[发明专利]农林生物质化学组分的流式分离装置和方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种农林生物质化学组分的流式分离装置和方法，属于生物质炼制领域。

背景技术

农林生物质主指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料和农林废弃物等物质，具有可再生性，低污染性和广泛分布性。从化学组成来讲，生物质含有除了含有纤维素、半纤维素和木质素三大组分外，还含有一定量的树脂、脂肪、蜡等脂溶性物质。

生物质炼制是指通过开发新的化学、生物和机械手段，将生物质转化为为各种化学品、燃料和生物基材料的技术和设备的集合。生物质组分的有效分离使生物质炼制的基础，能够为后续转化提供合适的原料，因此成为工业界和学术界研究的热点。

近年来，在农林生物质化学组分分离方面涌现出大量专利。中国专利文件CN102561082A(申请号：201210051748.5)公开了一种从木质纤维原料提取半纤维素、纤维素和木质素的方法，在静态的反应釜内利用热水抽提生物质中的半纤维素组分，然后利用碱性有机溶剂(含有氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙的甲醇或乙醇溶液)抽提木质素组分，最终实现半纤维素、木质素和纤维素的分离。中国专利文件CN102101915A(申请号：201010542903.4)公开一种农林生物质组分的分离方法，利用离子液体将农林生物质粉末全部溶解为生物质溶液，然后利用丙酮、水、碱和乙醇的组合，构成特定的溶剂，将生物质溶液中的半纤维素、纤维素和木素分别分离出来。中国专利文件CN101790611A(申请号：200880102063.0)公开了一种将生物质组分分离成诸如纤维素、半纤维素和木质素等单个组分的方法和系统，在反应器内利用10％～30％的氨及其衍生物将木质素溶出，然后利用0.25％-2％的无机酸将半纤维素溶出，类似的专利还有中国专利文件CN1779070A(申请号：200510036416.X)和中国专利文件CN103924468A(申请号：201310688644.X)。

但是，上述专利文件所述的分离方法均在反应器以静态的方式实现，效率较低；并且氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸、盐酸、过氧化氢等腐蚀性和氧化性较强的溶剂，在静态的反应器内进行提取，时间较长，碳水化合物降解严重，生成大量的糠醛和有机酸等杂质，为后来的组分纯化带来困难。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种农林生物质化学组分的流式分离装置和方法，利用该装置和方法，可实现生物质中脂溶性物质、半纤维素、木质素和纤维素等化学组分的快速分离。通过流式抽提分离，生物质组分在溶出的同时流出反应器，避免了组分的降解，极大的提高了抽提组分的纯度。

本发明的技术方案如下：

一种农林生物质化学组分的流式分离装置，包括常温溶剂储存罐、温度调节单元、热溶剂储存罐、抽提管和收集罐，所述的常温溶剂储存罐通过高压泵与温度调节单元连接，所述的温度调节单元与热溶剂储存罐连接，所述的热溶剂储存罐通过单向阀与抽提管连接，所述的抽提管通过恒压阀门与温度调节单元连接，所述的温度调节单元还与收集罐连接。

根据本发明，优选的，所述的温度调节单元包括并联连接的加热器和冷却器，所述的加热器分别与高压泵和热溶剂储存罐连接，所述的冷却器分别与恒压阀门和收集罐连接。

根据本发明，优选的，所述的恒压阀门与抽提管之间还设置有压力表。

根据本发明，优选的，所述的抽提管内部设置有螺旋给料装置，抽提管的进料口和出料口设置有滤网。滤网用于防止农林生物质物料的流失。

根据本发明，优选的，所述的高压泵为多元梯度高压泵，能够实现2～4种溶剂的任意体积混合，能够提供1～40MPa的恒定压力；

优选的，所述的温度调节单元的温度调节范围在10～400℃；

优选的，所述的恒压阀门可将压力在1～40MPa之间调节。

根据本发明，一种农林生物质化学组分的流式分离方法，包括使用上述装置，包括步骤如下；

(1)将农林生物质原料粉碎后装入抽提管中，将溶剂装入常温溶剂储存罐中，通过高压泵将溶剂泵入温度调节单元中，温度调节单元中的加热器将溶剂加热后输送到热溶剂储存罐中，调节单向阀和恒压阀门控制溶剂的流速进而控制溶剂在抽提管的停留时间，溶剂对农林生物质化学组分进行提取；

高压泵调节提取过程中的压力为1～40MPa；

(2)提取结束后，提取化学组分后的溶剂进入温度调节单元中，温度调节单元中的冷凝器对溶剂冷凝至常温后输送到收集罐中，将溶剂蒸发去除即得农林生物质化学组分。