利用生物秸稈制備低聚木糖、溶解漿和生物燃油的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種利用生物秸稈制備低聚木糖、溶解漿和生物燃油的方法，所述方法包括對(duì)生物秸稈進(jìn)行預(yù)蒸煮、酶解、多級(jí)壓榨逆流洗滌得到酶解渣和酶解洗滌液，并將所述酶解洗滌液進(jìn)行澄清處理和進(jìn)一步提純，然后濃縮、干燥制備低聚木糖；同時(shí)利用所述酶解渣制漿，分離出黑液，并將分離后的漿料依次進(jìn)行洗滌篩分、脫木素、預(yù)處理、漂白制備溶解漿；將黑液經(jīng)氣化、凈化、費(fèi)托合成制生物燃油。本發(fā)明專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)了秸稈資源的充分、高效利用，有利于降低生產(chǎn)成本、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，并且生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)廢氣、廢液和廢渣排放，是環(huán)境友好的綠色生產(chǎn)技術(shù)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于生物質(zhì)綜合利用領(lǐng)域，具體涉及一種利用生物秸桿制備低聚木糖、溶解漿和生物燃油的方法。
技術(shù)介紹
隨著能源短缺、環(huán)境污染和氣候變化形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，生物秸桿綜合利用產(chǎn)業(yè)已成為引領(lǐng)當(dāng)代世界科技創(chuàng)新和先進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展的又一個(gè)新的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。生物秸桿是制備溶解漿工業(yè)最常用的非木材纖維原料之一，它們生長(zhǎng)迅速，產(chǎn)量巨大，與木材原料在化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)等方面存在較多的不同，如纖維素與半纖維素的結(jié)合、纖維素與木素的結(jié)合較為松散，易于蒸煮，并且蒸煮后的生物秸桿易于打漿。這些特點(diǎn)使得其制漿工藝與黑液特性等均具有特殊性，尤其表現(xiàn)在黑液黏度大、蒸發(fā)過(guò)程容易結(jié)垢等問(wèn)題上，造成黑液提取及堿回收系統(tǒng)運(yùn)行相對(duì)困難，而生物秸桿制漿黑液黏度居高不下除了硅含量高外，大量細(xì)小纖維的存在也是重要原因，基于此，可以考慮其它利用方式。生物秸桿原料中半纖維素主要由聚戊糖組成，可作為制備木糖的原料，所以如果能在常規(guī)制漿之前進(jìn)行有效的前期處理，既可以提取出大部分半纖維素，用以制備木糖產(chǎn)品，同時(shí)還有望得到高質(zhì)量的溶解漿。中國(guó)專利CN 102268833 B公開(kāi)了利用汽爆、水洗處理后的農(nóng)作物秸桿制備溶解漿，但其并未給出水解液、黑液的進(jìn)一步利用方式，同時(shí)其對(duì)農(nóng)作物秸桿的前期處理以及制備過(guò)程均未能對(duì)農(nóng)作物秸桿形成更為充分、高效的利用。因此，有必要提出一種可以對(duì)生物秸桿資源進(jìn)行充分、高效利用的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種利用生物秸桿制備低聚木糖、溶解漿和生物燃油的方法，以充分、高效地利用現(xiàn)有的生物秸桿資源。