本發(fā)明屬于秸稈利用領(lǐng)域，尤其涉及一種秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)是一個(gè)能源嚴(yán)重缺乏但需求量大的國(guó)家，目前使用的能源物質(zhì)主要是石油、煤炭、天然氣等。這些化石能源不僅儲(chǔ)藏量有限，而且其大量使用也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。發(fā)展清潔可再生能源刻不容緩。生物質(zhì)能源是一種豐富的可再生能源，如果能得到合理利用，將可以大大減少對(duì)化石能源的過(guò)分依賴，在構(gòu)建我國(guó)未來(lái)能源安全新系統(tǒng)中具有舉足輕重的地位。

農(nóng)作物秸稈是生物質(zhì)能源的重要組成部分，其蘊(yùn)含著巨大的能量。我國(guó)的農(nóng)作物秸稈資源十分豐富，秸稈總產(chǎn)量達(dá)7億多噸，但其分布地域廣，存在收獲的季節(jié)性和差異性，且缺乏收集貯運(yùn)技術(shù)和相配套的裝備，因此大量秸稈得不到合理收集和利用而被大量焚燒，隨之產(chǎn)生的污染問(wèn)題已成為社會(huì)一大公害。秸稈原料中的天然纖維素和半纖維素均為多糖，經(jīng)水解發(fā)酵可轉(zhuǎn)化為乙醇、有機(jī)酸和其它可替代化石能源產(chǎn)品的化合物，因此對(duì)其進(jìn)行合理的收集利用已成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)之一。

為了使秸稈原料適用于燃料乙醇的生產(chǎn)，傳統(tǒng)的處理方式是將秸稈經(jīng)機(jī)械粉碎或研磨成小顆粒的秸稈粉，其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單易行，容易實(shí)施，但機(jī)械粉碎能耗大，對(duì)物料的脆性和水分含量有較高的要求，粉碎粒度也受到限制，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本難以控制，因此需要先進(jìn)行改性預(yù)處理以改變其理化性狀。研究人員在收集、處理、成本、能耗以及對(duì)環(huán)境影響的技術(shù)瓶頸方面對(duì)農(nóng)作物秸稈進(jìn)行了深入的研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)秸稈原料進(jìn)行預(yù)處理后可以很好地解決成本和能耗的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)秸稈的高效利用。由此可見，秸稈的預(yù)處理方法是突破目前秸稈高效利用的關(guān)鍵措施之一。射線輻照作為一種高效的預(yù)處理方法，具有處理量大、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用于秸稈的改性處理，但是⁶⁰Co-γ輻照裝置因受到裝源量的限制，劑量率較低，導(dǎo)致處理時(shí)間長(zhǎng)；而電子束輻照，穿透性較差，處理樣品厚度受限，而影響整體處理效率。

木質(zhì)纖維素經(jīng)預(yù)處理后，還需要進(jìn)行酶解處理，再經(jīng)過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生乙醇、有機(jī)酸和其它可替代化石能源產(chǎn)品化合物的混合物，最后通過(guò)精餾處理，提純能源物質(zhì)。但生物質(zhì)中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素緊密結(jié)合構(gòu)成了結(jié)構(gòu)致密的木質(zhì)纖維素，木質(zhì)纖維素很難進(jìn)行水解反應(yīng)，微生物酶系也很難進(jìn)入到木質(zhì)纖維素的內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)化，所以開發(fā)一種高效降解轉(zhuǎn)化生物質(zhì)的酶解技術(shù)也迫在眉睫。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種可充分利用廢棄資源、減輕農(nóng)業(yè)污染、緩解能源問(wèn)題、且產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)異的基于輻照預(yù)處理秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種基于輻照預(yù)處理秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的方法，包括以下步驟：

