專利名稱：一種利用植物秸稈制備燃料乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含氧有機(jī)化合物的制備方法，特別涉及一種以含纖維素材 料基質(zhì)制備乙醇基燃料的制備方。
背景技術(shù)：
乙醇是一種無(wú)色、透明，具有特殊香味的液體(易揮發(fā))，密度比水小， 能跟水以任意比互溶(一般不能做萃取劑)。是一種重要的溶劑，能溶解多 種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物。
乙醇的用途很廣，主要有 (1)消毒劑醫(yī)院用的一般用濃度為70% 75%的乙醇溶液，因?yàn)檫@
種濃度的乙醇溶液殺菌能力最強(qiáng)；(2)飲料乙醇是酒主要成分(含量
和酒的種類(lèi)有關(guān)系)如白酒為56度的酒。注意我們喝的酒內(nèi)的乙醇不
是把乙醇加進(jìn)去，而是發(fā)酵出來(lái)的乙醇，當(dāng)然根據(jù)使用的發(fā)酵酶不同還會(huì)
有乙酸或糖等有關(guān)物質(zhì)。(3)基本有機(jī)化工原料乙醇可用來(lái)制取乙醛、 乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是制取、染料、涂料、洗滌劑等產(chǎn) 品的原料；(4)汽車(chē)燃料乙醇可以調(diào)入汽油，作為車(chē)用燃料，美國(guó)銷(xiāo)
售乙醇汽油己有20年歷史。
此外乙醇還做稀釋劑、有機(jī)溶劑、涂料溶劑等幾大方面，其中用量 最大的是消毒劑。
工業(yè)上一般用淀粉發(fā)酵法或乙烯的水化法制取乙醇
1. 淀粉發(fā)酵法，是以糧食為原料，用傳統(tǒng)酵母法發(fā)酵制備乙醇的，該
法存在與人爭(zhēng)糧的問(wèn)題，且產(chǎn)率只有55-60%產(chǎn)能低，并有大量C02排出。
2. 乙烯水化法
CH2=CH2 + H-OH - CzhUOH (該反應(yīng)分兩步進(jìn)行，第一步是與
醋酸汞等汞鹽在水-四氫呋喃溶液中生成有機(jī)汞化合物，而后用硼氫化鈉還
4原)，該法存在利用有毒性原輔料來(lái)生產(chǎn)，其對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，且能耗大， 操作安全性差等缺陷。
目前，除傳統(tǒng)的工業(yè)法外，還有利用秸桿類(lèi)生物質(zhì)為原料，以氣化合成法 來(lái)制取乙醇基混全醇的方法，正在研發(fā)階段，沒(méi)有進(jìn)入工業(yè)化程度。
植物可再生質(zhì)的利用有多種方法，有的科研工作者先將木質(zhì)素用堿溶解，提 高了纖維素對(duì)酶的敏感性，再用纖維素酶水解制備葡萄糖；也有人在〉160 °C的 條件下(Enzyme and Microbial Technology 24 ( 1999 ) 667 — 674 )， 用 硫酸、鹽酸、堿等處理秸稈后再用纖維素酶降解纖維素為葡萄糖。但是目前尚無(wú) 從植物秸稈制備富馬酸酯的相關(guān)研究。
植物秸稈中主要化學(xué)成分是木質(zhì)素、半纖維素、纖維素(植物纖維化學(xué)第三 版第6頁(yè)；中國(guó)經(jīng)工業(yè)出版社)，將半纖維素、纖維素降解成以木糖、葡萄糖為 主的糖類(lèi)物質(zhì)(可制備液體燃料乙醇)、木質(zhì)素轉(zhuǎn)化為化工原料和能源是高值化 利用秸稈植物的理想途徑之一。
現(xiàn)在利用植物秸稈制備乙醇等產(chǎn)物的方法種類(lèi)繁多，主要是采用將植物秸稈 水解后再進(jìn)行發(fā)酵或采用酶制劑反應(yīng)制得。例如公開(kāi)號(hào)為CN1283701的中國(guó) 發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)乙醇工藝，該工藝方法是由將農(nóng)作物秸 稈粉碎經(jīng)硫酸處理及石灰乳中和水解得糖液，所得糖液按常規(guī)乙醇發(fā)酵工藝加酵 母發(fā)酵、蒸餾制得乙醇。公開(kāi)號(hào)為CN101134970的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一 種玉米秸稈酶法水解生產(chǎn)乙醇的預(yù)處理方法，原料切段除雜，噴淋含碳酸鈉5% -15%堿液后，依次裝入各個(gè)以排余汽的蒸汽管路相串聯(lián)的反應(yīng)罐中；裝罐封閉 裝料口后，抽罐內(nèi)空氣，充O.l-lMPa氧氣或富氧空氣；向一個(gè)反應(yīng)罐通 10(TC-165"C飽和蒸汽蒸煮，3- 10min后，把反應(yīng)罐內(nèi)多余飽和蒸汽排入與之串 聯(lián)的下一反應(yīng)罐；然后，分別向前一個(gè)罐通中壓壓縮空氣和向后一反應(yīng)罐補(bǔ)充飽 和蒸汽，前一個(gè)反應(yīng)罐通壓縮空氣達(dá)1.6-2.5MPa， l-3min后噴放，后一個(gè)反應(yīng) 罐補(bǔ)充飽和蒸汽達(dá)蒸煮要求后，再把余汽排入與之相連的下一個(gè)反應(yīng)罐，相互串 聯(lián)的各罐依次進(jìn)行排放蒸煮后多余的飽和蒸汽。公開(kāi)號(hào)為CN101168749的中國(guó) 發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了用甜高粱秸桿制取乙醇的方法(l)取甜高粱秸桿，去掉甜 高粱秸桿的穗和根，得到凈甜高粱秸桿；(2)把凈甜高粱秸桿用甘蔗搾汁機(jī)榨汁， 得到甜高粱秸桿汁；(3)把甜高粱秸桿汁放入發(fā)酵罐，在甜高粱秸桿汁內(nèi)加入酒精酵母，酒精酵母的重量是甜高粱秸桿汁重量的0.8%。 1.2%。，調(diào)節(jié)pH值為4.5 4.7，得到接種液體料；(4)把接種液體料在溫度3(TC 38。C下發(fā)酵50 56個(gè)小 時(shí)，得到發(fā)酵醪；(5)把發(fā)酵醪在蒸餾塔里蒸餾，得到乙醇。本發(fā)明以甜高粱秸 桿為原料，用先進(jìn)的液態(tài)發(fā)酵工藝制乙醇，將甜高粱秸稈經(jīng)壓搾提取汁液，汁液 液態(tài)發(fā)酵后，發(fā)酵醪經(jīng)蒸餾可直接生產(chǎn)出乙醇。
