一种应用于水、氨法耦合预处理生物质的反应系统技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于水、氨法耦合预处理生物质的反应系统，包括预处理反应器(1)、氨液储罐(8)、水储罐(9)和蒸汽发生器(9.2)、增压装置(10)、氨蒸发罐(2)和水蒸发罐(3)、氨吸收罐(4)、余氨吸收罐(6)、水吸收罐(5)，此外还包括预处理罐导热油储罐(11)、蒸发罐导热油储罐(12)和吸收罐导热油储罐(13)；本发明专利技术结构简单，实现了高温液态水法和氨法耦合高效预处理生物质原料，进一步提高了酶解效率及酶的有效性，大幅度地降低酶解难度，同时，实现了氨的循环利用和化学品的富集，有效地降低了预处理过程的成本，实现林业农业及制糖工业废弃物的资源化利用，同时解决了由废弃物导致的环境问题。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于水、氨法耦合预处理生物质的反应系统
:本专利技术涉及生物质能源化工领域，具体涉及一种应用于水、氨法耦合预处理生物质的反应系统。
技术介绍
:化石燃料的日益枯竭以及人们对环境保护的日益重视，开发和利用绿色的可再生能源成为各国关注的热点。燃料乙醇作为最直接、最便捷的液态石油基添加剂，已在世界范围内推广应用。生物质是农林废弃物的总称，通过化学、生化处理可以将其中的半纤维素和纤维素水解为五碳糖和六碳糖，再经过发酵生产乙醇。纤维素燃料乙醇技术的开发，不仅可以变废为宝，解决目前的能源和环境危机，而且可以为农民创收，对三农问题的解决具有提供一定的推动作用。随着生物技术的不断发展，酶水解法渐渐成为生物质水解糖化的主流技术，但水解前必须对生物质原料进行预处理，以提高纤维素酶的可及性。广大研究者对酸水解技术进行不断优化，目前多作为酶水解前的预处理方法。降低酸水解反应体系中的酸浓度，虽然使水解效率有一定的下降，但其优点在于不仅可以减少水解反应过程中生成单糖的降解量，控制发酵抑制物的生成，而且可以降低高温酸性液体对反应设备的腐蚀。高温液态水法，反应过程中不需添加任何化学试剂，是近年来发展起来的一种绿色环保的生物质预处理方法。作为新兴的绿色反应工艺，高温液态水法有以下优点:①不使用任何化学试剂，环境友好；②生成降解产物少，发酵抑制物含量低；③对半纤维素有很好的去除效果，木糖回收率 高产物不需脱毒即可直接进行酶解。虽然高温液态水法有很多优点，但也有能耗大，水耗高的缺点，另外因木质素对纤维素酶的不可逆吸附作用，导致酶用量较高。氨法预处理作为碱处理法的一种，是利用木质素可以溶解于碱性溶液的特点，用碱性物质处理生物质原料，破坏木质素结构，从而利于酶水解的进行。相比传统的NaOH处理，在保证较为理想的木质素脱除率的同时，对半纤维素和纤维素的破坏小，且氨水易于回收循环利用，对环境污染小。通过中华人民共和国国家知识产权局网站进行专利查询，目前国内有关木质纤维素类生物质水解方面相关专利如下:(I) 一种包含酸回收的木质纤维素预处理的方法及其系统，CN101235605 ；(2) 一种木质纤维素预处理方法及其系统，200810020228.1 ；(3) 一种木质纤维素类生物质高效酶水解的方法，CN102174594 ；(4) 一种生物质绿色高效预处理方法，CN101586136A ；(5)提高酶水解率的木质纤维素预处理方法，201210144959.3 ；(6) 一种木质纤维素的联合预处理方法及其系统，CN101230546。专利(I)和⑵公开的为应用于酸法处理木质纤维素的系统；专利⑶和⑷公开了高温液态水预处理方法，但不涉及预处理木质纤维素的系统；专利(5)公开了采用离子液体及碱法相结合的两步联合预处理方法，没有公开预处理木质纤维素的系统；专利(6)公开了过稀酸-球磨两步预处理木质纤维素的系统。
技术实现思路