(1)將秸稈打捆成型制成秸稈塊體；

(2)將秸稈塊體裝入輻照箱進(jìn)行⁶⁰Co-γ輻照預(yù)處理；

(3)將預(yù)處理后的秸稈進(jìn)行粉碎制成秸稈粉；

(4)利用電子束對(duì)秸稈粉其進(jìn)行二次輻照；

(5)將二次輻照處理后的秸稈粉置于反應(yīng)器中進(jìn)行酶解；

(6)對(duì)酶解后的反應(yīng)體系調(diào)pH，接入酵母進(jìn)行發(fā)酵得到含乙醇的發(fā)酵醪液；

(7)將含乙醇的發(fā)酵醪液添加到塔釜儲(chǔ)罐中進(jìn)行精餾得到乙醇-水共沸組成；

(8)將乙醇-水共沸組成經(jīng)分子篩吸附后得到燃料乙醇。

上述本發(fā)明的方法主要包括原料準(zhǔn)備、切割打包、裝箱、⁶⁰Co-γ輻照處理、粉碎處理、電子加速器二次輻照、酶解、發(fā)酵、精餾等步驟；通過(guò)采用本發(fā)明的方案及工藝流程實(shí)現(xiàn)了從原料準(zhǔn)備到產(chǎn)出燃料乙醇物質(zhì)的工藝整合；特別是通過(guò)⁶⁰Co-γ輻照預(yù)處理后再粉碎秸稈，大大減少了粉碎過(guò)程的能耗；特別是通過(guò)輻照預(yù)處理和二次輻照處理的前置組合，大大提升了后續(xù)酶解的效率。

上述的方法，優(yōu)選的，所述步驟(1)中，所述秸稈塊體成型的規(guī)格控制為長(zhǎng)900～1000mm×寬500～600mm×高550～600mm，成型密度控制為300～500kg/m³。

上述的方法，優(yōu)選的，所述步驟(1)中的打捆成型是通過(guò)秸稈成型系統(tǒng)完成，且該秸稈成型系統(tǒng)的最大捆緊力度為1000～2000N，功率為5～10kW。

上述的方法，優(yōu)選的，所述步驟(2)中，所述輻照箱的裝源量為400～1000萬(wàn)居里，放射源強(qiáng)度為7.4×10¹⁵～3.70×10¹⁶Bq，輻照箱采用單板源濕法儲(chǔ)源裝置，并采用積放停留步進(jìn)式輻照。

上述的方法，優(yōu)選的，所述步驟(2)中，所述輻照箱的輻照劑量率為5～20kGy/h，輻照秸稈劑量為200～600kGy。

上述的方法，優(yōu)選的，所述步驟(2)中，具體采用以下方式進(jìn)行輻照預(yù)處理：將所述秸稈塊體分上下兩層裝入輻照箱中，輻照一圈后進(jìn)行上下?lián)Q層，再進(jìn)行一圈輻照以減少輻照不均勻度。

上述的方法，優(yōu)選的，所述步驟(4)中，二次輻照是采用電子束輻照系統(tǒng)完成，電子束輻照系統(tǒng)的能量為10～15MeV，進(jìn)行電子束輻照的輻照劑量率為200～1000kGy/h，輻照劑量為200～1000kGy。更優(yōu)選的，經(jīng)所述步驟(2)、步驟(4)兩次輻照處理后的累計(jì)輻照劑量控制為600～1200kGy

上述的方法，優(yōu)選的，所述步驟(5)中，所述酶解是指先加入水、蛋白胨、酵母粉及營(yíng)養(yǎng)鹽成分配制成酶解體系，滅菌冷卻后再加入纖維素酶和木聚糖酶水解；酶解中水的添加量與秸稈粉的質(zhì)量比控制在10∶0.5～10∶4，所述蛋白胨在酶解體系中的濃度控制在18～22g/L，酵母粉在酶解體系中的濃度控制在8～12g/L，所述纖維素酶用量在5FPU/g秸稈～20FPU/g秸稈，木聚糖酶用量在5U/g秸稈～20U/g秸稈；

所述營(yíng)養(yǎng)鹽成分的配方及在酶解體系中濃度為：K₂HPO₄ 1～3g/L，MgSO₄ 0.5～1.5g/L，(NH₄)₂SO₄ 0.5～1.5g/L，CaCl₂ 0.1～0.3g/L。

上述的方法，優(yōu)選的，所述步驟(5)中，酶解時(shí)的pH控制在3.7～6.0，酶解溫度控制在45℃～55℃，酶解時(shí)間控制在24h～120h。

