一種秸稈類原料的綜合利用方法
2023-09-23 15:56:10 2
專利名稱：一種秸稈類原料的綜合利用方法
技術領域：
本發明涉及一種秸稈類原料的綜合利用方法。
背景技術：
近年來，隨著農村經濟的發展和農民生活水平的提高，我國糧食生產能力逐年提高，過去搶手的秸稈如今卻成了令人發愁的「包揪」，並引發出秸稈焚燒汙染環境和資源浪費等諸多問題，如何給日益增加的秸稈找到出路，變廢為寶，已經成為迫在眉睫的社會問題，秸稈綜合利用為解決能源供需矛盾提供了新機遇，因此，積極發展可再生能源，對於解決農村地區的生活用能和生態建設具有十分重要的意義。隨著石油資源的日益枯竭，能源問題越來越受到民眾的普遍關注，丙酮丁醇發酵行業液越來越受到人民的重視，但是丙酮丁醇發酵的傳統原料為玉米、木薯，原料成本高、 市場波動大，這極大地限制了丙酮丁醇發酵行業的健康發展，秸稈是農作物的主要副產品， 也是十分寶貴的生物資源，但是長期以來以秸稈為原料生產乙醇、丁醇未取得突破的主要原因是秸稈資源綜合利用率低，纖維素酶成本高、用量大，迫切需要開發出秸稈綜合利用新技術，使秸稈各組分得到高效利用。
發明內容
本發明的目的是提供一種秸稈類原料的綜合利用方法。本發明採用的技術方案是
一種秸稈類原料的綜合利用方法，工藝步驟為a、將汽爆秸稈進行固、液分離，汽爆秸稈固體用鹼法蒸煮處理，從鹼萃取液中經過酸析提取優質木質素；b、將步驟a萃取殘渣進行酶解，得到酶解殘渣和酶解液，酶解殘渣用來生產紙漿；C、將步驟a汽爆秸稈液體經脫毒後，將酶解液與步驟b酶解液合併，添加氮源，進行丙丁發酵。所述步驟a的工藝為秸稈原料加水浸泡3 — 5min，秸稈質量與加水體積的比例為1 :1一 2，浸泡秸稈在壓力0. 5-3Mpa下維持3 — 20min,獲得到汽爆秸稈，向汽爆秸稈中加入1一 2倍幹秸稈質量的水，溫度控制在60 — 70°C充分浸泡15 — 40min，再用螺旋擠壓機分離得到汽爆秸稈液體和汽爆秸稈固體兩部分，使秸稈中的半纖維素充分分離出來，汽爆秸稈固體在80 — 120°C用質量濃度2 — 5%的氫氧化鈉蒸煮處理40 — 120分鐘，進行固液分離，分別獲得萃取渣和萃取液，用質量濃度10%的硫酸將萃取液調pH至3. 0 — 3. 5，溫度保持在50 — 600C，酸析時間為30 — 60分鐘，將沉澱下的木質素經過80目板框過濾，獲得溼木質素，溼木質素經過噴霧乾燥獲得木質素成品，該木質素的純度大於90%，且未經高溫處理， 為非改性木質素。所述步驟b的工藝為向萃取渣中加入秸稈乾重1一 5倍的水，攪拌均勻，再加入 5- 10FIU/g纖維素酶，調pH4. 8-5. 0，在50°C維持12 — Mh ；酶解完成後進行固液分離，分別後的酶解液和酶解殘渣，用與殘渣等量的水洗滌殘渣，洗滌液併入酶解液，殘渣中的成分為不易酶解的長纖維，用來生產紙漿，酶解液中是易酶解的短纖維產生的糖類。