又例如公開(kāi)號(hào)為CN101186943的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種利用秸桿原 料生產(chǎn)乙醇的方法對(duì)作物秸稈預(yù)處理；固液分離；水解固相組分；經(jīng)超濾和 RO組合過(guò)濾濃縮后利用酵母發(fā)酵。本發(fā)明同時(shí)可以將液相組分蒸發(fā)濃縮，加入 磺化劑來(lái)生產(chǎn)相應(yīng)的副產(chǎn)品磺化木質(zhì)素。公開(kāi)號(hào)為CN101235390的中國(guó)發(fā)明專 利申請(qǐng)，公開(kāi)了一種利用甜高粱秸稈固體發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法(l)原料粉 碎將甜高粱粉碎至長(zhǎng)度10-30mm的細(xì)絲；(2)原料蒸煮與調(diào)配將粉碎的原料 按重量加入硫酸銨0.1-1.0%，磷酸氫二鉀0.05-0.5%，于10(TC滅菌30分鐘， 冷卻至25-33'C后加入纖維素酶，加量為2-200U/g原料；(3)種子的制備種子 培養(yǎng)基為麥芽汁培養(yǎng)基，溫度25-33'C，轉(zhuǎn)速100-200rpm，培養(yǎng)時(shí)間12-24小時(shí)； (4)菌種加入以步驟(3)所述方式對(duì)釀酒酵母進(jìn)行兩級(jí)活化后以1-10 : 100V/W的 比例加入到原料中，攪拌均勻；(5)發(fā)酵將上述發(fā)酵體系置于28-35。C條件下 密封發(fā)酵；(6)蒸餾按常規(guī)蒸餾，得到乙醇。公開(kāi)號(hào)為CN1597973的中國(guó)發(fā)明 專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種用甜高粱秸稈生產(chǎn)乙醇的干式生產(chǎn)技術(shù)，該發(fā)明將甜高粱秸 稈粉碎后均勻加入發(fā)酵酵母，在密封條件下發(fā)酵5-6天，發(fā)酵溫度控制在28-32°C ， 發(fā)酵制得，其中，甜高粱秸稈與發(fā)酵酵母的重量配比為20000:2-5。公開(kāi)號(hào)為 CN1912129的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種以秸稈為原料，循環(huán)利用富含纖維 素酶和酵母的混合菌液，固體發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的方法，包括滅菌處理，第一次發(fā) 酵，排菌液，蒸餾，排渣，再次發(fā)酵，再次蒸餾，循環(huán)生產(chǎn)。公開(kāi)號(hào)為CN101003818 的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種純度為99%以上的燃料乙醇的制取工藝，所用 的甜高粱秸稈品種為"甜飼一號(hào)"，高粱收獲后及時(shí)收獲甜高粱秸稈，洗凈后榨汁， 在汁液中加入0.2%的硫酸銨，10%活化好的酒精酵母，3(TC條件下液態(tài)發(fā)酵48h， 經(jīng)蒸餾脫水后得到燃料乙醇；或?qū)⒔斩捛蟹殖?cm左右小段，加入活化后的酒 精酵母菌種10%，再加入0.2%硫酸銨，32。C 34。C條件下密封發(fā)酵72h，經(jīng)蒸 餾脫水后得到燃料乙醇。雖然利用植物秸稈制備乙醇的方法繁多，但是目前大多采用傳統(tǒng)的酵母發(fā)酵 法和酶制劑法生產(chǎn)乙醇，但是生產(chǎn)過(guò)程中乙醇轉(zhuǎn)化率低，C02排放量大，能耗高， 生產(chǎn)成本高。雖然有研究采用新型乙醇酵母菌進(jìn)行發(fā)酵制備燃料乙醇，但是仍然 存在發(fā)酵過(guò)程中C02排放量大、新型菌種獲取困難等障礙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種以植物秸稈為原料制 備燃料乙醇，其中燃料乙醇是以乙醇為主要成分的醇類(lèi)混合物，其主要成分為乙
醇、丙醇，該方法制備的乙醇、丙醇，收率高，以廢棄物秸桿類(lèi)生物質(zhì)為原料， 既節(jié)約生產(chǎn)成本又減少了環(huán)境污染，還創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明一方面提供一種利用植物秸稈制備燃料乙醇 的方法，包括如下順序進(jìn)行的步驟
1) 將植物秸稈進(jìn)行酸水解反應(yīng)制成水解液；
2) 將水解液進(jìn)行厭氧發(fā)酵制得醋酸混合液；
3) 將醋酸混合液與甲醇在第一催化劑作用下進(jìn)行酯化反應(yīng)，制成醋酸甲酯 混合物；
4) 將醋酸甲酯混合物在第二催化劑作用下進(jìn)行氫化反應(yīng)制成燃料乙醇。 其中，在所述步驟l)中，利用稀硫酸對(duì)植物秸稈進(jìn)行所述的酸水解反應(yīng)，
其中，稀硫酸的質(zhì)量百分比濃度為0.5-1%，優(yōu)選為0.8-1%;所述植物秸稈與稀 硫酸的重量份配比為l: 2-4，優(yōu)選為l: 3-4。
特別是，酸水解的反應(yīng)溫度為120-150°C，反應(yīng)的絕對(duì)壓力為0.2-0.6MPa， 反應(yīng)時(shí)間為1-3小時(shí)。
特別是，所述植物秸稈選擇玉米芯、葵花殼、大豆秸桿、玉米秸桿中的一 種或多種。
其中，所述步驟2)包括如下順序進(jìn)行的步驟
A) 向水解液中加入堿性水溶液調(diào)節(jié)水解液的pH值為6-7，攪拌均勻；
B) 蒸發(fā)濃縮調(diào)節(jié)了pH值的水解液，得到濃縮水解液；
C) 向濃縮水解液中加入活化菌種進(jìn)行厭氧發(fā)酵，制得醋酸混合液。 特別是，在步驟A)中所述的堿性水溶液選擇NaOH水溶液、Na2C03水溶