上述的方法，優(yōu)選的，所述步驟(6)中，調(diào)pH是指調(diào)節(jié)在5.0～7.0，所述酵母的接入量質(zhì)量百分比控制在5％～15％，發(fā)酵溫度在33℃～43℃，發(fā)酵時(shí)間在24h～48h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1.本發(fā)明將⁶⁰Co-γ輻照與電子束輻照相結(jié)合，不僅可以提高原料的處理量，還可以縮短處理時(shí)間，提高處理效率。

2.本發(fā)明中采用γ射線進(jìn)行一次輻照處理的秸稈原料，能使其組織結(jié)構(gòu)快速被破壞，進(jìn)而提高秸稈的脆性使之易于粉碎，減少機(jī)械粉碎的能耗。

3.本發(fā)明優(yōu)選的方案中，通過(guò)對(duì)酶解處理體系的配方及酶解條件進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，這不僅大大提高了酶活，而且提高了酶解效率。

4.本發(fā)明優(yōu)選的方案中，通過(guò)對(duì)輻照處理方式及工藝條件進(jìn)行改進(jìn)，減少了輻照不均勻度，提高了輻照處理的效率。

總體而言，本發(fā)明充分利用了現(xiàn)有廢棄的秸稈資源，為秸稈資源的增值再利用提供了新的途徑，同時(shí)減輕了農(nóng)業(yè)面源污染和因焚燒造成的環(huán)境污染。本發(fā)明以來(lái)源豐富、價(jià)格低廉的農(nóng)作物秸稈等木質(zhì)纖維素原料制備出燃料乙醇等生物質(zhì)能源物質(zhì)，對(duì)于應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的能源危機(jī)具有非常重要的意義。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明基于輻照預(yù)處理生產(chǎn)燃料乙醇的工藝路線圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合說(shuō)明書附圖和較佳的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更全面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下具體的實(shí)施例。

除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語(yǔ)與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體實(shí)施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

除非另有特別說(shuō)明，本發(fā)明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設(shè)備等均可通過(guò)市場(chǎng)購(gòu)買得到或者可通過(guò)現(xiàn)有方法制備得到。

實(shí)施例1：

一種如圖1所示本發(fā)明的基于輻照預(yù)處理秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的方法，包括以下步驟：

1.原料準(zhǔn)備：將農(nóng)田中經(jīng)過(guò)自然干燥的稻草秸稈收集后，經(jīng)秸稈成型系統(tǒng)(例如采用液壓打包機(jī)壓制)打捆成型成規(guī)格一致的秸稈塊體，秸稈塊體的體積尺寸為900mm×500mm×550mm(長(zhǎng)×寬×高)，密度為500kg/m³。該秸稈成型系統(tǒng)的最大捆緊力度為1000～2000N，功率為5～10kW。

2.γ射線輻照處理：采用⁶⁰Co-γ射線對(duì)秸稈塊體進(jìn)行一次輻照，輻照箱的裝源量為600萬(wàn)居里，輻照劑量為400kGy，劑量率為10kGy/h，放射源強(qiáng)度為2.22×10¹⁶Bq(7.4×10¹⁵～2.22×10¹⁶Bq均可)。一次輻照處理時(shí)，將秸稈塊體分上下兩層裝入輻照箱中，輻照一圈后進(jìn)行上下?lián)Q層，再進(jìn)行一圈輻照以減少輻照不均勻度。

3.粉碎篩分：將γ射線輻照后的秸稈塊體再經(jīng)機(jī)械粉碎成過(guò)0.4mm篩網(wǎng)的稻草秸稈粉。

4.電子束輻照處理：將粉碎后稻草秸稈粉進(jìn)行電子束輻照，輻照劑量為600kGy，輻照劑量率為200kGy/h，電子束的能量為10Mev，經(jīng)兩次輻照改性后的稻草秸稈粉累計(jì)輻照劑量為1000kGy。

5.酶水解：將電子束輻照處理后的秸稈粉置于反應(yīng)器中，加入水、蛋白胨，酵母粉及營(yíng)養(yǎng)鹽成分配制成酶解體系，水和秸稈粉的質(zhì)量比為10:2，蛋白胨在酶解體系中的濃度為20g/L，酵母粉在酶解體系中的濃度為10g/L，營(yíng)養(yǎng)鹽成分及濃度為：K₂HPO₄2g/L，MgSO₄1g/L，(NH₄)₂SO₄ 1g/L，CaCl₂ 0.2g/L，滅菌冷卻后加入纖維素酶和木聚糖酶水解，纖維素酶用量20FPU/g秸稈，木聚糖酶20U/g秸稈，酶解pH在4.5，溫度50℃，酶解時(shí)間96h。