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案:一種利用生物秸桿制備低聚木糖、溶解漿和生物燃油的方法，所述方法包括:a、預(yù)蒸煮:將生物秸桿破碎、除雜，與三價(jià)稀土鹽、酸性離子水混合，進(jìn)行預(yù)蒸煮，其中，所述三價(jià)稀土鹽的用量為生物秸桿干基質(zhì)量的0.5?3wt%，所述生物秸桿干基與酸性離子水的質(zhì)量比為1:3?1:8 ;在預(yù)蒸煮時(shí)，向進(jìn)行預(yù)蒸煮操作的反應(yīng)器中通入氧氣，所述氧氣的通入量為生物秸桿干基質(zhì)量的I?5wt%，所述預(yù)蒸煮的溫度為160?180°C、壓力為1.5MPa?2.0MPa、時(shí)間為5?15min ；b、酶解:將步驟a預(yù)蒸煮后的漿料降溫至50?60°C，利用酸性離子水調(diào)節(jié)pH至4.0?6.0，并加入基于單位生物秸桿干基質(zhì)量200?600個(gè)標(biāo)準(zhǔn)酶活的木聚糖酶，酶解2?4h ；c、多級(jí)壓榨逆流洗滌:將步驟b酶解后的漿料進(jìn)行多級(jí)壓榨逆流洗滌，得到酶解洗滌液和洗凈的酶解渣；d、將步驟c得到的酶解洗滌液進(jìn)行澄清處理，以脫除固相顆粒，得到澄清液；e、將步驟d得到的澄清液進(jìn)一步提純，以脫除無(wú)機(jī)鹽，以及分子量不大于300道爾頓和分子量不小于1200道爾頓的有機(jī)物，剩余澄清液經(jīng)濃縮、干燥，得到低聚木糖；f、制漿:以步驟c得到的酶解渣為原料制漿，制漿條件為:將所述酶解渣與堿性離子水、亞硫酸鹽、甲醛和稀土氧化物混合，并在常壓下加熱蒸煮，蒸煮溫度為130?170°C，蒸煮時(shí)間為I?3h，分離出黑液，得到分離黑液后的漿料；其中，亞硫酸鹽用量為酶解渣干基質(zhì)量的12?18wt%，甲醛用量為酶解渣干基質(zhì)量的I?2wt%，稀土氧化物用量為酶解渣干基質(zhì)量的0.1?0.5wt%，酶解渣干基與堿性離子水的質(zhì)量比為1:3?1:5 ;g、洗滌篩分:對(duì)分離黑液后的漿料進(jìn)行洗滌、篩分，以篩除未分解殘?jiān)按掷w維束；h、脫木素:向步驟g洗滌篩分后的漿料中加入鎂鹽，利用堿性離子水調(diào)節(jié)漿料固含量為8?12wt%，PH值為10?12，進(jìn)行氧脫木素反應(yīng)，其中所述鎂鹽用量為漿料固含量的0.5?2wt% ;反應(yīng)時(shí)，向氧脫木素反應(yīng)器內(nèi)通入氧氣和蒸汽，反應(yīng)器內(nèi)壓力為0.5?0.6MPa,溫度為90?120°C，反應(yīng)時(shí)間為60?90min，氧氣用量為漿料固含量的3?5wt %;1、預(yù)處理:將三價(jià)稀土鹽和酸性離子水加入步驟h脫木素后的漿料中，調(diào)節(jié)漿料固含量為8?12wt %，pH值為4?5，控制漿料溫度為50?60°C，常壓預(yù)處理30?60min，其中，所述三價(jià)稀土鹽的加入量為漿料固含量的0.5?lwt% ;j、將步驟i的預(yù)處理產(chǎn)物漂白，得溶解漿成品；k、制合成氣:將步驟f分離出的黑液氣化制備合成氣；1、費(fèi)托合成:將步驟k制得的合成氣凈化、調(diào)節(jié)碳?xì)浔群螅?jīng)費(fèi)托合成制生物燃油。在本專利技術(shù)的步驟a中，所述生物秸桿需要進(jìn)行預(yù)蒸煮，以便于后續(xù)酶解制備低聚木糖，其中，所述生物秸桿可以為麥草、稻草、玉米秸桿或其它農(nóng)作物秸桿等。