CN101230546A - 一种木质纤维素的联合预处理方法及其系统 - Google Patents

一种木质纤维素的联合预处理方法及其系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了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。本发明能够有效地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，同时还能减少酶解时的酶用量、缩短反应时间，提高糖浓度，且能根据后继发酵浓度的需要设定预处理的用水量。

Description

一种木质纤维素的联合预处理方法及其系统
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：
一种木质纤维素的预处理方法，将木质纤维素(玉米秸杆、麦草、稻壳稻草、甘蔗渣、柳枝、玉米叶、玉米芯等)通过粉碎机(如万能粉碎机)粉碎成5～50目的颗粒，然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℃(50℃～100℃常压反应，100℃～200℃氮气加压到2～4MPa反应)下进行循环反应，即将反应液不停地抽出并重新加入反应器中进行反应，反应结束后将得到的水解液(绝大部分为半纤维素水解所得)除酸、过滤，用于发酵。其中所述的稀酸为质量分数为0.1％～5％的硫酸或盐酸；木质纤维素与稀酸的固液质量比为1∶5～15。循环泵的流速可以为5mL～20L/min。循环反应在100℃以上时采用氮气加压，加压到2～4MPa。反应时间通常为0.3～5h(一般是0.5～4h)，以最终得到的水解液的浓度为判断终点。反应结束后循环反应器内剩余的木质纤维素(绝大部分为纤维素)用热水冲洗以除去残酸，随后放入球磨机中加碱液(NaOH/Ca(OH)2/氨水)进行球磨，以进一步除去木质素，其中碱液(NaOH/Ca(OH)2/氨水)的质量浓度为1～20％，剩余木质纤维素与碱液的固液比为1∶1～1∶15，球磨时间为0.1～5h，反应温度为常温，球磨机公转速度为20～500转/min，自转速度为50～800转/min，球磨完毕除碱后用于后续酶解。
一种木质纤维素预处理系统，包括A木质纤维素粉碎、B稀酸循环处理、C球磨三个部分。木质纤维素粉碎步骤用万能粉碎机进行粉碎，稀酸循环处理步骤包括反应器、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；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。还包括氮气瓶，其中氮气瓶经由管道与所述的反应器顶部相通。在反应器的顶部设有热水入口，在所述的反应器的底部设有废液出口。其中循环泵为防酸循环泵。第三步骤球磨即用球磨机对剩余木质纤维素进行加碱球磨，可以使用1～6个球磨罐，优选使用4个球磨罐，及4个备用罐；球磨罐的材质有不绣钢、玛瑙、陶瓷、工程塑料、聚四氟乙烯或聚胺脂。球磨罐中磨球的材质与球磨罐相同，磨球的直径为20mm和10mm，大球与小球的比例为1∶5或1∶6。
本发明提供的木质纤维素预处理系统，第一部分即粉碎机；第二部分主要由反应器、循环泵、储酸罐、储液罐、氮气瓶以及若干管路和阀门组成。反应器优选为圆柱形，上方和下方分别设有进料口和出料口；顶部和底部均为半球状结构，顶部接有喷淋头与外部管路相连，预处理时含酸反应液经喷淋头再回流入反应器，喷淋头除了可以让含酸反应液均匀的分布于木质纤维素物料之上以利于反应外，还可以在常压反应时抑制水的挥发(温度在100℃以下时)。反应器下方还设置了一个带孔过滤板，这样固体物料就可以通过滤板的阻挡留在反应器中持续反应。循环泵采用防酸循环泵。在100℃以上温度反应时，还可以通过氮气瓶中氮气对整个反应体系加压以使反应正常进行。第三部分由球磨机和一个储碱罐组成，球磨机内部可装四个球磨罐，其中装有直径为20mm和10mm磨球，物料放入球磨罐中加碱粉磨后取出用于后续发酵。
本发明提供的这种方法通过第一个木质纤维素粉碎步骤把木质纤维素粉碎为较小的粒径，增大其比表面积，增加了其与催化剂反应物的接触面，提高反应产率。
第二个步骤稀酸循环把以往静态的反应方式变为动态的反应方式。静态的反应方式即釜式反应，在木质纤维素水解一段时间后，其周围的糖浓度会比其他地方高出很多，这样就不利于反应平衡向生成产物的方向进行，木质纤维素就得不到进一步的水解，而稀酸循环法可以通过不断的循环把木质纤维素附近生成的糖带走，扩散到整个反应体系中去，使得木质纤维素附近始终保持较低的糖浓度，有利于其进一步水解；同时，采用动态的循环法可以冲散阻挡在木质纤维素表面溶解较慢的长链木糖低聚物，使得酸液可以更好地与木质纤维素接触以对其进行催化反应，并且可以加速木质素的溶解；因此该法在不影响糖浓度的前提下提高了木质纤维素特别是半纤维素的水解率以及木质素去除率(图2)。通过稀酸循环法还可以：1、以固定的、较少的水量进行反应，节约用水量并降低能耗，使其与发酵浓度相匹配；2、根据后续发酵浓度的不同，预处理时也可以根据需要设定水量；3、装置中的喷淋头可以抑制酸液的挥发，在100℃下可以在不加压的条件下进行反应，降低能耗；4、循环反应时当糖在反应器中生成后，会迅速流入管道中，此时反应管道中的温度不如反应器中高，因此糖不会被继续反应为糠醛等副产物，因此在反应过程中不必考虑副产物增加的问题。