7液、NaHC03水溶液、KOH水溶液、K2C03水溶液、KHC03水溶液、NH4OH 水溶液、(NH4) 2(303水溶液、NH4HC03水溶液中的一種；在步驟B)中所述濃 縮水解液中糖的質(zhì)量百分比含量為10-15%，優(yōu)選為12-15%;在步驟C)中厭氧 發(fā)酵的溫度為48-52'C,厭氧發(fā)酵時(shí)間為48-60小時(shí)，在步驟C)中所述的加入 的活化菌種與濃縮水解液的體積份配比為20-30: 100;活化菌種與濃縮水解液的 總體積占厭氧發(fā)酵罐容積的75-85%。
其中，所述的活化菌種按照如下順序進(jìn)行的步驟制備 Cl)將從沼氣發(fā)酵池中采集的污泥接種到菌種篩分培養(yǎng)基中進(jìn)行篩分，獲 得篩分菌種，其中篩分培養(yǎng)溫度為35-4(TC，篩分培養(yǎng)24-48小時(shí)；
C2)將篩分菌種接種到菌種篩分培養(yǎng)基中進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，獲得擴(kuò)大培養(yǎng)菌 禾中，其中，擴(kuò)大培養(yǎng)溫度為45-50。C，擴(kuò)大培養(yǎng)24-48小時(shí)；
C3)將擴(kuò)大培養(yǎng)菌種接種到菌種活化培養(yǎng)基中進(jìn)行活化培養(yǎng)，獲得活化菌 禾中，其中，活化培養(yǎng)溫度為48-52'C，每隔4-6小時(shí)，用堿性溶液溶液調(diào)節(jié)菌種 活化培養(yǎng)液的pH值，使保持為3-4.5，活化培養(yǎng)24-36小時(shí)。
特別是，步驟C1)中所述的污泥的含水量>50%， pH值為4-6，溶解氧為 零，碳氮比為20-30: 1;
尤其是，沼氣發(fā)酵池內(nèi)發(fā)酵物為農(nóng)作物廢棄秸稈和動(dòng)物飼養(yǎng)場(chǎng)所及廁所糞 便，其中農(nóng)作物廢棄秸稈的質(zhì)量百分含量占70-80%，動(dòng)物飼養(yǎng)場(chǎng)所及廁所糞便 占20-30%;沼氣發(fā)酵池的發(fā)酵溫度為10-45°C，發(fā)酵的相對(duì)濕度為60-90%。 其中，步驟C1)中所述的菌種篩分培養(yǎng)基按照如下歩驟制備 首先，將大米加入到水中，加熱煮沸后熬煮30-40分鐘，冷卻制得大米稀
湯；
接著向大米稀湯中加入紅糖、KH2P04和尿素?cái)噭蚝?，再加入質(zhì)量百分比 濃度為10%的醋酸水溶液調(diào)pH值為3-4.5，在90-100。C下消毒10-20分鐘，冷 卻制得菌種篩分培養(yǎng)基，其中，每升菌種篩分培養(yǎng)基中紅糖含量為167g/L、 KH2P04含量為2g/L、尿素含量為0.2g/L。
特別是，所述大米與水按任意比例配制后熬煮，優(yōu)選為每100g大米加到 5L水中進(jìn)行煮沸熬煮制得大米稀湯。
特別是，步驟C1)中接種的污泥與菌種篩分培養(yǎng)基的體積配比為0.5-1: 1;步驟C2)中接種的篩分菌種與菌種篩分培養(yǎng)基的體積配比為0.15-0.3: 1。 其中，步驟C3)中所述的菌種活化培養(yǎng)基按照如下步驟制備-將步驟B)中制備的秸稈濃縮水解液、KH2P04， (NH4) 2HP04，蛋白粉和 尿素加入到厭氧罐內(nèi)攪勻，以質(zhì)量百分比濃度為10%的醋酸水溶液調(diào)pH值為 3-4.5，在90-100'C下消毒10-20分鐘，冷卻制得菌種活化培養(yǎng)基，其中，每升 菌種活化培養(yǎng)液中的KH2P04含量為2g/L、 (NH4) 2HP04含量為lg/L、蛋白粉 含量為2g/L、尿素含量為0.2g/L。
特別是，步驟C3)中接種的擴(kuò)大培養(yǎng)菌種與菌種活化培養(yǎng)基的體積配比為
0.1-0.2: 1。
其中，步驟3)中所述的醋酸混合液與所述甲醇的重量份配比為1: 3-5， 優(yōu)選為1: 3-4;所述酯化反應(yīng)的溫度為70-90°C,絕對(duì)壓力為6-8MPa，酯化反 應(yīng)時(shí)間為3-5小時(shí)；所述第一催化劑為用固體酸催化劑，選自氯乙酸脂固體酸、 乙酸酯固體酸、已酸酯固體酸、丁酸酯固體酸、辛酸酯固體酸中的一種；所述第
-催化劑與醋酸混合液的重量份配比為1-2: 100。
特別是，所述酯化反應(yīng)還包括加入脫水劑無(wú)水氯化鈣對(duì)酯化反應(yīng)的混合物
混合酯進(jìn)行脫水，其中無(wú)水氯化鈣與醋酸混合液的重量份配比為10-20: 100。
尤其是，將酯化反應(yīng)混合物冷卻至4(TC以下后，過(guò)濾，濾液進(jìn)入蒸餾塔進(jìn) 行分離，得到混合酯，控制蒸餾塔內(nèi)的相對(duì)壓力為-0.01Mpa，收集55-6(TC溫度 區(qū)的餾分和80-90'C溫度區(qū)餾分，其中混合酯中醋酸甲酯的質(zhì)量百分比含量為 88-93%,丙酸甲酯的質(zhì)量百分比含量為5-7%,甲酸甲酯的質(zhì)量百分比含量為 1-2%。
其中，步驟4)中所的燃料乙醇是以乙醇為主要成分的醇混合物；步驟4) 中所述的第二催化劑選擇金屬-稀土氧化物復(fù)合催化劑，其中，第二催化劑中金 屬與稀土氧化物的重量份配比為1.5-3: 7-8.5。
特別是，所述第二催化劑選擇鎳-稀土鈰氧化物、鎳-稀土鑭氧化物、銅-稀 土鑭氧化物、銅-稀土鈰氧化物、鉬-稀土鑭氧化物、鉬-稀土鈰氧化物中的一種。
其中，所述第二催化劑與所述混合酯的重量份配比為1-2: 100;所述氫化
反應(yīng)的溫度為230-250°C，絕對(duì)壓力為3-5MPa，氫化反應(yīng)時(shí)間為1-3小時(shí)。
特別是，將氫化反應(yīng)產(chǎn)物冷卻后分離得到混合醇，然后將混合醇進(jìn)行精餾，收集80-90。C溫度區(qū)餾分，得到燃料乙醇，其中燃料乙醇中含有乙醇、丙醇，乙 醇的體積百分含量295%。
其中，植物秸稈進(jìn)行酸水解前，首先將所述織物秸稈粉碎成3-5cm的碎段。
特別是，所述植物秸稈的含水量25%。
本發(fā)明另一方面提供一種按照上述方法制備而成的利用植物秸稈制備燃料乙醇。
本發(fā)明制備方法的優(yōu)點(diǎn)如下
1) 本發(fā)明方法制備的燃料乙醇的收率高，達(dá)到75-80%，燃料乙醇的氧含 量高、辛垸值高、汽化潛熱高、質(zhì)量低熱值低、燃燒性能好和燃燒排放污染物少 等優(yōu)良特性。
