[发明专利]一种木质生物质碱氧爆预处理装置及预处理方法

说明书

本发明公开了一种木质生物质碱氧爆预处理装置及预处理方法，预处理装置包括均质化处理设备、预热管、爆破反应器和喷放锅；均质化处理设备的出口通过第一管道与预热管的入口连接，第一管道上设有第一阀门，预热管的出口通过第二管道与爆破反应器的入口连接，第二管道上设有第二阀门，爆破反应器上设设有第三阀门和第四阀门，第三阀门用以向爆破反应器通入蒸汽，第四阀门用以向爆破反应器通入氧气，爆破反应器内设有螺旋轴，爆破反应器的出口通过第三管道与喷放锅连接，第三管道上设有第五阀门，喷放锅的顶部设有旋风分离器，喷放锅通过第四管道与预热管连接，预热管上设有第六阀门。可以选择性降解木质素，减少酶解抑制物的产生，糖损失率低。

技术领域

本发明涉及生物质材料技术领域，特别涉及一种木质生物质碱氧爆预处理装置及预处理方法。

背景技术

木质生物质是自然界中最丰富的含碳有机大分子功能体，在生物基材料、化学品、高附加值燃料等领域展现出诱人的前景。但是木质生物质材料结构非常复杂，其主要组分是纤维素、半纤维素和木质素，纤维素组成微细纤维构成纤维细胞壁的网状骨架，半纤维素和木素则填充在纤维之间和微细纤维之间，起“粘合”和“填充”作用。在植物生长过程中，构成植物细胞壁的微细纤维(纤维素)是被木素、半纤维素包裹着的，且其本身也存在着高度结晶性和木质化，阻碍了酶与纤维素的接触，使其难以直接被生物降解，导致酶解效率非常低，增加经济成本。因此，对于大多数木质纤维素材料而言，必须进行适当的预处理，以破坏植物细胞壁的结构和组成分布，打开生物质抗降解屏障，暴露结晶纤维素内核，提高酶的可及度。

国内外的相关研究和生产实践表明，爆破预处理是一种比较经济可行的木质纤维预处理技术，目前报道的有蒸汽爆破法、酸爆破法和氨爆破法等几种方式。蒸汽爆破法，主要是利用高压蒸汽，在处理过程中碳水化合物降解会产生有机酸，进而加快反应；酸爆破法和蒸汽爆破法类似，主要是通过预酸化，来加速降解；这两种方法，得到的底物都呈酸性，不仅对设备腐蚀严重，必须要进行碱中和及洗涤，产生大量废水和固体废物；而且对半纤维素破坏严重，同时木质素缩合后富集在纤维素表面，导致酶的无效吸附并阻碍了酶对纤维素的可及度，影响后续酶解发酵过程。氨爆破法是利用液态氨来处理原料，是蒸汽爆破法与碱处理法的结合，能有效去除木质素，抑制物产生量小，但氨属于有毒类介质，且成本高、气味大，其使用安全性、氨的回收和环境污染等方面仍面临巨大挑战。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种木质生物质碱氧爆预处理装置，减少木质素缩合，避免三废产生，增强木质生物质的预处理效果。

本发明的另一目的在于，提供一种上述木质生物质碱氧爆预处理装置的预处理方法。

本发明的技术方案为：一种木质生物质碱氧爆预处理装置，包括均质化处理设备、预热管、爆破反应器和喷放锅；

所述均质化处理设备的出口通过第一管道与预热管的入口连接，第一管道上设有第一阀门，预热管的出口通过第二管道与爆破反应器的入口连接，第二管道上设有第二阀门，爆破反应器上设设有第三阀门和第四阀门，第三阀门用以向爆破反应器通入蒸汽，第四阀门用以向爆破反应器通入氧气，爆破反应器内设有螺旋轴，爆破反应器的出口通过第三管道与喷放锅连接，第三管道上设有第五阀门，喷放锅的顶部设有旋风分离器，喷放锅通过第四管道与预热管连接，预热管上设有第六阀门，第六阀门用以排出剩余气体。

进一步，所述均质化处理设备为搓丝机、挤压撕裂机和螺旋挤压机中的至少一种。

进一步，所述爆破反应器为夹套式结构或直通式结构。

本发明的另一技术方案为：上述木质生物质碱氧爆预处理装置的预处理方法，包括以下步骤：

步骤S1：关闭所有阀门，启动均质化处理设备，在入口处加入木质生物质，降低物料外观尺寸并实现混料，在出口处喷洒碱性药剂；