:本专利技术的目的是提供一种应用于水、氨法耦合预处理生物质的反应系统，以获得可以高效酶解的反应底物，回收大部分氨并在降低水解液中发酵毒性的同时对水解液进行浓缩。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的:一种应用于水、氨法耦合预处理生物质的反应系统，包括预处理反应器、为预处理反应器提供氨水的氨液储罐、为预处理反应器提供过热蒸汽的水储罐和蒸汽发生器、为预处理反应器提供压力的增压装置、跟所述预处理反应器底部连通的氨蒸发罐和水蒸发罐、跟所述氨蒸发罐连通的氨吸收罐、跟所述氨吸收罐连通的余氨吸收罐、跟所述水蒸发罐连通的水吸收罐,此外还包括预处理罐导热油储罐、蒸发罐导热油储罐和吸收罐导热油储罐；所述氨液储罐经高压计量泵跟预处理反应器连通；所述水储罐经蒸汽发生器跟预处理反应器连通，所述预处理反应器、氨蒸发罐、水蒸发罐、氨吸收罐和水吸收罐罐体外部分别还设有导热油夹层，所述预处理罐导热油储罐经管道和管道泵跟预处理反应器的导热油夹层连通，所述蒸发罐导热油储罐经泵分别跟氨蒸发罐、水蒸发罐的导热油夹层连通，所述吸收罐导热油储罐经泵分别跟氨吸收罐和水吸收罐的导热油夹层连通。所述预处理反应器用于高温液态水法和氨法预处理生物质原料，生物质的预处理首先用高温液态水法预处理然后用氨预处理；所述氨蒸发罐用于将氨法预处理后水解液中的氨蒸发输送至氨吸收 罐和余氨吸收罐中回收再利用；所述水蒸发罐用于将高温液态水法预处理后的水解液进行浓缩，以蒸发部分对发酵有害的成分和水，降低水解液中发酵毒性，同时将高温液态水法预处理后的水解液中的易挥发有机成分(主要包括甲酸、乙酸、葡萄糖醛酸、糠醛、5-羟甲基糠醛)输送至水吸收罐中，分离纯化后制备化学品。所述的生物质原料主要包括:甘蔗渣、玉米秸杆、麦秸杆、能源草、木屑等农业和林业的废弃物。所述预处理反应器、氨蒸发罐、水蒸发罐的导热油夹层外还设有保温层。所述预处理反应器、氨蒸发罐、水蒸发罐、氨吸收罐、余氨吸收罐和水吸收罐的罐体还设有测温装置，所述预处理反应器、氨蒸发罐、水蒸发罐和余氨吸收罐的罐体还设有测压装置。所述预处理反应器主体为圆柱体结构，顶部为圆球形封头，下部为锥体结构，在圆柱体的轴线中下部设有搅拌器，所述预处理反应器顶部设有安全阀、气液入口、加料口和跟搅拌器连接的电机，所述预处理反应器锥体底部设有固体出料口和排液口。所述预处理反应器还设有使搅拌器与预处理反应器保持密封的动密封装置；所述预处理反应器底部的排液口还设有过滤装置，从而放液的时候实现固液分离；所述顶部的圆球形封头和下部的锥体结构分别与主罐体螺丝连接，以方便清洗、维护。所述预处理反应器侧面还设有跟导热油夹层连通的导热油入口和导热油出口，所述导热油入口经管道泵和管路跟预处理罐导热油储罐的底部连通，所述导热油出口经阀门和管路跟预处理罐导热油储罐的顶部连通，形成一个循环通道。所述氨蒸发罐主体为圆柱体结构，顶部和下部为圆球形封头，在圆柱体的轴线位置设有搅拌器，所述氨蒸发罐顶部设有出气口、跟搅拌器连接的电机；所述氨蒸发罐的侧面设有跟所述预处理反应器锥体底部设有的排液口连通的含氨液入口，所述下部圆球型封头设有排液口，所述顶部和下部的圆球型封头分别与罐主体螺丝连接，以方便清洗、维护；所述排液口还设有过滤装置，以便放液时进行固液分离。所述氨蒸发罐侧面还设有跟导热油夹层连通的导热油入口和导热油出口，所述导热油入口经管道泵和管路跟蒸发罐导热油储罐的底部连通，所述导热油出口经阀门和管路跟蒸发罐导热油储罐的顶部连通，形成一个循环通道。所述水蒸发罐主体为圆柱体结构，顶部和下部为圆球形封头，在圆柱体的轴线位置设有搅拌器，所述水蒸发罐顶部设有测压装置、测温装置、出气口、跟所述搅拌器连接的电机，所述水蒸发罐的侧面设有跟所述预处理反应器锥体底部设有的排液口连通的水预处理液入口，所述下部圆球型封头底部设有排液口，所述排液口还设有过滤装置，以便放液时进行固液分离；所述顶部和下部的圆球型封头分别与罐主体螺丝连接，以方便清洗、维护。所述水蒸发罐侧面还设有跟导热油夹层连通的导热油入口和导热油出口，所述导热油入口经管道泵和管路跟蒸发罐导热油储罐的底部连通，所述导热油出口经阀门和管路跟蒸发罐导热油储罐的顶部连通，形成一个循环通道。所述氨蒸发罐和水蒸发罐还设有使搅拌器与反应器保持密封的动密封装置。所述氨吸收罐顶部设有测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于水、氨法耦合预处理生物质的反应系统，其特征在于，包括预处理反应器(1)、为预处理反应器(1)提供氨水的氨液储罐(8)、为预处理反应器(1)提供过热蒸汽的水储罐(9)和蒸汽发生器(9.2)、为预处理反应器(1)提供压力的增压装置(10)、跟所述预处理反应器(1)底部连通的氨蒸发罐(2)和水蒸发罐(3)、跟所述氨蒸发罐(2)连通的氨吸收罐(4)、跟所述氨吸收罐(4)连通的余氨吸收罐(6)、跟所述水蒸发罐(3)连通的水吸收罐(5)，此外还包括预处理罐导热油储罐