[发明专利]一种木质纤维素原料溶解机械预处理方法

说明书

技术领域

本发明属于木质纤维素加工与应用领域，主要涉及一种木质纤维素原料溶解机械预处理方法。

背景技术

目前，不可再生资源日益短缺，能源危机日趋严重，而生物质能源因其来源广泛、可再生性强、价格低廉等优点成为当前国际研究的热点。其中木质纤维素已经成为石化资源的一个理想替代品。木质纤维素原料主要成分含量为纤维素(35％-50％)、半纤维素(20％-40％)和木质素(15％-25％)。在木质纤维原料中，这三种主要成分构成植物体的支持骨架，其中纤维素组成微细纤维，构成纤维细胞壁的网状骨架，而半纤维素和木质素则以共价键相连填充在纤维和微细纤维之间，形成一种类似钢筋水泥交错的“混凝土结构”。

CN101037479A公开了一种溶解纤维素的方法，是将纤维素置于氢氧化钠水溶液中生成碱纤维素作为预处理。CN02133836.1公开了一种脱除木质纤维水解物中微生物生长抑制物的方法，预处理木质纤维素原料经过预处理和酶解后固液分离，水解液再通过大孔树脂的处理实现脱除木质纤维素水解物中抑制物CN201010128362.0公开了一种利用真菌A.resinaeZN1对预处理后的木质纤维素生物质中抑制物进行快速降解的生物脱毒方法。CN102027021A公布了使用超纤维素溶剂和高挥发性溶剂预处理木质纤维素的方法和装置对纤维的溶解进行预处理。最近，生物质精炼应用基础和创新联盟(BiomassRefiningConsortiumforAppliedFundamentalsancInnovation(CAFI))着手了第一个协作项目以发展关于执行主流预处理选择的比较信息。该联盟作出以下结论：最好的预处理包括：稀酸、通流预处理、氨纤维爆破、氨再循环渗滤(ARP)和石灰预处理。另外，在欧洲和加拿大已对两种其它可能的预处理进行了深入的研究：用或不用SO₂浸渍的蒸汽爆破和有机溶剂。

以往溶解和分离木质纤维时多用酸、碱溶液和有机溶剂，这些溶剂体系普遍存在着污染重和回收率低等问题。针对上述现有的木质纤维溶解工艺中存在的问题，本发明基于长期的实践经验及丰富的专业知识积极加以研究和创新，最终发明一种提高木质纤维素溶解效率的机械预处理方法，以解决现有技术中的缺陷。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种木质纤维素原料溶解机械预处理方法。本发明采用机械挤压装置来对木质纤维素进行机械预处理，通过机械设备的连续推进、揉搓和浸渍，破坏了木质纤维素的细胞壁结构，并且使得纤维束分丝和细化，增强了木质纤维素的亲液能力和吸液能力。从而提高木质纤维素的溶解效率。同时本发明也可以实现预处理的连续进料、浸渍、揉搓、脱液和分离一体化过程。

本发明一种木质纤维素原料溶解机械预处理方法，包括以下步骤：

(1)将木质纤维素原料与浸渍液混合、充分搅拌、加热润胀；

(2)将润胀后的木质纤维素原料按一定质量连续输送到机械预处理装置的料斗中；

(3)木质纤维原料和浸渍液经过料斗进入到机械预处理装置的榨樘，然后木质纤维原料由螺旋榨杆挤压装置或滚筒挤压装置带动向前连续揉搓、压榨挤出而浸渍液则从榨樘下侧的微孔中流出；

(5)收集挤压之后得到的木质纤维素作为溶解原料。

本发明提供的方法中，步骤(1)中所述的木质纤维素原料包括一切含有纤维素的原料，如化学浆、机械浆、α-纤维素、微晶纤维素、木材或草类秸秆等。

本发明提供的方法中，步骤(1)中所述的浸渍液为一切纤维素的有效分散溶剂。

本发明提供的方法中，步骤(2)所述的机械预处理装置的主要部件有榨樘、螺旋榨杆挤压装置、滚筒挤压装置、可分离式料斗、电机等。

本发明提供的方法中，步骤(3)中所述的螺旋榨杆挤压装置包括长度为40cm单螺杆挤压装置和双螺杆挤压装置等。其中，单螺杆挤压装置包括进料口、螺杆电机、螺杆旋转轴、螺杆套管、出料口和挤出液出口；双螺杆挤压装置包括进料口、螺杆电机、螺杆旋转轴、螺杆套管、出料口和挤出液出口；单螺杆挤压装置水平放置，包括大小头，大头为进料起始端，起始端上部设有进料料斗；小头设有出料口，进料口与出料口通过螺杆连接，大头和小头的内径比为2∶1-4∶1。木质纤维素原料和浸渍液在螺杆和螺杆套管之间碾压，破坏了木质纤维素的细胞壁结构，使得木质纤维素细化，增大了木质纤维素的比表面积，从而使得浸渍液充分进入到了木质纤维素的内部，使得木质纤维素与浸渍液充分接触，更加有利于木质纤维素的溶解。

本发明提供的方法中，步骤(3)中所述的滚筒挤压装置包括进料口、滚筒电机、双滚筒、出料口等。