[发明专利]木质纤维素类生物质组分分离系统及其分离方法

说明书

本发明涉及生物质能源转化利用，尤其是木质纤维素类生物质组分分离系统及其分离方法。组分分离系统，包括进料单元，进料单元包括进料装置；反应单元，所述反应单元包括反应釜、发酵罐和沉淀罐中的一种或多种，反应单元与所述进料单元连接，所述反应单元不少于一个，多个所述反应单元相互串联；及分离单元，所述分离单元包括固液分离装置，分离单元不少于一个，所述分离单元至少与其中一个反应单元连接，用于对反应单元的出料进料固液分离。该木质纤维素类生物质组分分离系统通过水热反应对木质纤维素类生物质三大组分进行分离，分离效率高、资源利用率高、成本低、环境污染少，能得到相对纯度的纤维素、木质素和半纤维素的生物质。

技术领域

本发明涉及生物质能源转化利用，尤其是木质纤维素类生物质组分分离系统及其分离方法。

背景技术

在当前严峻形势下，生物质寄希望于成为未来新一代生物及化工产业的最理想替代原料，但如何使其成为通用原料仍然是目前世界共同研究的话题。木质纤维素类生物质组分分离是实现木质纤维素类生物质全利用的关键因素之一，它对三组分能否充分实现它的价值以及三组分微生物转化的有效性至关重要。

木质纤维素类生物质全组分难以有效分离的根本原因是由生物质细胞壁结构的复杂性决定的。现有研究表明，农林生物质细胞壁是以纤维素微纤的形式作为骨架，其周围是由半纤维素和具有三维网格结构的木质素大分子结合形成的天然复合物。纤维素由木质素和半纤维素包裹着，纤维素与半纤维素或木质素分子间的结合主要依赖于氧键；半纤维素和木质素之间除氢键外还有化学键。木质素的网状结构和纤维素的结晶度等对纤维素的水解糖化均有较大的影响，导致生物质底物的直接酶解糖化率很低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种生物质三大组分分离效率高、能提高资源利用率、成本低、环境污染少、能得到相对纯度的纤维素、木质素和半纤维素的生物质分离装置，具体技术方案为：

木质纤维素类生物质组分分离系统，包括：进料单元，所述进料单元包括进料装置；反应单元，所述反应单元包括反应釜、发酵罐和沉淀罐中的一种或多种，所述反应单元与所述进料单元连接，所述反应单元不少于一个，多个所述反应单元相互串联；及分离单元，所述分离单元包括固液分离装置，所述分离单元不少于一个，所述分离单元至少与其中一个反应单元连接，用于对反应单元的出料进料固液分离。

优选的，所述进料单元包括不少于一个的进料装置和不少于一个的密封装置，所述密封装置安装在所述进料装置上或相邻的所述进料装置之间。

优选的，所述进料装置包括螺杆上料机，所述密封装置包括阀门，所述阀门安装在所述螺杆上料机上或相邻的所述螺杆上料机之间。

优选的，所述反应单元和所述分离单元均设有一个，所述反应单元分别与所述进料单元和所述分离单元连接；或所述反应单元设有三个，所述分离单元设有一个，所述分离单元与中间一个所述反应单元连接；或所述反应单元和所述分离单元均设有三个，每个所述反应单元均与一个所述分离单元连接。

木质纤维素类生物质组分的分离方法，包括以下步骤：

将粉碎后的木质纤维素类生物质和溶剂加入到进料装置，进料装置对生物质和溶剂进行搅拌得到混合物，并将混合物输送给反应釜；

反应釜对混合物加热并搅拌，进行水热液化反应，得到浆料；

反应结束后，将浆料输送到固液分离装置中，经过固液分离得到水解液和固体产物。

优选的，所述木质纤维素类生物质与溶剂的质量比为1：2～1：10；所述反应釜的温度200～400℃，初始压力为0～5MPa。

通过采用上述技术方案，在这个条件下，生物质可以和溶剂有一个较好的接触，有助于反应的进行。木质纤维素生物质中半纤维素以及部分纤维素、木质素得到较好的溶解，最终能得到相对纯净的纤维素固体产物，以及半纤维素木质素水解液。