所述步驟c的工藝為將汽爆秸稈液體在0. 05-0. IMpa，溫度50 — 90°C條件下減壓蒸餾，除去糠醛、有機酸等發酵抑制物，將脫毒後的液體與萃取殘渣酶解液混合，將糖含量控制在6% — 7%，再用NaOH調至pH6. 5-7,再加入氮源，使糖含量與蛋白含量之比為15 — 25:1，在121 °C下滅菌20min，接入質量濃度5 — 10%的丙酮丁醇發酵種子培養液，37 — 38°C 下厭氧發酵72h，用氣相色譜測定發酵液中的溶劑含量。所述秸稈為玉米秸稈、小麥秸稈、稻草或油菜杆。所述氮源為玉米漿、玉米黃漿、玉米黃漿粉、豆粕、豆餅粉、麩皮、米糠、酵母粉、蛋白腖、硫酸銨、氯化銨、碳酸銨、碳酸氫銨、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨中的任何一種或組合物。所述丙丁發酵為糖丁酸梭菌、丙酮丁醇梭菌、巴氏芽孢梭菌中任意一種或者兩種組合。本發明的優點是秸稈類原料為小麥、玉米、稻草、油菜，原料來源非常廣泛，實現了秸稈中纖維素(長纖維、短纖維)、半纖維素和木質素等成分進行了分離，使各個組分的價值得到充分實現，將纖維素拆分為不易酶解的長纖維和易於酶解的短纖維，降低了纖維素酶的用量和成本，使纖維素的利用達到利潤最大化，該發明一方面可以提取出優質木質素， 另一方面還為發酵、造紙行業提供廉價的原料，提高了秸稈的綜合利用價值，同時解決了丙丁發酵工業化生產的原料來源問題。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述。圖1是本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式實施例1
如圖1所示，一種秸稈類原料的綜合利用方法，其工藝步驟為a、取小麥秸稈500份，加水750份，浸泡3min，浸泡小麥秸稈在壓力0. 5Mpa下維持3min，獲得到汽爆小麥秸稈，向汽爆小麥秸稈中加入500份水，溫度控制在60°C充分浸泡15min，再用螺旋擠壓機分離得到汽爆小麥秸稈液體和汽爆小麥秸稈固體兩部分，使玉小麥秸稈中的半纖維素充分分離出來， 汽爆小麥秸稈固體在80°C用質量濃度m的氫氧化鈉蒸煮處理40分鐘，進行固液分離，分別獲得萃取渣和萃取液，用質量濃度10%的硫酸將萃取液調pH至3. 0，溫度保持在50°C，酸析時間為30分鐘，將沉澱下的木質素經過80目板框過濾，獲得溼木質素，溼木質素經過噴霧乾燥獲得木質素成品，該木質素的純度為90%，且未經高溫處理，為非改性木質素；
b、向萃取渣中加入1000份水，攪拌均勻，再加入5FIU/g纖維素酶，調pH4.8，在50°C維持12h ；酶解完成後進行固液分離，分別後的酶解液和酶解殘渣，用與殘渣等量的水洗滌殘渣，洗滌液併入酶解液，殘渣中的成分為不易酶解的長纖維，用來生產紙漿，酶解液中是易酶解的短纖維產生的糖類；
c、將汽爆小麥秸稈液體在0.05Mpa，溫度50°C條件下減壓蒸餾，除去糠醛、有機酸等發酵抑制物，將脫毒後的液體與萃取殘渣酶解液混合，將糖含量控制在6%，再用NaOH調至pH6. 5，再加入玉米漿、玉米黃漿、玉米黃漿粉和豆粕，使糖含量與蛋白含量之比為15:1，在121 °C下滅菌20min，接入質量濃度5%的糖丁酸梭菌(Clostridiumsaccharoacetobutylicum)禾口丙If丁醇|§菌(Clostridium acetobutylicum)發#禾中子液，37°C下厭氧發酵72h，用氣相色譜測定發酵液中的溶劑含量，總溶劑達到20g/L。實施例2
