一种秸秆类物质或农林废弃物生产生物丁醇的方法及装置

摘要

本发明公开了一种秸秆类物质或农林废弃物生产生物丁醇的方法，将秸秆类物质或农林废弃物粉碎后先用热水浸泡，然后采用稀酸为催化剂进行水解，然后固液分离，液体部分吸附脱色然后固液分离，料液经离子交换脱酸后成为含戊碳糖的水溶液；所述稀酸水解后的固形物先用水冲洗，再酶解固形物中的纤维素，制成含六碳糖的水溶液；含戊碳糖的水溶液单独或含戊碳糖的水溶液和含六碳糖的水溶液混合后发酵，发酵液经精馏分离得到丙酮、丁醇和乙醇。本发明的方法实现了秸秆类物质或农林废弃物利用的最大化，降低了丙酮、丁醇和乙醇的成本，适合产业上的大规模应用。

主权项

一种秸秆类物质或农林废弃物生产生物丁醇的方法，将秸秆类物质或农林废弃物粉碎后先用热水浸泡，然后采用稀酸为催化剂进行水解，使秸秆类物质或农林废弃物中的半纤维素水解转化为戊碳糖并存在于水解液中，其特征在于：向含有戊碳糖的水解液中加碱性类物质中和pH值为3‑7，然后固液分离，液体部分加入活性炭吸附脱色然后固液分离，料液经离子交换脱酸后成为含戊碳糖的水溶液；所述稀酸水解、固液分离后的固形物先用水冲洗，加入碱性物质中和，再加入纤维素酶和阿魏酸酯酶协同酶解固形物中的纤维素，使纤维素分解成六碳单糖并存在于酶解液中，酶解液经活性炭吸附脱色，加水或浓缩调节浓度，制成含六碳糖的水溶液；将含戊碳糖的水溶液或含戊碳糖的水溶液与含六碳糖的水溶液的混合液送入配料装置，加碱性物质调pH值为3‑7，加入营养原料，加水调整溶液中糖的质量百分比浓度为3‑8％，然后在100‑120℃下高温杀菌20‑60分钟，然后冷却到30‑42℃，接入发酵菌种发酵72‑160小时，所述发酵菌种为丙酮丁醇梭菌、丙酮丁酸杆菌、糖丁酸梭菌或巴氏芽孢梭菌，经精馏分离得到丙酮、丁醇和乙醇，发酵过程中回收废气二氧化碳和氢气；该方法的具体步骤为：(1)先将秸杆类物质或农林废弃物清选，然后粉碎，水洗后送入水解锅，加入70～98℃热水浸泡1～3小时，然后加入质量百分比浓度为0.5～10％的稀酸进行水解，稀酸的加入量为所处理秸杆类物质或农林废弃物重量的2～10倍，然后通入100～125℃热蒸汽水解4～8小时，水解后的固液混合物固液分离为水解液和固形物；向水解液中加入碱性物质中和pH值为3‑7，然后固液分离，液体部分加入活性炭吸附脱色然后固液分离，料液经离子交换脱酸后成为含戊碳糖的水溶液；(2)步骤(1)中水解后的的固形物用水冲洗，加入碱性物质调pH值为3‑7，沉淀析出盐类物质，再加入纤维素酶和阿魏酸酯酶，按每克固形物加入20～80FPU纤维素酶和0.1～3IU阿魏酸酯酶，送入酶解装置协同酶解固形物中的纤维素，在40～55℃下连续酶解3～8天，酶解液经活性炭吸附脱色，加水或浓缩调节溶液中糖的质量百分比浓度为3‑8％，制成含六碳糖的水溶液；(3)将上述含戊碳糖的水溶液或含戊碳糖的水溶液与含六碳糖的水溶液的混合液送入配料装置，加碱性物质调pH值为3‑7，再加入氮源类物质、水溶性磷酸盐类物质和生长因子，所述氮源类物质为硫酸铵、硫酸氢铵、氯化铵、磷酸氢铵、蛋白胨、鱼粉、豆粕、棉籽粕、花生粕、玉米糁或菜籽粕，所述生长因子为玉米浆、酵母抽提物或蛋白胨，氮源类物质的加入量为含戊碳糖的水溶液或含戊碳糖的水溶液与含六碳糖的水溶液的混合液重量的1～30％， 水溶性磷酸盐类物质的加入量为含戊碳糖的水溶液或含戊碳糖的水溶液与含六碳糖的水溶液的混合液重量的0.01～2％，生长因子的加入量为含戊碳糖的水溶液或含戊碳糖的水溶液与含六碳糖的水溶液的混合液重量的0.1～3％，加水调整溶液中糖的质量百分比浓度为3‑8％，然后在100‑120℃下高温杀菌20‑60分钟，再冷却到30‑42℃，接入发酵菌种发酵72‑160小时，经精馏分离得到丙酮、丁醇和乙醇，发酵过程中回收废气二氧化碳和氢气，发酵过程中产生的尾气经尾气吸收塔吸收丁醇后经灭火装置排空。