CN101210033B

CN101210033B - 一种植物纤维原料综合利用技术

Info

Publication number: CN101210033B
Application number: CN2007101689774A
Authority: CN
Inventors: 朱圣东; 吴元欣; 陈启明; 伍昭化; 丁一刚; 池汝安; 喻子牛
Original assignee: Wuhan Institute of Technology
Current assignee: Wuhan Institute of Technology
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: CN101210033A

Abstract

本发明涉及一种植物纤维原料综合利用技术，其不同之处在于包括有以下步骤：(1)植物纤维原料的预处理；(2)稀酸处理；(3)过滤；(4)重复稀酸处理和过滤过程，直至最终滤液中木糖浓度达到9～15％；(5)回收木糖；(6)生产酒精或乳酸；(7)回收磺化木质素。本发明的优点：本发明的优点在于通过对植物纤维原料主要组份的分级分离，实现了利用植物纤维原料生产燃料酒精时植物纤维原料主要组份的综合利用，对植物纤维原料中纤维素，半纤维素和木质素的利用率分别为97％，71％和98％，实现了植物纤维原料资源的有效利用。

Description

一种植物纤维原料综合利用技术

技术领域

本发明涉及一种植物纤维原料综合利用技术。

背景技术

植物纤维原料是世界上最为丰富的可再生资源，植物纤维原料的综合利用是解决人类所面临资源、能源和环境问题，保持社会可持续发展的一条有效途径。目前，人们对于利用植物纤维原料生产燃料酒精进行了大量的研究工作，但由于植物纤维原料的组成结构复杂，缺乏经济实用的植物纤维原料组份的分级分离技术，使得在利用植物纤维原料生产燃料酒精时半纤维素和木质素未能得到很好的利用。对于植物纤维原料中半纤维素的利用，研究重点主要放在利用其水解得到的水解液来生产酒精，但由于水解液中某些成分对酒精发酵有抑制作用，另外是目前工业酒精发酵菌种不能利用戊糖，从而限制了这种半纤维素的利用方法的使用。虽然人们在筛选或是采用基因工程的方法寻求能同时利用葡萄糖和戊糖生产酒精的菌株方面做了大量的工作，但要工业化利用仍有困难。利用植物纤维原料生产燃料酒精时植物纤维原料中半纤维素的另一利用途径是从其水解液中回收木糖，但得率仅为理论得率的50％(Process Biochem，37：937-941)。而对于利用植物纤维原料生产燃料酒精时植物纤维原料中木质素的利用，很少有研究报道，主要用于燃烧发电。由于目前在利用植物纤维原料生产燃料酒精时缺乏有效的半纤维素和木质素利用技术，使得利用植物纤维原料生产燃料酒精没有市场竞争力。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对上述现有技术而提出一种从植物纤维原料中提取木糖、磺化木质素和纤维素的综合利用技术。

本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为：一种植物纤维原料综合利用技术，其不同之处在于包括有以下步骤：

(1)植物纤维原料的预处理：将植物纤维原料粉碎，过40目筛；

(2)稀酸处理：将粉碎后的植物纤维原料用稀酸浸泡加热处理1.5～2.5小时，加热温度控制在80～100℃，得到料液；

(3)过滤：将步骤(2)得到的料液过滤，得到滤液，滤渣经干燥后备用；

(4)将步骤(3)得到的滤液重复用于粉碎后的植物纤维原料的稀酸处理和过滤过程，每次过滤得到的滤渣经干燥后备用，直至最终滤液中木糖浓度达到9～15％(重量体积百分浓度)；

(5)回收木糖：对最终滤液进行脱色，水解，再次脱色，脱盐，浓缩结晶，得到木糖；

(6)生产酒精或乳酸：将步骤(3)和步骤(4)得到的滤渣加入甲磺化试剂进行甲磺化反应，然后将得到的溶液过滤，得到滤液和白色滤渣，得到的白色滤渣用于同步糖化发酵生产酒精或是乳酸；

(7)回收磺化木质素：向步骤(6)所得滤液中加入石灰乳至磺化木质素沉淀，再次过滤，滤渣经干燥得磺化木质素。

按上述方案，所述的植物纤维原料为麦草、稻草或锯末中的任意一种。

按上述方案，步骤(2)所述的稀酸为硫酸或是硫酸与盐酸混合物，浓度为1.0～2.0％(重量体积百分浓度)，所述的粉碎后的植物纤维原料与稀酸的固液比为1∶5～10(重量)，温度为80～100℃。