如圖1所示，一種秸稈類原料的綜合利用方法，其工藝步驟為a、取玉米秸稈500份，加水500份，浸泡％iin，浸泡玉米秸稈在壓力IMpa下維持5min，獲得到汽爆玉米秸稈，向汽爆玉米秸稈中加入750份水，溫度控制在65°C充分浸泡20min，再用螺旋擠壓機分離得到汽爆玉米秸稈液體和汽爆玉米秸稈固體兩部分，使玉米秸稈中的半纖維素充分分離出來，汽爆玉米秸稈固體在90°C用質量濃度3%的氫氧化鈉蒸煮處理60分鐘，進行固液分離，分別獲得萃取渣和萃取液，用質量濃度10%的硫酸將萃取液調pH至3. 2，溫度保持在55°C，酸析時間為40分鐘，將沉澱下的木質素經過80目板框過濾，獲得溼木質素，溼木質素經過噴霧乾燥獲得木質素成品，該木質素的純度為92%，且未經高溫處理，為非改性木質素；
b、向萃取渣中加入2000份水，攪拌均勻，再加入7FIU/g纖維素酶，調pH4.9，在50°C維持15h ；酶解完成後進行固液分離，分別後的酶解液和酶解殘渣，用與殘渣等量的水洗滌殘渣，洗滌液併入酶解液，殘渣中的成分為不易酶解的長纖維，用來生產紙漿，酶解液中是易酶解的短纖維產生的糖類；
c、將汽爆玉米秸稈液體在0.06Mpa，溫度60°C條件下減壓蒸餾，除去糠醛、有機酸等發酵抑制物，將脫毒後的液體與萃取殘渣酶解液混合，將糖含量控制在6%，再用NaOH調至 pH6. 7，再加入豆餅粉、麩皮、米糠和酵母粉，使糖含量與蛋白含量之比為18:1，在121°C下滅菌20min，接入質量濃度7%的巴氏芽孢梭菌(Bacillus acetobutylicum)發酵種子培養液，37°C下厭氧發酵72h，用氣相色譜測定發酵液中的溶劑含量，總溶劑達到21g/L。實施例3
如圖1所示，一種秸稈類原料的綜合利用方法，其工藝步驟為a、取稻草500份，加水 700份，浸泡％iin，浸泡稻草在壓力2Mpa下維持15min，獲得到汽爆稻草，向汽爆稻草中加入700份水，溫度控制在68°C充分浸泡30min，再用螺旋擠壓機分離得到汽爆稻草液體和汽爆稻草固體兩部分，使稻草中的半纖維素充分分離出來，汽爆稻草固體在110°C用質量濃度4%的氫氧化鈉蒸煮處理100分鐘，進行固液分離，分別獲得萃取渣和萃取液，用質量濃度 10%的硫酸將萃取液調PH至3. 4，溫度保持在58°C，酸析時間為50分鐘，將沉澱下的木質素經過80目板框過濾，獲得溼木質素，溼木質素經過噴霧乾燥獲得木質素成品，該木質素的純度為94%，且未經高溫處理，為非改性木質素；
b、向萃取渣中加入1500份水，攪拌均勻，再加入9FIU/g纖維素酶，調pH4.9，在50°C維持20h ；酶解完成後進行固液分離，分別後的酶解液和酶解殘渣，用與殘渣等量的水洗滌殘渣，洗滌液併入酶解液，殘渣中的成分為不易酶解的長纖維，用來生產紙漿，酶解液中是易酶解的短纖維產生的糖類；