2) 本發(fā)明方法制備的乙醇是以農(nóng)業(yè)、林業(yè)的廢棄物秸桿類(lèi)生物質(zhì)為原料， 變廢為寶，既節(jié)約生產(chǎn)成本又減少了環(huán)境污染，同時(shí)還拓展了植物秸稈的應(yīng)用范 圍，創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
3) 本發(fā)明方法制備工藝簡(jiǎn)單，工藝條件容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
4) 本發(fā)明的發(fā)酵細(xì)菌來(lái)源廣泛，廉價(jià)易得。


圖1為本發(fā)明制備乙醇的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所利用的秸桿類(lèi)生物質(zhì)原料主要有玉米芯、葵花殼、大豆秸桿、玉 米秸桿等。
實(shí)施例1
1、 原料預(yù)處理
將含水量35%的大豆秸稈，粉碎為3 5cm的秸稈碎段后備用。
2、 酸水解反應(yīng)制得水解液
1)將大豆秸稈碎段裝入水解釜后，加入質(zhì)量百分比濃度為0.8%的稀硫酸
10溶液，其中，水解釜內(nèi)壁噴涂搪瓷防腐材料，水解釜耐壓2lMpa，水解釜底部采 用蒸汽加熱裝置進(jìn)行加熱；大豆秸稈碎段與稀硫酸溶液的重量份配比為1: 4， 水解釜內(nèi)玉米秸稈碎段和稀硫酸溶液混合后的體積為水解釜容積的70%;
2) 關(guān)閉加料口蓋，打開(kāi)水解釜上部排氣閥，開(kāi)啟水解釜底部的蒸汽加熱裝 置進(jìn)行加熱，使釜內(nèi)溫度升高，釜內(nèi)物料沸騰10分鐘后，關(guān)閉上部排氣閥，釜 內(nèi)溫度、壓力升高，并使釜內(nèi)的絕對(duì)壓力達(dá)到并保持為0.4MPa，溫度為125'C， 以釜內(nèi)溫度達(dá)到125°C、絕對(duì)壓力為0.4MPa時(shí)開(kāi)始計(jì)算水解反應(yīng)時(shí)間，水解反 應(yīng)2小時(shí)后，停止加熱并同時(shí)打開(kāi)水解釜底部的排液閥，利用釜內(nèi)壓力將水解液 壓入蒸發(fā)罐。
3) 向壓入蒸發(fā)罐的水解液中加入Na2C03溶液，調(diào)節(jié)水解液的pH至為7， 中和水解液中的酸類(lèi)物質(zhì)，將中和后pH值為7的水解液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，得到濃 縮水解液，其中Na2C03溶液的質(zhì)量百分比濃度為10%;濃縮水解液中含有的糖 的質(zhì)量百分含量為12%,濃縮水解液一部分(占濃縮水解液重量的10%)用于 制備菌種活化培養(yǎng)基，剩余部分用于進(jìn)行厭氧發(fā)酵。
3、厭氧發(fā)酵制備醋酸混合液 1)菌種的篩分
① 菌種采集
于發(fā)酵溫度為25'C，發(fā)酵相對(duì)濕度為70%的沼氣發(fā)酵池污泥床的污水下面 挖取含水量^50%的活性含菌污泥，其中，污泥內(nèi)有大量的有機(jī)物沉渣，含少 量泥沙，帶有強(qiáng)列酸臭味，呈灰黑色，污泥的pH值為4-6，固體含量為40-50%， 沉降比為70-80%，體積指數(shù)為70%，溶解氧為零，碳氮比為20-30: 1;沼氣 發(fā)酵池內(nèi)發(fā)酵物為農(nóng)作物廢棄秸稈和豬圈及廁所糞便，其中農(nóng)作物廢棄秸稈 的質(zhì)量百分含量占70-80%，豬圈及廁所糞便占20-30%。
沼氣發(fā)酵池的發(fā)酵條件除了溫度為25°C，發(fā)酵相對(duì)濕度為70%之外，其他 發(fā)酵條件下的沼氣發(fā)酵池中的污泥均適用于本發(fā)明。
② 制備菌種篩分培養(yǎng)基
首先將大米加入到水中，加熱煮沸后熬煮30-40分鐘，冷卻后制得大米 稀湯培養(yǎng)基，其中每100g大米加水5L;
然后向冷卻后的大米稀湯中加入紅糖、KH2P04和尿素，攪勻后再加入質(zhì)量百分比濃度為10%的醋酸水溶液調(diào)pH值為4-4.5，在IO(TC下消毒10-20 分鐘，冷卻制得菌種篩分培養(yǎng)基，其中，每升菌種篩分培養(yǎng)基中紅糖含量為 167g/L、 KH2P04含量為2g/L、尿素含量為0.2g/L。③菌種篩分將從沼氣池采集的污泥攪均后接種至1000ml裝有600ml的菌種篩分培養(yǎng) 基的培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)，攪均，用宣紙封口，放入恒溫烘箱內(nèi)培養(yǎng)，其中，每升菌種 篩分培養(yǎng)基中接種污泥300ml，培養(yǎng)溫度為35'C，培養(yǎng)48小時(shí)后，培養(yǎng)瓶?jī)?nèi) 分出三層，表層為灰黑色膜狀，為霉菌層，中層為黃色乳液層，下層為灰黑 色的沉積層，為大米粒和污泥的固體沉淀物，用虹吸管導(dǎo)出中層液體，再將 導(dǎo)出的中層黃色乳液按上述步驟繼續(xù)培養(yǎng)3次，用虹吸管導(dǎo)出中層黃色乳液 得到篩分菌種。2) 菌種擴(kuò)大培養(yǎng)在2000ml的廣口培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)，裝入1200ml的菌種篩分培養(yǎng)基，將篩分菌 種接種到廣口培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)，其中，每升菌種篩分培養(yǎng)基中接種篩分菌種250ml， 培養(yǎng)溫度為45'C，培養(yǎng)48小時(shí)，獲得擴(kuò)大培養(yǎng)菌種。逐級(jí)擴(kuò)大，最后移入大型厭氧活化罐內(nèi)活化后投入使用。3) 菌種活化培養(yǎng)首先將步驟2中制備的濃縮水解液、KH2P04， (NH4) 2HP04，蛋白粉和 尿素加入到厭氧罐內(nèi)攪勻，在加入質(zhì)量百分比濃度為10%的醋酸水溶液調(diào)pH 值為4-4.5，在IO(TC下消毒10-20分鐘，冷卻制得菌種活化培養(yǎng)基，其中， 使每升菌種活化培養(yǎng)液中的KH2P04含量為2g/L、 (NH4)2HP04含量為lg/L、 蛋白粉含量為2g/L、尿素含量為0.2g/L。