[发明专利]从生物质原料中同时提取半纤维素、纤维素和木质素的装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物质资源化高效综合利用领域，具体地涉及从生物质原料中同时提取半纤维素、纤维素和木质素的装置。

背景技术

在农业生物质资源例如各种植物秸秆中含有大量纤维组分。生物质资源化综合利用的重要研究方向之一是将生物质资源通过分离技术得到纤维素、半纤维素以及木质素，三者统称为“三素”。在三素分离过程中需要使用大量用水，同时也伴随产生相当多的各种液体，其中包括在一级分离时产生的半纤维素液相以及在三级分离时得到的生化木素原液以及由原液经膜装置处理后得到的上清液。

在传统的生物质资源综合利用技术中，对于生化木素原液经膜处理后得到的上清液则一般作为废水直接排出。众所周知，木质素膜处理上清液是一种碱性较高、含有大量固体成分且化学需氧量极高的液体。将其直接排出会造成严重环境污染。这也是三素分离工艺中最大的污染来源。因此传统处理方法既不利于环境保护，也造成了资源浪费，不利于生物质资源的综合利用。随着中国经济日益向高效、低碳转型，高加工成本和原料成本是制约传统工艺的商业化是重要的障碍，木质素膜处理上清液的再利用技术的研究具有重大意义。

目前，对于木质素膜处理上清液再利用的相关研究较少。例如在CN103373784A中公开了用于返回循环利用或送去溶解锅炉燃烧后的碱灰。在CN101045535A中公开了浓缩炭化来生产炭黑的技术。然而，这些再利用技术本身并不完美，并且也不能满足当前多样化的需要。因此，需要针对木质素膜处理上清液开发新的再利用技术。

发明内容

为了进一步开发利用三素分离时产生的废水，特别是木质素膜处理上清液，提高生物质资源综合利用效率，本发明的发明人对于三素分离时产生的废水的各种物质和化学性质进行了分析，并在此基础上，发明人发现IC厌氧塔进水要求pH在6.8～7.5，用于厌氧发酵的一级分离时产生的半纤维素液相的pH通常低于6.8，为了满足IC厌氧塔进水要求，通常需使用液碱调节pH。另一方面，发明人还发现木质素膜处理上清液的pH值为10以上至13以下，并且通过对木质素膜处理上清液简单处理，即可使用其替代或部分替代碱液来调节IC厌氧塔的pH至所需的范围。基于此完成了本发明。

因此，本发明提供一种从生物质原料中同时提取半纤维素、纤维素和木质素的装置，其包括一级分离装置、二级分离装置、三级分离装置、膜处理装置、pH实时监测装置、液相混合装置和流量控制装置；

其中：

一级分离装置用于将预处理后的生物质原料进行蒸汽蒸煮处理，然后经多级清洗后进行第一固液分离得到第一液相和第一固相，其中，所述蒸汽蒸煮处理为用0.6MPa～3.0MPa的蒸汽蒸煮1min～5min，所述第一液相为pH低于6.8的半纤维素液相；

二级分离装置用于将第一固相进行碱液处理后进行第二固液分离得到第二液相和第二固相，其中，所述碱处理为以第一固相的总质量计，向所述第一固相加入浓度为4％～10％的碱溶液，在60℃～130℃的条件下蒸煮0.5h～3h；

三级分离装置用于将第二液相进行沉淀、过滤、活化、精选处理，得到第三液相和第三固相，其中所述第三液相为生化木素原液；

膜处理装置用于处理所述生化木素原液，得到上清液及生化木素产品，其中所述上清液的温度为0℃以上至45℃以下，pH值为10以上至13以下，化学需氧量含量为15000mg/L以下，悬浮物含量为300mg/L以下；

液相混合装置用于将所述上清液与所述半纤维素液混合，从而得到混合相；

pH实时监测装置包括pH值测量器，所述pH实时监测装置用于实时在线监测所述混合相的pH值，并将监测数据传输到流量控制装置；

流量控制装置用于根据所监测到的pH值来调节上清液与所述半纤维素液的混合比，从而控制混合相的pH值为6.8以上至7.5以下的范围内。

优选地，液相混合装置为循环池。进一步优选设置有搅拌器。

在某些实施方案中流量控制装置为控制阀门，其被构造为根据所监测到的pH值大小来自动调节阀门开口的大小。

在某些实施方案中，从生物质原料中同时提取半纤维素、纤维素和木质素的装置进一步包括厌氧塔，且所述混合相通过管路与厌氧塔联通。

在某些实施方案中，一级分离装置、二级分离装置、三级分离装置、膜处理装置和液相混合装置之间通过管路联通。

在某些实施方案中，pH实时监测装置设置在液相混合装置中。