(11)、蒸发罐导热油储罐(12)和吸收罐导热油储罐(13)；所述氨液储罐(8)经高压计量泵(8.1)跟预处理反应器(1)连通；所述水储罐(9)经蒸汽发生器(9.2)跟预处理反应器(1)连通，所述预处理反应器(1)、氨蒸发罐(2)、水蒸发罐(3)、氨吸收罐(4)和水吸收罐(5)罐体外部分别还设有导热油夹层(1.8,2.7,3.5,4.4,5.4)，所述预处理罐导热油储罐(11)经管道和管道泵(11.3)跟预处理反应器(1)的导热油夹层(1.8)连通，所述蒸发罐导热油储罐(12)经泵(12.3)分别跟氨蒸发罐(2)、水蒸发罐(3)的导热油夹层(2.7，3.5)连通，所述吸收罐导热油储罐(13)经泵分别跟氨吸收罐(4)和水吸收罐(5)的导热油夹层(4.4,5.4)连通。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于水、氨法耦合预处理生物质的反应系统，其特征在于，包括预处理反应器(I)、为预处理反应器(I)提供氨水的氨液储罐(8)、为预处理反应器(I)提供过热蒸汽的水储罐(9)和蒸汽发生器(9.2)、为预处理反应器(I)提供压力的增压装置(10)、跟所述预处理反应器(I)底部连通的氨蒸发罐(2)和水蒸发罐(3)、跟所述氨蒸发罐(2)连通的氨吸收罐(4)、跟所述氨吸收罐(4)连通的余氨吸收罐(6)、跟所述水蒸发罐(3)连通的水吸收罐(5)，此外还包括预处理罐导热油储罐(11)、蒸发罐导热油储罐(12)和吸收罐导热油储罐(13);所述氨液储罐(8)经高压计量泵(8.1)跟预处理反应器(I)连通；所述水储罐(9)经蒸汽发生器(9.2)跟预处理反应器(I)连通，所述预处理反应器(I)、氨蒸发罐(2)、水蒸发罐(3)、氨吸收罐(4)和水吸收罐(5)罐体外部分别还设有导热油夹层(1.8，2.7，3.5，4.4，5.4)，所述预处理罐导热油储罐(11)经管道和管道泵(11.3)跟预处理反应器(I)的导热油夹层(1.8)连通，所述蒸发罐导热油储罐(12)经泵(12.3)分别跟氨蒸发罐(2)、水蒸发罐(3)的导热油夹层(2.7，3.5)连通，所述吸收罐导热油储罐(13)经泵分别跟氨吸收罐(4)和水吸收罐(5)的导热油夹层(4.4，5.4)连通。2.根据权利要求1所述的应用于水、氨法耦合预处理生物质的反应系统，其特征在于，所述预处理反应器(I)、氨蒸发罐(2)、水蒸发罐(3)的导热油夹层外还设有保温层(1.7，2.5,3.6)。3.根据权利要求1或2所述的应用于水、氨法耦合预处理生物质的反应系统，其特征在于，所述预处理反应器(I)主体为圆柱体结构，顶部为圆球形封头，下部为锥体结构，在圆柱体的轴线中下部设有搅拌器(1.9)，所述预处理反应器(I)顶部设有安全阀(1.3)、气液入口(1.5)、加料口(1.6)和跟搅拌器(1.9)连接的电机(1.1)，所述预处理反应器(I)锥体底部设有固体出料口(1.12)和排液口(1.13)。4.根据权利要求3所述的应用于水、氨法耦合预处理生物质的反应系统，其特征在于，所述预处理反应器(I)还设有使搅拌器(1.9)与预处理反应器(I)保持密封的动密封装置；所述预处理反应器(I)底部的排液口(1.13)还设有过滤装置；所述顶部的圆球形封头和下部的锥体结构分别与主罐体螺丝连接；所述预处理反应器(I)侧面还设有跟导热油夹层(1.8)连通的导热油入口(1.10)和导热油出口(1.11)，所述导热油入口(1.10)经管道泵(11.3)和管路跟预处理罐导热油储罐(11)的底部连通，所述导热油出口(1.11)经阀门和管路跟预处理罐导热油储罐(11)的顶部连通，形成一个循环通道。5.根据权利要求1或2所述的应用于水、氨法耦合预处理生物质的反应系统，其特征在于，所述氨蒸发罐(2)主体为圆柱体结构，顶部和下部为圆球形封头，在圆柱体的轴线位置设有搅拌器(2.6)，所述氨蒸发罐(2)顶部设有出气口(2.4)、跟搅拌器(2.6)连接的电机(2.1);所述氨蒸发罐(2)的侧面设有跟所述预处理反应器(I)锥体底部设有的排液口(1.13)连通的含...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁振宏，亓伟，庄新姝，余强，王琼，谭雪松，王闻，张宇，徐惠娟，刘云云，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44