專利名稱：一種丙酮、丁醇混合液和氫氣、甲烷氣的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種丙酮、丁醇混合液和氫氣、甲垸氣的制備方法，屬于生物 質(zhì)工程中的生物法制備生物燃料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
丙酮(CH3COCH3)、 丁醇(CH3CH2CH2CH2OH)都是重要的有機(jī)溶劑和化 工原料，廣泛用于噴漆、炸藥、塑料、制藥、植物油提取及有機(jī)玻璃、合成橡 膠等工業(yè)。
傳統(tǒng)的丙酮丁醇制法有用玉米、土豆或糖蜜等原料進(jìn)行生物發(fā)酵，或從石 化原料中用化學(xué)法制丙酮丁醇的方法。目前也有以纖維素為原料發(fā)酵制取丙酮 丁醇的方法，但設(shè)備投資大，產(chǎn)率低。
本發(fā)明是以餅粕為原料，設(shè)備投資少，精巧，產(chǎn)率高。
氫能是理想的清潔能源之一，也是一種優(yōu)良的能源載體，具有可儲(chǔ)的特性。
制氫的方法主要有化學(xué)法和生物法等，現(xiàn)在的生物法制氫，包含了發(fā)酵法 制氫及光合法制氫等，但單純以制氫為目的產(chǎn)物的發(fā)酵法，設(shè)備復(fù)雜，投資大， 產(chǎn)率低，能耗大。
本發(fā)明中是以制丙酮丁醇后剩余物為原料進(jìn)行二次發(fā)酵，設(shè)備簡單，投資 少，產(chǎn)率高，且不產(chǎn)生直接的生產(chǎn)廢物。
甲垸也稱沼氣，是人們?cè)谌粘Ｉ钪欣煤芏嗟囊环N生物質(zhì)燃料，常規(guī)的 沼氣發(fā)酵池是直接以秸桿等生物質(zhì)原料為基礎(chǔ)，其產(chǎn)甲烷速度相對(duì)較慢，效率 低，占地體積較大，具有很大的不便利性。
本發(fā)明是以產(chǎn)氫發(fā)酵后的廢液為原料，原料中含有甲烷菌可直接利用的小 分子糖及小分子有機(jī)酸，發(fā)酵速度更快，轉(zhuǎn)化率更高，并且發(fā)酵使用設(shè)備占地 體積更小，投資也更少。
本發(fā)明以餅粕為原料，用三級(jí)發(fā)酵法同時(shí)生產(chǎn)丙酮、丁醇混合夜，氫氣及 甲垸，設(shè)備投資少，占地少，效率高，成本低，無環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以餅粕為原料，用三級(jí)發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮、丁醇混 合液和氫氣、甲垸的制備方法，設(shè)備投資少，占地少，效率高，成本低，無環(huán) 境污染。
本發(fā)明的一種丙酮、丁醇混合液和氫氣、甲烷的制備方法以生物質(zhì)餅粕 為原料，經(jīng)原料粉碎、高溫發(fā)酵、發(fā)酵罐厭氧發(fā)酵、發(fā)酵池厭氧發(fā)酵工藝過程 來實(shí)現(xiàn)丙酮、丁醇混合液及氫氣，甲烷的制備。
具體步驟如下
(1) 原料預(yù)粉碎
以含水分〈7wt^的餅粕為原料，經(jīng)粗粉碎，粒徑為3 5cm;
(2) 丙酮、丁醇發(fā)酵
a、 高溫發(fā)酵
將粉碎的顆粒加水，堆積于室內(nèi)，高度可至1.2 1.5m，直徑1.6 2.4m， 澆水使含水量保持在12 17wt%，室內(nèi)溫度維持在42 48'C，發(fā)酵時(shí)間12 18 天，發(fā)酵期間不翻動(dòng)料堆；
b、 厭氧罐發(fā)酵
① 通過加料泵在發(fā)酵罐中加入高溫發(fā)酵后的粗顆粒，占發(fā)酵罐總?cè)莘e的 20 30%，底部通入氮?dú)庖耘懦龉迌?nèi)空氣；
② 按與高溫發(fā)酵后的粗顆粒體積比1: 17 22加入制備好的菌液，持續(xù)通 入氮?dú)?0 50分鐘以維持罐內(nèi)無氧環(huán)境，調(diào)節(jié)pH值為6.5 8.0之間，溫度為 30 55°〇之間；
③ 厭氧發(fā)酵14 18小時(shí)產(chǎn)生出發(fā)酵液；
(3) 發(fā)酵產(chǎn)氫
以活性生活污泥鋪在氫發(fā)酵池底做發(fā)酵菌源，將丙酮、丁醇發(fā)酵后的剩余
物轉(zhuǎn)入氫發(fā)酵池中，維持發(fā)酵池溫度在33 45'C之間，調(diào)節(jié)發(fā)酵物pH值為4.0 4.5，首次發(fā)酵20 24h后開始產(chǎn)氫，正常生產(chǎn)期間可連續(xù)注入發(fā)酵原料液，但 要注意須緩慢加入；
產(chǎn)氫過程可正常維持80 140天，然后需更新污泥菌源； 產(chǎn)氫過程中的正常發(fā)酵效率通過換算可達(dá)到4.5mol H2 / mol葡萄糖； 4、 發(fā)酵產(chǎn)甲烷氣
