等除去半纖維素、木質(zhì)素，從而提高其酶解率；生物法則是利用 一些微生物降解木質(zhì)素提高其酶解的敏感性，但因微生物發(fā)酵的周期長，效率低，難以工 業(yè)生產(chǎn)。以上預(yù)處理方法存在能耗高、效率低或者環(huán)境污染嚴重等問題，都不是理想的對 植物纖維原料進行與處理的方法。
另外，目前市場上銷售的纖維素酶或者因活性低，導致在纖維素酶解的過程中纖維素 酶的添加量大，導致成本高；或者雖然纖維素酶的活性高，但因其制造工藝、原料選取等 因素導致纖維素成品的價格高。 以上種種因素，導致利用植物纖維降解成葡萄糖制取燃料乙醇的成本較采用大米、玉 米等農(nóng)作物產(chǎn)品制取乙醇的成本高，使其缺乏市場競爭力，制約了纖維素轉(zhuǎn)化乙醇產(chǎn)業(yè)的 發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種利用植物纖維制取燃料乙醇的方法，其主要目的在于克服現(xiàn)有利用植 物纖維加工燃料乙醇的過程中纖維素降解困難而導致的成本高、效率低及造成環(huán)境污染等 問題。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種利用植物纖維制取燃料乙醇的方法，包括1)選取 富含纖維素、木聚糖和阿拉伯聚糖的植物為原料，并控制原料中的木聚糖、阿拉伯聚糖的 含量之和與纖維素的含量的比值大于或等于0.5; 2)將上述原料混合均勻，并蒸煮3-5 小時，然后攤開冷卻至50-60'C; 3)向上述原料中加入每克原料4-8單位纖維素酶，攪 拌l-2小時使其糖化，并冷卻至28-32'C; 5)加入酒母攪拌，密封發(fā)酵3-5天得到成熟 的酒醪；6)將酒醪加熱，對產(chǎn)生的乙醇水蒸汽混合氣進行脫水處理，得到燃料乙醇。
前述一種利用植物纖維制取燃料乙醇的方法，其原料包括以下重量比的各組分含水 率25%的水浮蓮50-60%、盧等10%、稻草10%和玉米棒20-40%。
將所述步驟5)中產(chǎn)生的酒糟進行過濾，得到濾液和濾渣，將濾渣和濾液按l: 9-10 的重量比配制成培養(yǎng)基，加入占培養(yǎng)基重量比為0. 5%的硫酸銨，用磷酸調(diào)節(jié)PH值至5-6， 經(jīng)滅菌后接種木霉菌，在28-32'C下通風培養(yǎng)4-5天，得到纖維素酶劑，并將此纖維素酶 劑回用于所述步驟3)。
另外，也可將所述步驟5)中產(chǎn)生的酒糟進行過濾，得到濾液和濾渣，將濾渣與含水 率為25%的水浮蓮按1: 4-6的重量比配制成培養(yǎng)基，加入占培養(yǎng)基重量比為1-1.5%的硫 酸銨，用磷酸調(diào)節(jié)PH值至5-6，經(jīng)滅菌后接種木霉菌，在相對濕度80-100%、溫度28-32 'C下培養(yǎng)4-5天得到固體纖維素酶，并將此纖維素酶劑回用于所述步驟3)。
前述一種利用植物纖維制取燃料乙醇的方法，所述步驟4)中發(fā)酵過程產(chǎn)生的二氧化 碳經(jīng)洗滌凈化處理得到食品級的二氧化碳。
由上述對本發(fā)明結(jié)構(gòu)的描述可知，和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點 一，本發(fā)
