一种提高生物质材料制备液化生物油收率的预处理方法技术

本发明专利技术公开了一种提高生物质材料制备液化生物油收率的预处理方法，该预处理方法步骤如下：A、将待处理的生物质材料破碎；B、将破碎的生物质材料放入电磁蒸汽发生器中进行高温高压蒸汽处理；C、高温高压蒸汽处理的生物质材料放入配置有超声波发生器或微波发生器的反应槽内的离子混合液中进行浸泡；D、启动超声波发生器或微波发生器对浸泡后的生物质材料进行超声处理或微波处理。本发明专利技术的预处理方法结合高温高压蒸汽、电解质和过氧化物组成的混合离子液、以及高频率超声波或者微波择一进行联合处理，能够高效促进酶解效果，大幅提高液化生物油收率，故适宜推广使用。故适宜推广使用。

【技术实现步骤摘要】
Dale,Richard TElander,Matthew Falls,Bonnie Hames,Mark T Holtzapple,Michael R Ladisch,Y Y Lee,Nathan Mosier,Venkata R Pallapolu,Jian Shi,Steven R Thomas,Ryan E Warner，Comparative data on effects of leading pretreatments and enzyme loadings and formulations on sugar yields from different switchgrass sources，Bioresour Technol.2011Dec；102(24):11052
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62]。稀酸法可以高效地降解半纤维素，使酶解纤维素糖的转化率有很大的提高。然而，稀酸预处理仍然是生物质转化燃料中成本最高的步骤，这些成本主要包括添加酸、特殊的耐酸反应器和酸中和步骤方面的费用[Chaogang Liu,C.Wyman,The Effect of Flow Rate of Very Dilute Sulfuric Acid on Xylan,Lignin,and Total Mass Removal from Corn Stover，Ind.Eng.Chem.Res.2004,43,11,2781
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2788]。
[0005]碱预处理是除稀酸法预处理之外的另一重要化学预处理方法。碱预处理根据其使用的化学品不同可以分成为两类：一类是利用氢氧化钠和氢氧化钙、另一类就是利用氨。通过碱预处理，半纤维素显著地溶解到溶液中，但是相对于稀酸法，半纤维素的溶解较小。氢氧化钠和氢氧化钙预处理使半纤维素的分子量变小，对纤维素有着溶胀作用，这些变化使得纤维素与酶的接触变大，利于酶解糖化。
[0006]水热法预处理中，水的状态可分为液态和气态，主要包括高压热水预处理和蒸气爆破预处理。热水预处理具有不需要催化剂、不需要特殊反应器和预处理前对生物质颗粒要求不大的优点[van Walsum,G.P.,Allen,S.G.,Spencer,M.J.,Laser,M.S.,Antal,M.J.,and Lynd,L.R.(1996),Appl.Biochem.Biotechnol.57/58,157
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170]。高压热水法很早就应用到生物质预处理过程中，是将木质纤维素在一定压力和一定温度作用下进行预处理。在高压热水作用下，热水可以渗透到木质纤维素内部，高温热水呈现出弱酸性并提供水合氢离子，从而引起半纤维素与纤维素的降解，最后又形成了其他酸(如乙酸和糖醛酸)，这些酸又作为一种催化剂对碳水化合物进行分解。预处理降解部分纤维素，并将半纤维素移去，从而消除其对半纤维素酶的空间阻碍，增加了酶解效率。半纤维素与部分木质素在180℃时一起在热水中溶解，而且随着反应温度和时间的增大溶解下来的更多[David R.Thompson and Hans E.Grethlein,Design and Evaluation of a Plug Flow Reactor for Acid Hydrolysis of Cellulose,Ind.Eng.Chem.Prod.Res.Dev.1979,18,3,166
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169]。
[0007]热水预处理的另一种重要方法就是蒸气爆破法，该方法可以弱化木质纤维素的结构，从而增加其化学与生物可降解性。通常情况下，生物质在热水温度为160
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260℃(压力为0.69～4.83MPa)条件下停留几秒或几分钟之后释放压力使其变成常压。在蒸气爆破过程中，蒸气穿透细胞结构，高温引起半纤维素和木质素的转移，从而提高纤维素的消化率[Mohammad J.Taherzadeh and Keikhosro Karimi,Enzyme
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based hydrolysis processes for ethanol from lignocellulosic materials:a review,Bioresources，2007，2:707]。