將上一步發(fā)酵產(chǎn)生的廢物轉(zhuǎn)移到產(chǎn)甲烷氣的發(fā)酵池中，池底鋪蓋含甲垸生 成菌的活性生活污泥，進(jìn)行再發(fā)酵，調(diào)節(jié)發(fā)酵物pH值為5.9 7.2之間，維持 發(fā)酵溫度為40 55X:之間進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生出甲烷氣。
本發(fā)明使用的原料餅粕為木本類或草本類油料作物壓榨浸出后的餅粕，如 雙低油菜籽、文冠果、山桃等油料作物壓榨浸出后的餅粕。 本發(fā)明中使用的菌種及有利成分為-
1) 丙酮丁醇發(fā)酵過程為丙酮、j醇梭菌經(jīng)紫外線誘變優(yōu)化篩選的三株菌
株；
2) 產(chǎn)氫發(fā)酵過程活性污泥中所含的各種菌株；由丙酮、丁醇發(fā)酵過程中 所產(chǎn)生的多糖、多肽等；
3) 產(chǎn)甲垸過程生活污泥中所含的甲烷生成菌；原料在各級(jí)發(fā)酵過程中所 攜帶的菌株；產(chǎn)氫發(fā)酵過程所產(chǎn)生的小分子糖、小分子有機(jī)酸及氨基酸。
本發(fā)明以餅粕為原料，通過微生物分歩連續(xù)發(fā)酵工藝得到一種丙酮、丁醇 混合液，氫氣及甲烷，主要化學(xué)組成按原料重量比第一步可得到丁醇23.5
31.5%、丙酮10.6 13.8%混合液，第二步可得到氫氣4 7%，第三步可得到 甲烷12 18%。
本發(fā)明有益效果為
(1) 采用分步連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)，利用的原料是以生物質(zhì)壓榨浸出取油后的餅 粕，使生產(chǎn)成本大大下降。
(2) 采用分步連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)，使生產(chǎn)設(shè)備占地面積大大減少，投資成本降
低。產(chǎn)氫池可以縮小到單一發(fā)酵池的1/10，而甲烷發(fā)酵池也可以縮小到單--發(fā) 酵池的1/3。
(3) 各級(jí)生產(chǎn)步驟緊密相連，原料各級(jí)步驟高效利用，如丙酮、丁醇發(fā)酵 步驟后的剩余物中所含的多糖類、多肽類分子是產(chǎn)氫過程中菌株所利用的基礎(chǔ) 物質(zhì)，而氫發(fā)酵過程后廢液中又含有大量的小分子糖、酸等，更容易被產(chǎn)甲烷 菌直接吸收利用，直接提高了轉(zhuǎn)化率。并且經(jīng)幾步發(fā)酵生產(chǎn)后的最終固體剩余 物可作為農(nóng)業(yè)伺料或肥料使用，這種經(jīng)過多次處理的飼料或肥料也可以更好的 被動(dòng)植物吸收。
(4) 生產(chǎn)過程中再次生成可直接再用于生產(chǎn)的初級(jí)工業(yè)產(chǎn)品，轉(zhuǎn)化率高且 生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低。
(5) 生產(chǎn)各步驟都是對(duì)生物質(zhì)原料或其生產(chǎn)剩余物的直接利用，在生產(chǎn)過 程中不產(chǎn)生環(huán)境污染物，并且各級(jí)產(chǎn)品都屬自然可分解物質(zhì)，生產(chǎn)無危險(xiǎn)，安 全易控。


圖1為本發(fā)明的總的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是以雙低油菜籽、文冠果、山桃等油料作物壓搾浸出后的餅粕為原 料，通過微生物分步連續(xù)發(fā)酵工藝得到丙酮、丁醇混合液，氫氣，甲烷等，主
要化學(xué)組成為第一步(按原料重量比)可得到丁醇29.25%、丙酮12.6%混合
液，第二步可得到氫氣5%，第三步可得到甲烷15%。(總的工藝流程圖如
圖l所示)。
下面以文冠果種子壓榨浸出后的餅粕為原料，對(duì)本發(fā)明的具體內(nèi)容，結(jié)合
附圖作進(jìn)一步的詳細(xì)描述如下
(1) 原料預(yù)粉碎
將生物質(zhì)原料一餅粕(水分〈5wt^)經(jīng)粗粉碎后，得到粒徑為3 5cm 的粗粉碎顆粒。
(2) 丙酮丁醇發(fā)酵
將粗粉碎顆粒堆積成高1.4m，直徑1.9m的錐形料堆，堆放時(shí)對(duì)料堆進(jìn)行 噴水處理，使其含水量達(dá)到約16wt%，維持室溫44'C，靜置發(fā)酵兩周。
將發(fā)酵后的粗顆粒加入?yún)捬豕蓿瑥牡撞客ㄈ氲獨(dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，并按照與高 溫發(fā)酵后的粗顆粒體積比1: 20的比例加入菌株懸液，封閉進(jìn)料口，從排氣孔 排出罐內(nèi)空氣，調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH為7.5，發(fā)酵21h后可將罐內(nèi)余液及固體緩慢轉(zhuǎn) 移至下一產(chǎn)氫發(fā)酵池中。
(3) 產(chǎn)氫發(fā)酵