按上述方案，步骤(5)所述的水解条件为115～125℃下水解50～70分钟，中和采用石灰乳为中和试剂；所述的脱盐采用离子交换法。

按上述方案，步骤(6)所述的甲磺化试剂为1％NaOH-2％HCOH-3％NaHSO₃(重量体积百分浓度)，甲磺化反应条件为10～12atm，160～180℃，反应时间为4～5小时。

本发明的优点：

本发明的优点在于通过对植物纤维原料主要组份的分级分离，实现了利用植物纤维原料生产燃料酒精时植物纤维原料主要组份的综合利用。

具体表现在：

(1)植物纤维原料中的半纤维素以木糖的方式进行利用，木糖是一种重要的精细化工原料，本发明在水解前进行活性炭脱色，减少了在水解过程中的副反应，提高了木糖的得率；

(2)植物纤维原料中的木质素以磺化木质素的方式进行利用，磺化木质素可以用作混凝土减水剂，相比于燃烧发电，有效提高了木质素利用的附加值；

(3)植物纤维原料中的纤维素用作同步糖化发酵生产酒精或是乳酸的原料，相比其他植物纤维原料的预处理方法，纤维素的含量高，更有利于发酵过程。

(4)对植物纤维原料中纤维素，半纤维素和木质素的利用率分别为97％，71％和98％，实现了植物纤维原料资源的有效利用。

具体实施方式

实施例1

在100L反应釜中加入64Kg 1.5％的硫酸(重量体积百分浓度)，开启搅拌，加入粉碎至粒径40目以下麦草8Kg，加热至90℃，恒温2小时，放罐过滤，滤渣经干燥用作进一步处理的原料。用滤液代替1.5％的硫酸(若不足64Kg，补充新鲜1.5％的硫酸至64Kg)，重复上述稀酸处理麦草过程5次(此时也应保证粉碎后的植物纤维原料与稀酸的固液比为1∶5～10)，每次过滤得到的滤渣经干燥后备用，最终滤液中木糖浓度达到14.3％(重量体积百分浓度)，所得最终滤液用于木糖回收，最终滤液经活性炭脱色，在120℃下水解1小时，用石灰乳中和，活性炭再次脱色，离子交换脱盐，浓缩结晶，得白色粉末状木糖6.5Kg，得率为理论得率的71％。

在10L的高压釜中加入6L甲磺化试剂，即1％NaOH-2％HCOH-3％NaHSO₃(重量体积百分浓度)，上述经干燥处理的滤渣0.5Kg，在10atm，160℃，反应时间为5小时，放罐过滤，滤渣经干燥得白色含量为92％的纤维素0.33Kg，得率为理论得率的97％。滤液中加入适量的石灰乳至磺化木质素沉淀，过滤，滤渣经干燥得磺化木质素0.21Kg，得率为理论得率的98％。

上述脱色、离子交换脱盐，浓缩结晶，均为现有技术，不再赘述。

实施例2

在100L反应釜中加入64Kg1.2％的硫酸(重量体积百分浓度)，开启搅拌，加入粉碎至粒径40目以下稻草8Kg，加热至80℃，恒温2.5小时，放罐过滤，滤渣经干燥用作进一步处理的原料。用滤液代替1.2％的硫酸(不足64Kg，补充新鲜1.2％的硫酸至64Kg)，重复上述过程5次，每次过滤得到的滤渣经干燥后备用，最终滤液中木糖浓度达到11.9％(重量体积百分浓度)，所得最终滤液用于木糖回收。最终滤液经活性炭脱色，在125℃下水解50分钟，用石灰乳中和，活性炭再次脱色，离子交换脱盐，浓缩结晶，得白色粉末状木糖5.2Kg，得率为理论得率的68.2％。

在10L的高压釜中加入6L甲磺化试剂(同实施例1)，上述经干燥处理的滤渣0.5Kg，在11atm，170℃，反应时间为4.5小时，放罐过滤，滤渣经干燥得白色含量为90％的纤维素0.31Kg，得率为理论得率的95％。滤液中加入适量的石灰乳至磺化木质素沉淀，过滤，滤渣经干燥得磺化木质素0.2Kg，得率为理论得率的94％。

实施例3

在100L反应釜中加入64Kg 1.8％的硫酸与盐酸混合物(硫酸和盐酸重量体积百分浓度分别为1.2％和0.6％)，开启搅拌，加入粉碎至粒径40目以下锯末8Kg，加热至100℃，恒温1.5小时，放罐过滤，滤渣经干燥用作进一步处理的原料。用滤液代替1.8％的硫酸与盐酸混合物(不足64Kg，补充新鲜1.8％的硫酸与盐酸混合物至64Kg)，重复上述过程5次，每次过滤得到的滤渣经干燥后备用，最终滤液中木糖浓度达到9.0％(重量体积百分浓度)，所得最终滤液用于木糖回收。最终滤液经活性炭脱色，在115℃下水解70分钟，用石灰乳中和，活性炭再次脱色，离子交换脱盐，浓缩结晶，得白色粉末状木糖3.2Kg，得率为理论得率的55.3％。

