[发明专利]木质纤维素类生物质常压连续预处理工艺

说明书

技术领域：

本发明属生物质炼制工程领域，主要涉及秸秆等木质纤维素类生物质的常压微热爆连续过程技术和装置。

技术背景

木质纤维素类生物质主要由纤维素、半纤维素、木质素和少量的蜡质和灰分组成。理论上，木质纤维素类生物质可以有效替代棉花和木材作为生产微晶纤维素的原材料，并为生物燃料乙醇等提供“不与人争粮、不与粮争地” 纤维素。但是由于细胞壁结构复杂，其三大组分纤维素、半纤维素和木质素之间交联紧密，并且木质素含量较高。其中，纤维素起着组成微细纤维并构建细胞壁中网形骨架的作用，而木质素则作为植物骨架间的“粘合剂”与“填充剂”，半纤维素的主要到连接木质素和纤维素的“桥梁”作用。木质素包裹在纤维素和半纤维素的周围，保护细胞壁中的纤维素不受外来微生物的攻击。因此，必须采用特殊的预处理方法打破三者之间的有效连接，实现其纤维素、半纤维素和木质素的有效分离。

根据预处理对能量和力度的不同要求，木质纤维素的预处理技术可以分为生物处理法、化学处理法、物理处理法的和物理—化学结合处理法等多类方法。各处理方法的主要处理目的都在于增大原料内孔面积、降低纤维素结晶度、去除木质素、去除半纤维素等几方面。

目前有效的预处理方法已有很多种，但许多还存在能耗高，投资大，只能停留在实验室基础上。利用三氧化硫气体处理秸秆的方法（ZL200910116615.X）联合碱洗处理的秸秆预处理技术具有条件温和，能够在较低温度和常压下进行；且秸秆可不用粉碎，如稻草和麦秸秆等仅需切成2～3cm长即可。三氧化硫气体扩散至秸秆内部，与水结合强烈放热使原位的气体以及水蒸汽膨胀，能够在原位破坏木质素与纤维素之间的连接，进而达到爆破的效果。

由于三氧化硫的用量不超过秸秆总重的1%，气流量低，故流化床类处理设备是不合适的；由于秸秆密度小，用搅拌桨搅拌处理，且难以连续操作，生产效率太低。

发明内容

根据一般木质纤维素类生物质密度小、质地疏松，导致预处理所需空间大的问题，采用可连续处理秸秆等物料的旋转式气固反应器，其内筒壁装有螺带，与姚日生等发明的“一种旋转式固态发酵生物反应器”（ZL201020222296.9）以及“水泥回转窑”的结构相似。

本发明在ZL200910116615.X专利基础上，将SO₃微热爆方法与连续进出料、内壁装有螺带的旋转筒式气固反应器等结合，为微晶纤维素、纤维素乙醇等的生产提供一种木质纤维素类生物质常压连续预处理工艺。

为实现上述目的，本发明的技术如下：

    一种木质纤维素类生物质常压连续预处理工艺，包括如下步骤：

    （1）将干燥的木质纤维素类生物质切碎至1～10cm；

    （2）将SO₃微热爆连续预处理设备预热至40～80℃，加入木质纤维素类生物质，通入一定量的SO₃气体，于40～80℃下常压处理0.5～3h；

    （3）将步骤（2）中处理后的木质纤维素类生物质，加入稀碱液，于40～90℃下处理0.5～3h，过滤并水洗至中性，烘干。

    所述的SO₃微热爆预处理采用连续式操作，将秸秆等木质纤维素类生物质连续投入反应器中，并连续逆向通入SO₃气体，处理后的秸秆也连续地从反应器尾部排出。

    所述的SO₃微热爆连续预处理设备包括连续进料系统、抽风装置、头部密封、筒体、电磁加热线圈、保温层、轮带、料仓、原电气控制柜、托轮、齿轮传动装置、支撑装置、SO₃导气管、螺带、空心中心轴、出料斗、大齿圈、尾部密封、支架、废气处理装置。