6.發(fā)酵：對(duì)酶解后的反應(yīng)體系調(diào)pH至6.0，向酶解后的水解液中接入酵母，酵母接入量為10％(W/W)，發(fā)酵pH在6.0，溫度37℃，發(fā)酵時(shí)間48h，得到含乙醇的發(fā)酵醪液。

7精餾：將含乙醇的發(fā)酵醪液添加到塔釜儲(chǔ)罐中，前期緩慢給塔釜加熱，待塔釜中發(fā)酵醪液開始沸騰待系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)(塔頂塔釜溫度保持不變)后開始入料，入料后塔頂回流比控制為0.1(W)，同時(shí)塔釜開始排料，實(shí)現(xiàn)粗餾塔連續(xù)精餾，塔釜溫度：98℃，塔頂溫度：71℃，保持發(fā)酵醪液入料流量為1.2L/hr，保持酒精蒸出率約為入料流量的10％，精餾后得到乙醇-水共沸組成。

8分子篩吸附：利用加熱器將乙醇-水共沸組成溫度加熱到110℃左右，壓力保持在0.25Mpa左右，蒸發(fā)器溫度控制在105℃左右，壓力0.2Mpa左右，過(guò)熱器溫度控制在130℃左右，壓力保持在0.3Mpa左右，分子篩A塔溫度控制在130℃左右，壓力保持在0.3Mpa左右，分子篩B塔溫度控制在180℃左右，壓力保持在-0.02Mpa左右，冷凝器溫度控制在105℃左右，壓力保持在0.2Mpa左右，反洗過(guò)熱器180℃左右，壓力保持在-0.02Mpa左右，經(jīng)分子篩吸附后得到燃料乙醇。

稻草秸稈輻照前后水提液中糖組成和含量的測(cè)定：

稱取0.1g上述輻照處理前后的稻草秸稈粉樣品于燒杯，加入10ml蒸餾水，超聲提取20min后，過(guò)濾，定容至100ml得到樣液，取1ml樣液，定容至25ml，過(guò)0.2μm膜，之后裝入離子色譜專用的管子，放入自動(dòng)進(jìn)樣器，待測(cè)；色譜柱為CarboPac PA20(150×3mm)，保護(hù)柱為CarboPac PA20(50×3mm)，Au電極，Ag-AgCl參比電極，采用氫氧化鈉和乙酸鈉流動(dòng)相進(jìn)行梯度洗脫，自動(dòng)進(jìn)樣25μL。

將上述輻照處理前后的稻草秸稈粉樣品粉碎，105℃烘干至恒重，精確稱取3g置于50mL三角瓶中，加沸水25mL，加蓋，超聲提取10min，冷卻后過(guò)濾(抽濾)，殘?jiān)梅姓麴s水反復(fù)洗滌并過(guò)濾(抽濾)，濾液收集在50mL容量瓶中，定容至刻度，測(cè)定可溶性總糖的含量。

乙醇采用高效液相色譜(HPLC)測(cè)定。色譜條件：流動(dòng)相為5m mol·L-1H₂SO₄，流速0.8ml·min-1，柱溫65℃，色譜柱為Aminex HPX-87H柱，檢測(cè)器為示差折光檢測(cè)器。

上述測(cè)定結(jié)果如下表1所示：

表1：稻草秸稈輻照前后水溶性單糖及總糖生成量比較

由表1可知，輻照前后稻草秸稈水溶性糖類含量明顯上升，輻照前稻草中水溶性糖其總含量為0.72％；輻照后稻草秸稈粉水提液中水溶性總糖達(dá)到54.32％，，酶解后總糖提高530％，乙醇得率提高333％。經(jīng)本實(shí)施例方法制備的乙醇其純度可達(dá)99.5％以上。

實(shí)施例2：

一種如圖1所示本發(fā)明的基于輻照預(yù)處理秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的方法，包括以下步驟：