在10L的高压釜中加入6L甲磺化试剂(同实施例1)，上述滤渣0.5Kg，在12atm，180℃，反应时间为4小时，放罐过滤，滤渣经干燥得白色含量为95％的纤维素0.38Kg，得率为理论得率的96％。滤液中加入适量的石灰乳至磺化木质素沉淀，过滤，滤渣经干燥得磺化木质素0.14Kg，得率为理论得率的93％。

实施例4

在100L反应釜中加入64Kg 1.5％的硫酸(重量体积百分浓度)，开启搅拌，加入粉碎至粒径40目以下麦草12Kg，加热至90℃，恒温2小时，放罐过滤，滤渣经干燥用作进一步处理的原料。用滤液代替1.5％的硫酸(不足64Kg，补充新鲜1.5％的硫酸至64Kg)，重复上述稀酸处理麦草过程3次，每次过滤得到的滤渣经干燥后备用，最终滤液中木糖浓度达到12.6％(重量体积百分浓度)，所得最终滤液用于木糖回收，最终滤液经活性炭脱色，在120℃下水解1小时，用石灰乳中和，活性炭再次脱色，离子交换脱盐，浓缩结晶，得白色粉末状木糖5.1Kg，得率为理论得率的63.2％。

在10L的高压釜中加入6L甲磺化试剂(同实施例1)，上述经干燥处理的滤渣0.5Kg，在10atm，160℃，反应时间为5小时，放罐过滤，滤渣经干燥得白色含量为93％的纤维素0.32Kg，得率为理论得率的95％。滤液中加入适量的石灰乳至磺化木质素沉淀，过滤，滤渣经干燥得磺化木质素0.2Kg，得率为理论得率的95％。

实施例5

在100L反应釜中加入64Kg 1.5％的硫酸(重量体积百分浓度)，开启搅拌，加入粉碎至粒径40目以下麦草6.4Kg，加热至90℃，恒温2小时，放罐过滤，滤渣经干燥用作进一步处理的原料。用滤液代替1.5％的硫酸(不足64Kg，补充新鲜1.5％的硫酸至64Kg)，重复上述稀酸处理麦草过程6次，每次过滤得到的滤渣经干燥后备用，最终滤液中木糖浓度达到13.5％(重量体积百分浓度)，所得最终滤液用于木糖回收，最终滤液经活性炭脱色，在120℃下水解1小时，用石灰乳中和，活性炭再次脱色，离子交换脱盐，浓缩结晶，得白色粉末状木糖5.5Kg，得率为理论得率的63.6％。

在10L的高压釜中加入6L甲磺化试剂(同实施例1)，上述经干燥处理的滤渣0.5Kg，在10atm，160℃，反应时间为5小时，放罐过滤，滤渣经干燥得白色含量为90％的纤维素0.33Kg，得率为理论得率的95％。滤液中加入适量的石灰乳至磺化木质素沉淀，过滤，滤渣经干燥得磺化木质素0.21Kg，得率为理论得率的98％。

Claims

1.一种植物纤维原料综合利用方法，其特征在于包括有以下步骤：

(7)回收甲磺化木质素：向步骤(6)所得滤液中加入石灰乳至甲磺化木质素沉淀，再次过滤，滤渣经干燥得甲磺化木质素。

2.按权利要求1所述的植物纤维原料综合利用方法，其特征在于所述的植物纤维原料为麦草、稻草或锯末中的任意一种。

3.按权利要求1或2所述的植物纤维原料综合利用方法，其特征在于步骤(2)所述的稀酸为硫酸或是硫酸与盐酸混合物，浓度为1.0～2.0％(重量体积百分浓度)，所述的粉碎后的植物纤维原料与稀酸的固液比为1∶5～10(重量)，温度为80～100℃。

4.按权利要求1或2所述的植物纤维原料综合利用方法，其特征在于步骤(5)所述的水解条件为115～125℃下水解50～70分钟，水解后中和采用石灰乳为中和试剂；所述的脱盐采用离子交换法。

5.按权利要求1或2所述的植物纤维原料综合利用方法，其特征在于步骤(6)所述的甲磺化试剂为1％NaOH-2％HCOH-3％NaHSO₃(重量体积百分浓度)，甲磺化反应条件为10～12atm，160～180℃，反应时间为4～5小时。