一種由廚余垃圾制備燃料乙醇的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種由廚余垃圾制備燃料乙醇的方法，屬于生物質(zhì)能領(lǐng)域，包括以下步驟，S1將廚余垃圾粉碎后加水混合，用堿處理預(yù)混液，然后洗滌抽濾得到經(jīng)過(guò)堿預(yù)處理的原料；S2將所述經(jīng)過(guò)堿預(yù)處理的原料在酸性條件下蒸煮，得到經(jīng)過(guò)酸預(yù)處理的原料；S3將所述經(jīng)過(guò)酸預(yù)處理的原料用纖維素酶和淀粉酶水解，得到還原糖；S4將所述還原糖發(fā)酵后蒸餾，得到燃料乙醇。本發(fā)明提供的制備方法可大規(guī)模拓展燃料乙醇的原料資源量、降低燃料乙醇的生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率，能夠帶來(lái)諸多良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種由廚余垃圾制備燃料乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及生物質(zhì)能領(lǐng)域，特別設(shè)及一種由廚余垃圾制備燃料乙醇的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界人口的增加和各國(guó)工業(yè)化程度的提高，能源和環(huán)境問(wèn)題已成為全球關(guān)注 的焦點(diǎn)。石油、煤炭和天然氣等化石能源物質(zhì)逐漸枯竭，為保護(hù)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展 的目標(biāo)，從可再生資源特別是木質(zhì)生物質(zhì)生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品已成為許多國(guó)家的重要發(fā) 展戰(zhàn)略和科學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。生物質(zhì)能是可再生的清潔能源，利用生物質(zhì)為原料水解并 發(fā)酵制取燃料乙醇等化工產(chǎn)品正日益受到廣泛關(guān)注。
[0003] 采用含糖和淀粉等的農(nóng)作物發(fā)酵制取乙醇的技術(shù)已日趨成熟，并廣泛應(yīng)用。然而， 隨著世界人口增長(zhǎng)，糧食供應(yīng)緊張，W糧食作物為原料制備燃料乙醇的方法不可能大規(guī)模 展開(kāi)，因此采用木質(zhì)纖維為原料，通過(guò)生物質(zhì)水解制取燃料乙醇具有重要意義。在生活中， 廚余垃圾是困擾人們的污染源之一，廚余垃圾是指剩飯、剩菜、蔬菜的根葉、瓜果的皮核、廢 棄的動(dòng)物組織等，其成分主要是糖類(lèi)、脂肪、蛋白質(zhì)、鹽分、水等，營(yíng)養(yǎng)豐富。長(zhǎng)期W來(lái)，廚余 垃圾在我國(guó)一直作為生豬的飼料，并通過(guò)市場(chǎng)自行尋找出路，運(yùn)種處理方式存在很多問(wèn)題： 一、垃圾含水率高，流動(dòng)性大，容易泄露，造成二次污染。二、垃圾車(chē)影響城市日常交通并污 染環(huán)境。Ξ、垃圾未經(jīng)任何處理，喂出豬的衛(wèi)生情況令人擔(dān)憂(yōu)，容易導(dǎo)致口蹄疫等疾病的產(chǎn) 生。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們的居家飲食W及去飯店消 費(fèi)的數(shù)量和質(zhì)量也明顯的提高，餐廚垃圾的數(shù)量必將繼續(xù)攀升。由于餐廚垃圾含有豐富的 淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行合理的利用，不僅可W減少對(duì)環(huán)境的污染，而且可W 變廢為寶，對(duì)其進(jìn)行資源化利用，還利于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有燃料乙醇制備工藝中原料來(lái)源單一和乙醇產(chǎn)率低的 缺點(diǎn)，提供一種由廚余垃圾制備燃料乙醇的方法，通過(guò)W廚余垃圾天然纖維素替代傳統(tǒng)糧 食作物作為原料，可實(shí)現(xiàn)對(duì)廚余垃圾高值化利用，也有助于降低燃料乙醇生產(chǎn)成本，同時(shí)提 高了燃料乙醇的產(chǎn)率。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了 W下技術(shù)方案：
