專利名稱：以木薯為原料制取燃油生物丁醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以木薯為原料制取燃油生物丁醇的方法。
技術(shù)背景丁醇，分子式為CH3 CH2 CH2 CH2 0H，無(wú)色液體，比重0. 8098 (20/4° )。沸 點(diǎn)ll7. 7° ;凝固點(diǎn)-89. 0° 。溶于水，能與乙醇和乙醚混溶。蒸氣與空氣形成 爆炸性混合物，爆炸極限3. 7-1 Q. 2% (體積)。丁醇是非常重要的化工原料和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的溶劑。多年來(lái)，在一些主 要的溶劑生產(chǎn)國(guó)，丁醇等主要用作化工溶劑和脫水劑，并用于制醋酸丁酯和樹(shù) 脂等。目前，丁醇的生產(chǎn)工藝有幾種 (1 )用乙醛為原料經(jīng)縮合加氫制得。(2) 丙烯羰化加氫制取。(3) 以玉米為原料發(fā)酵生產(chǎn)丁醇(4) 以糖蜜為原科(即制糖時(shí)不能結(jié)晶的糖類)生產(chǎn)丁醇。 以石油化工合成法生產(chǎn)的丁醇占絕對(duì)巿場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)基本都釆用以玉米為原料經(jīng)發(fā)酵制取丁醇的方法，其工藝過(guò)程為玉米—粉碎—蒸煮-后熟-醪冷卻—接種—發(fā)酵—分餾—得到丁醇、丙酮、乙醇產(chǎn)品。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種以我國(guó)南方極豐富的木薯資源為原料制取燃油 生物丁醇的方法。本發(fā)明所釆取的技術(shù)方案是以木薯為原料，經(jīng)粉碎，或直接以木薯淀粉，浸泡后加酸或加堿去除雜質(zhì)。 然后加入S 1010多功能催化劑反應(yīng)。冷卻后再接入CL a-b Np-1菌種發(fā)酵。 得出的混合液經(jīng)分餾得到粗品燃油生物丁醇，粗品燃油生物丁醇經(jīng)QR-W吸收劑 處理后得精品燃油生物丁醇。按用途需要，加入QR-E改性劑，得合格燃油生物 丁醇。
以木薯為原料生產(chǎn)燃油生物丁醇，其反應(yīng)機(jī)理、化學(xué)反應(yīng)方程式如下2/X (CM) X >C12H22 >2C6H1203 —4CH3COCH (OH) 2 —4CH3CHO+4HCOOHHC00H —H2+C02CH3CHO+H2 —CH線OH2CH3CHO +脂>2CH3CH (OH) 2 -們>2CH3COOH —CH3C (OH) 2CH2COOH -譜>CH3COCH2COOH ， > CH3COCH32CH3CHO +//20 >2CH3C00H^^_ —CH3CH2CH2C00H^^CH3CH2CH2CH2OH 具體工藝路線為木薯片—粉碎—調(diào)漿(加酸或堿)—浸泡—加催化劑—蒸煮—冷卻—加菌 種發(fā)酵—蒸餾—分餾—吸收—精品燃油生物丁醇加改性劑—合格燃油生物丁 醇。將木薯片(或木薯精淀粉)粉碎后放入調(diào)漿池內(nèi)加清水浸泡，水量為淀粉量 的7 12倍，水溫在常溫至5(TC之間，以利各種雜質(zhì)溶解于水中，在浸泡液中 加入酸(HC1; H2S04均可),PH值調(diào)至3 ~ 6之間，或加入堿NaOH或Na2C03、 Ca (OH) 2 均可，PH值調(diào)至8 10之間，浸泡4~12小時(shí)后即可換水，將上層雜質(zhì)棄之， 反復(fù)至含雜質(zhì)較少為止，清洗過(guò)的木薯粉濃度在10~30%之間，即加入0.1~1 % S1010催化劑，催化溫度控制在50 11(TC之間，同時(shí)進(jìn)行攪拌，催化0.5 至2小時(shí)結(jié)東。