脱除木质素的方法技术

本发明专利技术涉及一种脱除木质素的方法，其包括如下步骤：步骤1，对原料颗粒同时进行碱处理和微波处理，以除去所述原料颗粒中的木质素并生成包含木质素的水解液；步骤2，将所述原料颗粒被除去所述木质素后剩余的固体颗粒与所述水解液进行固液分离。上述方法同时进行碱处理和微波处理，处理周期短、处理能力与效率高。并且通过固液分离可得到不含木质素的固体颗粒以用作后续工艺的原料，例如生产乙醇。

【技术实现步骤摘要】
脱除木质素的方法
本专利技术涉及一种脱除木质素的方法。
技术介绍
燃料乙醇是以生物质为原料通过生物发酵等途径获得的、可作为燃料用的乙醇，是一种环境友好且可再生能源。目前，燃料乙醇的生产原料主要以糖质和淀粉质作物为主，即第一代燃料乙醇技术，其工艺流程一般分为4个阶段，即液化、糖化、发酵、精制。但是一代燃料乙醇技术存在着“与人争粮，与粮争地”的缺点。因此，近年来，以农业废弃物秸秆，即木质纤维素为原料的二代燃料乙醇技术引起了各国科学家的关注。与一代技术相比，二代燃料乙醇技术首先应进行预处理，即脱除木质素，增加原料的疏松性以增加各种酶与纤维素的接触，提高酶效率；待原料分解为可发酵糖类后，再进行发酵、蒸馏和脱水。目前，木质纤维素预处理方法(即脱除木质素的方法)大致可分为物理法、化学法及生物法。物理法主要通过机械粉碎、微波、蒸汽爆破等手段破坏木质纤维素结构，该法存在耗能高、设备费用高等缺点。微波是一种波长在1mm～100cm范围内(频率300MHz～300KMHz)的电磁波，可使纤维素的分子间氢键发生变化，可提高纤维素的比表面积可及性，提高纤维素酶水解效率，但上述通过将微波作用于木质纤维素结构的微波处理方法仅能部分破坏木质纤维素结构，使之更为疏松，无法去除木质素。化学法为采用化学试剂(如酸法、碱法)水解半纤维素或脱除木质素，达到破坏木质纤维素结构的目的。碱法预处理(碱处理)为采用NaOH、KOH、Ca(OH)2和氨水等处理木质纤维素原料，去除木质素，是目前应用最广泛的方法。碱处理的主要缺点在于NaOH、KOH的成本较高且不易回收，废液会造成环境污染；Ca(OH)2和氨水的条件温和，易于回收，但预处理时间过长。化学法由于过程操作简单、耗能低、效果明显等优点得到了广泛应用，但其溶剂消耗大，需要投入更多的费用用于环境污染治理等缺点。生物法为采用可分解木质素的微生物，除去木质素以破坏其对纤维素的包裹功能，具有反应条件温和、能耗低、选择性高，环境污染小，处理成本低等优点，但存在微生物种类少，分解酶活力低，反应转化周期长等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种处理周期短、处理能力与效率高的脱除木质素的方法。为实现上述目的，提供一种脱除木质素的方法，包括如下步骤：步骤1，对原料颗粒同时进行碱处理和微波处理，以除去原料颗粒中的木质素并生成包含木质素的水解液；步骤2，将原料颗粒被除去木质素后剩余的固体颗粒与水解液进行固液分离。根据本专利技术，在进行步骤1之前，用碱性溶液浸没原料颗粒10-30min。根据本专利技术，微波处理包括交替地开启和关闭作用于碱性溶液和原料颗粒的微波；其中，微波持续处于开启状态2-15min，微波持续处于关闭状态5-10min，微波的功率恒定、并位于200-1000w的范围内。根据本专利技术，在进行微波处理的过程中，以执行一个开启和一个关闭为一个周期，在执行2-5个周期后，持续地对固体颗粒与部分水解液进行固液分离，并持续地补入碱性溶液以持续进行碱处理。根据本专利技术，步骤1中的微波处理持续0.5-3h。根据本专利技术，碱性溶液为氨水溶液。根据本专利技术，还包括如下步骤：从在微波处理过程中分离出的水解液中分离氨气。根据本专利技术，还包括如下步骤：利用分离出的氨气制备氨水溶液，并将制备后的氨水溶液作为补入的碱性溶液。根据本专利技术，以2-10L/(kg原料颗粒·min)的速度补入碱性溶液。根据本专利技术，还包括如下步骤：从分离出氨气后的水解液中分离出木质素。根据本专利技术，原料颗粒的粒度范围为40-100目。根据本专利技术，氨水溶液的质量百分比浓度为5-30％。根据本专利技术，在进行步骤1之前，将原料颗粒置于反应器中，并以2-10L/(kg原料颗粒·min)的速度注入碱性溶液。根据本专利技术，原料颗粒为秸秆的颗粒。根据本专利技术，秸秆为玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆或高粱秸秆。相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：1、通过本专利技术的对原料颗粒同时进行碱处理和微波处理的步骤，微波通过高频电场，使原料颗粒的内部与表面同时升温，加热速度快且均匀，能量利用率高，部分破坏原料颗粒的木质纤维素结构，使之更为疏松。与此同时，使用碱处理去除木质素。由此，综合并同时使用碱处理和微波处理，缩短预处理时间、降低了能耗以及试剂和酶的用量、提高处理能力及效率。并且，将上述原料颗粒除去木质素的固体颗粒和生成的包含木质素的水解液分离，可得到不含木质素的固体颗粒以用作后续工艺的原料，例如生产乙醇。