1.原料準(zhǔn)備：將農(nóng)田中經(jīng)過(guò)自然干燥的玉米秸稈收集后，經(jīng)秸稈成型系統(tǒng)(例如采用液壓打包機(jī)壓制)打捆成型成規(guī)格一致的秸稈塊體，秸稈塊體的體積尺寸為1000mm×600mm×600mm(長(zhǎng)×寬×高)，密度為400kg/m³。該秸稈成型系統(tǒng)的最大捆緊力度為1000～2000N，功率為5～10kW。

2.γ射線輻照處理：采用⁶⁰Co-γ射線對(duì)秸稈塊體進(jìn)行一次輻照，輻照箱的裝源量為800萬(wàn)居里，輻照劑量為300kGy，劑量率為15kGy/h，放射源強(qiáng)度為2.22×10¹⁶Bq。一次輻照處理時(shí)，將秸稈塊體分上下兩層裝入輻照箱中，輻照一圈后進(jìn)行上下?lián)Q層，再進(jìn)行一圈輻照以減少輻照不均勻度。

3.粉碎篩分：將γ射線輻照后的秸稈塊體再經(jīng)機(jī)械粉碎成過(guò)0.4mm篩網(wǎng)的玉米秸稈粉。

4.電子束輻照處理：將粉碎后玉米秸稈粉進(jìn)行電子束輻照，輻照劑量為500kGy，輻照劑量率為1000kGy/h，電子束的能量為10Mev，經(jīng)兩次輻照改性后的稻草秸稈粉累計(jì)輻照劑量為800kGy。

5.酶水解：將電子束輻照處理后的秸稈粉置于反應(yīng)器中，加入水、蛋白胨，酵母粉及營(yíng)養(yǎng)鹽成分配制成酶解體系，水和秸稈粉的質(zhì)量比為10:3，蛋白胨在酶解體系中的濃度為22g/L，酵母粉在酶解體系中的濃度為11g/L，營(yíng)養(yǎng)鹽成分及濃度為：K₂HPO₄ 1.5g/L，MgSO₄1g/L，(NH₄)₂SO₄ 1.5g/L，CaCl₂ 0.2g/L，滅菌冷卻后加入纖維素酶和木聚糖酶水解，纖維素酶用量18FPU/g秸稈，木聚糖酶20U/g秸稈，酶解pH在4.5，溫度50℃，酶解時(shí)間96h。

6.發(fā)酵：對(duì)酶解后的反應(yīng)體系調(diào)pH至6.0，向酶解后的水解液中接入酵母，酵母接入量為10％(W/W)，發(fā)酵pH在6.0，溫度39℃，發(fā)酵時(shí)間48h，得到含乙醇的發(fā)酵醪液。

7精餾：將含乙醇的發(fā)酵醪液添加到塔釜儲(chǔ)罐中，前期緩慢給塔釜加熱，待塔釜中發(fā)酵醪液開始沸騰待系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)(塔頂塔釜溫度保持不變)后開始入料，入料后塔頂回流比控制為0.1(W)，同時(shí)塔釜開始排料，實(shí)現(xiàn)粗餾塔連續(xù)精餾，塔釜溫度：100℃，塔頂溫度：72℃，保持發(fā)酵醪液入料流量為1.3L/hr，保持酒精蒸出率約為入料流量的11％，精餾后得到乙醇-水共沸組成。

8分子篩吸附：利用加熱器將乙醇-水共沸組成溫度加熱到105℃左右，壓力保持在0.2Mpa左右，蒸發(fā)器溫度控制在110℃左右，壓力0.25Mpa左右，過(guò)熱器溫度控制在135℃左右，壓力保持在0.3Mpa左右，分子篩A塔溫度控制在135℃左右，壓力保持在0.3Mpa左右，分子篩B塔溫度控制在200℃左右，壓力保持在-0.03Mpa左右，冷凝器溫度控制在115℃左右，壓力保持在0.2Mpa左右，反洗過(guò)熱器200℃左右，壓力保持在-0.03Mpa左右，經(jīng)分子篩吸附后得到燃料乙醇。

