專利名稱：利用生物質(zhì)同步生產(chǎn)纖維乙醇、飼料或有機(jī)肥的工藝流程的制作方法
利用生物質(zhì)同步生產(chǎn)纖維乙醇、飼料或有機(jī)肥的工藝流程
枝術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明專利涉及利用世界上種類，數(shù)量最多、繁殖最快、營養(yǎng)含 量豐富并具有其它特殊物質(zhì)的微生物組和最有生命力的生物枝術(shù)有機(jī)結(jié)合將世
界最大的再生資源一生物資源(秸稈、樹木纖維等農(nóng)林廢料)同步生產(chǎn)纖維乙 醇，替代糧食的綠色飼料或替代化肥的綠色氨基酸有機(jī)肥等環(huán)保生物燃料，糧 食代用品，新能源及有機(jī)肥的工藝流程和機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于世界人口持續(xù)增加，土地沙漠化，引發(fā)人畜爭糧的嚴(yán)峻局面，
在生產(chǎn)農(nóng)作物中大量使用化肥引發(fā)環(huán)境污染以及能源大量消耗，因而開發(fā)糧食， 化肥代用品及新能源(汽油乙醇)已成為本世紀(jì)持續(xù)的重大課題與科研攻關(guān)方 向。
1、汽油乙醇 目前美國等國家多以糧食(玉米)為原料生產(chǎn)乙醇，雖然
已形成包括糖化、糊化、發(fā)酵、粗餾塔、排醛塔等一整套工藝流程和機(jī)械設(shè)備， 但它加重糧食供應(yīng)緊張，從而顯示生產(chǎn)纖維乙醇的迫切需求，然而生產(chǎn)纖維乙 醇仍存在許多技術(shù)難題，有待解決，現(xiàn)將國內(nèi)外使用主要技術(shù)簡述如下-
(1) 纖維素水解酶、催化劑 效率不高、周期長、成本高(每生產(chǎn)1加 侖乙醇單酶的費用就需伍美元)，同時催化劑存在污染環(huán)境問題。
(2) 酸水解 目前多采用高溫裂解、酸水解、高溫蒸餾技術(shù)，包括我國 甜玉米的863工程， 一噸僅產(chǎn)生200—300斤乙醇。據(jù)專家估計、生產(chǎn)所耗能量 與生產(chǎn)乙醇總量所轉(zhuǎn)化能量相差無幾，其殘渣存有機(jī)酸、醛等毒物，不能作飼 料。
(3) 工程菌 "企圖通過基因雜交使僅能利用單一糖"(如只能利用葡萄 糖或只能用木糖)變?yōu)槔枚喾N碳水化合物的菌株，但迄今理想可用工程菌未 現(xiàn)。
綜上所述，當(dāng)前國內(nèi)外現(xiàn)有工藝流程無法達(dá)到每克纖維轉(zhuǎn)化為0.5克糖、 0.5克乙醇的商業(yè)要求。而申請人申請本發(fā)明專利，實驗結(jié)果己達(dá)一克纖維轉(zhuǎn)化 為0. 93克糖，1. 24克乙醇，并研發(fā)出相適應(yīng)設(shè)備，現(xiàn)正投入大規(guī)模，工業(yè)化試生產(chǎn)中。
2、飼料 眾所周知纖維類物質(zhì)是糖分子組成的，因此秸稈飼料化是人們追求的課題，先后出現(xiàn)氨化、堿化、青貯、微貯等等技術(shù)方法，但未能從根本 上將纖維分解為糖，而以添加糧食甚至有毒添加劑(如尿素等)因而秸稈飼料 成為假冒偽劣的代名詞。
3、有機(jī)肥 目前生產(chǎn)有機(jī)肥多為糞便，經(jīng)50—6(TC發(fā)酵而成，相當(dāng)于傳 統(tǒng)的堆肥——以菌體蛋白為主的大分子，農(nóng)作物吸收慢，多作底肥用，同時往 往含有病原體，如最近美國出現(xiàn)毒蔬菜和瑞典因吃生蔬菜而引起五個兒童死亡 事件，其原因是有機(jī)肥含有病原體所致，以及中韓泡菜蛔蟲卵之爭，這說明50 一6(TC生產(chǎn)的有機(jī)肥仍存在技術(shù)問題。
綜上所述，申請人申請發(fā)明專利(利用生物質(zhì)同步生產(chǎn)纖維乙醇，飼料或 有機(jī)肥的工藝流程)和實用新型(利用生物質(zhì)同步生產(chǎn)纖維乙醇，飼料或有機(jī) 肥的機(jī)械設(shè)備)，克服現(xiàn)今國內(nèi)外生產(chǎn)纖維乙醇，綠色詞料和綠色氨基酸有機(jī)肥 的工藝流程和設(shè)備的難點，在生產(chǎn)飼料的同時達(dá)到每克纖維產(chǎn)生0.93克糖和1.24 克乙醇的高產(chǎn)量、低成本、低耗能的工藝流程和相適應(yīng)的機(jī)械設(shè)備，使原料綜 合利用達(dá)到多元化、徹底化
