[发明专利]生物质原料中有价组分的环保分离工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质原理的处理方法，尤其涉及一种从生物质原料中选择性分离出有价组分的方法。

背景技术

目前国内在生物质处理上普遍采用酸、碱化学药剂和有机溶剂进行选择性分离，虽然本领域技术人员一直在深入探索先进的生物质原料的预处理方法，但目前的总体处理成本还是居高不下，与常规商品化的燃料和化学品相比，在生产成本上依然缺乏竞争力。为了能够满足工业化生产和商品化应用的要求，生物质原料的预处理工艺还有待改进。

苏雷什·钱德拉·斯里瓦斯塔瓦等人在CN101680165A号中国专利文献（申请号为200880014753.0）中公开了一种用于分离生物质组分的单步方法，其采用不混溶于水的有机溶剂（丁醇和异戊醇等）、酸（无机酸）以及溶解在酸性水溶液中的金属盐催化剂（硫酸铜、硫酸亚铁等）的混合物，在预定的温度和压力下溶解生物质中的木质素和降解半纤维素，而纤维素进入渣相，木质素进入有机相中，半纤维素降解在水相中，纤维素却保留在固相中，从而达到选择性分离的目的。然而，该方法的药剂消耗大、能耗较高，且有机溶剂的再生也存在困难，难以真正达到绿色无污染和环保性分离的目的。

史蒂芬·布鲁克斯在CN102239186A号中国专利文献（申请号为200980147092.3）中公开了一种生物质的处理方法，其是在非水混溶剂体系中采用超声波预处理生物质，包括在酸性（如醋酸、甲酸等有机酸和硫酸等无机酸）非水混溶性介质（如甲基异丙基甲酮等有机溶剂）中将生物质材料消化，生物质中的木质素被提取至有机相，半纤维素材料和已溶解的糖被提取至水相，纤维素则留在生物质残余物中。但此方法中仍然存在化学药剂的消耗和有机溶剂再生等可能影响环保效果的缺陷和不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作方便、设备投资少、原料廉价易得、环境污染少、可实现生物质资源循环利用的生物质原料中有价组分的环保分离工艺。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种生物质原料中有价组分的环保分离工艺，包括以下步骤：先将生物质原料破碎，然后加水对破碎后的生物质原料进行磨浸处理，使生物质原料粒度进一步细化；磨浸后的出料进入到搅拌装置中进行活化，活化后再输送到反应釜中进行高温水解，高温水解时的温度控制在150℃～220℃，压强控制在0.5MPa～3MPa，高温水解完成后将反应产物过滤，滤液主要包含生物质原料中半纤维素的水解成分，滤渣可进行后续处理。

作为对上述环保分离工艺的进一步改进，对所述滤渣先加水调浆，并调节浆液的pH值至碱性（优选至弱碱性），调浆过程中通入臭氧并在紫外光照条件下进行氧化降解；将调浆后的生物质细料输送到搅拌装置中进行强化搅拌（优选超声波强化搅拌）选择性氧化浸出，该氧化浸出过程中通入臭氧，控制温度在60℃～100℃，氧化浸出后的反应产物再进行固液分离，滤液主要包含生物质原料中木质素的降解成分，最后的滤渣主要为生物质原料中的纤维素。

上述的环保分离工艺中，所述生物质原料优选主要为竹材类生物质原料，例如天然的高分子竹材类原料。竹材类生物质原料中含有大量的纤维素、半纤维素和木质素及抽提物（例如多糖、果胶、含氮化合物和无机物成分等），其元素组成一般含碳约为50%，含氢约为6%，含氮约为0.05～0.4%。尽管不同竹材细胞壁的结构和组成差异很大，但纤维素的含量一般都占到其干重的50%～60%，半纤维素含量占到19%～24%，木质素含量占到19%～25%，更多的情况下，纤维素是被半纤维素和木质素包裹，因此直接采用现有常规的物理方法难以达到有效分离的目的，而采用化学方法所消耗的化学药剂和能耗又达不到绿色环保的目标，因此，本发明提出的上述环保分离工艺特别适合于对竹材类生物质原料，以达到使竹材类生物质原料中各有价组分进行有效分离的目的。因此，上述技术方案中的有价组分主要是指经环保分离后得到的纤维素、半纤维素或木质素等。上述的生物质原料中，优选含纤维素50%～60%，含半纤维素19%～24%，含木质素15%～25%（均是指质量分数）。

上述的环保分离工艺中，所述破碎后的生物质原料的粒度优选控制在20～100目。

上述的环保分离工艺中，所述磨浸处理后的出料粒度优选控制在-400目占95%以上。

上述的环保分离工艺中，所述浸渍液的添加量满足浸渍液与破碎后的生物质原料的液固比优选为（3～8）︰1（量纲为L/kg）。

上述的环保分离工艺中，所述磨浸处理优选是在磨浸机中进行（其研磨介质优选为氧化铝陶瓷球）。