一种木质纤维素的联合预处理方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种木质纤维素的联合预处理方法，将木质纤维素粉碎后装入循环反应器中，并注入稀酸，打开循环泵在温度为５０℃～２００℃下进行循环反应，反应结束后将得到的水解液除酸，用于发酵；循环反应器内剩余的木质纤维素冲洗后，放入球磨机中加碱液进行球磨，球磨完毕除碱后用于后继酶解。本发明专利技术能够有效地提高木质纤维素中半纤维素转化率、木质素去除率、纤维素酶解转化率以及减少发酵抑制产物，同时还能减少酶解时的酶用量、缩短反应时间，提高糖浓度，且能根据后继发酵浓度的需要设定预处理的用水量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化工领域，具体涉及一种采用稀酸循环与碱性球磨相结合进 行木质纤维素预处理的方法和系统。技术背景木质纤维素预处理是指利用化学和物理方法，使它的三种成份纤维素与 木质素、半纤维素分离开。同时打开纤维素内部氢键，成为无定型纤维素，打 断部分糖苷键，降低聚合度，水解半纤维素成木糖、阿拉伯糖等单糖，并提高 后续酶解效率。目前预处理的方法有浓酸法、稀酸温烤法、碱处理法、二氧化硫法、过 氧化物法、蒸汽爆破法、氨纤爆破法、二氧化碳爆破法、湿氧化法、热液法 等多种方法。但其中的很多方法因产率低、环境污染、设备成本和运行成本 高、操作复杂等原因未被推广，其中较为成熟的方法仅蒸汽爆破法及稀酸温 烤法两种。蒸汽爆破法(Browndl and Saddler， 1984)是在不加任何催化剂的情况下， 利用高压蒸汽(一般20(TC 23(TC)迅速升温，期间产生的乙酸及水在高温 下解离出的H+催化木质纤维素中大部分半纤维素水解，并改变纤维素的晶型 为无定型结构以有利于后继酶解。但是，由于蒸汽爆破法产生的乙酸及其他 一些酸的酸性较弱，导致催化效率较低，反应速率较慢，半纤维水解效果并不 是很理想(一般仅65% 70%左右)，并且乙酸也是一种发酵抑制产物；蒸汽 爆破法木质素去除率比较低， 一些未被转化为糖单体的糖低聚体以及一些高 温时溶解的木质素会在冷却后沉降黏附于纤维素表面，影响后续酶解；同时 这些未被完全水解的糖低聚体要用不同的酶对它们进行酶解，因此要一一利 用它们显然不太现实。缘下侧设置一圆凹槽，所述的圆凹槽正好允许内齿圈2插入，即，所述 的圆凹槽一侧为光滑的， 一侧为和内齿圈2的齿配合的齿状，考虑到内 齿圈2和外壳内侧的配合，可以在内齿圈上，和圆环形顶板4边缘下侧 圆凹槽配合的地方形成一凸台即可，参见附图3。当用于双桶双波轮洗衣机中时，只需要将外输出空心轴5固定在洗 涤桶的外侧下面，而中心输出轴7的延长轴连接中心波轮，而中间输出 空心轴6的延长轴连接外波轮即可。当用于本专利技术的申请人所述的双动力全自动洗衣机时(即内桶和波轮都受控地反向旋转，所述的受控是指，内桶和波轮分别独立地被驱动， 当内桶或者波轮之一受到外力阻止时，二者都将停止转动)，在外输出空 心轴5可旋转地固定在支架上，所述的支架固定在外桶的外侧下面，中 间输出空心轴6和中心输出轴7分别连接内桶和波轮，洗涤时，锁定外 输出空心轴5即可形成所述的双动力，甩干时，将外输出空心轴5和中 心输出轴7彼此锁定即可(当然，也可以参照现有技术的其他方式对本 专利技术的减速器进行锁定)，至于其洗涤漂洗和甩干的控制，在现有技术中 已经公开。如果需要在全自动洗衣机中设置双波轮，可以将外输出空心轴5可 旋转地固定在支架上，所述的支架固定在外桶的外侧下面，外输出空心 轴5固定在内桶底部，中间输出空心轴6和中心输出轴7分别连接中心 波轮和外波轮，洗涤时，锁定外输出空心轴5即可形成所述的双波轮洗 涤，甩干时，可参照前述方法。本专利技术的目的具体可以通过以下措施达到一种木质纤维素的预处理方法，将木质纤维素(玉米秸杆、麦草、稻壳 稻草、甘蔗渣、柳枝、玉米叶、玉米芯等)通过粉碎机(如万能粉碎机)粉 碎成5 50目的颗粒，然后装入循环反应器中，并注入稀酸，打开循环泵在温度为50°C 200°C (50。C 10(TC常压反应，100。C 200。C氮气加压到2 4MPa反应)下进行循环反应，即将反应液不停地抽出并重新加入反应器中 进行反应，反应结束后将得到的水解液(绝大部分为半纤维素水解所得)除 酸、过滤，用于发酵。其中所述的稀酸为质量分数为0.1% 5%的硫酸或盐 酸；木质纤维素与稀酸的固液质量比为l:5 15。