明揭示了在植物混合原料中，當木聚糖和阿拉伯聚糖的含量之和與纖維素含量的比值大于 或等于0.5時，該比值越大，經(jīng)過溫和預(yù)處理后需要的用于降解的纖維素酶越少，且纖維 素酶解率越高，通過此原理進行原料配比而生產(chǎn)燃料乙醇，可大大節(jié)約成本；二，無論是 新鮮植物原料還是干植物原料，只要符合上述比值要求，都能達到相同效果，因此生產(chǎn)燃 料乙醇不受植物的季節(jié)性影響；三，將制取燃料乙醇所產(chǎn)生的酒糟用于纖維素酶的制備， 所生產(chǎn)的纖維素酶又可用于纖維素的降解，大大節(jié)約了生產(chǎn)燃料乙醇的成本；四，制取燃 料乙醇所產(chǎn)生的酒糟還可通過沼氣池處理而獲得沼氣燃料和固體肥料；五，本發(fā)明的主要 原料為水浮蓮和其它農(nóng)作物桿,因而它也是一種治理水浮蓮過度繁殖破壞生態(tài)環(huán)境和農(nóng)作 物桿焚燒污染環(huán)境的好方法。


圖l為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式
下面參照

本發(fā)明的具體實施方式
。
本發(fā)明的一個實施例，參照圖1，將新鮮的水浮蓮洗凈后，切碎，壓搾脫水，使其含
水率在25%左右。將蘆葦、稻草、玉米棒切碎后和脫水后的水浮蓮根據(jù)混合原料中木聚糖 和阿拉伯聚糖的含量之和與纖維素含量的比值大于或等于0. 5的原則按以下重量配比混 合水浮蓮50-60%，戸葦10%，稻草10%，玉米棒20-40%。
以上原料混合均勻后，用高溫蒸煮設(shè)備將此混合原料進行120-130'C高溫蒸煮3-5 小時，攤開冷卻至50-60'C;按每克原料4-8單位纖維素酶的比例加入纖維素酶，攪拌 l-2小時使其糖化，冷卻至28-32'C;加入酒母攪拌、密封發(fā)酵3-5天即可得到成熟的酒 醪；酒醪經(jīng)加熱后，乙醇水蒸汽進入變壓分子篩吸附塔進行脫水處理，產(chǎn)出乙醇濃度可 達99. 5-99. 99%;發(fā)酵過程中產(chǎn)生的二氧化碳經(jīng)洗滌凈化處理后可得食品級的二氧化碳； 酒糟除部分可作為纖維素酶的培養(yǎng)原料回用，剩余部分和其他生產(chǎn)、生活廢棄物一起進 入沼氣池處理，產(chǎn)生的沼氣作為燃料，出水經(jīng)處理后排放或經(jīng)深度處理后回用生活、生
產(chǎn)，固體出料可作為農(nóng)作物的肥料，如此實現(xiàn)乙醇制取的節(jié)能降耗、再循環(huán)、再利用的 清潔生產(chǎn)工藝。
上述酒糟部分可作為纖維素酶的培養(yǎng)原料回用。將上述酒糟過濾，得到濾液和濾渣， 再進行發(fā)酵培養(yǎng)，發(fā)酵培養(yǎng)分為液態(tài)培養(yǎng)和固態(tài)培養(yǎng)兩種
液態(tài)發(fā)酵法是將濾渣和濾液按h 9-IO的比例配置成培養(yǎng)基，加占培養(yǎng)基重量比為 0.5%的硫酸銨，用磷酸調(diào)pH至5-6，經(jīng)滅菌后接種木霉菌，在28-32'C下通風培養(yǎng)4-5 天，即可得到纖維素酶劑。
固態(tài)發(fā)酵法是將濾渣與含水率為25%的水浮蓮按1: 4-6的比例配置成培養(yǎng)基，加占 培養(yǎng)基重量比為1-1.5%的硫酸銨，加水調(diào)至相對濕度60-70%，用磷酸調(diào)節(jié)pH至5-6，滅 菌后接種木霉菌，在相對濕度80-100%，溫度28-32'C下培養(yǎng)4-5天即可得到固體纖維素 酶。
生產(chǎn)出來的纖維素酶可用于前述植物纖維的酶解。
本發(fā)明的另一個實施例是用自然晾曬風干的方式脫去水浮蓮的大部分水份，使其含 水率在25%左右，并采用自然晾曬風干的蘆葦、稻草和玉米棒為原料，其它步驟與實施例 一相同。此實施例的效果與實施例一相同，這說明采用新鮮或干的原料均可達到本發(fā)明 的目的。