c、將汽爆稻草液體在0.08Mpa，溫度80°C條件下減壓蒸餾，除去糠醛、有機酸等發酵抑制物，將脫毒後的液體與萃取殘渣酶解液混合，將糖含量控制在7%，再用NaOH調至pH6. 8， 再加入蛋白腖、硫酸銨、氯化銨和碳酸銨，使糖含量與蛋白含量之比為15 — 25:1，在121°C 下滅菌20min，接入質量濃度8%的巴氏芽孢梭菌(Bacillus acetobutylicum)發酵種子培養液，38°C下厭氧發酵72h，用氣相色譜測定發酵液中的溶劑含量，總溶劑達到22g/L。實施例4如圖1所示，一種秸稈類原料的綜合利用方法，其工藝步驟為a、取油菜杆500份，加水 1000份，浸泡5min，浸泡油菜杆在壓力3Mpa下維持20min，獲得到汽爆油菜杆，向汽爆油菜杆中加入1000份水，溫度控制在70°C充分浸泡40min，再用螺旋擠壓機分離得到汽爆油菜杆液體和汽爆油菜杆固體兩部分，使油菜杆中的半纖維素充分分離出來，汽爆油菜杆固體在120°C用質量濃度5%的氫氧化鈉蒸煮處理120分鐘，進行固液分離，分別獲得萃取渣和萃取液，用質量濃度10%的硫酸將萃取液調pH至3. 5，溫度保持在60°C，酸析時間為60分鐘， 將沉澱下的木質素經過80目板框過濾，獲得溼木質素，溼木質素經過噴霧乾燥獲得木質素成品，該木質素的純度為96%，且未經高溫處理，為非改性木質素；
b、向萃取渣中加入2500份水，攪拌均勻，再加入10FIU/g纖維素酶，調pH5.0，在50°C 維持24h ；酶解完成後進行固液分離，分別後的酶解液和酶解殘渣，用與殘渣等量的水洗滌殘渣，洗滌液併入酶解液，殘渣中的成分為不易酶解的長纖維，用來生產紙漿，酶解液中是易酶解的短纖維產生的糖類；
c、將汽爆油菜杆液體在0.IMpa，溫度90°C條件下減壓蒸餾，除去糠醛、有機酸等發酵抑制物，將脫毒後的液體與萃取殘渣酶解液混合，將糖含量控制在7%，再用NaOH調至pH7， 再加入碳酸氫銨、磷酸二氫銨和磷酸氫二銨，使糖含量與蛋白含量之比為25:1，在121°C下滅菌 20min，接入質量濃度 10% 的糖丁酸梭菌(Clostridium saccharoacetobutylicum)發酵種子培養液，38°C下厭氧發酵72h，用氣相色譜測定發酵液中的溶劑含量，總溶劑達到 23g/L0 本發明的優點是秸稈類原料為小麥、玉米、稻草、油菜，原料來源非常廣泛，實現了秸稈中纖維素(長纖維、短纖維)、半纖維素和木質素等成分進行了分離，使各個組分的價值得到充分實現，將纖維素拆分為不易酶解的長纖維和易於酶解的短纖維，降低了纖維素酶的用量和成本，使纖維素的利用達到利潤最大化，該發明一方面可以提取出優質木質素， 另一方面還為發酵、造紙行業提供廉價的原料，提高了秸稈的綜合利用價值，同時解決了丙丁發酵工業化生產的原料來源問題。
權利要求
1.一種秸稈類原料的綜合利用方法，其特徵是工藝步驟為a、將汽爆秸稈進行固、液分離，汽爆秸稈固體用鹼法蒸煮處理，從鹼萃取液中經過酸析提取優質木質素；b、將步驟a萃取殘渣進行酶解，得到酶解殘渣和酶解液，酶解殘渣用來生產紙漿；C、將步驟a汽爆秸稈液體經脫毒後，將酶解液與步驟b酶解液合併，添加氮源，進行丙丁發酵。