玉米秸稈輻照前后水提液中糖組成和含量的測(cè)定方法同實(shí)施例1。

上述測(cè)定結(jié)果如下表2所示：

表2：玉米秸稈輻照前后水溶性單糖及總糖生成量比較

由表2可知，輻照后玉米秸稈水溶性糖類存在明顯變化，輻照前的玉米秸稈粉中僅檢測(cè)到少量的葡萄糖、木糖和纖維二糖，其水溶性為0.65％；輻照后玉米秸稈粉水提液中檢測(cè)到的糖含量比處理前要顯著提高，其水溶性總糖達(dá)到44.38％，酶解后總糖提高430％，乙醇得率提高300％。經(jīng)本實(shí)施例方法制備的乙醇其純度可達(dá)99.5％以上。

實(shí)施例3：

一種如圖1所示本發(fā)明的基于輻照預(yù)處理秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的方法，包括以下步驟：

1.原料準(zhǔn)備：將農(nóng)田中經(jīng)過(guò)自然干燥的油菜秸稈收集后，經(jīng)秸稈成型系統(tǒng)(例如采用液壓打包機(jī)壓制)打捆成型成規(guī)格一致的秸稈塊體，秸稈塊體的體積尺寸為1000mm×600mm×550mm(長(zhǎng)×寬×高)，密度為350kg/m³。該秸稈成型系統(tǒng)的最大捆緊力度為1000～2000N，功率為5～10kW。

2.γ射線輻照處理：采用⁶⁰Co-γ射線對(duì)秸稈塊體進(jìn)行一次輻照，輻照箱的裝源量為1000萬(wàn)居里，輻照劑量為200kGy，劑量率為15kGy/h，放射源強(qiáng)度為2.22×10¹⁶Bq。一次輻照處理時(shí)，將秸稈塊體分上下兩層裝入輻照箱中，輻照一圈后進(jìn)行上下?lián)Q層，再進(jìn)行一圈輻照以減少輻照不均勻度。

3.粉碎篩分：將γ射線輻照后的秸稈塊體再經(jīng)機(jī)械粉碎成過(guò)0.4mm篩網(wǎng)的油菜秸稈粉。

4.電子束輻照處理：將粉碎后玉米秸稈粉進(jìn)行電子束輻照，輻照劑量為400kGy，輻照劑量率為800kGy/h，電子束的能量為10Mev，經(jīng)兩次輻照改性后的稻草秸稈粉累計(jì)輻照劑量為600kGy。

5.酶水解：將電子束輻照處理后的秸稈粉置于反應(yīng)器中，加入水、蛋白胨，酵母粉及營(yíng)養(yǎng)鹽成分配制成酶解體系，水和秸稈粉的質(zhì)量比為10:3，蛋白胨在酶解體系中的濃度為22g/L，酵母粉在酶解體系中的濃度為11g/L，營(yíng)養(yǎng)鹽成分及濃度為：K₂HPO₄ 1.5g/L，MgSO₄1g/L，(NH₄)₂SO₄ 1.2g/L，CaCl₂ 0.2g/L，滅菌冷卻后加入纖維素酶和木聚糖酶水解，纖維素酶用量20FPU/g秸稈，木聚糖酶15U/g秸稈，酶解pH在4.7，溫度50℃，酶解時(shí)間100h。

6.發(fā)酵：對(duì)酶解后的反應(yīng)體系調(diào)pH至6.0，向酶解后的水解液中接入酵母，酵母接入量為10％(W/W)，發(fā)酵pH在6.0，溫度37℃，發(fā)酵時(shí)間36h，得到含乙醇的發(fā)酵醪液。

7精餾：將含乙醇的發(fā)酵醪液添加到塔釜儲(chǔ)罐中，前期緩慢給塔釜加熱，待塔釜中發(fā)酵醪液開始沸騰待系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)(塔頂塔釜溫度保持不變)后開始入料，入料后塔頂回流比控制為0.1(W)，同時(shí)塔釜開始排料，實(shí)現(xiàn)粗餾塔連續(xù)精餾，塔釜溫度：100℃，塔頂溫度：70℃，保持發(fā)酵醪液入料流量為1.2L/hr，保持酒精蒸出率約為入料流量的10％，精餾后得到乙醇-水共沸組成。