[0006] -種由廚余垃圾制各燃料乙醇的方法，其特征在于，包括W下步驟：
[0007] S1將廚余垃圾粉碎后加水混合，用堿處理預(yù)混液，然后洗涂抽濾得到經(jīng)過(guò)堿預(yù)處 理的原料；
[000引S2將所述經(jīng)過(guò)堿預(yù)處理的原料在酸性條件下蒸煮，得到經(jīng)過(guò)酸預(yù)處理的原料； [0009] S3將所述經(jīng)過(guò)酸預(yù)處理的原料用纖維素酶和淀粉酶水解，得到還原糖；
[0010] S4將所述還原糖發(fā)酵后蒸饋，得到燃料乙醇。
[0011]本發(fā)明的發(fā)明思路為，首先用堿對(duì)廚余垃圾進(jìn)行預(yù)處理，由于廚余垃圾中除去纖 維素原料外還含有相當(dāng)量的油脂，而堿預(yù)處理步驟可W使油脂皂化成高級(jí)脂肪酸鹽和甘 油，從而避免了油脂對(duì)乙醇發(fā)酵反應(yīng)的抑制作用，同時(shí)堿預(yù)處理還能除去纖維素原料中的 大部分乙酷基;隨后對(duì)預(yù)混液進(jìn)行離屯、洗涂和抽濾操作除去廚余垃圾皂化后產(chǎn)物和仍殘留 的顆粒雜質(zhì);對(duì)經(jīng)堿預(yù)處理的原料在酸性條件下進(jìn)行蒸煮可W在一定程度上降低廚余垃圾 組成中淀粉和粗纖維的聚合度，同時(shí)增加廚余垃圾中纖維素原料和淀粉原料對(duì)纖維素酶和 淀粉酶的反應(yīng)的敏感性，提高其酶水解的轉(zhuǎn)化率;纖維素酶水解操作保證廚余垃圾中絕大 部分纖維素原料轉(zhuǎn)化為可溶性還原糖，淀粉酶可W保證淀粉原料得到水解;隨后的Ξ段式 發(fā)酵工藝，使可溶性糖在釀酒酵母的作用下發(fā)酵成乙醇，并通過(guò)后續(xù)的蒸饋和脫水操作得 到體積濃度達(dá)到99.5 % W上的燃料乙醇。
[0012] 進(jìn)一步地，上述步驟S1中堿處理的步驟包括在PH值為9-12的條件下于30-40°C將 預(yù)混液攬拌1-化。
[0013] 進(jìn)一步地，上述步驟S1中洗涂步驟包括將經(jīng)堿處理的預(yù)混液在離屯、轉(zhuǎn)速為2000- 300化pm的離屯、機(jī)中洗涂至中性。
[0014] 進(jìn)一步地，上述步驟S2包括將所述經(jīng)過(guò)堿預(yù)處理的原料在PH值為3-4的條件下于 105-115°C 蒸煮 60-120min。
[0015] 進(jìn)一步地，上述步驟S3包括將所述經(jīng)過(guò)酸預(yù)處理的原料在PH值為4-6的條件下于 30-45°C用纖維素酶和淀粉酶水解12-2地，得到還原糖。
[0016] 進(jìn)一步地，上述纖維素酶包括曲霉屬、腐質(zhì)霉屬、金抱屬、熱白絲菌屬、毀絲霉屬、 側(cè)抱霉屬和木霉屬的真菌，所述淀粉酶包括淀粉酶包括α-淀粉酶、β-淀粉酶和γ -淀粉酶中 的一種或幾種。
[0017] 進(jìn)一步地，上述纖維素酶的用量為1 -40FPU/g，所述淀粉酶的用量為1 -30FPU/g。
[0018] 進(jìn)一步地，上述步驟S4包括將所述還原糖和釀酒酵母混合均勻，進(jìn)行前發(fā)酵，控制 溫度為30-35°C，時(shí)間為9-12h;進(jìn)入主發(fā)酵期，此時(shí)將發(fā)酵溫度控制為36-40°C，發(fā)酵時(shí)間為 12-15h;進(jìn)入后發(fā)酵期，再將溫度調(diào)至33-35Γ，維持60-7化后得到發(fā)酵產(chǎn)物，然后進(jìn)行蒸 饋，收集其中的燃料乙醇。
