[发明专利]一种高效拆解甘蔗渣的方法及装置

说明书

本发明公开了一种高效拆解甘蔗渣的方法及装置，该装置包括拆解反应罐、乙二醇加热罐、热交换器、酸沉罐和压滤机。该方法包括如下步骤：1)蔗渣粉碎；2)将去离子水、氢氧化钠和乙二醇按质量比为0～21:1～12:78～88混合得到乙二醇‑碱溶剂；3)将乙二醇‑碱溶剂与甘蔗渣按一定比例混合置于反应罐内加热至120～180℃后保持恒温，然后将加热至与反应罐内温度相同的乙二醇从罐底通入罐内置换提取液；4)将提取液送入酸沉罐进行酸沉，再经固液分离，固体部分获得木质素，液体部分获得糖类化合物和乙二醇；5)将反应罐的残渣压滤后获得纤维素、半纤维素混合物。本发明既能够实现高木质素的去除率，又能得到高纤维素的保留率，而且采用的装置能够持续置换拆解溶剂，避免木质素的吸附和沉积。

技术领域

本发明属于有机固体废弃物资源化利用的技术领域，具体是一种高效拆解甘蔗渣的方法及装置。

背景技术

全球工业化进程引起的全球环境污染与资源匮乏问题日渐严峻，在“碳达峰”、“碳中和”的战略需求背景下，开发绿色、可持续的生物质精炼技术，实现可再生的木质纤维原料进行多值化、高值化利用，是人类社会、经济可持续发展的客观要求。甘蔗渣是甘蔗制糖最大的副产物，具有原料集中、均一、成分稳定，质量可控，收集简单等特点，是实现木质纤维素生物质转化的优质原料。同时，甘蔗渣是世界上产量最大的木质纤维素农业废弃物之一，年产量约50千万吨，其中广西年产量约1千万吨。在我国,绝大部分的甘蔗渣被用于燃烧发电，其余则用于造纸。然而，造纸工业利用的也仅为其中的纤维素组分，占甘蔗渣质量一半以上的半纤维素和木质素被破坏并汇入黑液废水中作为低值燃料。当前木质纤维素生物质转化为高附加值产物的相关技术仍然缺乏，同时，木质纤维素中三大组分(纤维素、半纤维素和木质素)共同形成了一个高度抗水解的有机物整体，这种结构上的坚韧是木质纤维素利用中遇到的最大挑战。因此，要将甘蔗渣价值最大化，必须先从原料前端进行组分拆分，获得具有足够纯度和质量的木质素，才能以此作为平台化合物，在后续过程中按市场的需求进行有效地转化。为此，急需研发一种高效拆解甘蔗渣的方法及装置，以实现高木质素的去除率且回收高纯度木质素，又能得到高纤维素的保留率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高效拆解甘蔗渣的方法及装置，通过该方法能够获得具有足够纯度和质量的木质素，而且提高纤维素的回收率；该装置能持续置换拆解溶剂，避免木质素的吸附和沉积。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

本发明一种高效拆解甘蔗渣的方法，包括如下操作步骤：

(1)蔗渣粉碎：将含水率为8～12％的甘蔗渣粉碎，筛选长度为2～3cm的甘蔗渣；

(2)调质乙二醇-碱溶剂：将去离子水、氢氧化钠和乙二醇按质量比为去离子水:氢氧化钠:乙二醇＝0～21:1～12:78～88混合后得到乙二醇-碱溶剂；

(3)高温拆解:将步骤(2)的乙二醇-碱溶剂与步骤(1)的甘蔗渣按1000mL乙二醇-碱溶剂:83.30g蔗渣的比例放入拆解反应罐内搅拌混合，并加热至120～180℃的拆解温度后保持恒温，然后将加热至与反应罐内拆解温度相同的乙二醇从拆解反应罐底部通入反应罐内部置换提取液，置换提取液持续30～80min后停止反应；

(4)将拆解反应罐的提取液从拆解反应罐顶部流出，送入酸沉罐进行酸沉，再经机械固液分离，固体部分获得酸不溶木质素，液体部分获得糖类化合物和乙二醇；

(5)将拆解反应罐反应完成后的残渣清出，经压滤机压滤后获得纤维素、半纤维素混合物。

所述步骤(3)中，放入拆解反应罐内的乙二醇-碱溶剂与甘蔗渣是在500rpm的转速下进行机械搅拌10min后密封加热至120～180℃。

所述步骤(3)中，加热至与反应罐内拆解温度相同的乙二醇是以100mL/min的流速从拆解反应罐底部通入反应罐内部置换提取液。