然后將液體冷卻至常溫或4(TC以下，加CL'a-bNp-1菌種發(fā)酵， 接種量為10~20%(按淀粉發(fā)酵液量計(jì))，接種后在常溫至42X:之間發(fā)酵48~72 小時(shí)，即生成丁醇、丙酮、乙醇混合液。先將混合液經(jīng)精餾塔蒸出濃度為30% 左右的溶劑液，溫度控制在90 100'C之間，然后將混合液在60 8(TC溫度間 分離出丙酮、乙醇，得到的生物丁醇產(chǎn)品與水共沸物蒸出，溫度控制在92 98 X:之間，即可得到粗燃油生物丁醇。粗品燃油生物丁醇加入5~10% QR-W吸收 劑后，升溫60 9(TC，保溫l-2小時(shí)，經(jīng)過(guò)濾后得精品燃油生物丁醇。按用途 需要，加入QR-E改性劑，循環(huán)攪拌后得合格燃油生物丁醇。改性劑也可不加。
本發(fā)明釆用木薯作原料制取燃油生物丁醇，因木薯含有大量的淀粉(比玉米 含量高)，同時(shí)也含有其它有毒物質(zhì)，如氰酸、果膠、單寧、樹(shù)脂及部分高分子成份等，故本發(fā)明釆用浸泡方法，通過(guò)加入不同的酸、堿，調(diào)PH4~9,來(lái)除去 木薯中的有害有毒成分，以利于后一道發(fā)酵工序細(xì)菌的生長(zhǎng)。因木薯淀粉結(jié)構(gòu) 與玉米淀粉結(jié)構(gòu)有較大差別，木薯含支鏈淀粉多，在蒸煮過(guò)程中會(huì)變成濃稠的 粘液，無(wú)法進(jìn)行輸送，本發(fā)明釆用添加S1010即以酶類為主體的復(fù)合型催化劑， 將木薯淀粉結(jié)構(gòu)分解為低聚糖和直鏈淀粉，然后在常溫至4 (TC左右接入菌種進(jìn) 行發(fā)酵，生成的丁醇、丙酮、乙醇混合物再經(jīng)分餾即可得生物丁醇。S1010催化劑為專用催化劑，它釆用酶類催化劑，能將n(CM05)的淀粉質(zhì) 切斷，以利于丁醇生物菌生長(zhǎng)，再加以微量元素氮、磷、銨等，以增強(qiáng)細(xì)菌的 生產(chǎn)能力。具體配比酶 2 5% (淀粉酶或糖化酶)豆餅 2 5%尿素 6 0% 常溫至5 (TC溫度下攪拌即可成。本發(fā)明釆用木薯作原料制取燃油生物丁醇，因木薯含有其它有毒物質(zhì)，如 氰酸、果膠、單寧、樹(shù)脂及部分高分子成份等，故本發(fā)明釆用CLi-bNp-l菌 種，將培養(yǎng)液體冷卻至常溫或4(TC以下，接菌種，接種量為10~20%(按淀粉 發(fā)酵液量計(jì))，接種后在常溫至42匸之行發(fā)酵48 72小時(shí)，即生成丁醇、丙酮、 乙醇混合液。CL . a-b Np-l菌種釆用廣西原生菌種分離，其成分為Clostrium Acetobutylicum菌(丁醇菌)。本發(fā)明釆用木薯作原料制取燃油生物丁醇，因發(fā)酵有其它副反應(yīng)產(chǎn)生高碳 分子成份，故本發(fā)明采用QM吸收劑處理粗品燃油生物丁醇后得精品燃油生物 丁醇，QR-W吸收劑其成分為活性炭和活性白土?；钚蕴亢突钚园淄潦褂们靶杌?化處理，加入量為2~10%。 —具體配比活性炭 70% 活性白土 30% 本發(fā)明釆用木薯作原料制取燃油生物丁醇，因燃油有不同規(guī)范，故本發(fā)明釆用加入QR-E改性劑的方法，QR-E改性劑為汽油或柴油，加入量為0~50%。 燃油生物丁醇的用途(1) 汽車用燃油生物丁醇用木薯為原料制取的燃油生物丁醇，具有低蒸氣壓，并允許汽油混合物含 水，這有助于它在現(xiàn)有汽油供應(yīng)和分配渠道中利用。燃油生物丁醇可以更大的 比例調(diào)入汽油而無(wú)需改造汽車，比汽油一乙醇調(diào)和物具有更好的動(dòng)力，可提高 汽車的燃料效率和里程。