[发明专利]一种木质纤维素生物质原料的轻度预处理办法

说明书

技术领域

    本发明涉及的是一种木质纤维素生物质原料的轻度预处理办法，属于生物发酵原料预处理技术领域。

背景技术

    随着化石能源不断消耗，能源危机和环境污染问题变得日趋严重，寻找可再生的、污染小的能源已经成为能源研究的方向。木质纤维素生物质是一种可以通过微生物转化为液体能源的可再生资源，利用各种木质纤维素生物质来生产各种能源已经成为世界各国关注的问题。尤其在我国，人多地少，为确保粮食战略安全，生物能源不可能用粮食作物、糖料作物和油料作物作原料，木质纤维素类生物质是我国可用来生产生物能源的唯一原料、来源。

木质纤维素类原料包括各种农作物秸秆、芒草、南荻等能源植物等。就用其生产液体燃料而言，必须经过预处理。目前常用的预处理技术如酸法、碱法、蒸汽爆破法、氧化等或以几种方法的结合进行处理，虽效果较好，但处理成本较高，环境污染严重，能量消耗大；也可用生物法处理，但此法虽然清洁，但周期长、处理效率低、成本高，也难以达到工业化的要求。因此，木质纤维素原料与处理技术成了限制木质纤维素生产液体燃料的技术瓶颈之一。如何提高预处理效率和降低预处理成本，已成为生物乙醇技术的一个节点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种能提高预处理效率，减少环境污染，从而提高用木质纤维素生物质原料生产木质纤维素乙醇效率，降低生产成本的、简单经济高效环保的木质纤维素生物质原料的轻度预处理办法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种木质纤维素生物质原料的轻度预处理办法，它主要包括木质纤维素生物质原料的搜集、整理、切段、常压加热、保温几道工序，其中：

A、所述的木质纤维素生物质原料搜集是：收集各种木质纤维素生物质原料，包括秸秆、园林修剪废弃物、稻壳在内的各种农林废弃物和各种纤维素类能源作物；

B、所述的木质纤维素生物质原料的整理是：将不同类的木质纤维素原料根据原料长度大小进行分类整理，长度大于3cm的原料进入C步骤进行处理，长度小于3cm的原料直接进入D步骤；

C、所述的木质纤维素生物质原料的切段是：将长度大于3cm的木质纤维素生物质切割成为0.2-3cm大小的粒状物，若木质素含量大于15%，宜切割至0.2-1cm的粒状物；木质素含量≤15%，可切割为1-3cm的条状物；

D、所述的常压加热是：将切段后干燥的木质纤维素生物质颗粒和水按照2:1-2的重量比混合均匀，或者将切段后的新鲜的木质纤维素生物质颗粒和水按照1:0.5-1的重量比混合均匀，然后将上述混合物在常压下加热至80-100℃；

E、所述的保温是：将上述加热后的混合物常压下在80-100℃保温处理8-10小时，经处理后，30%以上的木质纤维素生物质将分解成为液态溶液，另外70%仍保持固态；

经处理后的生物质混合物可直接用于分步水解与发酵工艺（SHF）、同步糖化发酵工艺（SSF）、同步糖化共发酵（SSCF）和直接微生物转化工艺（DMC）这四种常用木质纤维素乙醇生产工艺流程，生产木质纤维素乙醇或其它生物基产品。

利用本发明提供的方法进行木质纤维素生物质原料的预处理，可以将木质纤维素生物质原料中90%以上的半纤维素、10%-30%的半木质素及其它可溶性固形物，共计30%以上的生物质处理成为可溶性液态物，剩下的固体物主要是纤维素和木质素。由于包裹在木质素和纤维素中间的半纤维素被溶解，木质纤维素颗粒在轻度预处理的时候得到分离，所以不需要另行处理减小生物质颗粒的粒径；预处理后的纤维素具有极高的酶消化性，可减少纤维素酶的用量；同时预处理过程可以得到高产率的半纤维素转化的糖，水解产物可以直接用来发酵生成乙醇。

其主要优点如下：

1、工艺简单、经济高效。本发明轻度预处理工艺简单，易于操作，技术难度低，可将木质纤维素生物质中的绝大多数半纤维素分离出来，同时纤维素损失很小，且基本上不产生后续发酵抑制物，节省了纤维素酶的用量。这极大的提高了生物质的酶接触性和纤维素的酶水解性能，降低了木质纤维素乙醇的生产成本。

2、利用率高、无污染。本发明轻度预处理产生的液态物是单糖和低聚木糖等组成的混合溶液，可直接进行糖发酵，将原本属于预处理“废液”的废弃物进行了利用，不仅提高了生物质利用效率，而且对环境无污染。