[0008]在常用的预处理技术中，机械粉碎、稀酸及碱法预处理存在能耗多、成本高和不同程度的环境污染等问题。生物预处理虽然具有能耗低、无污染等优点，但预处理时间较长，效率低、酶和微生物成本较高，难以达到工业化要求。蒸汽爆破法相比其他预处理技术具有处理时间短、化学药剂用量少、无污染和能耗低等优点，但处理过程会产生抑制物。因此，寻找高效经济的预处理技术对纤维乙醇产业化发展具有重要意义。理想的预处理技术应满足以下条件[姜岷,曲音波,鲍杰,等.非粮生物质炼制技术:木质纤维素生物炼制原理与技术
[M].北京:化学工业出版社,2018:6
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30]：(1)有效分离纤维素、半纤维素和纤维素；(2)避免生成对后续酶解发酵有害的抑制物；(3)避免糖类的降解和损失；(4)预处理过程所用的化学品应尽量环保，无腐蚀性，不产生有害物质；(5)减少纤维素酶量，兼顾下游工艺，尽可能降低能耗和成本。
[0009]离子液体预处理技术是近来发展起来的新技术。离子液体具有化学稳定性及热稳定性好和不可燃性等优点，同时在常温下以液体状态存在，被称为绿色溶剂[ELGHARBAWY AA,ALAM M Z,MONIRUZZAMAN M,et al.Ionicliquid pretreatment as emerging approaches for enhanced enzymatichydrolysis of lignocellulosic biomass[J].Biochemical Engineering,2016,109:252
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267]。离子液体是由有机阳离子和无机阴离子组成的、能够在相对较低温度下实现对生物质原料的降解。木质纤维素中纤维素的有序结构及其分子内、分子间的氢键作用，使得纤维素很难被酶降解，而离子液体中阴阳离子与纤维素羟基的相互作用可显著提高其溶解纤维素的能力[HALDER P,KUNDU S,PPATEL S,et al.Progress on the pretreatmentof lignocellulosic biomass employing ionic liquids[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2019,105:268
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292]。由于离子液体的独特属性，其在生物质尤其是纤维素含量较高的生物质原料(如柳枝稷、棉纤维和甘蔗渣等)预处理过程中得到了广泛应用[ZHANG S,SUN J,ZHANG X,et al.Ionic liquid
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based greenprocesses for energy production[J].Chemical Society Reviews,2014,43(22):7838
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高生物质材料制备液化生物油收率的预处理方法，其特征在于：该预处理方法步骤如下：A、将待处理的生物质材料破碎；B、将破碎的生物质材料放入电磁蒸汽发生器中进行高温高压蒸汽处理；C、高温高压蒸汽处理的生物质材料放入配置有超声波发生器或微波发生器的反应槽内的离子混合液中进行浸泡；D、启动超声波发生器或微波发生器对浸泡后的生物质材料进行超声处理或微波处理。2.根据权利要求1所述的提高生物质材料制备液化生物油收率的预处理方法，其特征在于：所述步骤A中的生物质材料的含水率为8
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15%。3.根据权利要求1所述的提高生物质材料制备液化生物油收率的预处理方法，其特征在于：所述步骤B中的电磁蒸汽发生器的蒸汽压力不超过7个大气压、蒸汽温度为165
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171℃；所述步骤B中的电磁蒸汽发生器的功率为6
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15kW、热转化效率≥98.8%。4.根据权利要求1或3所述的提高生物质材料制备液化生物油收率的预处理方法，其特征在于：所述步骤B中的电磁蒸汽发生器进行高温高压蒸汽处理保压加热设定时间后，直接打开泄压阀快速泄压到常压状态。5.根据权利要求1所述的提高生物质材料制备液化生物油收率的预处理方法，其特征在于：所述步骤C中的离子混合液的电导率为2.0～5.0mS/cm、工作温度为60...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡进，陈湘萍，
申请(专利权)人：陈湘萍四川睿慈金诚科技有限公司，
类型：发明
国别省市：