技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水稻秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇的方法。
背景技術(shù)：
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根據(jù)我國北方水稻種植實(shí)際情況，水稻經(jīng)收割機(jī)收割后，秸稈在田間自然晾干至水分<20%經(jīng)秸稈打包機(jī)械收割打包后，運(yùn)送至種植集中區(qū)周邊建設(shè)的大庫內(nèi)進(jìn)行初步加工，在大庫內(nèi)稻草經(jīng)過除塵、除雜后送至工廠進(jìn)行酒精生產(chǎn)，方圓50km半徑內(nèi)建造的多個大庫保障了酒精廠全年的原料需求，原料粉碎過程中只是進(jìn)行了簡單的除塵、除雜工作，我國水稻秸稈資源豐富,年產(chǎn)量達(dá)3億多噸，利用水稻秸稈生產(chǎn)燃料乙醇,對解決未來我國能源問題、實(shí)現(xiàn)節(jié)糧代糧和環(huán)保有著巨大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景，水稻秸稈的主要成分是纖維素,對纖維素的利用最主要的限制性因素是將纖維素轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵還原糖。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種水稻秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，采用全新的制作工藝，充分利用廢棄的秸稈，增加了新的能源品種。
上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種水稻秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，該方法包括如下步驟：（1）壓塊秸稈洗滌除塵后再溫度190℃，壓力1.3mpa下進(jìn)行水熱環(huán)境處理，物料在弱堿性，溫度為50～55℃的混合器中攪拌處理；（2）在ph值5～5.2環(huán)境下進(jìn)行兩級酶水解，時間為100h；（3）投入玉米糖化醪液并接入酵母，二次擴(kuò)培后進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度35℃，發(fā)酵時間7天；（4）對發(fā)酵醪液中酵母細(xì)胞和較小的木質(zhì)素分子進(jìn)行分離；（5）采用雙粗塔差壓蒸餾與吸附塔組合處理得到纖維素乙醇。
所述的水稻秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，所述的壓塊秸稈預(yù)處理的具體過程為：壓塊秸稈經(jīng)短途運(yùn)輸后送至酒精廠通過輸送帶輸送到水力洗草機(jī)進(jìn)行洗滌除塵，洗滌除塵后輸送到栓塞流水熱環(huán)境處理工段對水稻秸稈進(jìn)行深度處理，通入直接蒸汽加壓加熱，加壓至壓力1.3mpa，加熱至溫度190℃后，處理時間20分鐘，栓塞流反應(yīng)器反應(yīng)物料經(jīng)過兩級閃蒸出料至混合器，一級閃蒸蒸汽回用，二級閃蒸蒸汽經(jīng)過冷凝后排至污水處理廠，在混合攪拌器中加入軟化水，調(diào)節(jié)溫度50～55℃，加入naoh和氨水調(diào)節(jié)ph5～5.5，再加入酶與水的混合物，進(jìn)行攪拌混合，攪拌處理3個小時后，輸送至酶水解罐中。
所述的水稻秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，所述的酶水解具體過程為：混料器輸送物料需要在酶水解罐內(nèi)在保持溫度50～55℃，加大攪拌力度，繼續(xù)酶水解，水解50小時，酶解過程中需要不斷加入液堿調(diào)節(jié)管內(nèi)ph至5～5.2，一級酶水解罐酶解50h后將物料泵送至二級酶水解罐繼續(xù)酶解，保持條件不變再持續(xù)50h，完成水解，酶解完成后采用兩級換熱器將酶水解物料由55℃降至35℃送至發(fā)酵工段。
所述的水稻秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，所述的發(fā)酵具體過程為：首先在一級酵母罐中投入玉米糖化醪液并接入菌種實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)培的酵母，培養(yǎng)好后打入二級酵母罐進(jìn)行二次擴(kuò)培，二次擴(kuò)培采用的培養(yǎng)基為秸稈酶水解糖液，擴(kuò)培好后酵母打入相應(yīng)的發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度35℃，發(fā)酵時間7天。
