[发明专利]基于碱预处理的木质纤维素类原料梯级利用工艺

说明书

本发明公开了基于碱预处理的木质纤维素类原料梯级利用工艺，该工艺包括：(1)将木质纤维素原料粉碎后加入碱液进行碱预处理；(2)预处理后物料进行固液分离；(3)对固体A进行厌氧发酵处理，获得生物燃气；(4)液体B搅拌后迅速倒入无机酸溶液中，调节pH值为4.1～4.5，充分搅拌后进行固液分离；(5)将固体C经清洗、冷冻、干燥后获得木质素颗粒；(6)在液体D中加入乙醇进行沉降处理，调节pH值为4.1～4.5，静置后真空过滤，滤渣为半纤维素，滤液经干燥后获得磷酸二氢钠。本发明对预处理液进行处理，制备木质素颗粒、半纤维素和磷酸二氢钠盐，最终实现木质纤维素原料的高效转化利用。

技术领域

本发明涉及木质纤维素原料能源化利用技术领域，具体是涉及基于碱预处理的木质纤维素类原料梯级利用工艺。

背景技术

由于化石能源的短缺和环境保护的需要，人们对生物燃料的需求越来越大，而厌氧发酵是所有生物燃料生产技术中最节约能耗的生产过程。木质纤维素生物质被广泛应用于厌氧发酵生产甲烷，其甲烷产量与原料的生物降解性息息相关。虽然木质纤维素原料具有良好的厌氧发酵潜力，但是难降解的结构特性导致其无法直接转化为高甲烷产量。因此，通过预处理破坏木质纤维素结构，提高原料的厌氧发酵性能是极为重要的。

传统的预处理技术可以分为物理、化学、生物预处理。其中，碱预处理是最常用的且去除木质素效果最好的预处理技术之一，相比于其他化学预处理，碱处理的反应条件较为温和，不需要高温高压等条件。而氢氧化钠预处理相比于其他碱预处理，如碳酸钠脱木素较低、氢氧化铵需要在高温高压下才能达到氢氧化钠预处理效果和生石灰周期过长等。氢氧化钠作为处理木质纤维素常用的碱试剂脱颖而出。但氢氧化钠预处理也存在一些弊端，即会产生大量的预处理液对环境造成危害。对预处理液进行处理，并生产具有附加值的产品，可在提升木质纤维素原料厌氧发酵性能的同时，提高经济性和实现环境保护。

通常，木质纤维素原料经过预处理后，仅利用内部结构被破坏的固体部分进行厌氧发酵，而含有被去除的木质素和碳水化合物的液体部分常被弃去。预处理液中含有的大量的木质素可以用制备木质素纳米颗粒。木质素纳米颗粒具有较高的利用价值，可以用于混凝土、塑料和纳米医药的制备。预处理液中的半纤维可以分离沉淀，用于工业开发和生物技术。当前通用的酸沉淀黑液制木质素会引入盐无法利用，造成资源流失，故需要提供一种综合碱预处理和酸沉淀工艺进一步提高整个过程的能量转化效率和经济性。

发明内容

为了解决现有技术的问题，针对木质纤维素原料的内部结构复杂的特点，本发明提出一种基于碱预处理的木质纤维素类原料梯级利用工艺，在提高木质纤维素原料厌氧发酵性能的同时，对预处理液进行处理，制备木质素颗粒、半纤维素和磷酸二氢钠盐，使木质纤维素类原料的全组分得到综合高效利用，解决了木质纤维素原料预处理过程中成本高，预处理液无法有效利用的问题，最终实现木质纤维素原料的高效转化利用。

本发明的目的是提供一种基于碱预处理的木质纤维素类原料梯级利用工艺，该工艺包括如下步骤：

(1)将木质纤维素原料粉碎后加入碱液进行碱预处理；

(2)将步骤(1)中预处理后物料进行固液分离，得到固体A和液体B；

(3)将步骤(2)中得到的固体A进行厌氧发酵处理，获得富含甲烷的生物燃气；厌氧发酵处理完成后，将厌氧发酵剩余物进行回流参与下一次的厌氧发酵处理；

(4)将步骤(2)中得到的液体B进行充分搅拌后迅速转移至无机酸溶液中，调节pH值为4.1～4.5，充分搅拌后进行固液分离，得到固体C和液体D；

(5)将步骤(4)中得到的固体C经清洗、冷冻、干燥后获得木质素颗粒；

(6)在步骤(4)中得到的液体D中加入乙醇进行沉降处理，调节pH值为4.1～4.5，静置后真空过滤，所得的滤渣即为半纤维素，所得的滤液经真空干燥后获得磷酸二氢钠。

优选地，步骤(1)中的碱液为氢氧化钠溶液。