[发明专利]一种适合于大规模生物炼制的木质纤维素原料供给模式

说明书

本发明公开一种适合于大规模生物炼制的木质纤维素原料供给模式。在利用秸秆等木质纤维素通过生物炼制生产燃料乙醇和生物基化学品的工艺中，运输成本占原料成本的50‑75％；运输成本随着收集半径的增加而急剧提高，严重制约了生物炼制工厂的规模。本发明采用就地对木质纤维素原料进行前处理和预处理，提高原料运输密度后根据需求定期或不定期的运送到生物炼制工厂进行后续的生物炼制加工。本发明通过对木质纤维素原料进行预处理，将其体积密度提高3.5倍，大幅降低了原料的运输成本；与传统的原料供给模式相比，纤维素乙醇生产成本降低了14％，在中国的东北和华东地区可建立每天处理10,000吨干木质纤维素原料的超大规模生物炼制工厂。

【技术领域】

本发明涉及木质纤维素生物炼制领域，是一种适合于大规模生物炼制的木质纤维素原料供给模式。

【背景技术】

对于一般的加工企业，扩大生产规模可以降低单元产品的成本。但是对于生物炼制工厂，扩大规模就意味着扩大木质纤维素原料的收集范围。木质纤维素原料的低密度、高分散、难储存的特点，以及受季节、天气等因素的严重制约的特性，使得其运输成本随收集范围的增加而急剧增加。在短时间内对资源分布分散的木质纤维素生物质原料进行大规模的收集、打包并输送到工厂进行储存加工，对生物炼制不成熟的原料供应链仍是重要挑战。实现大规模生物炼制工厂的长周期连续运行，其重要前提是低成本、高效率的木质纤维素原料供应链的建立。

在生物质收集方面，目前国内外产业化过程中普遍采用原料供应链模式是区域站点收集的方式，即将小型收集区域内收集到木质纤维素原料在各个站点打包、成球或压块，将原料压缩至松散状态密度的10倍以上再运输到生物炼制工厂，但这一方式的设备成本和电耗很高。近年来，美国密歇根州立大学的Dale教授等提出了一种改进的区域站点收集方法，即将生物炼制过程中预处理操作分散至区域站点，生物质经过液氨膨爆预处理过程加工后生物质呈干固体形态并且无废水产生，通过干燥和成球化增加物料密度后再将预处理原料运输至生物炼制工厂，从而降低了原料收集成本。然而，分散预处理模式要求预处理过程基本无废水排放、低能耗、设备易于小型化，同时产品必须实现高密度形态并易长期储存，因此不是所有的预处理方法都适合于分散预处理。AFEX(氨纤维爆破预处理)是应用于分散预处理模式的第一个案例，但AFEX预处理物料偏碱性，长期储存较为困难；AFEX预处理后仍需采取干燥成球化处理达到较高的物料密度；高温成球化过程降低原料的可发酵糖类含量；用于氨气回收的电耗和设备成本较高。其它预处理技术，如常规稀酸预处理、稀碱(或脱乙酰基)方法、中性热水法等，则以其大量废水排放和其液浆形态的特征，不适合分散预处理模式。

【发明内容】

本发明是基于生物炼制的策略来解决生物质原料供应问题。目的在于解决生物质运输成本过高的问题。本方法可以大幅度降低生物质原料的运输成本，进而降低生物炼制产品成本，扩大生物炼制工厂规模。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

将原料收集地划分若干个小型收集区域，在小型收集区域建立区域处理站点，在区域处理站点将小型收集区域内收集到的木质纤维素原料进行前处理和干式稀酸预处理，然后对干式稀酸预处理的原料进行简单的机械磨浆。处理后的原料根据生物炼制工厂的需要运输到工厂进行加工或者就地储存。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

1、本发明可大幅提高木质纤维素原料的运输密度(3.5倍)，降低木质纤维素原料的运输成本(53％)，进而降低生物炼制产品成本(14％)，如图1所示；

2、本发明通过干法稀酸预处理中产生的抑制物以及预处理所创造的酸性环境使处理后的物料能够长期储存而不受杂菌微生物的侵染。同时，较高的体积密度意味着较低的储存空间，从而减低储存成本；

3、本发明可大幅度降低区域处理站点单位生物质原料的加工能耗和资金投入，而且没有废水产生，如表1所示；

表1使用干式稀酸预处理和按纤维素爆破预处理的区域站点比较