[0019] 進(jìn)一步地，上述釀酒酵母用量占還原糖重量的8-12%。
[0020] 進(jìn)一步地，上述步驟S4中還包括蒸饋后將蒸氣經(jīng)分子篩樹(shù)脂或膜萃取的方式除去 水分的處理。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
[0022] 1、本發(fā)明提供的一種W廚余垃圾為原料制備燃料乙醇的方法，可被用W實(shí)現(xiàn)對(duì)廚 余垃圾高效、高值化利用，及同比降低燃料乙醇生產(chǎn)成本。
[0023] 2、本發(fā)明提供的一種W廚余垃圾為原料制備燃料乙醇的方法，所需工藝條件溫 和、操作便捷、安全、環(huán)保，所用原料價(jià)廉、易得，是一種經(jīng)濟(jì)、綠色、節(jié)能工藝，符合國(guó)家"節(jié) 能、減排"發(fā)展要求。
[0024] 3、本發(fā)明提供的一種W廚余垃圾為原料制備燃料乙醇的方法，通過(guò)采用堿預(yù)處理 步驟，W皂化反應(yīng)方式除去廚余垃圾中的油脂組分，避免了其對(duì)后續(xù)乙醇發(fā)酵的抑制作用， 同時(shí)后續(xù)對(duì)廚余垃圾的纖維素原料進(jìn)行適度酸預(yù)水解處理，降低了廚余垃圾纖維素聚合 度，提高了其反應(yīng)活性，相比現(xiàn)有技術(shù)解決了廚余垃圾纖維素原料酶水解轉(zhuǎn)化率低的問(wèn)題， 并提高了最終乙醇的產(chǎn)率，采用本技術(shù)可極大拓寬現(xiàn)有燃料乙醇制備技術(shù)應(yīng)用范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合試驗(yàn)例及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解 為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于W下的實(shí)施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本 發(fā)明的范圍。
[00%] 實(shí)施例1
[0027] 一種由廚余垃圾制備燃料乙醇的方法，包括W下步驟:S1首先，將2kg廚余垃圾粉 碎后和水按1:1重量比混合均勻，在PH值為10的條件下于30°C將預(yù)混液攬拌化，然后在離屯、 轉(zhuǎn)速為2000rpm的離屯、機(jī)中將預(yù)混液洗涂至中性、抽濾后得到經(jīng)堿預(yù)處理的原料;S2將經(jīng)堿 預(yù)處理的原料，在PH值為3的條件下于105°C蒸煮60min，得到經(jīng)酸預(yù)處理的原料;S3將經(jīng)酸 預(yù)處理的原料在PH值為4的條件下于40°C用20FPU/g的曲霉屬真菌和30FPU/ga-淀粉酶水解 12h，得到還原性糖。S4將所述還原糖和30g釀酒酵母混合均勻，進(jìn)行前發(fā)酵，控制溫度為32 °C，時(shí)間為lOh;進(jìn)入主發(fā)酵期，此時(shí)將發(fā)酵溫度控制為38°C，發(fā)酵時(shí)間為12h;進(jìn)入后發(fā)酵 期，再將溫度調(diào)至34Γ，維持6加后得到發(fā)酵產(chǎn)物，然后進(jìn)行蒸饋，脫水，收集其中的燃料乙 醇。
[0028] 實(shí)施例2
[0029] 一種由廚余垃圾制備燃料乙醇的方法，包括W下步驟:S1首先，將2.化G廚余垃圾 粉碎和水按1:1.5重量比混合均勻，在PH值為9的條件下于35°C將預(yù)混液攬拌化，然后在離 屯、轉(zhuǎn)速為2500rpm的離屯、機(jī)中將預(yù)混液洗涂至中性、抽濾后得到經(jīng)堿預(yù)處理的原料;S2將經(jīng) 堿預(yù)處理的原料，在PH值為3的條件下于11(TC蒸煮90min，得到經(jīng)酸預(yù)處理的原料；S3將經(jīng) 酸預(yù)處理的原料在PH值為5的條件下于30°C用lOFPU/g的木霉屬真菌和20FPU/g的β-淀粉酶 水解1她，得到還原性糖。S4將所述還原糖和50g釀酒酵母混合均勻，進(jìn)行前發(fā)酵，控制溫度 為3rC，時(shí)間為lOh;進(jìn)入主發(fā)酵期，此時(shí)將發(fā)酵溫度控制為35°C，發(fā)酵時(shí)間為lOh;進(jìn)入后發(fā) 酵期，再將溫度調(diào)至32Γ，維持4她后得到發(fā)酵產(chǎn)物，然后進(jìn)行蒸饋，脫水，收集其中的燃料 乙醇。
