[发明专利]一种木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺

说明书

技术领域

本发明属于木质纤维素生物质原料预处理的制备技术领域，特别涉及一种木质纤维素生物质原料连续汽爆工艺。

背景技术

生物质具有可再生性和低污染性，现在已经成为可再生能源的重要组成部分。木质纤维素原料中含有纤维素、半纤维素和木质素，除半纤维素聚合度低、容易降解外，纤维素和木质素结晶度高，生物降解难度极大。

蒸汽爆破是现在应用较广的一种能够使生物快速降解的预处理方法。借助高温高压蒸汽渗入半纤维素、木质素或纤维素的无定形区，使纤维束润胀，造成半纤维素的降解和木质素的部分降解，保压一段时间后瞬间释放，破坏纤维束的组织，为下一步快速生物降解奠定基础。

目前的汽爆装置多为间歇式，但也有一些连续汽爆装置出现。专利号为200520120307.X的实用新型专利申请公开了一种连续蒸煮加压喷爆制浆技术装备，其核心设备是立式连蒸器和加压喷爆器，立式连蒸器上端装有减压螺旋进料机，下端的出料螺旋和加压喷爆器前端法兰密封连接，加压喷爆器后端通过管道、阀门与汽浆分离器和汽液分离器连通，原料用低压饱和蒸汽蒸煮，高压气体加压喷爆。

中国专利200910036569.2公开了一种螺杆注射式植物纤维蒸汽爆破装置及方法，该装置包括料筒、在料筒内设有与其配合的挤压螺杆，料筒上设有进出料口，出料口处设快开阀门，挤压螺杆由驱动机构驱动，在挤压螺杆后端设有推进活塞，在料筒上设有温度控制器，可以对爆破压力、温度及停留时间分别进行控制，能够实现半连续操作，但存在能耗大的问题。

国外主要有加拿大的SunOpta公司利用高压连续汽爆装置处理生物质，利用往复式活塞的机械装置连续地将纤维质挤压形成料塞送入蒸煮器，物料为高压进料，压力可达3MPa，再利用针形阀破碎料塞至松散状态，物料在蒸煮器中停留一定时间，通过喷放阀进行喷放；在蒸煮器上设有防反喷装置；整套装置为高压系统，能耗较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以实现连续化生产、适合于木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺，包括以下步骤：

1）将粉碎后的木质纤维素生物质原料送入洗涤机进行洗涤；

2）洗涤后的物料送至分离器，通入蒸汽进行预蒸，从分离器出来的液体返回洗涤机回用；

3）从分离器分离出来的固体物料送入蒸煮器，同时通入蒸汽，将物料中的半纤维素分解成戊糖；

4）蒸煮后的物料送至戊糖分离机分离出戊糖溶液，固体物料送至缓存罐进行暂存；

5）缓存的物料送至喷放罐，通入蒸汽升温保压一段时间，然后打开喷放阀进行加压喷放；喷放后的物料进入收集器，分别收集气相、液相和固相产物。

步骤1）中所述洗涤装置为水力洗草机。

步骤2）中所述分离器包括带夹套的斜置筒体和设置于内部的螺旋推进装置；筒体上设有多个小孔、物料进出口和排净口；夹套上设有蒸汽进口和液体出口；生物质原料由粉碎机粉碎后配成悬浮液泵入分离器，预蒸结束后进入蒸煮器。

步骤3）中所述蒸煮器包括筒体和设置于内部的螺旋推进装置，筒体上设有物料进出口和蒸汽进口。

步骤4）中所述戊糖分离机包括筒体和设置于内部的螺旋推进装置，筒体上设有物料进出口和戊糖溶液出口；所述缓存罐包括筒体和物料进出口。

步骤5）中所述喷放罐包括筒体、物料进出口和蒸汽进口；所述收集器包括筒体和其上设置的物料进口、气体出口和液固相出口；所述喷放阀为快开阀。

在本发明中，所述分离器、蒸煮器、戊糖分离机均为螺旋推进装置，可单段也可多段组成；洗涤机为常压操作；而分离器、蒸煮器、戊糖分离机、缓存罐、喷放罐和收集器为带压操作，操作压力为0.1~2.0MPa，其中分离器、蒸煮器、戊糖分离机、缓存罐和收集器的操作压力相同均为0.1~0.6 MPa，喷放罐操作压力为0.6~2.0MPa，通过分离器、蒸煮器和喷放罐上设置的蒸汽进口通入蒸汽实现系统的保压作用。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、预先分离出生物质半纤维素所降解的戊糖溶液，可大大减少副产物的生成，有利于戊糖的利用；

在利用蒸汽爆破工艺处理纤维类生物质发酵乙醇过程中，由于原料在高温高压处理过程中产生很多副产物，这些副产物大多对发酵、酶解过程有害，需要去除掉。本发明是将生物质中半纤维素转化的戊糖先去除掉，因为戊糖最易转化为糠醛，而糠醛对乙醇发酵、酶解过程毒害很大，因此本发明可以降低预处理过程毒害物的产生。