[发明专利]利用超低酸连续化反应水解秸秆的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种秸秆水解的方法，具体地说，涉及一种利用超低酸连续化反应水解秸秆的方法。

背景技术

以农作物秸秆为原料的生物质新能源的研究近年来成为研究的新热点，其中秸秆乙醇化技术备受关注，我国已经将燃料乙醇开发列为国策。乙醇主要由淀粉原料发酵制得，然而，由于人口的迅速增长以粮食换取乙醇的方法势必难以为继，现在有些国家已经明令禁止利用粮食生产乙醇。因此，发展纤维素乙醇势在必行，不仅节约秸秆资源，减少环境污染，同时纤维素乙醇产生的价值也是非常可观的。

秸秆制备乙醇的工艺包括：预处理、发酵。现阶段广大科学工作者研究的重点和难点则是预处理和水解工艺，经济高效的预处理、水解方法直接关系到秸秆乙醇的成本和此技术的工业化生产。

目前，秸秆液化预处理的方法主要有：物理法、化学法、生物法和综合法等。

一般来讲，物理法预处理木质纤维素材料的优点在于对环境污染较小，且过程较为简单，但物理法处理需要较高的能量消耗，因此会增加生产成本。化学预处理是目前研究和利用较多的预处理方法，主要包括酸处理、碱处理、溶剂处理等。酸预处理是最早被研究也是研究的最深入的预处理方法。浓酸对于纤维素的水解效果显著，但是浓酸具有毒性和腐蚀性，还需要在水解后进行回收，因此很少采用。稀酸处理效率较高，在温度高时所需时间较短，处理后半纤维素水解成单糖进入水解液，木质素变化较小，纤维素的平均聚合度下降。生物处理是利用分解木质素的微生物除去木质素以解除其对纤维素的包裹作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效的超低酸超/亚临界连续化反应水解秸秆的方法，该方法具有还原糖停留时间短、生产效率高、产物抑制小、转化率高的优点，能够克服传统技术高污染、高催化剂消耗以及生物技术产物抑制作用强、生产效率低的问题。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明涉及一种利用超低酸连续化反应水解秸秆的方法，包括以下步骤：

步骤一，将秸秆粉碎至2～200目，将所述秸秆和pH＝3～7的酸溶液按照重量比1∶6～12加入高压反应釜中，搅拌，密封所述高压反应釜，同时开启冷凝水，开始加热所述高压反应釜；

步骤二，在所述高压反应釜加热到180～250℃时，开启进样泵，泵的流量为每小时进量是釜体积的0.5～3倍，调节空压阀的位置，保持反应过程中的压力为22.1MPa～40.0Mpa、温度为240℃～415℃，打开所述高压反应釜的出气口以及与该出气口相连的控压阀；

步骤三，收集经所述控压阀流出的液体。

优选的，所述的泵流量是高压反应釜的反应容积的0.5～3倍，所述搅拌的转速为20～200r/min。

优选的，所述酸溶液为H₂SO₄。

优选的，所述pH为2～5.5。

优选的，所述秸秆和所述酸溶液的重量比为1∶6～12。

超临界法对秸秆进行预处理和水解，是利用水在临界点时溶剂化能力突然增强，电离程度也突然增大(比常温下高3个数量级)等性质，使秸秆中的纤维素溶解在超临界水中，实现与木质素的完全分离，并利用电离的H⁺作为催化剂进行水解。使用超低酸作为反应介质是因为超低酸在超/亚临界反应中增加了溶液的电离程度，使秸秆中的纤维素、半纤维及木质素完全分离，并催化秸秆各组成部分的分解。

水解速率在临界点附近突然上升，是由于在超临界条件下水的性质发生了改变，纤维素溶解度增大，反应成为均相反应，从而提高了反应速率。在该反应中反应介质处于流动态并且可以及时的分离出反应釜中产生的还原糖，同时也能有效的将此阶段产生的毒性物质分离出来，从来提高还原糖产率，并且分离一定的毒性物质，有利于提高发酵产乙醇产率。

本发明具有还原糖在反应釜中停留时间短、生产效率高、产物抑制小、转化率高的优点，能够克服传统技术高污染、高催化剂消耗以及生物技术产物抑制作用强、生产效率低的问题。

附图说明

图1是高压反应釜的结构图。

图2是超低酸连续化反应水解秸秆产生还原糖的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1