[0030] 實(shí)施例3
[0031] 一種由廚余垃圾制備燃料乙醇的方法，包括W下步驟:S1首先，將1.8KG廚余垃圾 粉碎后和水按1:1.2重量比混合均勻，在PH值為12的條件下于40°C將預(yù)混液攬拌化，然后在 離屯、轉(zhuǎn)速為3000rpm的離屯、機(jī)中將預(yù)混液洗涂至中性、抽濾后得到經(jīng)堿預(yù)處理的原料;S2將 經(jīng)堿預(yù)處理的原料，在PH值為3.5的條件下于115°(：蒸煮12〇111^，得到經(jīng)酸預(yù)處理的原料;53 將經(jīng)酸預(yù)處理的原料在PH值為5的條件下于45°C用lOFPU/g的金抱屬真菌和30FPU/g的丫- 淀粉酶水解2地，得到還原性糖。S4將所述還原糖和20g釀酒酵母混合均勻，進(jìn)行前發(fā)酵，控 制溫度為27°C，時(shí)間為lOh;進(jìn)入主發(fā)酵期，此時(shí)將發(fā)酵溫度控制為3rC，發(fā)酵時(shí)間為lOh;進(jìn) 入后發(fā)酵期，再將溫度調(diào)至29 °C，維持4她后得到發(fā)酵產(chǎn)物，然后進(jìn)行蒸饋，脫水，收集其中 的燃料乙醇。
[0032] 對(duì)比例1
[0033] -種由廚余垃圾制備燃料乙醇的方法，包括W下步驟:S1首先，將1.9KG廚余垃圾 粉碎后和水按1:1重量比混合均勻，然后在離屯、轉(zhuǎn)速為2000巧m的離屯、機(jī)中將預(yù)混液洗涂、 抽濾后得到初始原料;S2將初始原料，在PH值為4的條件下于140°C蒸煮30min，得到經(jīng)酸預(yù) 處理的原料;S3將經(jīng)酸預(yù)處理的原料在PH值為4的條件下于70°C用20FPU/g的曲霉屬真菌水 解化，得到還原性糖。S4將所述還原糖和30g釀酒酵母混合均勻，進(jìn)行前發(fā)酵，控制溫度為32 °C，時(shí)間為lOh;進(jìn)入主發(fā)酵期，此時(shí)將發(fā)酵溫度控制為38°C，發(fā)酵時(shí)間為12h;進(jìn)入后發(fā)酵 期，再將溫度調(diào)至34Γ，維持6加后得到發(fā)酵產(chǎn)物，然后進(jìn)行蒸饋，脫水，收集其中的燃料乙 醇。
[0034] 對(duì)比例2
[0035] 一種由廚余垃圾制備燃料乙醇的方法，包括W下步驟:S1首先，將1.8KG廚余垃圾 粉碎后和水按1:1.2重量比混合均勻，在PH值為10的條件下于60°C將預(yù)混液攬拌化，然后在 離屯、轉(zhuǎn)速為5000rpm的離屯、機(jī)中將預(yù)混液洗涂至中性、抽濾后得到經(jīng)堿預(yù)處理的原料;S2將 經(jīng)堿預(yù)處理的原料，于140°C蒸煮30min，得到蒸煮后的原料;S3將經(jīng)蒸煮處理的原料在PH值 為4的條件下于70°C用20FPU/g的曲霉屬真菌水解化，得到還原性糖。S4將所述還原糖和30g 釀酒酵母混合均勻，進(jìn)行前發(fā)酵，控制溫度為32°C，時(shí)間為lOh;進(jìn)入主發(fā)酵期，此時(shí)將發(fā)酵 溫度控制為38°C，發(fā)酵時(shí)間為12h;進(jìn)入后發(fā)酵期，再將溫度調(diào)至34°C，維持6化后得到發(fā)酵 產(chǎn)物，然后進(jìn)行蒸饋，脫水，收集其中的燃料乙醇。