燃油生物丁醇的前景比其他生物燃料如乙醇或生物柴油更樂(lè)觀，因?yàn)槿加?生物丁醇既不需要車主購(gòu)買特殊車輛，也不必改造原有車輛發(fā)動(dòng)機(jī)，而且這種 新型燃料更環(huán)保。汽車制造商允許車主使用含5%生物燃料和95%普通汽油或柴油的混合燃 料。制造商做出這一限定是因?yàn)閾?dān)心生物燃料會(huì)腐蝕發(fā)動(dòng)機(jī)的輸油管和墊圈。 燃油生物丁醇與其他生物燃料相比，腐蝕性較小，混合燃料中可混入20%的丁 醇。丁醇還是一種高能量生物燃料，與傳統(tǒng)燃料相比，每加侖(1加侖約合4. 5 升)可支持汽車多走10%的路程，與乙醇相比，可多走30%的路程。(2) 燃油生物丁醇能成為一個(gè)重要的可再生運(yùn)輸能源，因?yàn)槿加蜕锒〈?擁有比乙醇更高的能含量。燃油生物丁醇可以用在現(xiàn)有的汽油供應(yīng)和分布線路， 有更高的辛烷值，并能和汽油以任何比例混合。隨著原油價(jià)格的飛速上漲，世界石油資源的日益緊缺，以木薯為原料制取 燃油生物丁醇的經(jīng)濟(jì)價(jià)值顯現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，比汽油一乙醇調(diào)和物具有更好的燃料經(jīng) 濟(jì)。本方法工藝簡(jiǎn)單，成本低，為生產(chǎn)燃油生物丁醇及利用木薯資源開(kāi)發(fā)了一 條新的途徑。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:稱取l公斤木薯精淀粉，放入調(diào)漿池內(nèi)，加入清水9公斤在常溫下浸泡，
以利各種雜質(zhì)溶解于水中，在浸泡液中加鹽酸，將PH值調(diào)至4，浸泡5小時(shí)后 將上層雜物棄之，反復(fù)浸泡三次結(jié)束。將清洗之木薯粉調(diào)節(jié)濃度在17Be，即可 加入S 1Q1Q催化劑1Q克，催化溫度1G(TC,進(jìn)行攪拌，反應(yīng)G. 5小時(shí)結(jié)束。將 液體冷卻至37°C,加CL a-b Np-l菌種發(fā)酵，接種量為150克，接種后在42 'C保溫發(fā)酵50小時(shí)，即生成生物丁醇、丙酮、乙醇混合液。先將混合液經(jīng)精餾 塔蒸出濃度為30%左右的溶劑液，溫度控制在9(TC，然后將混合液在7(TC分離 出丙酮、乙醇，得到的粗生物丁醇產(chǎn)品與水共沸物蒸出，溫度控制在95°C，即 可得到粗燃油生物丁醇。粗品燃油生物丁醇加入50克QR-W吸收劑后，升溫80 'C,保溫2小時(shí)，經(jīng)過(guò)濾后得精品燃油生物丁醇，加入QR-E改性劑汽油IO克， 循環(huán)攪拌后得合格燃油生物丁醇。 實(shí)施例2:稱取100公斤木薯片，粉碎，入調(diào)漿池內(nèi)，加清水1000公斤浸泡，以利各 種雜質(zhì)溶解于水中，在浸泡液中加入NaOH,將PH值調(diào)至9，浸泡10小時(shí)后將上 層雜物棄之，浸泡二次結(jié)束。將清洗之木薯粉調(diào)節(jié)濃度在20Be,即可加入SIOIO 催化劑1公斤，催化溫度7(TC,進(jìn)行攪拌，反應(yīng)1. 5《、時(shí)結(jié)東，升溫IO(TC保 溫20分鐘后將液體冷卻至32°C，加CL'a-bNp-l菌種發(fā)酵，接種量為10公斤， 接種后在4(TC保溫發(fā)酵70小時(shí)，即生成生物丁醇、丙酮、乙醇混合液。先將混 合液經(jīng)精餾塔蒸出濃度為25%左右的溶劑液，溫度控制在9(TC，然后將混合液 在78'C分離出丙酮、乙醇，得到的粗生物丁醇產(chǎn)品與水共沸物蒸出，溫度控制 在95'C，即可得到粗燃油生物丁醇。粗品燃油生物丁醇加入2公斤QR-W吸收劑 (活性碳1.4公斤、活性白土 0.6公斤混合)后，升溫8(TC,保溫2小時(shí)，經(jīng) 過(guò)濾后得精品燃油生物丁醇，加入QR-E改性劑柴油5公斤，循環(huán)攪拌后得合格 燃油生物丁醇。