上述僅為本發(fā)明的具體實施方式
，但本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思 對本發(fā)明進行非實質(zhì)性的改動，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護范圍的行為。
權(quán)利要求
1、一種利用植物纖維制取燃料乙醇的方法，包括1)選取富含纖維素、木聚糖和阿拉伯聚糖的植物為原料，并控制原料中的木聚糖、阿拉伯聚糖的含量之和與纖維素的含量的比值大于或等于0.5；2)將上述原料混合均勻，并蒸煮3-5小時，然后攤開冷卻至50-60℃；3)向上述原料中加入每克原料4-8活性單位纖維素酶，攪拌1-2小時使其糖化，并冷卻至28-32℃；4)加入酒母攪拌，密封發(fā)酵3-5天得到成熟的酒醪；5)將酒醪加熱，對產(chǎn)生的乙醇水蒸汽混合氣進行脫水處理，得到燃料乙醇。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種利用植物纖維制取燃料乙醇的方法，其特征在于所述原料 包括以下重量比的各組分含水率25%的水浮蓮50-60%、蘆葦10%、稻草10%和玉米棒 20-40%。
3、 如權(quán)利要求2所述的一種利用植物纖維制取燃料乙醇的方法，其特征在于將所述步 驟5)中產(chǎn)生的酒糟進行過濾，得到濾液和濾渣，將濾渣和濾液按l: 9-10的重量比 配制成培養(yǎng)基，加入占培養(yǎng)基重量比為0.5%的硫酸銨，用磷酸調(diào)節(jié)Rl值至5-6，經(jīng)滅 菌后接種木霉菌，在28-32'C下通風培養(yǎng)4-5天，得到纖維素酶劑，并將此纖維素酶 劑回用于所述步驟3)。
4、 如權(quán)利要求2所述的一種利用植物纖維制取燃料乙醇的方法，其特征在于將所述步 驟5)中產(chǎn)生的酒糟進行過濾，得到濾液和濾渣，將濾渣與含水率為25%的水浮蓮按1: 4-6的重量比配制成培養(yǎng)基，加入占培養(yǎng)基重量比為1-1.5%的硫酸銨，用磷酸調(diào)節(jié)PH 值至5-6，經(jīng)滅菌后接種木霉菌，在相對濕度80-100%、溫度28-32'C下培養(yǎng)4-5天得 到固體纖維素酶，并將此纖維素酶劑回用于所述步驟3)。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種利用植物纖維制取燃料乙醇的方法，其特征在于所述步驟 4)中發(fā)酵過程產(chǎn)生的二氧化碳經(jīng)洗滌凈化處理得到食品級的二氧化碳。
全文摘要
一種利用植物纖維制取燃料乙醇的方法，包括選取富含纖維素、木聚糖和阿拉伯聚糖的植物為原料，并控制原料中的木聚糖、阿拉伯聚糖的含量之和與纖維素的含量的比值大于或等于0.5；將上述原料混合均勻，并蒸煮3-5小時，然后攤開冷卻至50-60℃；向上述原料中加入每克原料4-8單位纖維素酶，攪拌1-2小時使其糖化，并冷卻至28-32℃；加入酒母攪拌，密封發(fā)酵3-5天得到成熟的酒醪；將酒醪加熱，對產(chǎn)生的乙醇水蒸汽混合氣進行脫水處理，得到燃料乙醇。本發(fā)明的原料配比使生產(chǎn)燃料乙醇的成本大降低。
文檔編號C10L1/02GK101381745SQ20071000949
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月4日
發(fā)明者王俊川 申請人:王俊川