所述的水稻秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，所述的酵母蛋白分離具體過程為：發(fā)酵后期酵母沉淀于發(fā)酵罐罐底，采用臥螺機(jī)與碟片分離機(jī)相結(jié)合的方式對發(fā)酵醪液中酵母細(xì)胞和較小的木質(zhì)素分子分離，臥螺機(jī)離心干物含量約30%，碟片分離機(jī)分離干物含量約10%，離心之后的清液回到發(fā)酵罐，濃縮物傳送到酵母干燥機(jī)，經(jīng)干燥后得到粉狀酵母外賣，發(fā)酵罐中排除發(fā)酵醪液后，進(jìn)行清洗系統(tǒng)循環(huán)，并啟動新一輪的發(fā)酵循環(huán)。
所述的水稻秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，所述的蒸餾處理具體過程為：采用目前先進(jìn)的雙粗塔差壓蒸餾與吸附塔組合，粗塔、組合塔、精塔順序差壓，只有精塔進(jìn)新蒸汽，酒精氣相進(jìn)分子篩，操作溫度為粗塔103—108℃、塔頂壓力0.06—0.15mpa，組合塔溫度85—95℃，塔頂壓力-0.05—-0.08mpa，精塔溫度120—128℃，塔頂壓力0.06—0.15mpa，蒸餾提純處理后得到纖維素乙醇。
所述的水稻秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇的方法副產(chǎn)的二氧化碳，發(fā)酵過程中收集的二氧化碳首先經(jīng)過鉀洗塔進(jìn)行初步洗滌，除去有機(jī)物等雜質(zhì)，再進(jìn)入水洗塔除去醇類等易溶解雜質(zhì)，經(jīng)氣液分離器分離的二氧化碳?xì)怏w通過氣囊進(jìn)壓縮機(jī)一段，經(jīng)壓縮機(jī)增壓至2.0mpa，增壓后進(jìn)入分子篩脫去殘留水分，使二氧化碳?xì)怏w達(dá)到露點(diǎn)溫度-45℃以下，干燥后的二氧化碳進(jìn)入吸附塔做凈化處理，去除水分、雜質(zhì)和異味，吸附后氣體經(jīng)預(yù)冷后進(jìn)入冷凍機(jī)的冷凝器冷凝至-20℃以下，成為液體二氧化碳，合格的液體二氧化碳送入二氧化碳儲罐。
有益效果：
1.本發(fā)明在原料粉碎過程中增加了除塵、除雜過程，壓塊原料進(jìn)廠后增加了水力洗滌裝置，洗滌后回用水采用絮凝沉降方式除去部分硅酸鹽。
本發(fā)明的纖維素乙醇蒸餾裝置采用雙粗塔差壓蒸餾方式對蒸餾對物料進(jìn)行蒸餾操作，低溫蒸餾工藝避免了水稻秸稈高溫結(jié)構(gòu)堵塔。
本發(fā)明在厭氧出水進(jìn)入膜過濾之前采用脫鹽處理，脫鹽后污水進(jìn)入兩級膜過濾處理后生產(chǎn)滿足工藝要求的回用水，保證硅酸鹽的去除率，進(jìn)而保障膜過濾裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。
本發(fā)明對發(fā)酵過程中產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行回收，送入到二氧化碳儲罐中便于利用，減少空氣污染，增加經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明的壓塊秸稈洗滌除塵后再溫度190℃，壓力1.3mpa下進(jìn)行水熱環(huán)境處理，物料在弱堿性，溫度為50～55℃的混合器中攪拌處理；本發(fā)明通過使用水熱環(huán)境處理，極大的提高了原料秸稈的收率，降低了毒害物質(zhì)的產(chǎn)生。
本發(fā)明在ph值5～5.2環(huán)境下進(jìn)行兩級酶水解，時間為100h，實(shí)現(xiàn)充分水解，水解率達(dá)到，初步酶水解實(shí)現(xiàn)能夠泵輸送，再次酶水解實(shí)現(xiàn)完全水解。
本發(fā)明投入玉米糖化醪液并接入實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)培的酵母，二次擴(kuò)培后進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度35℃，通過7天發(fā)酵，發(fā)酵充分，提高經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明采用臥螺機(jī)與碟片分離機(jī)相結(jié)合的方式對發(fā)酵醪液中酵母細(xì)胞和較小的木質(zhì)素分子進(jìn)行分離，把發(fā)酵液中的酵母細(xì)胞完全分離，作為蛋白飼料出售。
本發(fā)明工藝中經(jīng)過兩級閃蒸出料至混合器，在混合攪拌器中加入軟化水，調(diào)節(jié)溫度50～55℃，加入naoh和氨水調(diào)節(jié)ph5～5.5，再加入酶與水的混合物，進(jìn)行攪拌混合，攪拌處理3個小時后，輸送至酶水解罐中，達(dá)到回收蒸汽的效果。
附圖說明：
附圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施方式：
實(shí)施例1：
一種水稻秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，該方法包括如下步驟：（1）壓塊秸稈洗滌除塵后再溫度190℃，壓力1.3mpa下進(jìn)行水熱環(huán)境處理，物料在弱堿性，溫度為50～55℃的混合器中攪拌處理；（2）在ph值5～5.2環(huán)境下進(jìn)行兩級酶水解，時間為100h；（3）投入玉米糖化醪液并接入酵母，二次擴(kuò)培后進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度35℃，發(fā)酵時間7天；（4）對發(fā)酵醪液中酵母細(xì)胞和較小的木質(zhì)素分子進(jìn)行分離；（5）采用雙粗塔差壓蒸餾與吸附塔組合處理得到纖維素乙醇。
