气相蒸煮与闪蒸耦合预处理生物质的方法技术

可再生生物质资源的开发利用受到广泛重视，生物质的利用首先要经过预处理步骤，预处理过程决定着生物质产品的生产效率、生产成本和产品质量等。因此开发清洁高效的预处理方法对于生物质利用非常关键。本发明专利技术提供一种气相蒸煮与闪蒸耦合预处理生物质的方法，将生物质原料置于一定温度和压力的气相介质中蒸煮一定时间后，再通过闪蒸释放和回收气相介质，根据实际需求，气相介质可以是无机或有机物，如水蒸汽、乙醇蒸汽等，气相蒸煮过程发生了系列化学和物理变化，打破了生物质原料的天然结构，便于后续利用。此方法可用于生物基能源、材料和化学品生产过程的生物质原料预处理，也可用于中药炮制和天然植物纤维脱胶等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物质原料高值利用领域，特别涉及。
技术介绍
在上个世纪初的时候，绝大多数的非燃料工业产品，包括染料，涂料，医药，化学品，布匹，合成纤维和塑料，基本上都是来源于生物质。但是到了上世纪70年代，来源于石油的有机化合物在相当大的程度上取代了来源于生物质的这些产品，其市场占有量达到 95%以上，在能源消耗的比例上，石油的份额超过了 70%以上。但是石油资源的日益枯竭， 化石能源的大量使用造成的温室效应等环境污染等等，从世界工业发展趋势来看，生物质原料要在某种程度上逐渐取代石油原料成为新一代工业通用原料。科学家和工程师正在不停的努力开发新的技术，降低生物生物质炼制成本，增加生物基产品的应用范围，同时，世界各国的政府和民众也日益认识到开发利用生物基资源的重要性，不断地通过环境措施和立法手段推动企业和科研机构开发新的生物基资源。生物基产品经济又重新萌芽，生产生物基产品，加工生物基材料的工业需求在形成越来越多的商业机会。今天的生物基产品已经种类繁多，包括燃料，化工产品，日用品，医药和材料等。从生物质的直接物理化学加工中就可以得到一些产品，这些产品包括纤维素，淀粉，油脂，蛋白质，木质素和萜类等，从碳水化合物出发，利用生物技术加工手段还可以生产出更多的间接性的产品。生物基产品的不断开发和生产对于减少对化石资源的依赖性以及改善人类的生存环境和生活质量具有重要的意义。生物质转化是世界上最大的碳循环之一，生物基产品的生产和应用对于缓解人类资源、能源危机和日益严峻的环境污染问题具有举足轻重的作用。生物质原料广泛多样，组分复杂，因此必须先对生物质原料进行预处理，才能进行后续的加工和炼制。针对不同的生物质原料和后续的转化工艺需求，开发高效低能耗的原料预处理技术是生物质实现生物质高值化利用的关键。生物质预处理技术研究是国内外研究的热点，生物质预处理方法有物理法如粉碎、高能辐射、微波处理和超临界等；化学法如酸预处理、碱预处理、溶剂处理、臭氧处理等；生物法如用白腐菌等发酵处理；综合法如汽爆和多种方法综合预处理。各种预处理方法都有它的优势和局限性，总体看来大都不能满足工业化的要求，目前酸预处理和汽爆爆预处理已用于产业化，酸预处理技术由于对设备要求高、污染严重而逐渐被淘汰，汽爆预处理技术无污且能耗较低，是较为理想的技术，但还需进一步完善，如与其他技术组合和汽爆方式的改变等降低能耗和效率。本专利技术提供的是化学和物理方法的综合预处理，采用气相介质蒸煮减少反应介质的使用量和能量消耗，采用闪蒸有利于介质的迅速释放对物料的松散、膨化作用和介质的回收利用。本方法有以下优势一、可根据生物质特性和目标产物的要求采用不同的气相介质，包括有机介质和无机介质，有机介质如乙醇、甲醇、苯酚、乙二醇等，无机介质如水、氯气等；二、气相蒸煮方法对于生物质原料和目标产物具有广谱性，本方法对所有的生物质都适应，能满足几乎所有生物基产品的需要，如能源、材料、化学品、食品、中药、饲料、肥料、植物纤维等生产的预处理需求。可根据不同的产物导向选择不同的气相介质和气相蒸煮工艺。本方法克服了其他预处理方法能耗较高和对目标产物的局限性等缺点，是一种有广泛前景的生物质预处理方法。
技术实现思路
