[发明专利]一种生物质水解制取木糖母液及残渣压缩成型一体化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质水解制取木糖及水解残渣同步固液分离、同步压缩成型的工艺方法，属于能源化工技术领域。

背景技术

木质纤维素转化利用长期以来未能工业化的原因是多方面的，其主要原因是：①秸秆较为分散、堆积密度小，易燃的特点导致其收集和储存困难；②生物质秸秆的能量密度较低，进行加工消耗的能量偏大；③生物质秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素三者的结构使得其难以被消化分解，需要对其进行预处理以提高转化利用率。④乙醇生产中纤维素水解的己糖可以被微生物利用，但半纤维素水解产物木糖却不能被利用，致使乙醇产率偏低。

木糖作为半纤维素的降解产物之一，因其独特的生理特性和理化性能，在食品、制药和农业等领域有广泛应用。然而由于生物质较低的能量密度，往往需要较高的液固比来提高水解效率，然而由此带来的问题是水解产物木糖浓度低，水量、催化剂量消耗大。

无论是为了获取纯净木糖产品，还是为了获得木糖母液用于生产其呋喃系下游产品，都应获得高浓度的木糖以降低其后续生产能耗以及二次污染排放。本发明着重于水解生物质以获得较高浓度的木糖母液，同时获得水解残渣(主要成分是纤维素和木质素)的压缩成型燃料块，以便于运输、储存等。

为了避免木糖在水溶液内的二次降解，目前普遍采用较温和的条件来制取木糖，常规的工艺为：液固比5-10、低温(90-120℃)、稀酸(3-10％)蒸煮。常规工艺避免了木质素和纤维素的降解，同时避免了木糖的二次脱水，提高了木糖的产率。但由于液固比高、水解时间长，得到的木糖母液浓度低，仅7-40g/L^1,2。一种名为“Pure Vision”的新工艺得到的木糖溶液浓度也仅为50g/L³。

申请号为US20110155336的一种“提升木质纤维素水解液木糖浓度”的美国专利公开了一种提高木质纤维素水解液木糖浓度的方法，该方法包括热挤压、酸混合、130-145℃热水抽提水解等步骤，最后获得4-6％的木糖溶液。

申请号为US20050203291A1的“一种生产高纯度木糖的工艺”的美国专利公开了一种生产高纯度木糖的方法，该方法首先将生物质低温碱抽提，然后对抽提液进行过滤分离出半纤维素，然后将半纤维素水解得到木糖，该工艺最终得到木糖溶液浓度为4-5％，同时木质素及纤维素大部分被降解。

公开号为CN1515578A的中国发明专利公开了一种从农作物桔秆中提取木糖及木糖醇的水解方法，该方法的水解处理是在3-4个串联的立式水解罐中依次进行，经洗涤后的固体物料先加入到初级水解罐，再依次转运到

下一级水解罐，水解液从末级水解罐依次向上一级水解罐回转，从初级水解罐引出的水解液进入过滤工序。但是因为需要将固体物料从初级水解罐依次转运到下一级水解罐，所以不能连续进行，因此不易实现自动化；同时该现有技术在水解后没有压榨分离这一步，致使木糖提取率不高；另外，由于该方法在水解前要经过高温水蒸煮和高温水洗工序，所以纤维素破坏严重，该方法最后生成的纤维素只能丢弃或作为燃料用，而不能用于后续的生物乙醇、燃料油等的生产原料。

公开号为CN 101130558A的中国发明专利公开了一种串联连续水解制备木糖溶液的系统和方法，该方法的水解处理是包括若干级相互串联的水解单元，每一级水解单元分别包括相互串联的一个水解装置和一个固液分离装置，对农林废弃物进行水解并对水解后的混合物进行固液分离生成含有木糖的水解酸液和固体物，所得酸液用作上一步水解的介质，固体物经水洗后进入下一级继续水解。该方法需N(N≥2)台水解设备和固液分离装置协同操作，且水解和固液分离分开进行，设备及工艺复杂，且未能够直接获得压缩成型块。

在对以往的木糖生产相关技术调研表明，绝大多数获得木糖母液浓度不高于10％，且并未实现水解残渣的深度脱水和同步压缩成型，本发明即针对以上问题所提出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物质制备木糖溶液、同时获得压缩成型燃料块的水解-压缩成型一体化方法，该方法的整个工艺可以实现自动化生产，通过该方法，可获得木糖含量5-30％的高浓度木糖母液。本发明的先进性在于将生物质去除半纤维素、制取木糖和水解渣脱水、压缩成型同步完成。通过水解，一方面去除生物质中半纤维素，并将其转化为木糖；另一方面打开生物质内部结构，软化木质素，使得生物质更易于压缩、粘合。通过压缩成型，一方面挤压出水分和溶解的木糖，另一方面形成压缩成型燃料块。