[0036] 對(duì)實(shí)施例1-3及對(duì)比例1-2制備工藝中燃料乙醇的產(chǎn)率、還原糖的轉(zhuǎn)化率和水解速 率進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如下表一所示可知，其中對(duì)比例1的制備工序中省略了堿預(yù)處理的操作， 對(duì)比例2的制備工藝中省略了酸預(yù)處理的操作并改變了相應(yīng)的工藝參數(shù)，可W看出，省略了 堿預(yù)處理和酸預(yù)處理的制備工藝中，其燃料乙醇的產(chǎn)率和還原糖的轉(zhuǎn)化率均低于本發(fā)明實(shí) 施例的效果，同時(shí)其酶水解的速率也較低。
[0037] 表一 [00；3 引
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種由廚余垃圾制備燃料乙醇的方法，其特征在于，包括以下步驟： S1將廚余垃圾粉碎后加水混合，用堿處理預(yù)混液，然后洗滌抽濾得到經(jīng)過(guò)堿預(yù)處理的 原料； S2將所述經(jīng)過(guò)堿預(yù)處理的原料在酸性條件下蒸煮，得到經(jīng)過(guò)酸預(yù)處理的原料； S3將所述經(jīng)過(guò)酸預(yù)處理的原料用纖維素酶和淀粉酶水解，得到還原糖； S4將所述還原糖發(fā)酵后蒸餾，得到燃料乙醇。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中堿處理的步驟包括在PH 值為9-12的條件下于30-40 °C將預(yù)混液攪拌1 _3h。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中洗滌步驟包括將經(jīng)堿處 理的預(yù)混液在離心轉(zhuǎn)速為2000-3000rpm的離心機(jī)中洗滌至中性。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S2包括將所述經(jīng)過(guò)堿預(yù)處理 的原料在PH值為3-4的條件下于105-115°C蒸煮60-120min。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S3包括將所述經(jīng)過(guò)酸預(yù)處理 的原料在PH值為4-6的條件下于30-45°C用纖維素酶和淀粉酶水解12-24h，得到還原糖。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述纖維素酶包括曲霉屬、腐質(zhì)霉屬、 金孢屬、熱白絲菌屬、毀絲霉屬、側(cè)孢霉屬和木霉屬的真菌，所述淀粉酶包括淀粉酶包括α_ 淀粉酶、淀粉酶和γ -淀粉酶中的一種或幾種。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述纖維素酶的用量為l-40FPU/g，所 述淀粉酶的用量為l_30FPU/g。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S4包括將所述還原糖和釀酒 酵母混合均勾，進(jìn)行前發(fā)酵，控制溫度為30-35Γ，時(shí)間為9-12h;進(jìn)入主發(fā)酵期，此時(shí)將發(fā)酵 溫度控制為36-40°C，發(fā)酵時(shí)間為12-15h;進(jìn)入后發(fā)酵期，再將溫度調(diào)至33-35Γ，維持60-72h后得到發(fā)酵產(chǎn)物，然后進(jìn)行蒸餾，收集其中的燃料乙醇。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述釀酒酵母用量占所述還原糖重量 的 8-12 %。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中還包括蒸餾后將蒸氣 經(jīng)分子篩樹(shù)脂或膜萃取的方式除去水分的處理。
【文檔編號(hào)】C12P19/14GK106011181SQ201610626176
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年8月2日
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請(qǐng)人】四川力久云智知識(shí)產(chǎn)權(quán)運(yùn)營(yíng)有限公司