權(quán)利要求
1.一種以木薯為原料制取燃油生物丁醇的方法，其特征在于以木薯為原料，經(jīng)粉碎，或直接以木薯淀粉，浸泡后加酸或加堿去除雜質(zhì)，然后添加催化劑反應(yīng)，冷卻后接入CL·a-b Np-1菌種發(fā)酵，得出的混合液經(jīng)分餾得到粗品燃油生物丁醇；再經(jīng)吸收劑處理后得精品燃油生物丁醇；按用途需要，加入改性劑，即得合格燃油生物丁醇。
2. 如權(quán)利要求l所述的以木薯為原料制取燃油生物丁醇的方法，其特征在 于浸泡液加入鹽酸或硫酸，PH值調(diào)至3 6之間；或加入堿為Na0H或比(:03或 Ca(0H)2， PH值調(diào)至8 10,浸泡4 12小時(shí)后換水，除去雜質(zhì)。
3. 如權(quán)利要求l所述的以木薯為原料制取燃油生物丁醇的方法，其特征在 于催化劑采用S 1010催化劑，加入量為0. 1~1%，其成分配比為淀粉酶或糖 化酶25%，豆餅25%，尿素50%,在常溫至5(TC溫度下攪拌即成。
4. 如權(quán)利要求l所述的以木薯為原料制取燃油生物丁醇的方法，其特征在 于催化反應(yīng)溫度控制在50 11(TC之間，攪拌反應(yīng)0. 5至2小時(shí)。
5. 如權(quán)利要求l所述的以木薯為原料制取燃油生物丁醇的方法，其特征在 于催化反應(yīng)后的液體冷卻至4(TC以下，將菌種CL'a-bNP-l接入，接種量為 淀粉發(fā)酵液量的10~20%，在常溫至42。C之間發(fā)酵48 - 72小時(shí)。
6. 如權(quán)利要求l所述的以木薯為原料制取燃油生物丁醇的方法，其特征在 于釆用CL . a-b Np-l菌種發(fā)酵，其成分為Clostrium Acetobutylicum菌。
7. 如權(quán)利要求l所述的以木薯為原料制取燃油生物丁醇的方法，其特征在 于采用QR-W吸收劑處理粗品燃油生物丁醇后得精品燃油生物丁醇，QR-W吸收 劑的成分為70%活性炭和30%活性白土。
8. 如權(quán)利要求l所述的以木薯為原料制取燃油生物丁醇的方法，其特征在 于發(fā)酵后的混合液經(jīng)分餾得到丁醇、丙酮、乙醇。
9. 如權(quán)利要求l所述的制取以木薯為原料制取燃油生物丁醇的方法，其特 征在于根據(jù)用途需要加入的QR-E改性劑為汽油或柴油，加入量為燃油生物丁 醇量的0~ 50%。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種以木薯為原料制取燃油生物丁醇的方法，它是采用木薯粉碎或木薯淀粉加水調(diào)漿，再加酸或加堿浸泡，除去雜質(zhì)，然后加入S1010，催化劑反應(yīng)，冷卻后再接入CL·a-b Np-1菌種發(fā)酵，得出的混合液經(jīng)分餾得到粗品燃油生物丁醇，粗品燃油生物丁醇經(jīng)QR-W吸收劑處理后得精品燃油生物丁醇。按用途需要，加入QR-E改性劑，得合格燃油生物丁醇。該方法工藝簡(jiǎn)單，成本低，為生產(chǎn)燃油生物丁醇及利用木薯資源開(kāi)發(fā)了一條新的途徑。
文檔編號(hào)C12P7/06GK101165188SQ200710050079
公開(kāi)日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月18日
發(fā)明者王燕飛 申請(qǐng)人:王燕飛