第三个步骤碱性球磨可以进一步除去木质素并增加木质纤维素的比表面积，利于后续酶解。木质纤维素经第二步稀酸循环处理后，尚有一部分木质素残留其中，这些木质素的存在会阻碍纤维素的酶解，加入碱后，可以破坏木质素的结构，到达溶解木质素的目的，此外碱液通过有限溶胀使木质纤维素细胞壁上部分氢键打开，增加胞壁上的孔隙度，提高木材的渗透性。通过无限溶胀，使纤维素发生溶解，这种现象尤其易发生在无定形区内低聚合度的纤维素上，所以碱液对纤维素中的低聚合度糖类具溶解抽提作用，部分阻塞的纹孔和毛细管道被打开，有益于溶液的渗透，它可以促使纤维素的晶形改变，使其膨胀，纤维素的晶形从平行(parallel)结构经由过渡态到反平行(anti-parallel)结构(图1)，纤维素的无序度增大，熵增大，在热力学上达到一个更稳定的结构，即与前面所述的膨胀是相对应的。在这种结构下，微纤维的聚合度降低。这些都使得在酶解过程中，酶能与反应物充分接触，节省纤维素酶的用量并达到理想的酶解效果。球磨中的磨球采用大球搭配小球的方法，通过大球可以用来配重并砸碎样品以及分散小球，通过小球用来混合并研磨样品，这样可使球磨达到最高的效率，使研磨颗粒更小，比表面积更大，更利于后续酶解。
本发明的方法能够有效地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，同时还能减少酶解时的酶用量、缩短反应时间，提高糖浓度，且能根据后续发酵浓度的需要设定预处理的用水量。
附图说明
图1碱处理后纤维素晶型的改变示意图。
图2本预处理系统和稀酸温烤法预处理玉米秸秆木糖转化率的对比图。
图3实施例1(A)与对比例1(B)在不同纤维素酶活下酶解转化率对比图。
图4为稀酸循环装置流程图。
图中：1-8.阀门，9.循环泵，10.反应器，11.出料口，12.进料口，13.滤板，14.喷淋头，15.储酸罐，16.储液罐，17.氮气瓶，18.氮气阀，19.万能粉碎机，20.储碱罐，21.球磨机，22-25.不锈钢球磨罐。
具体实施方式
实施例1
将风干玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)经万能粉碎机19粉碎成40目的颗粒，然后从进料口12装入稀酸循环装置10，打开阀1、阀2，从储酸罐15中注入0.8％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶10；打开阀3、阀4，关闭阀1、阀2，启动循环泵9，流量设为10L/min，反应时液位位于滤板13的上端，在95℃下循环反应4h，反应时液体部分通过滤板13进行循环，固体物料部分通过滤板13阻挡留在反应器中，液体部分经过泵9后再通过喷淋头14以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵9，打开阀2、阀5和通气阀7，反应液流入储液罐16，经Ca(OH)2中和用于后继发酵；关闭阀5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95℃热水(PL)冲洗固体，洗去残留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后继处理；最后打开出料口11，把剩余的纤维素取出，输入球磨机21的四个不锈钢球磨罐22、23、24、25，同时从储碱罐20中输入5％(WT)NaOH于其中，球磨罐中固液比为1∶6，打开电源球磨30min后取出，经除碱后用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到98％，木糖浓度为15.7g/L；木质素去除率达到94.3％；纤维素在10FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率95.2％，在15FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率96.7％，在20FPU/g葡聚糖的纤维素酶下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率96.9％，在60FPU/g葡聚糖的纤维素酶下酶解48h(0℃，pH4.8)，得率99.1％。
实施例2
将风干玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)经万能粉碎机19粉碎成50目的颗粒，然后从进料口12装入稀酸循环装置10，打开阀1、阀2，从储酸罐15中注入0.8％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶10；打开阀3、阀4，关闭阀1、阀2，启动循环泵9，流量设为10L/min，反应时液位位于滤板13的上端，在90℃下循环反应4h，反应时液体部分通过滤板13进行循环，固体物料部分通过滤板13阻挡留在反应器中，液体部分经过泵9后再通过喷淋头14以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵9，打开阀2、阀5和通气阀7，反应液流入储液罐16，经Ca(OH)2中和用于后续发酵；关闭阀5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95℃热水(PL)冲洗固体，洗去残留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后继处理；最后打开出料口11，把剩余的纤维素取出，输入球磨机21的四个不锈钢球磨罐22、23、24、25，同时从储碱罐20中输入3％(WT)NaOH于其中，球磨罐中固液比为1∶7，打开电源球磨30min后取出，经除碱后用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到79.9％，木糖浓度为12.8g/L；木质素去除率达到90.7％；纤维素在10FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率91.4％。