2.根據權利要求1所述的一種秸稈類原料的綜合利用方法，其特徵在於所述步驟a 的工藝為秸稈原料加水浸泡3 — 5min，秸稈質量與加水體積的比例為1 :1 一 2，浸泡秸稈在壓力0. 5-3Mpa下維持3 — 20min,獲得到汽爆秸稈，向汽爆秸稈中加入1一 2倍幹秸稈質量的水，溫度控制在60 — 70°C充分浸泡15 — 40min,再用螺旋擠壓機分離得到汽爆秸稈液體和汽爆秸稈固體兩部分，使秸稈中的半纖維素充分分離出來，汽爆秸稈固體在80 — 120°C用質量濃度2 — 5%的氫氧化鈉蒸煮處理40 — 120分鐘，進行固液分離，分別獲得萃取渣和萃取液，用質量濃度10%的硫酸將萃取液調pH至3. 0 — 3. 5，溫度保持在50 — 60°C，酸析時間為30 — 60分鐘，將沉澱下的木質素經過80目板框過濾，獲得溼木質素，溼木質素經過噴霧乾燥獲得木質素成品，該木質素的純度大於90%，且未經高溫處理，為非改性木質素。
3.根據權利要求1所述的一種秸稈類原料的綜合利用方法，其特徵在於所述步驟b 的工藝為向萃取渣中加入秸稈乾重1一 5倍的水，攪拌均勻，再加入5 — 10FIU/g纖維素酶，調pH4. 8-5. 0，在50°C維持12 — 24h ；酶解完成後進行固液分離，分別後的酶解液和酶解殘渣，用與殘渣等量的水洗滌殘渣，洗滌液併入酶解液，殘渣中的成分為不易酶解的長纖維，用來生產紙漿，酶解液中是易酶解的短纖維產生的糖類。
4.根據權利要求1所述的一種秸稈類原料的綜合利用方法，其特徵在於所述步驟c 的工藝為將汽爆秸稈液體在0. 05-0. IMpa，溫度50 — 90°C條件下減壓蒸餾，除去糠醛、有機酸等發酵抑制物，將脫毒後的液體與萃取殘渣酶解液混合，將糖含量控制在6% — 7%，再用 NaOH調至pH6. 5— 7，再加入氮源，使糖含量與蛋白含量之比為15 — 25:1，在121°C下滅菌 20min，接入質量濃度5 — 10%的丙酮丁醇發酵種子培養液，37 — 38°C下厭氧發酵72h，用氣相色譜測定發酵液中的溶劑含量。
5.根據權利要求1所述的一種秸稈類原料的綜合利用方法，其特徵在於所述秸稈為玉米秸稈、小麥秸稈、稻草或油菜杆。
6.根據權利要求4所述的一種秸稈類原料的綜合利用方法，其特徵在於所述氮源為 玉米漿、玉米黃漿、玉米黃漿粉、豆粕、豆餅粉、麩皮、米糠、酵母粉、蛋白腖、硫酸銨、氯化銨、 碳酸銨、碳酸氫銨、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨中的任何一種或組合物。
7.根據權利要求4所述的一種秸稈類原料的綜合利用方法，其特徵在於所述丙丁發酵為糖丁酸梭菌、丙酮丁醇梭菌、巴氏芽孢梭菌中任意一種或者兩種組合。
全文摘要
本發明涉及一種秸稈類原料的綜合利用方法，其特徵是工藝步驟為a、將汽爆秸稈進行固、液分離，汽爆秸稈固體用鹼法蒸煮處理，從鹼萃取液中經過酸析提取優質木質素；b、將步驟a萃取殘渣進行酶解，得到酶解殘渣和酶解液，酶解殘渣用來生產紙漿；c、將步驟a汽爆秸稈液體經脫毒後，將酶解液與步驟b酶解液合併，添加氮源，進行丙丁發酵。本發明的優點是原料來源非常廣泛，實現了秸稈中纖維素(長纖維、短纖維)、半纖維素和木質素等成分進行了分離，使各個組分的價值得到充分實現，將纖維素拆分為不易酶解的長纖維和易於酶解的短纖維，降低了纖維素酶的用量和成本，提高秸稈的綜合利用價值，同時解決丙丁發酵工業化生產的原料來源問題。
文檔編號C12R1/145GK102277391SQ20111024602
公開日2011年12月14日 申請日期2011年8月25日 優先權日2011年8月25日
發明者唐波, 溫志明 申請人:溫志明