一种秸秆乙醇-甲烷联产的闭路循环生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物能源和废弃物资源化利用技术领域，具体涉及秸杆燃料乙醇和甲烷的偶联生产及废液的封闭循环工艺。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的快速发展，能源需求不断增大，支撑现代工业社会发展的石油、煤炭和天然气等一次性、不可再生能源日渐枯竭。此外，一次性能源的使用带来严重的环境污染，是全球变暖等全球性环境问题的根源之一。因此，可再生的清洁能源日益为各国所重视，其中生物质能源是各国优先发展的再生能源之一。生物质能源主要以废弃农林生物质和有机生活垃圾为原料，综合应用物理、化学、生物等技术手段，将其转化为固体和液体燃料或其他化学品。液体燃料主要包括燃料乙醇和生物柴油。
[0003]生物质为原料生产燃料乙醇的主要过程包括:生物质原料预处理、酶解、发酵和蒸馏。预处理技术有酸法、碱法、蒸汽爆破、亚临界水法等，其中亚临界水法不添加酸碱，是环境友好的预处理方法。通过预处理，生物质原料中半纤维素、纤维素和木质素构成的网状结构被破坏，利于后续的酶解和发酵过程。但因用于工业乙醇发酵的酵母菌仅能利用葡萄糖等己糖，主要构成成分为戊糖的半纤维素未被有效利用。此外，预处理、酶解和乙醇蒸馏等过程中产生大量废液，对环境造成污染。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种乙醇-甲烷闭路循环联产方法。以解决生物质原料燃料乙醇生产过程中废水污染的问题
[0005]本发明提供的乙醇-甲烷闭路循环联产方法包括:
[0006](I) 150-2000C^0.02MPa_2.5MPa条件下，秸杆原料在水中处理适宜时间后固液分离得到残渣和处理液；
[0007](2)利用步骤(I)所得残渣发酵、蒸馏制备乙醇；
[0008](3)利用步骤⑴所得处理液和步骤(2)所得蒸馏废液的混合液发酵制备甲烷；
[0009](4)甲烷发酵后的废液进行固液分离所得液体作为步骤(I)处理秸杆时所用水，重复步骤⑴至⑷。
[0010]可选的，步骤(I)中每1g-1Okg稻杆加400mL_400L水，处理时间ls_15min。
[0011]可选的，步骤(2)在残渣中加入纤维素酶和酵母进行同时糖化和乙醇发酵，纤维素酶添加量5FPU-30FPU/g残渣，酵母接种量占发酵液3% -12% (v/v)，经48_96h发酵后，蒸馏获得乙醇。
[0012]可选的，步骤(3)在步骤(I)所得水溶液和步骤(2)所得蒸馏废液的混合液中加入厌氧污泥颗粒进行甲烷发酵，厌氧污泥颗粒质量占混合液质量的1% -20%，发酵时间12-72ho
[0013]与现有技术相比，本发明的优点是:
[0014]1、本发明的生产方法为全过程废液的全封闭循环方法，无废水排放，不污染环境。
[0015]2、乙醇终浓度可达到4.3% (v/v);
[0016]3、节约水资源，可明显降低生物质燃料乙醇生产成本，易于实现工业化生产。
【附图说明】
[0017]图1为实施例1的20个循环过程中残渣得率示意图；
[0018]图2为实施例1的20个循环过程中甲烷产率示意图；
[0019]图3为实施例1的20个循环过程中乙醇浓度示意图。
【具体实施方式】
[0020]本发明的联产方法采用亚临界水预处理生物质，不可溶部进行酶解-乙醇发酵-蒸馏过程，蒸馏废液与预处理后水可溶部合并进行甲烷发酵，甲烷发酵完成后的清液再次用于前端的亚临界水预处理生物质过程，从而实现全过程的封闭循环和废水的零排放。
[0021]以下是发明人提供的具体实施例，以对本发明的技术方案作进一步解释说明。
[0022]实施例1:
[0023](I)亚临界水预处理:
[0024]取1g烘干后的样品置于反应釜中，加蒸馏水400mL，设置温度140°C (0.05MPa)转速为300转/min，处理3min，抽滤，得到残渣和处理液；
[0025](2)乙醇发酵和蒸馏:
[0026]取2g残渣，加缓冲液I lmL，无机盐，酶和缓冲液的8 %的酵母乙醇发酵，72h后进行蒸馏获得乙醇；
[0027](3)甲烷发酵:
[0028]将步骤(I)中的处理液与步骤(2)的蒸馏废液合并，按10%加入厌氧污泥颗粒，静置于35 °C恒温摇床中。
[0029](4)处理液循环利用:
[0030]甲烷发酵后，进行固液分离，所得清液回用于生物质的亚临界水预处理，重复上述
(1)-(5)步骤，循环20个批次，残渣得率、甲烷产率和乙醇浓度的变化规律如图1-3所示。
【主权项】
1.一种秸杆乙醇-甲烷联产的闭路循环生产方法，其特征在于，方法包括: (1)150-2000C^0.02MPa-2.5MPa条件下，秸杆原料在水中处理适宜时间后固液分离得到残渣和处理液； (2)利用步骤(I)所得残渣发酵、蒸馏制备乙醇； (3)利用步骤(I)所得处理液和步骤(2)所得蒸馏废液的混合液发酵制备甲烷； (4)甲烷发酵后的废液进行固液分离所得液体作为步骤(I)处理秸杆时所用水，重复步骤⑴至⑷。2.如权利要求1所述的秸杆乙醇-甲烷联产的闭路循环生产方法，其特征在于，步骤(I)中每 1g-1Okg 稻杆加 400mL-400L 水，处理时间 ls_15min。3.如权利要求1所述的秸杆乙醇-甲烷联产的闭路循环生产方法，其特征在于，步骤(2)在残渣中加入纤维素酶和酵母进行同时糖化和乙醇发酵，纤维素酶添加量5FPU-30FPU/g残渣，酵母接种体积量占发酵液体积的3% -12%，经48_96h发酵后，蒸馏获得乙醇。4.如权利要求1所述的秸杆乙醇-甲烷联产的闭路循环生产方法，其特征在于，步骤(3)在步骤(I)所得水溶液和步骤(2)所得蒸馏废液的混合液中加入厌氧污泥颗粒进行甲烷发酵，厌氧污泥颗粒质量占混合液质量的1% _20%，发酵时间12-72h。
【专利摘要】本发明涉及一种秸秆乙醇-甲烷联产的闭路循环生产方法，所涉及的方法包括：(1)150-200℃、0.02MPa-2.5MPa条件下，秸秆原料在水中处理适宜时间后固液分离得到残渣和处理液；(2)利用步骤(1)所得残渣发酵、蒸馏制备乙醇；(3)利用步骤(1)所得处理液和步骤(2)所得蒸馏废液的混合液发酵制备甲烷；(4)甲烷发酵后的废液进行固液分离所得液体作为步骤(1)处理秸秆时所用水，重复步骤(1)至(4)。本发明的生产方法为全过程废液的全封闭循环方法，无废水排放，不污染环境。并且乙醇终浓度可达到4.3％(v/v)。
【IPC分类】C12P7/10, C12P5/02
【公开号】CN105087660
【申请号】CN201510572180
【发明人】吕欣, 许玮琪, 王欣, 刘恋, 高丽娜, 张岗, 张晓妮
【申请人】西北农林科技大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年9月10日