8分子篩吸附：利用加熱器將乙醇-水共沸組成溫度加熱到105℃左右，壓力保持在0.2Mpa左右，蒸發(fā)器溫度控制在110℃左右，壓力0.25Mpa左右，過(guò)熱器溫度控制在135℃左右，壓力保持在0.3Mpa左右，分子篩A塔溫度控制在135℃左右，壓力保持在0.3Mpa左右，分子篩B塔溫度控制在200℃左右，壓力保持在-0.03Mpa左右，冷凝器溫度控制在115℃左右，壓力保持在0.2Mpa左右，反洗過(guò)熱器200℃左右，壓力保持在-0.03Mpa左右，經(jīng)分子篩吸附后得到燃料乙醇。

油菜秸稈輻照前后水提液中糖組成和含量的測(cè)定方法同實(shí)施例1。

上述測(cè)定結(jié)果如下表3所示：

表3：油菜秸稈輻照前后水溶性單糖及總糖生成量比較

由表3可知，輻照處理前后油菜秸稈中葡萄糖、木糖、纖維二糖和水溶性總糖含量顯著升高；輻照前水溶性總糖僅為0.86％，輻照后提高至45.34％，酶解后總糖提高414％，乙醇得率提高287％。經(jīng)本實(shí)施例方法制備的乙醇其純度可達(dá)99.5％以上。

實(shí)施例4：

一種如圖1所示本發(fā)明的基于輻照預(yù)處理秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的方法，包括以下步驟：

1.原料準(zhǔn)備：將農(nóng)田中經(jīng)過(guò)自然干燥的稻草秸稈收集后，經(jīng)秸稈成型系統(tǒng)(例如采用液壓打包機(jī)壓制)打捆成型成規(guī)格一致的秸稈塊體，秸稈塊體的體積尺寸為1000mm×500mm×600mm(長(zhǎng)×寬×高)，密度為400kg/m³。該秸稈成型系統(tǒng)的最大捆緊力度為1000～2000N，功率為5～10kW。

2.γ射線輻照處理：采用⁶⁰Co-γ射線對(duì)秸稈塊體進(jìn)行一次輻照，輻照箱的裝源量為400萬(wàn)居里，輻照劑量分別采用200kGy、400kGy，劑量率為10kGy/h，放射源強(qiáng)度為2.22×10¹⁶Bq。一次輻照處理時(shí)，將秸稈塊體分上下兩層裝入輻照箱中，輻照一圈后進(jìn)行上下?lián)Q層，再進(jìn)行一圈輻照以減少輻照不均勻度。

后續(xù)的各個(gè)步驟與實(shí)施例1的步驟相同。

之后對(duì)本實(shí)施例中稻草秸稈粉輻照前后的粉碎能耗進(jìn)行測(cè)定：

采用FZ102微型粉碎機(jī)對(duì)上述輻照處理前后的稻草秸稈材料(水分含量均＜10％)進(jìn)行粉碎，考察粉碎能耗，利用電能表測(cè)量粉碎機(jī)消耗的用電量。將粉碎后的稻草秸稈粉過(guò)20目(粒度＜900μm)篩得到1kg過(guò)篩樣品，記錄該樣品的粉碎總用電量(KW/h)，用同樣的方法分別再過(guò)40、60、80、100目篩，根據(jù)篩下物重量所占總重量比例和總用電量關(guān)系進(jìn)行能耗計(jì)算，分析出過(guò)40、60、80、100目篩的每1kg樣品的粉碎能耗量，測(cè)定結(jié)果如下表4所示。

表4：輻照前后稻草秸稈粉碎能耗比較

由表4可知，未經(jīng)輻照處理的稻草秸稈粉碎樣品過(guò)20目篩的粉碎能耗為2.65kW/h，經(jīng)輻照改性后的稻草秸稈粉碎能耗降低，其中400kGy射線輻照處理的樣品粉碎能耗為1.10kW/h，輻照改性后樣品的粉碎能耗降低58.49％；過(guò)40、60、80、100目篩，輻照改性后樣品的粉碎能耗分別降低59.84％、64.86％、64.43％和62.06％。這說(shuō)明γ射線輻照預(yù)處理技術(shù)可極大程度地降低原材料粉碎工序的能耗和成本。