一种木质纤维素生物炼制的预处理方法技术

本发明专利技术涉及一种木质纤维素生物炼制的预处理方法。该方法通过对木质纤维素原料进行一次中温自催化水解反应、过滤、水洗和浓缩等工艺步骤得到供发酵用的五碳糖和少量六碳糖，再通过二次碱式碳酸盐催化降解反应、过滤、水洗、减蒸等工艺过程得到木质素和纤维素。本发明专利技术使用碳酸盐作为催化剂有利于有效脱出木质纤维素生物质中的木质素，提高纤维素酶解的效率，降低纤维素乙醇的生产成本。本发明专利技术木质纤维素原料的生物炼制方法能够使五碳糖回收率在９０％以上，木质素回收率在９１％以上，纤维素回收率在９３％以上。该处理方法工艺简单，成本低，无需强碱或强酸，环境友好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物能源开发
，涉及纤维素乙醇的生物制备技术，具体涉及，用于提供生产纤维素乙醇的原料及高附加值产PIPR o
技术介绍
随着石油资源的枯竭、石油价格的上涨和环境的恶化，寻找新型可再生资源替代 化石资源和开发洁净能源已成为工业生物
的研究热点。生物质能的开发，可以缓 解对石油资源的依赖、控制二氧化碳的排放，并促进农业新型产业链的发展，对推动我国社 会主义新农村建设具有重要意义。 燃料乙醇作为一种可再生的洁净能源，从上世纪70年代在美国、巴西开始推行。 我国乙醇的生产能力已达到500多万吨/年，其中燃料乙醇的年产量保持在110万吨左右， 仅次于巴西、美国，居世界第三位。但我国十五期间燃料乙醇四大生产基地(华润、吉林、 天冠和丰源)主要以粮食(玉米、小麦)为原料，存在原料与人争粮，与粮争地的问题、 工艺成本高(盈利主要靠政府补贴)、废水排放量大(低浓度发酵)等严重不足。在国外 由于大量使用玉米为原料开发生物能源导致玉米价格持续增长。美国在经过了将粮食转化 为乙醇的热潮之后，美国农业部和能源部的研发机构正积极开发将富含纤维素的生物质转 化为乙醇的生产技术。纤维素乙醇技术的开发和纤维素乙醇的商业化生产正渐成气候和规 模。 木质纤维素原料是地球上产量最大的可再生资源，包括林木、农作物秸秆、农副产 品加工下脚料等，在自然生态系统的能量流与物质循环流中占有重要位置，是生产燃料酒 精的潜在资源，对解决未来能源问题有着巨大的潜力。 我国是一个农业大国，每年形成的农业废弃物约有7亿吨，其中麦草秸秆1. 1亿 吨，稻草秸秆1. 8亿吨，棉秸1300万吨，大豆秸秆1500万吨，其中麦草秸秆产量约占秸秆总 量的约18% 。除少数秸秆被作为牲畜饲料、农家肥和农村燃料外，大多数秸秆被堆放或直接 焚烧，不仅造成生物质资源的巨大浪费，也带来严重的环境污染问题。利用这些农村秸秆发 展生物能源，通过技术攻关，估计可以生产出纤维素非粮乙醇7000万吨以上，足以解决我 国面临的能源危机，同时可以为生物化工发展提供原料。因此开发以木质纤维素原料生产 乙醇的工艺是未来乙醇生产的发展方向。不仅可以缓解对石油资源的依赖，还可避免对粮 食安全构成威胁。大力发展纤维素乙醇是解决能源问题的一条积极可行的路线。 国外关于纤维素乙醇的产业化示范基地建设从20世纪末开始。进展最大的是最 近三年。2004年，加拿大Iogen公司投资2000万余美元在渥太华建成了一套每天可处理 40吨小麦秸杆的纤维素乙醇示范装置，具有年产260， 000加仑(约1000吨/年)乙醇的能 力。该公司率先利用自产的纤维素酶制剂，采用酶法生产工艺，并连续运行，首次批量生产 出商用纤维素乙醇燃料，并添加到加拿大石油公司加油站的汽油中公开销售。据称其生产 成本已降到$1. 2-1. 4/加仑乙醇。西班牙Abengoa生物能源公司在Salamanca地区成立的首家生物质乙醇厂于2007年上半年开始生产。该工厂每天使用70吨麦杆等农业残余物， 每年将提供500万升燃料级乙醇产品。纤维素酶解与发酵技术是该公司能够生产纤维素乙 醇产品的关键。 我国生产纤维素乙醇有很长的历史，早在1958年黑龙江南岔木材厂水解厂建立 水解车间，以附近林场林产加工的锯末为原料，采用稀酸加压滤水解技术，生产出乙醇和单细胞蛋白。1966年乙醇年产已达到4000吨。进入九五，秸杆转化为乙醇技术再次受到 国家重视。由华东理工大学能源化工系颜涌捷教授支持的课题，开发了纤维素废弃物稀盐 酸水解法制备乙醇技术，被列为国家863项目。但因为其成本高，而无力去进一步推广。在 十五期间，由四家以陈化粮为原料的乙醇生产基地，开始进行纤维素乙醇的生产研究。其 中中粮集团依托中粮生化能源(肇东)有限公司，于2006年4月正式启动1000吨/年纤 维素乙醇中试装置建设，但由于其酶制剂完全依靠进口，吨酒精成本非常高。中国科学院 过程工程研究所在山东泽生生物科技有限公司建立了年产300吨秸杆酶解发酵纤维素乙 醇的产业化示范工程。近年来，河南天冠集团也先后开发了纤维素乙醇示范基地，使原料 转化率达到18%，即六吨秸杆产1吨乙醇。中粮集团在华润燃料乙醇有限公司开展的纤 维素乙醇中试放大依托诺维信公司的酶制剂进行试验，酶制剂成本高昂，吨酒精成本高达 8000-10000元。 