這一步主要以厭氧產(chǎn)氫過程為主，通過厭氧污泥中所含產(chǎn)氫發(fā)酵菌種對(duì)上 一生產(chǎn)步驟剩余固液進(jìn)行二次發(fā)酵，調(diào)整pH值到4.3，維持發(fā)酵池中溫度約 37°C，可持續(xù)發(fā)酵產(chǎn)氫，產(chǎn)氫速率可達(dá)25L H2/d'L發(fā)酵液。
(4) 產(chǎn)甲烷發(fā)酵
將上一步發(fā)酵的廢液及生物質(zhì)固體剩余物轉(zhuǎn)移至產(chǎn)甲垸發(fā)酵池內(nèi)，池底在 進(jìn)料前平鋪約4cm的含菌生活污泥，調(diào)節(jié)pH值為6.9，維持池中溫度約45t:，
進(jìn)行產(chǎn)甲烷發(fā)酵。
權(quán)利要求
1、一種丙酮、丁醇混合液的制備方法，其特征是(1)原料預(yù)粉碎以含水分＜7wt％的餅粕為原料，經(jīng)粗粉碎，粒徑為3～5cm；(2)丙酮、丁醇發(fā)酵a、高溫發(fā)酵將粉碎的顆粒加水，堆積于室內(nèi)，高度可至1.2～1.5m，直徑1.6～2.4m，澆水使含水量保持在12～17wt％，室內(nèi)溫度維持在42～48℃，發(fā)酵時(shí)間12～18天，發(fā)酵期間不翻動(dòng)料堆；b、厭氧罐發(fā)酵①通過加料泵在發(fā)酵罐中加入高溫發(fā)酵后的粗顆粒，占發(fā)酵罐總?cè)莘e的20～30％，底部通入氮?dú)庖耘懦龉迌?nèi)空氣；②按與高溫發(fā)酵后的粗顆粒體積比1∶17～22加入制備好的菌液，持續(xù)通入氮?dú)?0～50分鐘以維持罐內(nèi)無氧環(huán)境，調(diào)節(jié)pH值為6.5～8.0之間，溫度為30～55℃之間；③厭氧發(fā)酵14～18小時(shí)產(chǎn)生出發(fā)酵液，即為丙酮、丁醇混合液。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙酮、丁醇混合液的制備方法，其特征是所述 原料餅粕為木本類或草本類油料作物壓榨浸出后的餅粕。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙酮、丁醇混合液的制備方法，其特征是所述 菌液中的菌株是丙酮、丁醇梭菌經(jīng)紫外線誘變優(yōu)化篩選的三株菌株。
4、 一種氫氣的制備方法，其特征是以活性生活污泥鋪在氫發(fā)酵池底做發(fā)酵菌源，將如權(quán)利要求1所述的制備丙酮、丁醇混合液的發(fā)酵后的剩余物轉(zhuǎn)入氫發(fā)酵池中，維持發(fā)酵池溫度在33 45'C之間，調(diào)節(jié)發(fā)酵物pH值為4.0 4.5， 首次發(fā)酵20 24h后開始產(chǎn)氫。
5、 一種甲烷氣的制備方法，其特征是將如權(quán)利要求4所述的制備氫氣發(fā) 酵產(chǎn)生的廢物轉(zhuǎn)移到產(chǎn)甲垸氣的發(fā)酵池中，池底鋪蓋含甲烷生成菌的活性生活 污泥，進(jìn)行再發(fā)酵，調(diào)節(jié)發(fā)酵物pH值為5.9 7.2之間，維持發(fā)酵溫度為40 55。C之間進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生出甲烷氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種丙酮、丁醇混合液和氫氣、甲烷氣的制備方法，其特征是以生物質(zhì)餅粕為原料，經(jīng)原料粉碎、高溫發(fā)酵、發(fā)酵罐厭氧發(fā)酵、發(fā)酵池厭氧發(fā)酵工藝過程來實(shí)現(xiàn)丙酮、丁醇混合液及氫氣，甲烷的制備。其優(yōu)點(diǎn)是采用分步連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)，利用的原料是以生物質(zhì)壓榨浸出取油后的餅粕，使生產(chǎn)成本大大下降，各級(jí)生產(chǎn)步驟緊密相連，原料各級(jí)步驟高效利用，生產(chǎn)各步驟都是對(duì)生物質(zhì)原料或其生產(chǎn)剩余物的直接利用，在生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生環(huán)境污染物，并且各級(jí)產(chǎn)品都屬自然可分解物質(zhì)，生產(chǎn)無危險(xiǎn)，安全易控。
文檔編號(hào)C12P7/28GK101182554SQ20071019464
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2007年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月26日
發(fā)明者吉二旺 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古金驕特種新材料有限公司