一种木质生物质碱氧爆预处理装置及预处理方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种木质生物质碱氧爆预处理装置及预处理方法，预处理装置包括均质化处理设备、预热管、爆破反应器和喷放锅；均质化处理设备的出口通过第一管道与预热管的入口连接，第一管道上设有第一阀门，预热管的出口通过第二管道与爆破反应器的入口连接，第二管道上设有第二阀门，爆破反应器上设设有第三阀门和第四阀门，第三阀门用以向爆破反应器通入蒸汽，第四阀门用以向爆破反应器通入氧气，爆破反应器内设有螺旋轴，爆破反应器的出口通过第三管道与喷放锅连接，第三管道上设有第五阀门，喷放锅的顶部设有旋风分离器，喷放锅通过第四管道与预热管连接，预热管上设有第六阀门。可以选择性降解木质素，减少酶解抑制物的产生，糖损失率低。

【技术实现步骤摘要】
一种木质生物质碱氧爆预处理装置及预处理方法
本专利技术涉及生物质材料
，特别涉及一种木质生物质碱氧爆预处理装置及预处理方法。
技术介绍
木质生物质是自然界中最丰富的含碳有机大分子功能体，在生物基材料、化学品、高附加值燃料等领域展现出诱人的前景。但是木质生物质材料结构非常复杂，其主要组分是纤维素、半纤维素和木质素，纤维素组成微细纤维构成纤维细胞壁的网状骨架，半纤维素和木素则填充在纤维之间和微细纤维之间，起“粘合”和“填充”作用。在植物生长过程中，构成植物细胞壁的微细纤维(纤维素)是被木素、半纤维素包裹着的，且其本身也存在着高度结晶性和木质化，阻碍了酶与纤维素的接触，使其难以直接被生物降解，导致酶解效率非常低，增加经济成本。因此，对于大多数木质纤维素材料而言，必须进行适当的预处理，以破坏植物细胞壁的结构和组成分布，打开生物质抗降解屏障，暴露结晶纤维素内核，提高酶的可及度。国内外的相关研究和生产实践表明，爆破预处理是一种比较经济可行的木质纤维预处理技术，目前报道的有蒸汽爆破法、酸爆破法和氨爆破法等几种方式。蒸汽爆破法，主要是利用高压蒸汽，在处理过程中碳水化合物降解会产生有机酸，进而加快反应；酸爆破法和蒸汽爆破法类似，主要是通过预酸化，来加速降解；这两种方法，得到的底物都呈酸性，不仅对设备腐蚀严重，必须要进行碱中和及洗涤，产生大量废水和固体废物；而且对半纤维素破坏严重，同时木质素缩合后富集在纤维素表面，导致酶的无效吸附并阻碍了酶对纤维素的可及度，影响后续酶解发酵过程。氨爆破法是利用液态氨来处理原料，是蒸汽爆破法与碱处理法的结合，能有效去除木质素，抑制物产生量小，但氨属于有毒类介质，且成本高、气味大，其使用安全性、氨的回收和环境污染等方面仍面临巨大挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种木质生物质碱氧爆预处理装置，减少木质素缩合，避免三废产生，增强木质生物质的预处理效果。本专利技术的另一目的在于，提供一种上述木质生物质碱氧爆预处理装置的预处理方法。本专利技术的技术方案为：一种木质生物质碱氧爆预处理装置，包括均质化处理设备、预热管、爆破反应器和喷放锅；所述均质化处理设备的出口通过第一管道与预热管的入口连接，第一管道上设有第一阀门，预热管的出口通过第二管道与爆破反应器的入口连接，第二管道上设有第二阀门，爆破反应器上设设有第三阀门和第四阀门，第三阀门用以向爆破反应器通入蒸汽，第四阀门用以向爆破反应器通入氧气，爆破反应器内设有螺旋轴，爆破反应器的出口通过第三管道与喷放锅连接，第三管道上设有第五阀门，喷放锅的顶部设有旋风分离器，喷放锅通过第四管道与预热管连接，预热管上设有第六阀门，第六阀门用以排出剩余气体。进一步，所述均质化处理设备为搓丝机、挤压撕裂机和螺旋挤压机中的至少一种。进一步，所述爆破反应器为夹套式结构或直通式结构。本专利技术的另一技术方案为：上述木质生物质碱氧爆预处理装置的预处理方法，包括以下步骤：步骤S1：关闭所有阀门，启动均质化处理设备，在入口处加入木质生物质，降低物料外观尺寸并实现混料，在出口处喷洒碱性药剂；步骤S2：打开第一阀门，将混有药剂的物料输送进预热管进行预热，然后关闭第一阀门，打开第二阀门，使预热管内的物料进入爆破反应器，关闭第二阀门；步骤S3：打开第三阀门通入蒸汽，加热物料至反应温度，关闭第三阀门；步骤S4：打开第四阀门通入氧气，加压至反应压力，关闭第四阀门，进行碱氧爆反应；步骤S5：打开第五阀门，进行快速释压爆破，预处理的物料经旋风分离器进入喷放锅，废气通过第四管道输送至预热管内，废气的余热对物料进行预热，剩余的废气通过第六阀门排出。进一步，所述步骤S1中碱性药剂的质量比为1～10％。进一步，所述碱氧爆反应的反应温度为120℃～180℃。进一步，所述碱氧爆反应的反应压力为0.8MPa～2.0MPa。进一步，所述碱氧爆反应的反应时间为3～30min。本专利技术相对于现有技术，具有以下有益效果：本专利技术的木质生物质碱氧爆预处理装置，通过在爆破反应器前增加均质化处理设备，通过均质化处理减小原料外观尺寸和混合均匀性；同时，在碱性爆破中引入氧气，替代有毒且存在安全风险的氨，利用氧气的脱木素作用，进一步提升爆破预处理效果，降低爆破处理底物中的残留木素量，减少抑制物的产生。附图说明图1为本专利技术的木质生物质碱氧爆预处理装置的结构示意图。均质化处理设备1、预热管2、爆破反应器3、喷放锅4、第一阀门5、第二阀门6、第三阀门7、第四阀门8、第五阀门9、第六阀门10。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1如图1所示，本实施例提供了一种木质生物质碱氧爆预处理装置，包括均质化处理设备1、预热管2、爆破反应器3和喷放锅4。如图1所示，均质化处理设备的出口通过第一管道与预热管的入口连接，均质化处理设备为搓丝机、挤压撕裂机和螺旋挤压机中的至少一种，第一管道上设有第一阀门5，预热管的出口通过第二管道与爆破反应器的入口连接，第二管道上设有第二阀门6，爆破反应器上设设有第三阀门7和第四阀门8，第三阀门用以向爆破反应器通入蒸汽，第四阀门用以向爆破反应器通入氧气，爆破反应器为夹套式结构或直通式结构，爆破反应器内设有螺旋轴，爆破反应器的出口通过第三管道与喷放锅连接，第三管道上设有第五阀门9，喷放锅的顶部设有旋风分离器，喷放锅通过第四管道与预热管连接，预热管上设有第六阀门10，第六阀门用以排出剩余气体。如图1所示，本实施例中，将初步粉碎、除杂的生物质原料加入搓丝机中进行均质化处理，处理后物料的颗粒尺度<1mm，在搓丝机出口处喷洒NaOH溶液，添加量为1％；打开第一阀门使物料进入预热管，然后关闭第一阀门，通入少量蒸汽，加热至80℃；打开第二阀门，加热后的物料进入爆破反应器，然后关闭第二阀门。爆破反应器采用夹套式结构，先打开第四阀门在内腔中通入氧气直至压力达到2.0MPa，然后再打开第三阀门在夹套中通入蒸汽升温至150℃，反应3min后，打开第五阀门快速施压喷放，经旋风分离器分离后进入喷放锅，分离的气体通过第四管道送回预热管，进行余热再利用，所得物料得率为85％，糖损失率为6％。实施例2本实施例与实施例1的区别在于，将初步粉碎、除杂的生物质原料加入挤压撕裂机中进行均质化处理，处理后物料的颗粒尺度<1mm，在挤压撕裂机出口处喷洒MgO粉末，添加量为10％；打开第一阀门使物料进入预热管，然后关闭第一阀门，通入少量蒸汽，加热至90℃；打开第二阀门，加热后的物料进入爆破反应器，然后关闭第二阀门。爆破反应器采用夹套式结构，先打开第四阀门在内腔中通入氧气直至压力达到1.5MPa，然后再打开第三阀门在夹套中通入蒸汽升温至180℃，反应30min后，打开第五阀门快速施压喷放，经旋风分离器分离后进入喷放锅，分离的气体通过第四管道送回预热管，进行余热再利用，所得物料得率为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种木质生物质碱氧爆预处理装置，其特征在于，包括均质化处理设备、预热管、爆破反应器和喷放锅；/n所述均质化处理设备的出口通过第一管道与预热管的入口连接，第一管道上设有第一阀门，预热管的出口通过第二管道与爆破反应器的入口连接，第二管道上设有第二阀门，爆破反应器上设设有第三阀门和第四阀门，第三阀门用以向爆破反应器通入蒸汽，第四阀门用以向爆破反应器通入氧气，爆破反应器内设有螺旋轴，爆破反应器的出口通过第三管道与喷放锅连接，第三管道上设有第五阀门，喷放锅的顶部设有旋风分离器，喷放锅通过第四管道与预热管连接，预热管上设有第六阀门，第六阀门用以排出剩余气体。/n