循环泵的流速可以为5mL 20L/min。循环反应在IO(TC以上时采用氮气加压，加压到2 4 MPa。反应 时间通常为0.3 5h (—般是0.5 4h)，以最终得到的水解液的浓度为判断 终点。反应结束后循环反应器内剩余的木质纤维素(绝大部分为纤维素)用 热水冲洗以除去残酸，随后放入球磨机中加碱液(NaOH/Ca(OH)2/氨水)进 行球磨，以进一步除去木质素，其中碱液(NaOH/Ca(OH)2/氨水)的质量浓 度为1 20%，剩余木质纤维素与碱液的固液比为1:1 1:15，球磨时间为0.1 5 h，反应温度为常温，球磨机公转速度为20 500转/min，自转速度为50 800转/min，球磨完毕除碱后用于后续酶解。一种木质纤维素预处理系统，包括A木质纤维素粉碎、B稀酸循环处理、 C球磨三个部分。木质纤维素粉碎步骤用万能粉碎机进行粉碎，稀酸循环处 理步骤包括反应器、储酸罐和储液罐，其中反应器的顶部通过管道与储酸罐 相通，反应器的底部通过管道与储液罐相通；在反应器的进出口之间串接有 循环泵，循环泵的入口与反应器底部相通，循环泵的出口与设在反应器顶部 的喷淋头相通。还包括氮气瓶，其中氮气瓶经由管道与所述的反应器顶部相 通。在反应器的顶部设有热水入口，在所述的反应器的底部设有废液出口。 其中循环泵为防酸循环泵。第三步骤球磨即用球磨机对剩余木质纤维素进行 加碱球磨，可以使用1 6个球磨罐，优选使用4个球磨罐，及4个备用罐； 球磨罐的材质有不绣钢、玛瑙、陶瓷、工程塑料、聚四氟乙烯或聚胺脂。球空心位置填塞能在水中浮起的轻质材料，这样即使可浮动凸筋4有细小裂缝，内部进入 水也可浮起。另外本专利技术也有其它浮起方式，于所述的可浮动凸筋4的底侧和与其对应的固定凸 筋3中空底部的波盘1表面分别固定有一层同性的磁铁，通过同性排斥原理使得可浮动 凸筋4可以升起，所述的设于波盘l上的磁铁与波盘l对应设有通水孔ll，固定凸筋3 在波盘1上通过开口32与通水孔11上下相通，排水时，可以将水完全排出，该结构简 单，使用方便。如图9所示，为了保证可浮动凸筋4可从固定凸筋3开口处浮起，且不能脱离固定 凸筋3，所述的可浮动凸筋4下部位置长度Ll大于固定凸筋开口 32长度L2，以满足当 可浮动凸筋4升起时，阻止可浮动凸筋4脱离固定凸筋3，且可浮动凸筋4底端还有一 部分在开口 32内，该部分高度可以为可浮动凸筋整体高度的1/10 1/5。本专利技术所述的可浮动凸筋4两侧表面靠近下部位置与开口32内部两侧对应设有阻挡 机构，当波轮转动且可浮动凸筋4升到最高位置时，可浮动凸筋4其中一侧的阻挡机构 与开口一内侧的阻挡机构对应。该阻挡机构可以都为凸肋或凸纽，也可以其中一方为凸 肋或凸纽，另一方为凹口，或者为其它可以增大摩擦的结构，波轮转动时，以增大可浮 动凸筋与固定凸筋连接强度及减小可浮动凸筋由于水阻力产生的扭曲力。如图4和图5 所示，本专利技术所述的实施例采用凸肋结构，可浮动凸筋4升到最高时，波轮转动，可浮 动凸筋4的一侧面凸肋41满足与开口内对应侧面的凸肋35摩擦阻挡。本专利技术所述的可浮动凸筋升起，无论是别的装置使其升起或是自身浮起，都会在凹 槽内进入水，尤其自身浮起的结构更需要下方水的浮力，最后需要将水排出，因此，于 所述的波盘1对应固定凸筋中空底部的位置设有通水孔11 (参阅图10)，固定凸筋3 在波盘1上通过开口 32与通水孔11上下相通，洗衣水最后完全可以排出，为了排出干 净，可以设有多个通水孔。本专利技术所述的可浮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种木质纤维素的联合预处理方法，其特征在于将木质纤维素粉碎后装入循环反应器中，并注入稀酸，打开循环泵在温度为５０～２００℃下进行循环反应，反应结束后将得到的水解液除酸，用于发酵；循环反应器内剩余的木质纤维素冲洗后，放入球磨机中加碱液进行球磨，球磨完毕除碱后用于后续酶解。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄和，严立石，张红漫，黄之初，贾红华，陈敬文，林增祥，高振，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，南京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]