發(fā)布時(shí)間：2020-10-11 23:08

　　 以秸稈為原料生產(chǎn)車用燃料乙醇,不但可緩解秸稈直接焚燒帶來(lái)的大氣污染問(wèn)題,還可降低汽車尾氣排放,改善我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。通過(guò)深入研究預(yù)處理方法對(duì)秸稈轉(zhuǎn)化乙醇過(guò)程及機(jī)理的影響,優(yōu)化纖維乙醇轉(zhuǎn)化工藝。同時(shí)將殘余廢液和廢渣進(jìn)行資源化利用,可顯著提高能量和原料利用率,為纖維乙醇產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供理論指導(dǎo)和技術(shù)借鑒。本研究針對(duì)玉米秸稈原料,主要比較了不同稀酸(包括乙酸、硫酸和磷酸)浸漬蒸汽預(yù)處理(即蒸汽爆破預(yù)處理)對(duì)物料得率、糖組分回收率及同步糖化發(fā)酵乙醇得率的影響,研究了高固形物濃度發(fā)酵和戊糖己糖共發(fā)酵技術(shù),并對(duì)兩條纖維乙醇轉(zhuǎn)化工藝流程產(chǎn)物得率、能量回收率進(jìn)行了分析,最后還對(duì)醇電聯(lián)產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。主要得到如下結(jié)論：1.蒸汽預(yù)處理使秸稈中的半纖維素含量顯著降低,受溫度及酸濃度的影響比較明顯。通過(guò)探究發(fā)酵抑制物的形成途徑和比較預(yù)處理過(guò)程中發(fā)酵抑制物濃度時(shí)發(fā)現(xiàn),隨著預(yù)處理強(qiáng)度的不斷增強(qiáng),預(yù)處理液中發(fā)酵抑制物濃度不斷提高。其中濃度最高的是乙酸,最高可達(dá)到8-9 g/L。除了乙酸,還有部分糠醛和5-羥甲基糠醛。磷酸浸漬蒸汽預(yù)處理過(guò)程中產(chǎn)生了較多的糠醛,但乙酸產(chǎn)量相對(duì)較少。2.在考察糖組分得率時(shí)發(fā)現(xiàn),葡萄糖主要由酶解轉(zhuǎn)化得到,木糖大部分在預(yù)處理階段得到。磷酸預(yù)浸漬后蒸汽預(yù)處理玉米秸稈具有最高的葡萄糖總得率,最高達(dá)到92%,但木糖得率較低；0.2%硫酸和1.0%乙酸浸漬樣品葡萄糖得率可達(dá)80%左右,同時(shí)木糖得率也超過(guò)70%的；其中0.2%硫酸浸漬蒸汽預(yù)處理洗滌后樣品,木糖最高得率超過(guò)了90%。3.通過(guò)比較洗滌與未洗滌蒸汽預(yù)處理物料的同步糖化發(fā)酵效果發(fā)現(xiàn),洗滌后樣品乙醇得率高于未洗滌樣品,且發(fā)酵產(chǎn)乙醇速率更快。在相同蒸汽預(yù)處理?xiàng)l件下(200℃保溫10 min),硫酸浸漬洗滌后樣品具有最高理論轉(zhuǎn)化率,達(dá)到80.8%；磷酸預(yù)浸漬蒸汽預(yù)處理未洗滌樣品可獲得28.4 g/L的最終乙醇濃度,是各樣品中發(fā)酵液乙醇濃度最高的。4.通過(guò)對(duì)纖維乙醇轉(zhuǎn)化過(guò)程中副產(chǎn)物比較分析發(fā)現(xiàn),未洗滌樣品的發(fā)酵液中乙酸和乳酸濃度遠(yuǎn)高于洗滌樣品。發(fā)酵副產(chǎn)物乙酸的濃度與發(fā)酵過(guò)程pH密切相關(guān),發(fā)酵液中乳酸濃度一般都低于乙酸濃度。硫酸浸漬未洗樣品在pH 5.0發(fā)酵24 h得到7.7g/L乙酸和2.6 g/L的乳酸,為各樣品最高。5.高固形物濃度發(fā)酵可以提高最終發(fā)酵液中的乙醇濃度,但乙醇得率會(huì)有所降低。20%固形物濃度可獲得49.9 g/L的乙醇濃度,乙醇得率為理論值得68.6%,而12.5%的底物濃度發(fā)酵時(shí)乙醇得率可達(dá)82.7%。利用可降解戊糖菌株KE6-12(由菌株S.cerevisiae TMB3400誘變和馴化得到),以蒸汽預(yù)處理后未洗滌玉米秸稈為原料,在pH 5.5,30℃條件下,通過(guò)補(bǔ)料添加策略,發(fā)酵144h后發(fā)酵液中乙醇濃度為27.6g/L,為理論轉(zhuǎn)化率的78%,有效提高了菌株對(duì)戊糖的利用效率和乙醇生產(chǎn)效率。6.對(duì)兩條纖維乙醇轉(zhuǎn)化工藝流程產(chǎn)品得率、能量回收率進(jìn)行比較,工藝流程1中將預(yù)處理后樣品進(jìn)行洗滌,固體部分用于同步糖化發(fā)酵,液體部分與發(fā)酵蒸餾后殘液分別進(jìn)行厭氧發(fā)酵；工藝流程2將預(yù)處理樣品直接進(jìn)行同步糖化發(fā)酵,發(fā)酵液蒸餾后殘液?jiǎn)为?dú)厭氧發(fā)酵。結(jié)果發(fā)現(xiàn),工藝流程1無(wú)論在沼氣產(chǎn)量還是在產(chǎn)物總能量回收率方面都要高于工藝流程2。乙酸浸漬樣品工在藝流程1中得到最高的沼氣產(chǎn)量,達(dá)11.6 g/100g-秸稈,并得到了最高的88%的能量回收率。通過(guò)Aspen Plus建模對(duì)秸稈醇電聯(lián)產(chǎn)工藝進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析,年產(chǎn)3萬(wàn)噸乙醇的工廠配套30MW的生物質(zhì)發(fā)電廠以工藝流程1進(jìn)行生產(chǎn)時(shí),乙醇的生產(chǎn)成本最低,達(dá)到4.9元／升,同時(shí)可以帶來(lái)顯著的社會(huì)和環(huán)境效益。論文中首次報(bào)道了纖維乙醇轉(zhuǎn)化同沼氣發(fā)酵、木質(zhì)素燃燒發(fā)電有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)分級(jí)轉(zhuǎn)化綜合利用的工藝技術(shù)路線,并對(duì)轉(zhuǎn)化過(guò)程進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析；在同步糖化發(fā)酵基礎(chǔ)上開發(fā)了六碳糖和五碳糖共發(fā)酵菌株、高底物濃度發(fā)酵及分批補(bǔ)料發(fā)酵工藝等。
【學(xué)位單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TQ223.122
【部分圖文】：