優(yōu)選地，所述生物秸桿在預(yù)蒸煮前破碎至3?5cm，然后經(jīng)空氣除塵和物料除塵并分選祛除葉、穗和節(jié)及塵土等，再三價(jià)稀土鹽、酸性離子水混合。在步驟a中，所涉及的預(yù)蒸煮過(guò)程可以是間歇式蒸煮過(guò)程或連續(xù)式蒸煮過(guò)程，優(yōu)選為在連續(xù)式蒸煮反應(yīng)器(例如，天津中輕機(jī)械有限公司生產(chǎn)的TS0040型連續(xù)式蒸煮反應(yīng)器)中進(jìn)行的連續(xù)式蒸煮過(guò)程，采用本專利技術(shù)的預(yù)蒸煮過(guò)程，可以有效脫除半纖維素，有助于提高溶解漿質(zhì)量。根據(jù)本專利技術(shù)的方法，優(yōu)選地，所述酸性離子水的pH值為1.8?5.0，進(jìn)一步優(yōu)選為2.0?3.0，具體可為:2.0,2.3或3.0 ;氧化還原電位為750?1300mV，進(jìn)一步優(yōu)選為1100?1260mV，具體可為:1260mV、1200mV或IlOOmV ;所述堿性離子水的pH值為9.0?13.0，進(jìn)一步優(yōu)選為11.0?13.0，具體可為:11.5,12.4,12.5,12.6 ;氧化還原電位為-550 ?-1000mV，優(yōu)選為-800 ?-lOOOmV，具體可為:_867mV、_948mV、_967mV、_992mV。根據(jù)本專利技術(shù)的方法，優(yōu)選地，所述酸性離子水和堿性離子水為含0.5?3wt%^9三價(jià)稀土鹽的蒸餾水電解所得；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述蒸餾水中三價(jià)稀土鹽的濃度為I?2wt%。。所述酸性和堿性離子水均可由普通電解法制備，或由磁化電解液法和/或低溫電解法制備，上述方法均為本領(lǐng)域所熟知，例如，普通電解法的具體制備方法如下:將上述含0.5?3wt%。的三價(jià)稀土鹽的蒸餾水電解5min?3h ；電解條件為:電壓20?60V，電流0.1?1A，以制得酸性離子水和堿性離子水。在本專利技術(shù)中，加入所述三價(jià)稀土鹽無(wú)論是對(duì)制備低聚木糖還是制備溶解漿均具有重要意義，所述三價(jià)稀土鹽可以是任一種或多種稀土元素的三價(jià)鹽。優(yōu)選地，所述三價(jià)稀土鹽為三價(jià)稀土元素的硝酸鹽、鹽酸鹽和/或硫酸鹽，例如硝酸鈰、氯化鑭以及硫酸釔等。根據(jù)本專利技術(shù)的方法，優(yōu)選地，在步驟a中，所述三價(jià)稀土鹽的用量為生物秸桿干基質(zhì)量的I?2wt%，所述生物秸桿干基與酸性離子水的質(zhì)量比為1:4?1:6 ;所述氧氣的通入量為生物秸桿干基質(zhì)量的2?4wt%，所述預(yù)蒸煮的溫度為165?175°C、壓力為1.6MPa ?1.8MPa、時(shí)間為 8 ?1min ；在本專利技術(shù)的步驟b中，利用木聚糖酶對(duì)預(yù)蒸煮產(chǎn)物進(jìn)行酶解，不僅可以分解木聚糖，還可以進(jìn)一步溶出秸桿中的木質(zhì)素。優(yōu)選地，所述木聚糖酶為內(nèi)切木聚糖酶、外切β-木聚糖酶、木二糖苷酶和黑曲霉木聚糖酶中的一種或多種的混合酶。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述木聚糖酶為黑曲霉木聚糖酶，加入量為基于單位生物秸桿干基質(zhì)量300?500個(gè)標(biāo)準(zhǔn)酶活，以獲得更佳的酶解效果。