將擴(kuò)大培養(yǎng)菌種攪勻后接種到裝有菌種活化培養(yǎng)液的厭氧罐內(nèi)進(jìn)行厭氧 活化培養(yǎng)，保持活化培養(yǎng)溫度為52'C，每隔6小時(shí)，攪拌2-5分鐘，攪拌速 率為30轉(zhuǎn)/分鐘，同時(shí)采樣檢測(cè)菌種活化培養(yǎng)液的pH值，用質(zhì)量百分比濃度 為10。/。的Na2C03溶液調(diào)節(jié)菌種活化培養(yǎng)液的pH值，使保持為4-4.5，活化 培養(yǎng)24小時(shí)，獲得活化菌種，其中，每升菌種活化培養(yǎng)基中接種擴(kuò)大菌種 150ml。4) 厭氧發(fā)酵將濃縮后的水解液冷卻至50'C后，送入?yún)捬醢l(fā)酵罐內(nèi)，接種步驟3)制備的 活化菌種進(jìn)行厭氧發(fā)酵，得到混合發(fā)酵液，其中，厭氧發(fā)酵的溫度為5CTC，發(fā) 酵時(shí)間為48小時(shí)，接種的活化菌種與濃縮水解液的體積配比為20: 100，活化 菌種與濃縮水解液的總體積為發(fā)酵罐容積的80%。5) 混合發(fā)酵液的提純將混合發(fā)酵液過(guò)濾后送入減壓蒸餾塔，進(jìn)行濃縮提純，制得醋酸混合液，其 中減壓蒸餾的相對(duì)壓力為-0.07MPa，收集105-12(TC溫度區(qū)的醋酸混合液，經(jīng)冷 卻后(《60°C)收貯，得到的醋酸混合液中醋酸的百分含量為95%，丙酸的百分含量為3%，甲酸的百分含量為1.5%，總酸含量》98%。 厭氧發(fā)酵反應(yīng)表示如下C6H1206 -活側(cè)麵_ CH3COOH+H2+C0248-52°C 48小時(shí)活化細(xì)菌液C5H10O5- CH3COOH+H2+C0248-52°C 48小日寸4、醋酸混合液的酯化反應(yīng)1) 將醋酸混合液，甲醇、固體酸催化劑和脫水劑無(wú)水氯化鈣裝入酯化反應(yīng) 器內(nèi)，進(jìn)行酯化反應(yīng)，制得酯化反應(yīng)混合物，其中，固態(tài)酸催化劑選擇氯乙酸脂； 醋酸混合液與甲醇的重量份配比為1: 3，氯乙酸脂與醋酸混合液的重量份配比 為1.5: 100;無(wú)水氯化鈣與醋酸混合液的重量份配比為10: 100;控制酯化反應(yīng)的溫度為80'C，絕對(duì)壓力為7.0Mpa，反應(yīng)時(shí)間為3小時(shí)；2) 將酯化反應(yīng)混合物冷卻至40'C以下后，過(guò)濾，脫除催化劑及氯化鈣，濾 液送蒸餾塔進(jìn)行分離，得到酯化混合酯，經(jīng)酯化后混合酯類(lèi)化合物中含有醋酸甲 酯、丙酸甲酯、甲酸甲酯等，還有少量未反應(yīng)的有機(jī)酸及過(guò)量甲醇，混合酯送入 蒸餾塔分離，控制塔頂溫度5(TC，中部為65'C，底部為80-9(TC，蒸餾塔內(nèi)的 相對(duì)壓力為-O. OlMpa，收集上區(qū)55-6(TC溫度區(qū)的餾分為甲酸甲酯和醋酸甲酯， 下區(qū)80-9(TC溫度區(qū)餾分為丙酸甲酯，上、下區(qū)餾分混合，冷卻到25'C以下收貯， 得到以醋酸甲酯為主的混合酯，混合酯中各成分的質(zhì)量百分含量分別為醋酸甲酯91%，丙酸甲酯7%，甲酸甲酯1%。 酯化反應(yīng)方程表示如下酸催化劑CH3COOH+CH3OH- CH3COOCH3+H2080 °C 7.0MPa酸催化劑HCOOH+CH3OH -> COOCH3+H2080°C 7. OMPa酸催化劑CH3CH2COOH+CH3OH - CH3 CH2COOCH3+H2080 °C 7. OMPa5、混合酯氫化反應(yīng)1) 將混合酯、催化劑鎳-稀土鈰氧化物混合均勻后從頂部送入氫化反應(yīng)器中 與氫氣混合進(jìn)行氫化反應(yīng)，其中，混合酯與催化劑混合物的流量為16m3/h;催 化劑鎳-稀土鈰氧化物與混合酯的重量份配比為1.2: 100，催化劑鎳-稀土鈰氧化 物中鎳與稀土鈰氧化物的重量份配比為1.5: 8.5;氫化反應(yīng)溫度為250°C，反應(yīng) 器內(nèi)絕對(duì)壓力為3.5Mpa，反應(yīng)1.5小時(shí)；2) 氫化反應(yīng)后的產(chǎn)物中含有甲醇、乙醇、丙醇及未反應(yīng)的氫氣，將氫化反 應(yīng)混合物經(jīng)熱交換器冷卻至《45'C后，進(jìn)入冷高分氣液分離器，通過(guò)高壓靜置抽 提將氫氣回收，液體經(jīng)過(guò)過(guò)濾脫除催化劑，制得混合醇，其中，冷高分氣液分離 器內(nèi)絕對(duì)壓力為3Mpa，分離溫度《45'C;3) 將混合醇送入精餾塔進(jìn)行分離，收集精餾塔在80-9(TC區(qū)餾分得到燃料乙 醇，其中，控制精餾塔塔頂溫度為7CTC，中部為80'C，底部為IO(TC，精餾塔 內(nèi)相對(duì)壓力為-0.02Mpa，頂部餾份為甲醇，在80-9(TC區(qū)餾分為乙醇和丙醇混合 物，下部為水和未反應(yīng)的酸等雜質(zhì)，精餾后得的燃料乙醇中乙醇的體積百分含量 為95%，丙醇的體積百分含量為4%。氫化反應(yīng)如下<formula>formula see original document page 15</formula>制得的燃料乙醇的性能指標(biāo)如表1所示。實(shí)施例21、 原料預(yù)處理-將含水量35%玉米芯，粉碎為3~5cm的玉米芯秸稈碎段后備用。2、 酸水解反應(yīng)制得水解液1) 將玉米芯秸稈碎段裝入水解釜后，加入質(zhì)量百分比濃度為1%的稀硫酸 溶液，其中，水解釜內(nèi)壁噴涂搪瓷防腐材料，水解釜耐壓2lMpa，水解釜底部采 用蒸汽加熱裝置進(jìn)行加熱；玉米芯秸稈碎段與稀硫酸溶液的重量份配比為1: 3， 水解釜內(nèi)玉米芯秸稈碎段和稀硫酸溶液混合后的體積為水解釜容積的65%;2) 關(guān)閉加料口蓋，打開(kāi)水解釜上部排氣閥，開(kāi)啟水解釜底部的蒸汽加熱裝 置進(jìn)行加熱，使釜內(nèi)溫度升高，釜內(nèi)物料沸騰10分鐘后，關(guān)閉上部排氣閥，釜 內(nèi)溫度、壓力升高，并使釜內(nèi)的絕對(duì)壓力達(dá)到并保持為0.2MPa，溫度為120'C, 以釜內(nèi)溫度達(dá)到120°C、絕對(duì)壓力為0.2MPa時(shí)開(kāi)始計(jì)算水解反應(yīng)時(shí)間，水解反 應(yīng)3小時(shí)后，停止加熱并同時(shí)打開(kāi)水解釜底部的排液閥，利用釜內(nèi)壓力將水解液 壓入蒸發(fā)罐。