[发明专利]一种木质纤维素原料稀酸蒸汽爆破预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种木质纤维原料预处理方法，具体涉及一种连续进料、连续浸渍、连 续脱毒、连续挤压脱水、连续稀酸蒸煮和间歇爆破的一体化稀酸蒸汽爆破预处理方法。

背景技术

全球每年经光合作用产生的生物质约1700亿吨，其能量相当于全球能量年消耗总 量的10倍，作为能源的利用量还不到总量的l％。由于国家限制粮食作物用于生物能源原 料，木质纤维原料的利用途径显得越来越重要。我国每年农作物秸秆产量即可达到7亿吨， 除部分作为造纸原料、炊事燃料、饲料肥料和秸秆还田之外，可作为能源用途的秸秆约3.5 亿吨，折合1.8亿吨标准煤，可以转化为1亿吨燃料酒精或5000万吨生物柴油。

目前木质纤维原料的主要利用途径为半纤维素或/和纤维素水解产生水解糖，水 解糖经过发酵产生乙醇和丁醇等生物能源产品，或/和乳酸、柠檬酸和丁二酸等。木质纤维 素原料制备水解糖过程主要包括预处理与酶解两个步骤。木质纤维素原料预处理方法最常 采用的方法为稀酸预处理或稀酸蒸汽爆破预处理。木质纤维素原料在稀酸和稀酸蒸汽爆破 预处理过程中除了生成木糖和葡萄糖等水解糖外，还生成一系列对纤维素酶解及微生物发 酵有抑制作用的物质，主要包括木糖在酸性、高温条件下进一步降解生成的副产物糠醛，葡 萄糖在酸性、高温条件下进一步降解生成的副产物糠醛5-羟甲基糠醛，乙酰化木聚糖释放 的乙酸，木质素降解生成的酚类化合物等。这些物质有的属于挥发性物质，有的则属于非挥 发性物质。如果这些抑制物不从预处理木质纤维素原料中脱除，它们就会抑制纤维素酶的 酶解和微生物发酵过程，轻则降低酶解和发酵速率，重则使酶解和发酵过程无法完成。脱除 预处理木质纤维素原料中抑制物的过程也叫脱毒过程。中国专利CN1415763A公开了一种 在预处理木质纤维素原料先后经过预处理和酶解后固液分离，水解液在通过打孔树脂的处 理实现脱除木质纤维素水解物种抑制物的方法。中国专利CN101691587A公开了一种稀硫 酸预处理玉米秸秆的预处理糖液浓缩液为原料，采用三烷基胺、正辛醇和煤油配制成的混 合物作为络合萃取剂，对浓缩后的预处理水解糖液在室温条件下进行络合萃取脱毒的方 法。中国专利CN101787398A公开了一种应用纳滤膜对木质纤维素预水解液中的糖分进行 回收、浓缩和脱毒的方法。中国专利CN102191279A公开了一种利用真菌A.resinaeZN1对 预处理后的木质纤维素生物质中抑制物进行快速降解的生物脱毒方法。中国专利CN 102191279A公开了一种利用活性炭处理秸秆酶解液或用碱性双氧水处理秸秆，以去除秸 秆产生的发酵抑制物的方法。

上述公开的从木质纤维素水解物种脱除抑制物的方法都是目前常用的技术，可单 独使用，也可多种方法联合使用。但是这些方法都需对预处理木质纤维素原料或酶解液进 行固液分离后，对预处理木质纤维素原料挤出液或酶解清液进行处理，存在以下问题：(1) 采用上述脱毒过程后无法采用带渣发酵和同步糖化发酵，带渣发酵可有效降低糖分的损 失，同步糖化发酵可提高纤维素酶解速率和纤维素酶使用量；(2)木质纤维素原料经过预处 理后再把产生的抑制物从水解糖溶液中分离出来，操作繁琐，成本高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种连续进料、连续浸渍、连续脱毒、连续挤 压脱水、连续蒸煮和间歇泄压爆破的一体化稀酸预处理设备及方法。本发明方法可在蒸煮 爆破前脱除部分可在蒸煮过程中生成的乙酸、甲酸、糠醛和酚类物质等对酶解和发酵具有 抑制作用的化合物，提高预处理木质纤维原料的酶解和发酵效果。

本发明方法包括下述步骤：

步骤1，粉碎：将木质纤维素原料粉碎成0.1-30mm颗粒；

步骤2，浸渍、脱毒与进料：配制抑制物洗脱液置于抑制物洗脱液储罐中，并在储罐 中加热到60-99℃，加热的抑制物洗脱液与粉碎好的木质纤维原料按质量比10:1-2:1比例 连续加入到浸渍脱毒喂料器料斗中，加入到浸渍脱毒喂料器料斗中的抑制物洗脱液和木质 纤维原料从料斗自由下落到锥形螺杆装置中，锥形螺杆装置通过往夹层中通入蒸汽控制螺 杆套筒中液固混合相的温度为105-145℃，停留时间5-20min，木质纤维原料与抑制物洗脱 液在锥形螺杆旋转轴的推力和环形金属膜片阻力作用下实现搓揉、浸渍、脱毒、挤压和脱 水，最后在锥形螺杆装置末端形成料塞，料塞压力为0.15-3Mp；