[发明专利]一种木质纤维素的联合预处理方法及其系统

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及一种采用稀酸循环与碱性球磨相结合进行木质纤维素预处理的方法和系统。

背景技术

木质纤维素预处理是指利用化学和物理方法，使它的三种成份纤维素与木质素、半纤维素分离开。同时打开纤维素内部氢键，成为无定型纤维素，打断部分糖苷键，降低聚合度，水解半纤维素成木糖、阿拉伯糖等单糖，并提高后续酶解效率。

目前预处理的方法有浓酸法、稀酸温烤法、碱处理法、二氧化硫法、过氧化物法、蒸汽爆破法、氨纤爆破法、二氧化碳爆破法、湿氧化法、热液法等多种方法。但其中的很多方法因产率低、环境污染、设备成本和运行成本高、操作复杂等原因未被推广，其中较为成熟的方法仅蒸汽爆破法及稀酸温烤法两种。

蒸汽爆破法(Brownell and Saddler，1984)是在不加任何催化剂的情况下，利用高压蒸汽(一般200℃～230℃)迅速升温，期间产生的乙酸及水在高温下解离出的H⁺催化木质纤维素中大部分半纤维素水解，并改变纤维素的晶型为无定型结构以有利于后继酶解。但是，由于蒸汽爆破法产生的乙酸及其他一些酸的酸性较弱，导致催化效率较低，反应速率较慢，半纤维水解效果并不是很理想(一般仅65％～70％左右)，并且乙酸也是一种发酵抑制产物；蒸汽爆破法木质素去除率比较低，一些未被转化为糖单体的糖低聚体以及一些高温时溶解的木质素会在冷却后沉降黏附于纤维素表面，影响后续酶解；同时这些未被完全水解的糖低聚体要用不同的酶对它们进行酶解，因此要一一利用它们显然不太现实。

稀酸温烤法(Tsao et al.1982)也是目前使用较为成熟的方法。用低浓度的硫酸(1％～2％)在接近100℃(一般为90℃～95℃)的温度下对木质纤维素处理4～24小时，水解半纤维素并改变纤维素晶型、增大其比表面积以有利于后续酶解。但稀酸温烤法的半纤维水解率同样也不高(70％～80％)，木质素去除率低，而且稀酸温烤法的反应时间较长，动力成本消耗过大，较长的反应时间导致糖单体进一步生成糠醛、甲酸、乙酸、羟甲基糠醛等发酵抑制产物，影响后继酶解。因此，迫切需要我们寻找一种新的方法以得到较高的糖产率、木质素去除率和较少抑制产物来代替现有的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能够有效提高木质纤维素中半纤维素转化率、木质素去除率、纤维素酶解转化率以及减少发酵抑制产物的方法。

本发明的另一目的在于提供一种能够配合上述方法的系统。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种木质纤维素的联合预处理方法，将木质纤维素粉碎后装入循环反应器中，并注入稀酸，打开循环泵在温度为50℃～200℃下进行循环反应，反应结束后将得到的水解液除酸，用于发酵；循环反应器内剩余的木质纤维素冲洗后，放入球磨机中加碱液进行球磨，球磨完毕除碱后用于后继酶解。

50℃～100℃循环反应时为常压反应；100℃～200℃循环反应时采用氮气加压，加压到2MPa～4MPa。碱液为浓度为1％～20％的NaOH水溶液、Ca(OH)₂水溶液、Ca(OH)₂悬浊液或氨水。

一种木质纤维素的联合预处理系统，包括反应器、储酸罐和储液罐，其中反应器的顶部通过管道与储酸罐相通，反应器的底部通过管道与储液罐相通，其特征在于在反应器的进出口之间串接有循环泵，循环泵的入口与反应器底部相通，循环泵的出口与设在反应器顶部的喷淋头相通；反应器固体物料的入口与粉碎机的出口相通，反应器固体物料的出口与连有储碱罐的球磨机相通。

本发明的目的具体可以通过以下措施达到：