3) 向壓入蒸發(fā)罐的水解液中加入NaOH溶液，調(diào)節(jié)水解液的pH至為6， 中和水解液中的酸類(lèi)物質(zhì)，然后將中和后pH值為6的水解液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，得 到濃縮水解液，其中，NaOH溶液的質(zhì)量百分比濃度為5%;濃縮水解液中含有 的糖的質(zhì)量百分含量為10%，濃縮水解液一部分(占濃縮水解液重量的10%) 用于制備活化菌種培養(yǎng)基，剩余部分用于進(jìn)行厭氧發(fā)酵。。3、 厭氧發(fā)酵制備醋酸混合液除了菌種篩分步驟的篩分培養(yǎng)溫度為37°C，篩分培養(yǎng)時(shí)將為36小時(shí)；菌種 菌種擴(kuò)大培養(yǎng)步驟中培養(yǎng)溫度為5(TC，培養(yǎng)時(shí)間為24小時(shí)，每升菌種篩分培養(yǎng) 基中接種篩分菌種200ml;菌種活化培養(yǎng)步驟中采用玉米芯秸稈濃縮水解液，活 化培養(yǎng)溫度為48'C，活化培養(yǎng)時(shí)間為36小時(shí)，活化培養(yǎng)過(guò)程中每隔4小時(shí)攪拌 2min，每升菌種活化培養(yǎng)基中接種擴(kuò)大菌種100ml;厭氧發(fā)酵步驟中采用玉米芯秸稈濃縮水解液，厭氧發(fā)酵溫度為48'C，發(fā)酵時(shí)間為60小時(shí)，接種的活化菌種 與玉米芯秸稈濃縮水解液的體積配比為30: 100;混合發(fā)酵液提純步驟中得到的 醋酸混合液中醋酸的百分含量為92%,丙酸的百分含量為5%，甲酸的百分含量 為2%之外，其余與實(shí)施例1中厭氧發(fā)酵制備醋酸混合液相同。4、 醋酸混合液的酯化反應(yīng)1) 將濃縮提純后的醋酸混合液，甲醇、固體酸催化劑和脫水劑無(wú)水氯化鈣 裝入酯化反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)行酯化反應(yīng)，制得酯化反應(yīng)混合物，其中，固態(tài)酸催化劑 選擇辛酸酯；醋酸混合液與甲醇的重量份配比為1: 4，辛酸酯與醋酸混合液的 重量份配比為1.0: 100;無(wú)水氯化鈣與醋酸混合液的重量份配比為20: 100;控制酯化反應(yīng)的溫度為.9(TC，絕對(duì)壓力為6.0Mpa，反應(yīng)時(shí)間為4小時(shí)；2) 將酯化反應(yīng)混合物冷卻至40'C以下后，過(guò)濾，脫除催化劑及氯化鈣，濾 液送蒸餾塔進(jìn)行分離，得到酯化混合酯，經(jīng)酯化后混合酯類(lèi)化合物中含有醋酸甲 酯、丙酸甲酯、甲酸甲酯等，還有少量未反應(yīng)的有機(jī)酸及過(guò)量甲醇，混合酯送入 蒸餾塔分離，控制塔頂溫度5(TC，中部為65'C，底部為80-9(TC，蒸餾塔內(nèi)的 相對(duì)壓力為-0. OlMpa，收集上區(qū)55-6(TC溫度區(qū)的餾分為甲酸甲酯和醋酸甲酯， 下區(qū)80-90。C溫度區(qū)餾分為丙酸甲酯，上、下區(qū)餾分混合，冷卻到25。C以下收貯， 得到以醋酸甲酯為主的混合酯，混合酯中各成分的質(zhì)量百分含量分別為醋酸甲酯 93%，丙酸甲酯5%，甲酸甲酯2%。5、 混合酯氫化反應(yīng)1) 將混合酯、催化劑鎳-稀土鑭氧化物混合均勻后從頂部送入氫化反應(yīng)器中 與氫氣混合進(jìn)行氫化反應(yīng)，其中，混合酯與催化劑混合物的流量為16m3/h;催 化劑鎳-稀土鑭氧化物與混合酯的重量份配比為1.0: 100，催化劑鎳-稀土鈰氧化 物中鎳與稀土鑭氧化物的重量份配比為2: 8;氫化反應(yīng)溫度為240'C，反應(yīng)器內(nèi) 絕對(duì)壓力為4Mpa，反應(yīng)2小時(shí)；2) 氫化反應(yīng)后的產(chǎn)物中含有甲醇、乙醇、丙醇及未反應(yīng)的氫氣，將氫化反 應(yīng)混合物經(jīng)熱交換器冷卻至《45'C后，進(jìn)入冷高分氣液分離器，通過(guò)高壓靜置抽 提將氫氣回收，液體經(jīng)過(guò)過(guò)濾脫除催化劑，制得混合醇，其中，冷高分氣液分離 器內(nèi)絕對(duì)壓力為3Mpa，分離溫度《45'C;3) 將混合醇送入精餾塔進(jìn)行分離，收集精餾塔在80-9(TC區(qū)餾分得到燃料乙醇，其中，控制精餾塔塔頂溫度為7(TC，中部為8(TC，底部為IO(TC，精餾塔 內(nèi)相對(duì)壓力為-0.02Mpa，頂部餾份為甲醇，在80-90。C區(qū)餾分為乙醇和丙醇混合 物，下部為水和未反應(yīng)的酸等雜質(zhì)，精餾后得的燃料乙醇中乙醇的體積百分含量 為95.5%,丙醇的體積百分含量為3%。制得的燃料乙醇的性能指標(biāo)如表1所示。實(shí)施例31、 原料預(yù)處理將含水量25%的葵花殼秸稈，粉碎為3~5cm的葵花殼秸稈碎段后備用。2、 酸水解反應(yīng)制得水解液1) 將葵花殼秸稈碎段裝入水解釜后，加入質(zhì)量百分比濃度為0.5%的稀硫 酸溶液，其中，水解釜內(nèi)壁噴涂搪瓷防腐材料，水解釜耐壓2lMpa，水解釜底部 采用蒸汽加熱裝置進(jìn)行加熱；葵花殼秸稈碎段與稀硫酸溶液的重量份配比為1: 3.5，水解釜內(nèi)葵花殼秸稈碎段和稀硫酸溶液混合后的體積為水解釜容積的60%;2) 關(guān)閉加料口蓋，打開(kāi)水解釜上部排氣閥，開(kāi)啟水解釜底部的蒸汽加熱裝 置進(jìn)行加熱，使釜內(nèi)溫度升高，釜內(nèi)物料沸騰5分鐘后，關(guān)閉上部排氣閥，釜內(nèi) 溫度、壓力升高，并使釜內(nèi)的絕對(duì)壓力達(dá)到并保持為0.6MPa，溫度為15(TC， 以釜內(nèi)溫度達(dá)到150°C、絕對(duì)壓力為0.6MPa時(shí)開(kāi)始計(jì)算水解反應(yīng)時(shí)間，水解反 應(yīng)1.5小時(shí)后，停止加熱并同時(shí)打開(kāi)水解釜底部的排液閥，利用釜內(nèi)壓力將水解 液壓入蒸發(fā)罐。