【技术特征摘要】
1.一种木质生物质碱氧爆预处理装置，其特征在于，包括均质化处理设备、预热管、爆破反应器和喷放锅；
所述均质化处理设备的出口通过第一管道与预热管的入口连接，第一管道上设有第一阀门，预热管的出口通过第二管道与爆破反应器的入口连接，第二管道上设有第二阀门，爆破反应器上设设有第三阀门和第四阀门，第三阀门用以向爆破反应器通入蒸汽，第四阀门用以向爆破反应器通入氧气，爆破反应器内设有螺旋轴，爆破反应器的出口通过第三管道与喷放锅连接，第三管道上设有第五阀门，喷放锅的顶部设有旋风分离器，喷放锅通过第四管道与预热管连接，预热管上设有第六阀门，第六阀门用以排出剩余气体。


2.根据权利要求1所述的木质生物质碱氧爆预处理装置，其特征在于，所述均质化处理设备为搓丝机、挤压撕裂机和螺旋挤压机中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的木质生物质碱氧爆预处理装置，其特征在于，所述爆破反应器为夹套式结构或直通式结构。


4.根据权利要求1-3任一所述的木质生物质碱氧爆预处理装置的预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：关闭所有阀门，启动均质化处理设备，在入口处加入木质生物质，降低物料外观尺寸并实现混料，在出口处喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐峻，孙乾乾，楼宏铭，李军，陈克复，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44