实施例3
将风干玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)经万能粉碎机19粉碎成50目的颗粒，然后从进料口12装入稀酸循环装置10，打开阀1、阀2，从储酸罐15中注入0.98％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶6；打开阀3、阀4，关闭阀1，打开氮气阀18，从氮气瓶17中通入N2，加压到2.5MP，启动循环泵9，流量设为10L/min，反应时液位位于滤板13的上端，在105℃下循环反应2h，反应时液体部分通过滤板13进行循环，固体物料部分通过滤板13阻挡留在反应器中，液体部分经过泵9后再通过喷淋头14以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵9，关闭氮气阀18，打开阀5和通气阀7，反应液流入储液罐16，经Ca(OH)2中和用于后续发酵；关闭阀5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95℃热水(PL)冲洗固体，洗去残留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后续处理；最后打开出料口11，把剩余的纤维素取出，输入球磨机21的四个不锈钢球磨罐22、23、24、25，同时从储碱罐20中输入3％(WT)NaOH于其中，球磨罐中固液比为1∶7，打开电源球磨30min后取出，经除碱后用于后继酶解发酵。半纤维转化率达到95.4％，木糖浓度为25.4g/L；木质素去除率达到96.7％；纤维素在10FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率97.4％。
实施例4
将风干玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)经万能粉碎机19粉碎成50目的颗粒，然后从进料口12装入稀酸循环装置10，打开阀1、阀2，从储酸罐15中注入0.98％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶8；打开阀3、阀4，关闭阀1，打开氮气阀18，从氮气瓶17中通入N2，加压到2.5MP，启动循环泵9，流量设为10L/min，反应时液位位于滤板13的上端，在120℃下循环反应30min，反应时液体部分通过滤板13进行循环，固体物料部分通过滤板13阻挡留在反应器中，液体部分经过泵9后再通过喷淋头14以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵9，关闭氮气阀18，打开阀5和通气阀7，反应液流入储液罐16，经Ca(OH)2中和用于后续发酵；关闭阀5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95℃热水(PL)冲洗固体，洗去残留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后续处理；最后打开出料口11，把剩余的纤维素取出，输入球磨机21的四个不锈钢球磨罐22、23、24、25，同时从储碱罐20中输入3％(WT)NaOH于其中，球磨罐中固液比为1∶7，打开电源球磨30min后取出，经除碱后用于后继酶解发酵。半纤维转化率达到96.8％，木糖浓度为19.1g/L；木质素去除率达到93.7％；纤维素在10FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率98.9％。
实施例5
将风干玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)经万能粉碎机19粉碎成40目的颗粒，然后从进料口12装入稀酸循环装置10，打开阀1、阀2，从储酸罐15中注入1.2％稀盐酸于反应器，玉米秸秆和稀盐酸的固液比为1∶10；打开阀3、阀4，关闭阀1、阀2，启动循环泵9，流量设为10L/min，反应时液位位于滤板13的上端，在95℃下循环反应4h，反应时液体部分通过滤板13进行循环，固体物料部分通过滤板13阻挡留在反应器中，液体部分经过泵9后再通过喷淋头14以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵9，打开阀2、阀5和通气阀7，反应液流入储液罐16，经Ca(OH)2中和用于后继发酵；关闭阀5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95℃热水(PL)冲洗固体，洗去残留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后继处理；最后打开出料口11，把剩余的纤维素取出，输入球磨机21的四个不锈钢球磨罐22、23、24、25，同时从储碱罐20中输入5％(WT)NaOH于其中，球磨罐中固液比为1∶6，打开电源球磨30min后取出，经除碱后用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到93.7％，木糖浓度为16.7g/L；木质素去除率达到92.3％；纤维素在10FPU/g葡聚糖的纤维素酶下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率97.1％。
对比例1
将玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)风干粉碎后装入反应器中，注入0.8％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶10；在95℃下反应8h；反应结束后反应液经Ca(OH)2中和用于后续发酵，固体部分通95℃热水冲洗，洗去残留稀酸和木质素，废液排出用于后续处理；最后剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到75.1％，木糖浓度为12.03g/L；木质素去除率达到15.5％；纤维素在10FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率39.4％，纤维素在15FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解(50℃，pH4.8)，得率47.3％，纤维素在20FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率53.7％，纤维素在60FPU/g葡聚糖的纤维素酶下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率70.4％。
对比例2
将玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)风干粉碎装入反应器中，注入0.8％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶10；在90℃下反应8h；反应结束后，反应液经Ca(OH)2中和用于后继发酵，固体部分通95℃热水冲洗，洗去残留稀酸和木质素，废液排出用于后继处理；最后剩余的纤维素取出，用于后继酶解发酵。半纤维转化率达到61.3％，木糖浓度为9.8g/L；木质素去除率达到11.3％；纤维素在60FPU/g葡聚糖的纤维素酶下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率57.5％。
对比例3
将玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)风干粉碎后装入反应器中，注入0.8％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶10；在105℃下加压2.5MP反应8h；反应结束后反应液经Ca(OH)2中和用于后续发酵，固体部分通95℃热水冲洗，洗去残留稀酸和木质素，废液排出用于后续处理；最后剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到81.3％，木糖浓度为13.0g/L；木质素去除率达到33.7％；纤维素在纤维素在60FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率76.8％。
对比例4
将玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)风干粉碎后装入反应器中，注入0.8％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶10；在120℃下加压2.5MP反应8h；反应结束后反应液经Ca(OH)2中和用于后续发酵，固体部分通95℃热水冲洗，洗去残留稀酸和木质素，废液排出用于后续处理；最后剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到85.9％，木糖浓度为13.7g/L；木质素去除率达到39.6％；纤维素在60FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率80.2％。

Claims (10)

1.一种木质纤维素的联合预处理方法，其特征在于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续酶解。
2.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于循环反应前先将木质纤维素粉碎为5～50目的颗粒。
3.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于所述的稀酸为质量分数为0.1％～5％的硫酸或盐酸。
4.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于木质纤维素与稀酸的固液质量比为1∶5～15。
5.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于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2～4MPa。
6.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于所述的碱液为浓度为1～20％的NaOH水溶液、Ca(OH)2水溶液、Ca(OH)2悬浊液或氨水。
7.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于剩余木质纤维素与碱液的固液比为1∶1～1∶15，球磨时间为0.1～5h。
8.一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。
9.根据权利要求8所述的木质纤维素的联合预处理系统，其特征在于还包括氮气瓶，其中氮气瓶经由管道与所述的反应器顶部相通。
10.根据权利要求8所述的木质纤维素的联合预处理系统系统，其特征在于在所述的反应器的顶部设有热水入口，在所述的反应器的底部设有废液出口。
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