3) 向壓入蒸發(fā)罐的水解液中加入NaHC03溶液，調(diào)節(jié)水解液的pH至為6.5， 中和水解液中的酸類(lèi)物質(zhì)，將中和后pH值為6.5的水解液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，得到 濃縮水解液，其中NaHC03溶液的質(zhì)量百分比濃度為10%;濃縮水解液中含有 的糖的質(zhì)量百分含量為15%，濃縮水解液一部分(占濃縮水解液重量的10%) 用于制備活化菌種培養(yǎng)基，剩余部分用于進(jìn)行厭氧發(fā)酵。3、 厭氧發(fā)酵制備醋酸混合液除了菌種篩分步驟的篩分培養(yǎng)溫度為4(TC，篩分培養(yǎng)時(shí)將為24小時(shí)；菌種 擴(kuò)大培養(yǎng)步驟中培養(yǎng)溫度為5(TC，培養(yǎng)時(shí)間為24小時(shí)，每升菌種篩分培養(yǎng)基中 接種篩分菌種170ml;菌種活化培養(yǎng)步驟中采用葵花殼秸稈濃縮水解液，活化培17養(yǎng)溫度為50°C ，活化培養(yǎng)時(shí)間為30小時(shí)，活化培養(yǎng)過(guò)程中每隔6小時(shí)攪拌5min， 每升菌種活化培養(yǎng)基中接種擴(kuò)大菌種200ml;厭氧發(fā)酵步驟中采用葵花殼秸稈濃 縮水解液，厭氧發(fā)酵溫度為52'C，發(fā)酵時(shí)間為48小時(shí)；混合發(fā)酵液提純步驟中 得到的醋酸混合液中醋酸的百分含量為93%，丙酸的百分含量為5%，甲酸的百 分含量為1%之外，其余與實(shí)施例1中厭氧發(fā)酵制備醋酸混合液相同。4、 醋酸混合液的酯化反應(yīng)1) 將濃縮提純后的醋酸混合液，甲醇、固體酸催化劑和脫水劑無(wú)水氯化鈣 裝入酯化反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)行酯化反應(yīng)，制得酯化反應(yīng)混合物，其中，固態(tài)酸催化劑 選擇已酸脂；醋酸混合液與甲醇的重量份配比為1: 3.5，巳酸脂與醋酸混合液的 重量份配比為2: 100;無(wú)水氯化鈣與醋酸混合液的重量份配比為15: 100;控制酯化反應(yīng)的溫度為70°C，絕對(duì)壓力為8.0Mpa，反應(yīng)時(shí)間為5小時(shí)；2) 將酯化反應(yīng)混合物冷卻至4(TC以下后，過(guò)濾，脫除催化劑及氯化鈣，濾 液送蒸餾塔進(jìn)行分離，得到酯化混合酯，經(jīng)酯化后混合酯類(lèi)化合物中含有醋酸甲 酯、丙酸甲酯、甲酸甲酯等，還有少量未反應(yīng)的有機(jī)酸及過(guò)量甲醇，混合酯送入 蒸餾塔分離，控制塔頂溫度50。C，中部為65。C，底部為80-90。C，蒸餾塔內(nèi)的 相對(duì)壓力為-O.OlMpa，收集上區(qū)55-60'C溫度區(qū)的餾分為甲酸甲酯和醋酸甲酯， 下區(qū)80-9(TC溫度區(qū)餾分為丙酸甲酯，上、下區(qū)餾分混合，冷卻到25'C以下收貯， 得到以醋酸甲酯為主的混合酯，混合酯中各成分的質(zhì)量百分含量分別為醋酸甲酯 91%，丙酸甲酯6%，甲酸甲酯2%。5、 混合酯氫化反應(yīng)1) 將混合酯、催化劑銅-稀土鈰氧化物混合均勻后從頂部送入氫化反應(yīng)器中 與氫氣混合進(jìn)行氫化反應(yīng)，其中，混合酯與催化劑混合物的流量為16m3/h;催 化劑銅-稀土鈰氧化物與混合酯的重量份配比為2: 100，催化劑銅-稀土鈰氧化物 中銅與稀土鈰氧化物的重量份配比為3: 7;氫化反應(yīng)溫度為23(TC，反應(yīng)器內(nèi)絕 對(duì)壓力為5Mpa，反應(yīng)3小時(shí)；2) 氫化反應(yīng)后的產(chǎn)物中含有甲醇、乙醇、丙醇及未反應(yīng)的氫氣，將氫化反 應(yīng)混合物經(jīng)熱交換器冷卻至《45'C后，進(jìn)入冷高分氣液分離器，通過(guò)高壓靜置抽 提將氫氣回收，液體經(jīng)過(guò)過(guò)濾脫除催化劑，制得混合醇，其中，冷高分氣液分離 器內(nèi)絕對(duì)壓力為3Mpa，分離溫度《45。C;進(jìn)行分離，收集精餾塔在80-90'C區(qū)餾分得到燃料乙 醇，其中，控制精餾塔塔頂溫度為7(TC，中部為8(TC，底部為IO(TC，精餾塔 內(nèi)相對(duì)壓力為-0.02Mpa，頂部餾份為甲醇，在80-9(TC區(qū)餾分為乙醇和丙醇混合 物，下部為水和未反應(yīng)的酸等雜質(zhì)，精餾后得的燃料乙醇中乙醇的體積百分含量 為96%，丙醇的體積百分含量為3%。制得的燃料乙醇的性能指標(biāo)間表1:表1制備的燃料乙醇的性能指標(biāo)實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3外觀無(wú)色透明可燃液體密度(20°C, kg/cm3)0.8150.8030,798粘度(20°C， mPa's)1.821,631.56閃點(diǎn)(閉口， °c)1315.514甲醇含量(％) (v/v)0.20.150.1丙醇含量(％) (v/v)433沸點(diǎn)量rc)8381.680.8辛垸值114110113質(zhì)量低熱值(HL， MJ/kg)252324汽化潛熱(kJ/kg)850843846純度(以乙醇計(jì)，％) (v/v)9595.596收率(％)787679由表1的質(zhì)量性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果表明1、 本發(fā)明方法制備燃料乙醇的工藝條件容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。2、 本發(fā)明方法制備的燃料乙醇的收率高，達(dá)到76-79%，燃料乙醇的氧含 量高、辛烷值高，達(dá)到110-114，比燃料汽油的辛垸值高，與乙醇的辛烷值相近; 汽化潛熱高，達(dá)到843-850 kJ/kg，比燃料汽油的汽化潛熱值高；質(zhì)量低熱值低， 僅為23-25 MJ/kg，本發(fā)明方法制得的燃料乙醇的燃燒性能好和燃燒排放污染物 少，可以作為燃料乙醇單獨(dú)使用或與汽油混合使用。
