[发明专利]一种秸秆生产乙醇两段蒸汽爆破法预处理方法

说明书

本发明属于纤维质原料生产乙醇技术领域，具体涉及一种秸秆生产乙醇两段蒸汽爆破法预处理方法。包括以下步骤：粉碎、进料、蒸煮、泄压爆破、气固分离，所得物料，添加复合纤维素酶于特定条件下酶解，获得酶解液，通过液相色谱仪测定酶解液主要成分；本发明优势在于分段蒸汽爆破处理，大大降低高压蒸汽爆破处理对纤维素和半纤维素的破坏、物料炭化及乙酸/甲酸/5‑甲基糠醛等抑制物对后续工段酵母发酵的影响。避免低压蒸汽爆破处理不彻底、“夹生”现象明显，酶解过程酶的可及性差的问题，有效提高纤维素/半纤维素利用率。

技术领域

本发明属于纤维质原料生产乙醇技术领域，具体涉及一种秸秆生产乙醇两段蒸汽爆破法预处理方法。

背景技术

伴随煤炭、石油等化石能源的过度开发利用，全球环境污染问题日益加剧，寻求清洁可再生能源已成为全人类的共识；以农作物秸秆生产燃料乙醇，生产高附加值的产品，能够充分利用资源，减轻环境污染，减少二氧化碳排放的同时，利于提高农民收入。目前，纤维素乙醇技术的研究取得了巨大的进展，在全世界范围内已经建立了多家工业化示范装置，使得纤维素乙醇向产业化迈出了关键一步。

木质纤维素，从原料组成和结构上看，是由纤维素、半纤维素和木质素三种主要成分组成，纤维素由葡萄糖通过分子间氢键相结合形成了致密的结晶结构，半纤维素将纤维素的长链相连接，木质素则贯穿于纤维素和半纤维素的结晶束之间，将长链大分子进一步粘合在一起，使其结构更加致密。正是由于这一复杂的结晶结构，使得木质纤维素难以被降解利用。因此，必须对其进行预处理，破坏纤维素的结晶结构，减少或者去除部分或全部半纤维素和木质素，同时增大纤维素的表面积，提高可及性，从而有利于被酶制剂或微生物降解和利用。

蒸汽爆破预处理是目前应用比较广泛的预处理技术。主要是将物料置于反应器又称蒸煮器中，通入蒸汽给予反应器一定的温度与压力，在保温保压的过程中，半纤维素部分降解，纤维素结构发生溶胀，聚合度下降，结晶结构被破坏。在反应结束时瞬间释放压力，将物料喷出，在此过程中纤维素的结晶区域进一步被破坏，结构变得疏松，并暴露纤维素结晶内核，从而利于纤维素酶的催化降解。专利CN201610111877.7公开了一种利用玉米秸秆生产乙醇的两步预处理方法，采用弱酸性中压蒸汽爆破+弱酸性蒸煮预处理两步法生产乙醇，聚戊糖含量比原料减少18.8%，木素从17.45%降到8.51%。专利CN201520916187.4公开了一种木质纤维素原料稀酸蒸汽爆破预处理方法，本专利以农作物秸秆为原料，采用低压维持+中压闪爆两段蒸汽爆破预处理工艺改变秸秆的化学组成含量及酶解可及性，有效提高酶解得率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种连续进料、低压维持/高压闪爆两段蒸汽爆破预处理工艺。本发明方法可有效减少纤维素、半纤维素等可利用成分的损失，降低发酵抑制物生成量，提高纤维质原料酶解过程中酶的可及性及半纤维素的利用，提高乙醇得率。

本发明创造一种秸秆生产乙醇两段蒸汽爆破法预处理方法：包括以下步骤：

步骤1粉碎：将含水量15-30%秸秆原料粉碎至1-5cm；

步骤2进料：粉碎后的物料经适当喷淋后经螺杆推进器输送至一级蒸煮器；

步骤3蒸煮：通过一级蒸煮器的夹层及内部通入高压蒸汽，控制蒸煮器内部温度160-180℃，启动蒸煮器螺杆电机使木质纤维素原料在蒸煮器内停留时间为8-15min，随后在螺杆推进器推理作用下将物料推进至二级蒸煮器，通过二级蒸煮器的夹层及内部通入高压蒸汽，控制蒸煮器内部温度180-200℃，启动蒸煮器螺杆电机使木质纤维素原料在蒸煮器内停留时间为1-2min。

步骤4泄压爆破：蒸煮后的物料在螺杆推进器推力作用下移动至蒸煮器出料口，打开出料口自动泄压阀，自动泄压阀开启周期60-120s，每次开启时间10-25s，蒸煮后的原料在泄压瞬间，在蒸汽压力作用下爆破，进入旋风分离器。