目前进行工业实验研究的木质纤维素主要预处理方法为酸法和蒸汽爆破法。酸法 预处理要用到大量稀酸，其环境污染严重，不符合生态环境要求，同时由于木质纤维素在酸 性条件下处理容易产生糠醛等不利于酵母发酵过程的副产物，使其整个脱毒工艺复杂，成 本增高；蒸汽爆破法的主要特征是蒸汽爆碎预处理的费用较低，效果明显，但因为此处理过 程中木质素未被除去，影响了纤维素的后期酶法水解效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，该方法可以得到用于制备纤维素乙醇的原料及高附加值产品，该方法具有工艺简单、可靠、生产效率高、耗能低及废水排放少的优点。 本专利技术的目的是这样实现的 —种木质纤维素生物炼制的预处理方法，包括如下步骤 1)、将木质纤维素原料晾干粉碎，加水调制成浆状，在压力容器中100-24(TC反应10-100分钟，将反应后的物料过滤晾干，收集滤液，滤液浓縮后制备五碳糖和少量六碳糖； 2)、向过滤晾干的物料中加入l-10wt^的碱式碳酸盐，通入空气或氧气，反应压力0. 5-2MPa，在100-20(TC的蒸汽作用下，处理10-90分钟，快速泄压，收集料浆； 3)、步骤2)反应后的料浆经过滤，醇洗后液体经过减压蒸馏，回收乙醇，过滤后的液体沉淀后得到木质素，过滤后的固体部分经过水洗至无色得到纤维素。 其中，步骤1)中所述木质纤维素原料为富含纤维素的生物质原料，如麦秆、稻秆、快速生长的草、木屑、城市生活垃圾等农村生物质、林业生物质和城市生物废弃物等。其中，所述纤维素原料控制湿含量在10%以下，优选湿含量在5% _8%的物料为宜。 其中，步骤1)之前最好对木质纤维素原料去除杂质，如通过清洗去除灰尘杂质，也可以通过其它方法去除原料表面的杂质。 其中，步骤1)中所述木质纤维素原料粉碎的粒度在40-200目，优选80-100目。 其中，步骤i)中所加的水量与原料用量的比值优选2 : 1-6 : 1，最优选4 : i。 其中，步骤2)中所述碱式碳酸盐包含碱金属或碱土金属的碳酸盐类，比如碳酸锂、碳酸铯、碳酸钠、碳酸钙等。 其中，步骤3)中过滤后的液体部分调节pH至7以下沉淀后得到木质素。 其中，步骤3)之后还包含将纤维素在纤维素酶的作用下得到葡萄糖的步骤。 本专利技术通过对木质纤维素原料采用上述生物炼制处理，分别得到五碳糖、少量六 碳糖、木质素和纤维素，糖类物质和纤维素可用于纤维素乙醇的生产。其中，添加适当碳酸 盐作为催化剂，有利于有效脱出木质纤维素生物质中的木质素，提高纤维素酶解的效率，降 低纤维素乙醇的生产成本。本专利技术木质纤维素原料的生物炼制方法能够使五碳糖回收率在 90%以上，木质素回收率在91 %以上，纤维素回收率在93%以上。该处理方法工艺简单，成 本低，无需强碱或强酸，环境友好。具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术做详细说明。 本专利技术中木质纤维素原料的选择 可包含麦秆、稻秆、快本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种木质纤维素生物炼制的预处理方法，其特点在于包括如下步骤：　　１）、将木质纤维素原料晾干粉碎，加水调制成浆状，在压力容器中１００－２４０℃反应１０－１００分钟，将反应后的物料过滤晾干，收集滤液，滤液浓缩后制备五碳糖和少量六碳糖；　　２）、向过滤晾干的物料中加入１－１０ｗｔ％的碱式碳酸盐，通入空气或氧气，反应压力０．５－２ＭＰａ，在１００－２００℃的蒸汽作用下，处理１０－９０分钟，快速泄压，收集料浆；　　３）、步骤２）反应后的料浆经过滤，醇洗后液体经过减压蒸馏，回收乙醇，过滤后的液体部分沉淀后得到木质素，过滤后的固体部分经过水洗至无色得到纤维素。

【技术特征摘要】
一种木质纤维素生物炼制的预处理方法，其特点在于包括如下步骤1)、将木质纤维素原料晾干粉碎，加水调制成浆状，在压力容器中100-240℃反应10-100分钟，将反应后的物料过滤晾干，收集滤液，滤液浓缩后制备五碳糖和少量六碳糖；2)、向过滤晾干的物料中加入1-10wt％的碱式碳酸盐，通入空气或氧气，反应压力0.5-2MPa，在100-200℃的蒸汽作用下，处理10-90分钟，快速泄压，收集料浆；3)、步骤2)反应后的料浆经过滤，醇洗后液体经过减压蒸馏，回收乙醇，过滤后的液体部分沉淀后得到木质素，过滤后的固体部分经过水洗至无色得到纤维素。2. 根据权利要求l所述的预处理方法，其特征在于步骤l)中所述木质纤维素原料控制湿含量在10%以下。3. 根据权利要求2所述的预处理方法，其特征在于所述木质纤维素原料控制湿含量在5% -8%。...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞学锋，李知洪，余明华，姚鹃，龚大春，李志军，曾晶，雷锦成，
申请(专利权)人：安琪酵母股份有限公司，
类型：发明
国别省市：42[中国|湖北]