權(quán)利要求
1、一種利用植物秸稈制備燃料乙醇的方法，包括如下順序進(jìn)行的步驟1)將植物秸稈進(jìn)行酸水解反應(yīng)制成水解液；2)將水解液進(jìn)行厭氧發(fā)酵制得醋酸混合液；3)將醋酸混合液與甲醇在第一催化劑作用下進(jìn)行酯化反應(yīng)，制成酯類(lèi)混合物；4)將酯類(lèi)混合物在第二催化劑作用下進(jìn)行氫化反應(yīng)制成燃料乙醇。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中在所述步驟l)中，利用稀硫酸對(duì)植物秸稈 進(jìn)行所述的酸水解反應(yīng)，其中，稀硫酸的質(zhì)量百分比濃度為0.5-1%，所述植物 秸稈與稀硫酸的重量份配比為1: 2-4;酸水解反應(yīng)溫度為120-150°C，反應(yīng)的 絕對(duì)壓力為0.2-0.6MPa，反應(yīng)時(shí)間為1-3小時(shí)。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述步驟2)包括如下順序進(jìn)行的步驟A) 向水解液中加入堿性水溶液調(diào)節(jié)水解液的pH值為6-7，攪拌均勻；B) 蒸發(fā)濃縮水解液，得到濃縮水解液；C) 向濃縮水解液中加入活化菌種進(jìn)行厭氧發(fā)酵，制得醋酸混合液。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法，其中在步驟B)中所述濃縮水解液中含有的糖的 質(zhì)量百分含量為10-15%;在步驟C)中厭氧發(fā)酵的溫度為48-52°C，厭氧發(fā)酵 時(shí)間為48-60小時(shí)。
5、 如權(quán)利要求3或4所述的方法，其中步驟C)中所述的活化菌種按照如下順 序進(jìn)行的步驟制備Cl)將從沼氣發(fā)酵池中采集的污泥接種到菌種篩分培養(yǎng)基中進(jìn)行篩分，獲 得篩分菌種，其中篩分培養(yǎng)溫度為35-40'C，篩分培養(yǎng)24-48小時(shí)；C2)將篩分菌種接種到菌種篩分培養(yǎng)基中進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，獲得擴(kuò)大培養(yǎng)菌 種，其中，擴(kuò)大培養(yǎng)溫度為45-5(TC，擴(kuò)大培養(yǎng)24-48小時(shí)；C3)將擴(kuò)大培養(yǎng)菌種接種到菌種活化培養(yǎng)基中進(jìn)行活化培養(yǎng)，獲得活化菌 種，其中，活化培養(yǎng)溫度為48-52'C,每隔4-6小時(shí)，用堿性溶液調(diào)節(jié)菌種活化培養(yǎng)液的pH值，使保持為3-4.5，活化培養(yǎng)24-36小時(shí)。
6、 如權(quán)利要求5所述的制備方法，其中在步驟C1)中所述的污泥的含水量^ 50%， pH值為4-6，溶解氧為零，碳氮比為20-30: 1。
7、 如權(quán)利要求5所述的制備方法，其中在步驟C1)和步驟C2)中所述的菌種 篩分培養(yǎng)基按照如下順序進(jìn)行的步驟制備而成首先，將大米加入到水中，加 熱煮沸后熬煮30-40分鐘，冷卻制得大米稀湯；接著向大米稀湯中加入紅糖、 KH2P04和尿素，攪勻后加入質(zhì)量百分比濃度為10%的醋酸水溶液調(diào)pH值為 3-4.5，在90-100。C下消毒10-20分鐘，冷卻制得菌種篩分培養(yǎng)基，其中，每升 菌種篩分培養(yǎng)基中紅糖含量為167g/L、 KH2P04含量為2g/L、尿素含量為 0.2g/L。
8、 如權(quán)利要求5所述的制備方法，其中在步驟C3)中所述的菌種活化培養(yǎng)基 按照如下順序進(jìn)行的步驟制備而成將步驟B)中制備的濃縮水解液、KH2P04，(NH4)2HP04，蛋白粉和尿素加入到厭氧罐內(nèi)，攪勻后再用質(zhì)量百分比濃度為 10%的醋酸水溶液調(diào)節(jié)pH值為3-4.5，在90-10(TC下消毒10-20分鐘，冷卻制 得菌種活化培養(yǎng)基，其中，每升菌種活化培養(yǎng)液中的KH2P04含量為2g/L、 (NH4)2HP04含量為lg/L、蛋白粉含量為2g/L、尿素含量為0.2g/L。
9、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中步驟3)中所述的醋酸混合液與所述甲醇的 重量份配比為l: 3-5;所述酯化反應(yīng)的溫度為70-90。C，絕對(duì)壓力為6-8MPa; 步驟4)中所述的第二催化劑選擇選擇金屬-稀土氧化物復(fù)合催化劑，其中，第 二催化劑中金屬與稀土氧化物的重量份配比為1.5-3: 7-8.5;第二催化劑與所述 混合酯的重量份配比為1-2: 100;所述氫化反應(yīng)溫度為230-250°C，絕對(duì)壓力 為3-5MPa。
10、 一種利用植物秸稈制備燃料乙醇，按照如權(quán)利要求1-9所述的方法制備而 成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用植物秸稈制備燃料乙醇的方法，包括如下順序進(jìn)行的步驟1)將植物秸稈進(jìn)行酸水解反應(yīng)制成水解液；2)將水解液進(jìn)行厭氧發(fā)酵制得醋酸混合液；3)將醋酸混合液與甲醇在第一催化劑作用下進(jìn)行酯化反應(yīng)，制成混合酯；4)將混合酯在第二催化劑作用下進(jìn)行氫化反應(yīng)制成燃料乙醇。本發(fā)明方法制備的混合醇以農(nóng)業(yè)、林業(yè)的廢棄物秸稈類(lèi)生物質(zhì)為原料，變廢為寶，既節(jié)約生產(chǎn)成本又減少了環(huán)境污染，并且燃料乙醇的收率高，氧的含量高、辛烷值高、燃燒性能好和燃燒排放污染物少等優(yōu)良特性。
文檔編號(hào)C07C31/08GK101532038SQ20091008290
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者王建鋼 申請(qǐng)人:北京金驕生物質(zhì)化工有限公司