實(shí)施例2：
根據(jù)實(shí)施例1所述的水稻秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，所述的壓塊秸稈預(yù)處理的具體過程為：壓塊秸稈經(jīng)短途運(yùn)輸后送至酒精廠通過輸送帶輸送到水力洗草機(jī)進(jìn)行洗滌除塵，洗滌除塵后輸送到栓塞流水熱環(huán)境處理工段對水稻秸稈進(jìn)行深度處理，通入直接蒸汽加壓加熱，加壓至壓力1.3mpa，加熱至溫度190℃后，處理時間20分鐘，栓塞流反應(yīng)器反應(yīng)物料經(jīng)過兩級閃蒸出料至混合器，一級閃蒸蒸汽回用，二級閃蒸蒸汽經(jīng)過冷凝后排至污水處理廠，在混合攪拌器中加入軟化水，調(diào)節(jié)溫度50～55℃，加入naoh和氨水調(diào)節(jié)ph5～5.5，再加入酶與水的混合物，進(jìn)行攪拌混合，攪拌處理3個小時后，輸送至酶水解罐中。
實(shí)施例3：
根據(jù)實(shí)施例1或2所述的水稻秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，所述的酶水解具體過程為，混料器輸送物料需要在酶水解罐內(nèi)在保持溫度50～55℃，加大攪拌力度，繼續(xù)酶水解，水解50小時，酶解過程中需要不斷加入液堿調(diào)節(jié)管內(nèi)ph至5～5.2，一級酶水解罐酶解50h后將物料泵送至二級酶水解罐繼續(xù)酶解，保持條件不變再持續(xù)50h，完成水解，酶解完成后采用兩級換熱器將酶水解物料由55℃降至35℃送至發(fā)酵工段。
實(shí)施例4：
根據(jù)實(shí)施例1或2或3所述的水稻秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，所述的發(fā)酵具體過程為：首先在一級酵母罐中投入玉米糖化醪液并接入菌種實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)培的酵母，培養(yǎng)好后打入二級酵母罐進(jìn)行二次擴(kuò)培，二次擴(kuò)培采用的培養(yǎng)基為秸稈酶水解糖液，擴(kuò)培好后酵母打入相應(yīng)的發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度35℃，發(fā)酵時間7天。
實(shí)施例5：
根據(jù)實(shí)施例1或2或3或4所述的水稻秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，所述的酵母蛋白分離具體過程為：發(fā)酵后期酵母沉淀于發(fā)酵罐罐底，采用臥螺機(jī)與碟片分離機(jī)相結(jié)合的方式對發(fā)酵醪液中酵母細(xì)胞和較小的木質(zhì)素分子分離，臥螺機(jī)離心干物含量約30%，碟片分離機(jī)分離干物含量約10%，離心之后的清液回到發(fā)酵罐，濃縮物傳送到酵母干燥機(jī)，經(jīng)干燥后得到粉狀酵母外賣，發(fā)酵罐中排除發(fā)酵醪液后，進(jìn)行清洗系統(tǒng)循環(huán)，并啟動新一輪的發(fā)酵循環(huán)。
實(shí)施例6：
根據(jù)實(shí)施例1或2或3或4或5所述的水稻秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，所述的蒸餾處理具體過程為：采用目前先進(jìn)的雙粗塔差壓蒸餾與吸附塔組合，粗塔、組合塔、精塔順序差壓，只有精塔進(jìn)新蒸汽，酒精氣相進(jìn)分子篩，操作溫度為粗塔103—108℃、塔頂壓力0.06—0.15mpa，組合塔溫度85—95℃，塔頂壓力-0.05—-0.08mpa，精塔溫度120—128℃，塔頂壓力0.06—0.15mpa，蒸餾提純處理后得到纖維素乙醇。
實(shí)施例7：
一種權(quán)利要求1-6之一所述的水稻秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇的方法副產(chǎn)的二氧化碳，發(fā)酵過程中收集的二氧化碳首先經(jīng)過鉀洗塔進(jìn)行初步洗滌，除去有機(jī)物等雜質(zhì)，再進(jìn)入水洗塔除去醇類等易溶解雜質(zhì)，經(jīng)氣液分離器分離的二氧化碳?xì)怏w通過氣囊進(jìn)壓縮機(jī)一段，經(jīng)壓縮機(jī)增壓至2.0mpa，增壓后進(jìn)入分子篩脫去殘留水分，使二氧化碳?xì)怏w達(dá)到露點(diǎn)溫度-45℃以下，干燥后的二氧化碳進(jìn)入吸附塔做凈化處理，去除水分、雜質(zhì)和異味，吸附后氣體經(jīng)預(yù)冷后進(jìn)入冷凍機(jī)的冷凝器冷凝至-20℃以下，成為液體二氧化碳，合格的液體二氧化碳送入二氧化碳儲罐。