本专利技术的目的本专利技术的目的是针对生物质资源高值化利用的需求量日益增大， 而生物质预处理方法不能满足其要求的问题，提供一种。技术方案本专利技术提供的，包括如下步骤(1)气相蒸煮将生物质原料经切割、粉碎或浸泡等前处理后放入气相蒸煮罐，充入气体介质，在0. 2-3. OMPa压力下气相蒸煮0. 5_120min ；(2)闪蒸气相蒸煮后闪蒸将蒸煮罐内的气相介质快速放出并采用冷凝等方法回收，气相介质释放完毕后将生物质从蒸煮罐中取出，根据目标产品的需求进行后续加工。技术特点本专利技术的核心是生物质原料的高效清洁预处理，通过用气相蒸煮与闪蒸耦合预处理生物质，气相介质蒸煮减少反应介质的使用量和能量消耗，闪蒸有利于介质的迅速释放对物料的松散、膨化作用和介质的回收利用，利用不同有机和无机介质的使用满足不同生物质原料和不同生物基产品生产的需求。具体实施例方式实施例1以玉米秸秆酶解发酵为目的的预处理过程如下(1)气相蒸煮将玉米秸秆原料切割成3-5cm，加水调节水分含量为30%，放入气相蒸煮罐，充入水蒸汽，在ι. 压力下气相蒸煮6min ；(2)闪蒸气相蒸煮后闪蒸将水蒸汽快速放出，蒸汽释放完毕后将秸秆物料从气相蒸煮罐中卸出；(3)将气相蒸煮和闪蒸处理后的玉米秸秆物料用纤维素酶酶解，在纤维素酶用量为10FPA/g干物料，pH 4. 8，50°C下酶解4 后，纤维素的酶解率达到85%，酶解得到的糖可用于乙醇、乳酸、丁醇等发酵。实施例2以汉麻纤维清洁脱胶为目的的预处理过程如下(1)气相蒸煮将汉麻原麻在水中浸泡1小时后装笼，放入气相蒸煮罐，充入水蒸汽，在0. 6MPa压力下气相蒸煮:3min ；(2)闪蒸气相蒸煮后闪蒸将蒸汽快速放出，蒸汽释放完毕后将汉麻纤维从气相蒸煮罐中取出；(3)汉麻纤维的后处理将气相蒸煮和闪蒸处理后的苎麻物料进行敲麻处理，去除降解的果胶、半纤维素、木质素组分和其他杂质，敲麻后用(W/ff)液氯漂白5min，漂白完成后在2%的纤维乳化油中40°C浸泡15min完成给油，甩干后用气流干燥便得到脱胶的汉麻精干麻。实施例3以小麦秸秆提取木质素和纤维素酶解发酵为目的的预处理过程如下(1)气相蒸煮将小麦秸秆原料切割成3-8cm，放入气相蒸煮罐，充入乙醇蒸汽，在 1. 3MPa压力下气相蒸煮IOmin ；(2)闪蒸气相蒸煮后闪蒸将乙醇蒸汽快速放出，并通过列管式冷凝器回收乙醇循环利用，乙醇蒸汽释放完毕后将小麦秸秆物料从气相蒸煮罐中卸出；(3)将气相蒸煮和闪蒸处理后的小麦秸秆物料用乙醇提取木质素，木质素提取率为80%，提取木质素后的物料用纤维素酶酶解，在纤维素酶用量为10FPA/g干物料，pH 4. 8，50°C下酶解4 后，纤维素的酶解率到83%。实施例4以麻黄碱提取及麻黄原草综合利用为目的的预处理过程如下(1)气相蒸煮将麻黄原草与水配备成含水量为50%，放入气相蒸煮罐，充入水蒸汽，在1. 2MPa压力下气相蒸煮5min ；(2)闪蒸气相蒸煮后闪蒸将蒸汽快速放出，蒸汽释放完毕后将麻黄原草物料从气相蒸煮罐中取出；(3)取气相蒸煮和闪蒸处理后的麻黄草样品5g，加蒸馏水50mL进行浸提处理。浸取时间为70min，浸取温度为90°C，然后进行麻黄碱提取收率测定。结果表明麻黄碱的提取率为原料的0. 35%，而在相同提取条件下未气相蒸煮的麻黄原草其麻黄碱的提取率为 0. 1%，提高了 3. 5倍。提取麻黄碱后的渣用于酶解发酵乙醇。实施例5以葛根发酵乙醇和提取葛根素为目的的预处理过程如下(1)气相蒸煮将新鲜葛根切割成4_7cm块状大小后，放入气相蒸煮罐，充入水蒸汽，在1. OMPa压力下气相蒸煮:3min ；(2)闪蒸气相蒸煮后闪蒸将蒸汽快速放出，蒸汽释放完毕后将葛根物料从气相蒸煮罐中卸出；(3)将气相蒸煮和闪蒸处理后的葛根物料，直接加入糖化酶(65u/g)、和活化后的酵母，35 37C下，固态同步糖化发酵50h，发酵渣用乙醇提取黄酮，IOOg干葛根可生产的乙醇与葛根黄酮分别为27. 47g、4. 43g，淀粉利用率达到95%，与未本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．气相蒸煮与闪蒸耦合预处理生物质的方法，包括如下步骤：（１）气相蒸煮：将生物质原料放入气相蒸煮罐，充入气体介质，在０．２－３．０ＭＰａ压力下气相蒸煮０．５－１２０ｍｉｎ；（２）闪蒸：气相蒸煮后闪蒸将蒸煮罐内的气相介质快速放出并回收，气相介质释放完毕后将生物质从蒸煮罐中取出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洪章，彭小伟，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：11