[发明专利]一种木质纤维废弃物混合水解制取燃料乙醇的方法

说明书

本发明公开了一种木质纤维废弃物混合水解制取燃料乙醇的方法，将木质纤维废弃物按照植物科属类别不同进行不同比例混合，并进行一步或分步水热预处理，实现混合原料半纤维素“一锅法”共水解，有利于后续纤维素的共酶解。多原料混合利于燃料乙醇产业可持续发展，并可实现城镇绿化垃圾和工农业木质纤维废弃物的高值化利用。

技术领域：

本发明涉及生物质转化技术领域，具体涉及一种木质纤维废弃物混合水解制取燃料乙醇的方法。

背景技术：

木质纤维废弃物主要包括园林绿化垃圾(如树枝树叶、草屑等)、工业木质纤维废料(如中药渣、蔗渣、甜高粱渣、木材加工底料等)、农业废弃物(如秸秆、谷壳等)。其中全国中药渣年排放量达3000万吨，而随着城市绿化力度的加大，以广州市白云区为例，每年绿化养护产生的绿化垃圾就达7960吨。传统的垃圾填埋、焚烧等处理方式无法满足“减量化、资源化、无害化”的城镇垃圾处理要求。目前已有生物堆肥、机制木炭、生物能源炼制等资源化利用路线。

燃料乙醇是生物能源的主要方向之一，美国大力鼓励纤维素乙醇研发、中试、示范和商业化项目建设，在“2022年1.1亿吨化石燃料替代”目标中，纤维素乙醇占4800万吨。纤维素乙醇生产主要包括预处理、酶水解和微生物发酵等步骤，目前主要存在两大瓶颈问题：(1)材料成本高：不断走高的秸秆原料价格、居高不下的纤维素酶价格、木糖转化为乙醇的得率低等；(2)能耗高：高强度预处理过程的能耗、低浓度乙醇发酵液的精馏能耗、固体秸秆体系的输送和搅拌电耗等。

与传统单一原料燃料乙醇相比，木质纤维混合原料供应更稳定、且储量大、易于收集，有利于燃料乙醇产业可持续发展。但如何实现混合原料共水解制取乙醇未见相关报道，各原料化学组分的差异性使得混合原料中多糖水解表现出不均一性，物料混合和预处理过程均不能简单复制单一原料制乙醇的方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种木质纤维废弃物混合水解制取燃料乙醇的方法，将木质纤维废弃物按照植物科属类别不同进行不同比例混合，并进行一步或分步水热预处理，实现混合原料半纤维素“一锅法”共水解，有利于后续纤维素的共酶解。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种木质纤维废弃物混合水解制取燃料乙醇的方法，该方法包括以下步骤：

1)原料混合：将不同种类木质纤维废弃物粉碎至粒度为0.1-1cm，并按照植物科属类别进行分类混合得到混合后的原料；属于相同科属类别的植物，化学组分相近，以任意比例混合；非属于相同科属类别的植物，等质量比例混合；

2)水热预处理：将步骤1)得到的混合后的原料加入水解反应器中进行一步或分步水热预处理，反应温度为150-200℃，水饱和蒸汽压，反应时间为10-60min，物料(即混合后的原料)质量浓度为5-20％；步骤1)得到的混合后的原料属于相同科属则进行一步水解，非属于相同科属进行分步升温水解；

3)固液分离：将步骤2)所得的产物进行固液分离，液相主要成分为半纤维素水解糖，固相主要成分为纤维素和木质素；

4)酶解发酵：将步骤3)所得固相残渣50℃pH4.8预酶解24-72h，纤维素水解酶添加量为每克底物10-40FPU，底物质量浓度为5％-20％，之后冷却到30℃，添加酵母菌发酵培养基并接入酿酒酵母进行同步糖化发酵72h得到乙醇。

所述木质纤维废弃物主要包括园林绿化垃圾(如树枝树叶、草屑等)、工业木质纤维废料(如中药渣、蔗渣、甜高粱渣、木材加工底料等)、农业废弃物(如秸秆、谷壳等)。

具体地，蔗渣、稻杆、甜高粱渣等均属于禾本科植物，化学组分相近，可以任意比例混合；同理，木材加工底料、树枝树叶属于木本植物，化学组分相近，可以任意比例混合；非属于相同科属类别的植物以1:1混合，如甜高粱渣与木屑以1:1混合，草屑、树枝、甘蔗渣以1:1:1混合。