１９８４）。纖維素分子內(nèi)和分子間具有大量的氨鍵存在，同時(shí)具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)和結(jié)晶結(jié)構(gòu)。纖維素分子長(zhǎng)鏈中有一部分排列整齊、分子鏈取向良好，具有清晰的Ｘ線圖，這部分被稱為結(jié)晶區(qū)，另一部分排列無(wú)秩序，分子鏈取向較差，這部分被稱無(wú)定形區(qū)。纖維素大分子的結(jié)晶結(jié)構(gòu)在一定程度上會(huì)影響纖維原料的酶解過(guò)程??（Ｒａｍｏｓ?２００３）。??

本研究Ｗ玉米梧桿為原料，針對(duì)纖維己醇轉(zhuǎn)化過(guò)程中的預(yù)處理、酶水解、發(fā)酵等??關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行纖維己酵聯(lián)產(chǎn)轉(zhuǎn)化過(guò)程及其機(jī)理分析，并對(duì)其綜合利用技術(shù)進(jìn)行探討，??基本研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線如圖１－２所示。主要研究?jī)?nèi)容包括：??（１）

最多的催化劑。本課題也嘗試＾文稀硫酸作為預(yù)浸潰試劑，并對(duì)比了化２％硫酸和０．５％??硫酸浸潰物料在不同蒸汽預(yù)處理?xiàng)l件下對(duì)枯桿組分產(chǎn)生的影響。稀硫酸浸潰玉米程桿??蒸汽預(yù)處理后物料組分變化如圖２－２所示。??７０?ｉ?得奎Ｉ￣￣Ｉ半維輸??＇?＼麵＼?ＶＴＴＡｍｍ??６０－?＼???＂?＂＼畫Ｉ?Ｉ木質(zhì)素??ｉｉｉｉ??１９｛ＴＣ?２００°ｃ?２１０，Ｃ?１８〇ｒ?ｉ９〇ｒ?２０〇ｒ?１９０°Ｃ?２００‘Ｃ?２１０‘Ｃ?１９０°Ｃ?２００°Ｃ?２１０’Ｃ??５?ｍｉｎ?５?ｍｉｎ?５?ｍｉｎ?ｌＯｍｉｎ?ｌＯｍｉｎ?ｌＯｍｉｎ?５?ｍｉｎ?５?ｍｉｎ?５?ｍｉｎ?ｌＯｉｎｉｎ?ｌＯｍｉｎ?ｌＯｍｉｎ??０．２％硫酸浸潰?０．５％硫酸浸潰??圖２－２硫酸浸潰玉米稻桿蒸汽巧處理后物料組分變化??Ｆｉｇ．?２－２?Ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｔｅａｍ?ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ?ｃｏｍ?ｓｔａｌｋ?ｗｉｔｈ?Ｈ２ＳＯ４??ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ??從圖２－２可Ｗ看出，硫酸浸潰后物料得率要較相同條件下水浸潰物料得率低。在??化２％硫酸浸潰條件下，玉米稻桿在１９０?ｒ保溫５?ｍｉｎ，得率達(dá)到６６．１％，而在２１０?Ｃ保??溫５?ｍｉｎ后得率降至５５．６％。同樣延長(zhǎng)保溫時(shí)間，也導(dǎo)致了得率降低。１９０?°Ｃ條件下保??媼１０?ｍｉｎ后物料得率降至了６５．０％，而２００?°Ｃ保溫１０?ｍｉｎ后物料得率降至了６２．２％。當(dāng)??預(yù)浸潰液硫酸濃度提高至０．５％時(shí)，得率降低更為嚴(yán)重，１９０?Ｃ保溫５?ｍｉｎ后物料得率??降至６０．８％

本文編號(hào)：2837257