發(fā)明內(nèi)容
一、本發(fā)明專利在申請人擁有的發(fā)明專利(ZL.96. 1.20977. 1〕和 〔ZL. 95. 2. 28779X)的工藝流程和機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行以下改進(jìn)和創(chuàng)新。
1、 將國內(nèi)外常用的二步法(糖化一乙醇發(fā)酵)改為同步發(fā)酵新方法(將固
體發(fā)酵罐分為纖維分解發(fā)酵罐(i罐即糖化發(fā)酵)和乙醇發(fā)酵罐(n罐)二者
同步循環(huán)進(jìn)行〕，從而增加設(shè)備的利用率。克服影響產(chǎn)量的底物和產(chǎn)物抑制的技 術(shù)難題，使纖維物質(zhì)轉(zhuǎn)化為糖，糖轉(zhuǎn)化為乙醇更徹底，也使在常溫下進(jìn)行乙醇 蒸餾成為可能，從而提高產(chǎn)量和降低成本和能耗。
2、 將采用單一微生物改為在無菌干擾下的微生物組，使木質(zhì)素、半纖維素、 纖維素分解為多種碳水化合物，為充分分解纖維素、半纖維素和木質(zhì)素創(chuàng)造條 件，也可根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的需要而改換微生物組合，如生產(chǎn)單一飼料選用高營養(yǎng) 的菌株，生產(chǎn)乙醇選用高乙醇轉(zhuǎn)化的菌株。
3、 選用高乙醇轉(zhuǎn)化率的釀酒酵母并進(jìn)行高溫(35—45°C)和利用多種碳水 化合物馴化成為能利用葡萄糖，木糖并耐35—45'C的菌株，從而使充分利用纖 維素、半纖維素提高產(chǎn)量成為可能。
4、 采用使秸稈綜合利用的工藝流程，將生產(chǎn)纖維乙醇(I罐、II罐)的殘渣混合，高溫滅菌(防止活菌變性，對人畜危害的隱患)烘干、制粒而成為無 毒、無害、無污染、無殘留物、無添加劑的替代糧食綠色秸稈生物轉(zhuǎn)化飼料， 做到物盡其用。
5、將乙醇發(fā)醇蒸餾罐改為二層壁結(jié)構(gòu)，利用生產(chǎn)飼料烘干所產(chǎn)生的廢水蒸 氣熱或太陽能來加熱水箱，供維持罐壁回流水溫度之用。通過電磁閥和溫度傳 感器使罐壁間的水溫維持在35—45'C、增大發(fā)酵液與蒸餾塔間的溫差，增大蒸 餾量，并采用常溫、低耗能的滲透汽化疏水微孔濾膜、真空、冷凝等綜合蒸餾 的工藝流程，并研發(fā)其相適應(yīng)的機(jī)械設(shè)備，創(chuàng)造常溫、低耗能的乙醇蒸餾分離 技術(shù)，替代高溫裂解、高溫蒸餾的工藝流程。 二、本發(fā)明的有效效果
據(jù)報導(dǎo)世界每年有8億人口處于饑餓或半饑餓狀態(tài)，500萬兒童死于營養(yǎng)不 良，我國在2010年糧食缺口為每年6000萬噸，飼料用量為6400萬噸，而我國 每年產(chǎn)生約6億噸秸稈，將6億噸秸稈生產(chǎn)出6億噸綠色飼料和3—4億噸汽油 乙醇，將世界29億噸秸稈生產(chǎn)出29噸飼料，同時生產(chǎn)15億噸汽油乙醇。在生 產(chǎn)纖維乙醇的同時，帶動機(jī)械制造業(yè)、蓄牧業(yè)大發(fā)展，將對人類作出大貢獻(xiàn)， 具有良好的經(jīng)濟(jì)效果與21世紀(jì)全球可持續(xù)發(fā)展的社會效果。
具體實施方式
將生物質(zhì)一粉碎一預(yù)處理一調(diào)PH值一為了提升自動化程度， 將人工裝罐改為用傳送帶將料裝入纖維分解發(fā)酵罐(I罐)，壓實、裝罐蓋一高 溫滅菌一冷卻一按無菌操作，按期分別接種申請人擁有發(fā)明專利
(ZL.96. 1.20977. 1)使用的康氏木霉，乳酸桿菌等菌株，這些微生物在中科院 微生物所及各大學(xué)微生物單位找到一發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，定期通過螺稈泵回流 管使發(fā)酵液循環(huán)流動，通過進(jìn)氣口不斷輸入恒溫空氣，供應(yīng)發(fā)酵過程微生物所需 02，同時把微生物新陳代謝的廢氣(C02)通過排氣口排出罐外一通過取樣器分折
I罐內(nèi)發(fā)酵液糖濃度，將含有一定糖濃度的I罐發(fā)酵液，通過安裝有細(xì)菌濾膜的
管系統(tǒng)輸送入己高溫滅菌的n罐，防止將i罐微生物帶入n罐一按無菌操作接
種已進(jìn)行木糖轉(zhuǎn)化乙醇及高溫(45'C)馴化的釀酒酵母一發(fā)酵，經(jīng)乙醇發(fā)酵蒸餾