在本專利技術(shù)的步驟c中，對(duì)經(jīng)步驟b酶解后的漿料采用多級(jí)壓榨逆流洗滌的方式進(jìn)行分離，以在減少洗滌液用量的同時(shí)保證分離效果本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種利用生物秸稈制備低聚木糖、溶解漿和生物燃油的方法，其特征在于，所述方法包括：a、預(yù)蒸煮：將生物秸稈破碎、除雜，與三價(jià)稀土鹽、酸性離子水混合，進(jìn)行預(yù)蒸煮，其中，所述三價(jià)稀土鹽的用量為生物秸稈干基質(zhì)量的0.5～3wt％，所述生物秸稈干基與酸性離子水的質(zhì)量比為1：3～1：8；在預(yù)蒸煮時(shí)，向進(jìn)行預(yù)蒸煮操作的反應(yīng)器中通入氧氣，所述氧氣的通入量為生物秸稈干基質(zhì)量的1～5wt％，所述預(yù)蒸煮的溫度為160～180℃、壓力為1.5MPa～2.0MPa、時(shí)間為5～15min；b、酶解：將步驟a預(yù)蒸煮后的漿料降溫至50～60℃，利用酸性離子水調(diào)節(jié)pH至4.0～6.0，并加入基于單位生物秸稈干基質(zhì)量200～600個(gè)標(biāo)準(zhǔn)酶活的木聚糖酶，酶解2～4h；c、多級(jí)壓榨逆流洗滌：將步驟b酶解后的漿料進(jìn)行多級(jí)壓榨逆流洗滌，得到酶解洗滌液和酶解渣；d、將步驟c得到的酶解洗滌液進(jìn)行澄清處理，以脫除固相顆粒，得到澄清液；e、將步驟d得到的澄清液進(jìn)一步提純，以脫除無(wú)機(jī)鹽，以及分子量不大于300道爾頓和分子量不小于1200道爾頓的有機(jī)物，剩余澄清液經(jīng)濃縮、干燥，得到低聚木糖；f、制漿：以步驟c得到的酶解渣為原料制漿，制漿條件為：將所述酶解渣與堿性離子水、亞硫酸鹽、甲醛和稀土氧化物混合，并在常壓下加熱蒸煮，蒸煮溫度為130～170℃，蒸煮時(shí)間為1～3h，分離出黑液，得到分離黑液后的漿料；其中，亞硫酸鹽用量為酶解渣干基質(zhì)量的12～18wt％，甲醛用量為酶解渣干基質(zhì)量的1～2wt％，稀土氧化物用量為酶解渣干基質(zhì)量的0.1～0.5wt％，酶解渣干基與堿性離子水的質(zhì)量比為1：3～1：5；g、洗滌篩分：對(duì)分離黑液后的漿料進(jìn)行洗滌、篩分，以篩除未分解殘?jiān)按掷w維束；h、脫木素：向步驟g洗滌篩分后的漿料中加入鎂鹽，利用堿性離子水調(diào)節(jié)漿料固含量為8～12wt％，pH值為10～12，進(jìn)行氧脫木素反應(yīng)，其中所述鎂鹽用量為漿料固含量的0.5～2wt％；反應(yīng)時(shí)，向氧脫木素反應(yīng)器內(nèi)通入氧氣和蒸汽，反應(yīng)器內(nèi)壓力為0.5～0.6Mpa，溫度為90～120℃，反應(yīng)時(shí)間為60～90min，氧氣用量為漿料固含量的3～5wt％；i、預(yù)處理：將三價(jià)稀土鹽和酸性離子水加入步驟h脫木素后的漿料中，調(diào)節(jié)漿料固含量為8～12wt％，pH值為4～5，控制漿料溫度為50～60℃，常壓預(yù)處理30～60min，其中，所述三價(jià)稀土鹽的加入量為漿料固含量的0.5～1wt％；j、將步驟i的預(yù)處理產(chǎn)物漂白，得溶解漿成品；k、制合成氣：將步驟g分離出的黑液氣化制備合成氣；l、費(fèi)托合成：將步驟k制得的合成氣凈化、調(diào)節(jié)碳?xì)浔群螅?jīng)費(fèi)托合成制生物燃油。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李秀芳，張冰青，陳家效，王斌，陳浩，張祎晶，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：李秀芳，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：河南;41