2、在进行微波处理的过程中，具有持续地将部分水解液与固体颗粒分离、并补入碱性溶液以持续进行碱处理的步骤。此步骤及时将溶有木质素的水解液导出并及时补充新的碱性溶液，以防止因木质素不断溶于碱性溶液而使得后续处理能力下降。由此，使对原料颗粒脱除木质素的处理效果更佳。3、在碱性溶液为氨水溶液的情况下，可从分离出的水解液中分离氨气，并利用分离出的氨气制备氨水溶液，并且将该氨水溶液作为补入的碱性溶液。由此，一方面，采用氨水溶液作为试剂，与其他碱处理方式相比，在有效的去除木质素的同时，具有处理条件温和，纤维素的损失小，环境污染小等特点。另一方面，通过氨水溶液的循环再利用，降低氨水溶液(即试剂)的用量，减少技术对环境的影响，并降低了生产成本。4、本专利技术通过从分离出氨气后的水解液中的分离出木质素，可得到木质素。该木质素既可作为燃料，又可作为其他行业如橡胶、减水剂等行业的原料，达到节约能源，增加经济效益的作用。附图说明图1是用于本专利技术的脱除木质素的方法的一个实施例的系统的示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术具体实施方式进行描述。参照图1，用于本专利技术的脱除木质素的方法的一个实施例的系统。该系统包括反应器1、微波装置2、分离器3、储罐4和过滤装置5。本专利技术的脱除木质素的方法包括如下步骤：对原料颗粒同时进行碱处理和微波处理，以除去原料颗粒中的木质素并生成包含木质素的水解液(即步骤1)，以及将原料颗粒被除去木质素后剩余的固体颗粒与水解液进行固液分离(即步骤2)。具体地，参照图1，在本专利技术的第一个实施例中，执行如下步骤：a、将原料粉碎至具有一定粒度的颗粒，优选地该原料颗粒的粒度范围为40-100目。b、将上述原料颗粒置于反应器1中(以箭头6示意出)，以2-10L/(kg原料颗粒·min)的速度向反应器1中注入碱性溶液，直至碱性溶液至少浸没原料颗粒后停止注入碱性溶液。在本实施例中，碱性溶液为氨水溶液，并且氨水溶液的质量百分比浓度为5-30％，即氨水溶液中的溶质(氨)的质量占氨水溶液的质量的百分比为5-30％。其中，单位“L/(kg原料颗粒·min)”意为针对每千克原料颗粒每分钟注入的碱性溶液的体积，该体积的单位为L，并且，该单位中的“原料颗粒”为干原料颗粒(即原料经过烘干工艺后制得的颗粒)。c、停止注入氨水溶液后，保持氨水溶液浸没原料颗粒10～30min，以使氨水溶液完全浸透原料颗粒。d、待上述浸没10～30min完成后，开启微波装置，即开启作用于氨水溶液和原料颗粒的微波，该微波通过部分地位于微波装置中的反应器作用于氨水溶液和原料颗粒。此时开始对原料颗粒同时进行碱处理和微波处理的步骤，即开始执行步骤1。而在本实施例中，微波处理包括交替地开启和关闭作用于氨水溶液和原料颗粒的微波。其中，首次开启微波装置即为微波处理的开始，也即为同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脱除木质素的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，对原料颗粒同时进行碱处理和微波处理，以除去所述原料颗粒中的木质素并生成包含木质素的水解液；步骤2，将所述原料颗粒被除去所述木质素后剩余的固体颗粒与所述水解液进行固液分离。

【技术特征摘要】
1.一种脱除木质素的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，对原料颗粒同时进行碱处理和微波处理，以除去所述原料颗粒中的木质素并生成包含木质素的水解液；步骤2，将所述原料颗粒被除去所述木质素后剩余的固体颗粒与所述水解液进行固液分离；其中，所述微波处理包括交替地开启和关闭作用于碱性溶液和所述原料颗粒的微波；其中，所述微波持续处于开启状态2-15min，所述微波持续处于关闭状态5-10min，所述微波的功率恒定、并位于200-1000w的范围内；在进行所述微波处理的过程中，以执行一个所述开启和一个所述关闭为一个周期，在执行2-5个所述周期后，持续地对所述固体颗粒与部分所述水解液进行固液分离，并持续地补入所述碱性溶液以持续进行所述碱处理。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述步骤1之前，用碱性溶液浸没所述原料颗粒10-30min。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的微波处理持续0.5-3h。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性溶液为氨水溶液。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄春超，李欣平，佟珂，李春华，李晓亮，陆洋，郭勇，杨爽，刘丽娟，赵峰，牛晓旭，杨家忠，程志强，武力，刘鹏，
申请(专利权)人：中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院，
类型：发明
国别省市：吉林;22