后的低糖、低乙醇的n罐發(fā)酵液通過螺稈泵及有細(xì)菌濾膜的管系統(tǒng)回流到i罐， 如此循環(huán)同步進(jìn)行，這就是纖維發(fā)酵與乙醇發(fā)酵的同步法(一般是使用二步法) —通過疏水微孔濾膜，常溫、真空、冷凝等蒸餾分離，純化乙醇等工藝流程， 使纖維分解糖,多種碳水化合物的利用，碳水化合物轉(zhuǎn)化為乙醇的最大化、耗能最低化一將I罐、1I罐的殘留物混合一滅菌一烘干一制粒一制成無毒、無害、 無殘留物、無污染、無添加劑、富營養(yǎng)的綠色詞料或?qū)⒕w蛋白質(zhì)酸水解為高 效氨基酸有機(jī)肥替代化肥。
權(quán)利要求
<p id = "p0001" num="0001" Italic="0" >本發(fā)明專利是一種采用多項創(chuàng)新的技術(shù)，利用生物質(zhì)(再生的農(nóng)林纖維類廢料)生產(chǎn)纖維乙醇、綠色飼料或有機(jī)肥的同步的工藝流程，本發(fā)明專利多項創(chuàng)新和獨特的設(shè)計構(gòu)想與工藝流程，其特征有</p>1、研發(fā)出將生物質(zhì)同步生產(chǎn)纖維乙醇，無毒、無害、無污染、無殘留物，無添加劑，營養(yǎng)四大要素(粗蛋白、熱能、維生素、礦物質(zhì))均超過飼料之王-玉米，并可大規(guī)摸，工業(yè)化生產(chǎn)(10-15噸/日/廠)的替代糧食的生物轉(zhuǎn)化飼料或生產(chǎn)(用對人畜潛在危害的芳香族化合物的纖維作原料，其殘渣只能作有機(jī)肥不能作飼料用)，無污染、無病原體(美國毒蔬菜及瑞典五個小孩因吃毒蔬菜而死亡的原因是有機(jī)肥殘留有病原體)和寄生蟲卵替代化肥的高效有機(jī)肥的新工藝流程。
1、研發(fā)出將生物質(zhì)同步生產(chǎn)纖維乙醇，無毒、無害、無污染、無殘留物， 無添加劑，營養(yǎng)四大要素(粗蛋白、熱能、維生素、礦物質(zhì))均超過詞料之王 一玉米，并可大規(guī)摸，工業(yè)化生產(chǎn)(10_15噸/日/廠)的替代糧食的生物轉(zhuǎn)化 詞料或生產(chǎn)(用對人畜潛在危害的芳香族化合物的纖維作原料，其殘渣只能作 有機(jī)肥不能作飼料用)，無污染、無病原體(美國毒蔬菜及瑞典五個小孩因吃毒 蔬菜而死亡的原因是有機(jī)肥殘留有病原體)和寄生蟲卵替代化肥的高效有機(jī)肥 的新工藝流程。
2、 分設(shè)纖維分解發(fā)酵和乙醇蒸餾發(fā)酵，并采用同步發(fā)酵和常溫蒸餾的工藝流程，和研發(fā)相適應(yīng)的機(jī)械設(shè)備，克服產(chǎn)物和底物抑制，增加產(chǎn)量，降低能耗 和成本。
3、 選用生長發(fā)育條件相似并對釀酒酵母進(jìn)行馴化，協(xié)同把纖維分解為葡萄 糖和木糖的多種碳水化合物的微生物組，使纖維分解和利用更徹底。所使用微 生物均可在中科院微生物所保藏室，各大學(xué)微生物教研室及微生物機(jī)構(gòu)找到。
全文摘要
在申請人擁有發(fā)明專利〔ZL.96.1.20977.1〕〔ZL95.2.28779X〕的基礎(chǔ)上，吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和在多年試生產(chǎn)中積累的經(jīng)驗進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，本發(fā)明涉及一種采用微生物組，并根據(jù)生產(chǎn)需要對個別菌株進(jìn)行馴化，還采用纖維分解發(fā)酵和乙醇蒸餾的同步(一步)發(fā)酵法，常溫、疏水微孔濾膜、真空、冷凝等綜合工藝流程，研發(fā)出相適應(yīng)的機(jī)械設(shè)備。利用生物質(zhì)同步生產(chǎn)纖維乙醇、綠色飼料、有機(jī)肥的工藝流程，其特征是綜合利用生物質(zhì)(農(nóng)林的纖維類廢料)生產(chǎn)纖維乙醇、綠色飼料、有機(jī)肥等環(huán)保生物燃料、糧食、化肥代用品及新能源，為緩解糧食及能源供應(yīng)緊張作出貢獻(xiàn)。
文檔編號A23K1/14GK101555493SQ20071018722
公開日2009年10月14日 申請日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者梁德才 申請人:梁德才