CN102206928B - 氧爆破壁植物生物质的方法 - Google Patents
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Abstract
氧爆破壁植物生物质的方法，包括将粉碎后的植物生物质加入乙醇、35％浓度的双氧水和水，然后对物料进行搅拌，让物料受到氧化-浸泡处理，将氧化-浸泡处理后的物料通过氧爆罐的进料口输送到氧爆罐中，然后封闭氧爆罐的进料口，再向氧爆罐中输入饱和蒸汽，然后再通过向氧爆罐输送压力空气，将氧爆罐中气体的温度调控在80-150℃范围内、压力调控在1-4Mpa的范围内，并保温保压20-200秒，让植物生物质浸入乙醇、35％浓度的双氧水、蒸汽和水，在3秒钟内完全打开氧爆罐的出料口，让氧爆罐中的压力在瞬间降到常压。其目的在于提供一种植物生物质组织分解彻底、均匀，并且生产效率高，能够实现工业化生产的氧爆破壁植物生物质的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种氧爆破壁植物生物质的方法。
背景技术
现有的用于处理植物生物质的方法有蒸汽闪爆方法，其通常是先将植物生物质装进容器中，然后向容器中输入一定压力的饱和蒸汽，利用饱和蒸汽对容器内的物料进行处理，然后将物料放入大气压环境，利用进入植物生物质组织内部的蒸汽的迅速膨胀，让植物组织发生破壁分解。但现有的用于处理植物生物质的蒸汽闪爆方法，由于其未能在前期对植物生物质进行科学的处理，导致被爆物植物生物质组织内部气体压缩做不到以内爆的形式瞬间释放，而是从植物组织内被逐渐释放出来，造成植物生物质组织分解不彻底、不均匀，并出现植物生物质组织被碳化，大量纤维受损伤等问题，从而导致现有的蒸汽闪爆方法一直难以实现工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可让植物生物质组织的分解更加彻底、均匀，其中的营养成分更容易被动物或人吸收，营养被吸收的比率更高，处理后的植物生物质大部分都变成膨松柔软的絮状物，其纤维素细胞撕裂，细胞壁疏松，纤维素分子断裂，木质素熔化，可避免出现植物生物质组织被碳化，大量纤维受损伤，并且生产效率高，能够实现工业化生产的氧爆破壁植物生物质的方法。
本发明的氧爆破壁植物生物质的方法，包括如下步骤：
A、准备原料生物质的植物生物质，并将其粉碎至50mm以下；
B、将粉碎后的植物生物质按照200kg重量份的植物生物质，加入5-60kg重量份的乙醇、25-60kg重量份的35％浓度的双氧水和10-30kg重量份的水的比例，加入乙醇、35％浓度的双氧水和水，然后对物料进行6-15分钟的搅拌和浸泡，让物料受到氧化-浸泡处理；
C、将氧化-浸泡处理后的物料通过氧爆罐的进料口输送到氧爆罐中，装入后封闭氧爆罐的进料口，再向氧爆罐中输入饱和蒸汽，然后再通过向氧爆罐输送压力空气，将氧爆罐中气体的温度调控在80-150℃范围内、压力调控在1-4Mpa的范围内，并保温保压20-200秒，让乙醇、35％浓度的双氧水、空气中的氧气和水在80-150℃、1-4Mpa的条件下对植物生物质进行氧化-浸泡和蒸煮处理，让植物生物质的组织结构中在短时间里浸入乙醇、35％浓度的双氧水、蒸汽和水，同时植物生物质的部分内部组织结构受到35％浓度的双氧水和氧气的氧化；
D、在3秒钟内完全打开氧爆罐的出料口，让氧爆罐中的压力在瞬间降到常压，让植物生物质的组织结构中的乙醇、35％浓度的双氧水、蒸汽和水在瞬间急速膨胀，让植物生物质的组织细胞撕裂，胞壁疏松，并从氧爆罐的出料口喷射而出，从而得到呈絮状物的膨松柔软的氧爆植物生物质原料。
本发明的氧爆破壁植物生物质的方法，其中所述步骤A中植物生物质在被输送到储料仓之前，利用除铁装置对其进行除铁处理；所述步骤C中向氧爆罐输送的压力空气可用输送压力氧气代替。
本发明的氧爆破壁植物生物质的方法，其中所述步骤B中按照200kg重量份的植物生物质，加入10-50kg重量份的乙醇、30-55kg重量份的35％浓度的双氧水和15-25kg重量份的水的比例，加入乙醇、35％浓度的双氧水和水，然后对物料进行8-12分钟的搅拌；所述步骤C中配气罐中气体的温度调控在90-130℃范围内、压力调控在1.5-3Mpa的范围内，并保温保压40-130秒。
本发明的氧爆破壁植物生物质的方法，其中所述步骤B中按照200kg重量份的植物生物质，加入20-40kg重量份的乙醇、35-50kg重量份的35％浓度的双氧水和18-22kg重量份的水的比例，加入乙醇、35％浓度的双氧水和水，然后对物料进行9-10分钟的搅拌；所述步骤C中配气罐中气体的温度调控在105-120℃范围内、压力调控在2-3.5Mpa的范围内，并保温保压60-120秒。
本发明的氧爆破壁植物生物质的方法，其中所述氧爆罐采用不锈钢制成。
本发明的氧爆破壁植物生物质的方法，其采用独特的工艺步骤，尤其是通过加入乙醇来软化、溶解植物生物质组织，由于乙醇可快速溶入并软化纤维素与木质素，并可降低汽化温度，提高氧爆效果，再加上使用35％浓度的双氧水和水，使得压力蒸汽氧爆处理得到的植物生物质组织分解彻底、均匀，其中的营养成分更容易被动物或人吸收，营养被吸收的比率更高，处理后的植物生物质外观明显改变，堆放体积缩小，梗状物减少，大部分都变成絮状物，膨松柔软，促使纤维素细胞撕裂，细胞壁疏松，从而改变了植物生物质中粗纤维的整体结构和分子链的构造，纤维素分子断裂，木质素熔化，有利于微生物降解并提高了与其他物料的相溶性能，并使其具备良好的工业化前景，具有较大的实施价值和社会经济效益。采用本发明的氧爆破壁植物生物质的方法，不仅可对农作物的玉米、小麦、稻谷、棉花、果壳、薯类和豆类的植物生物质加以加工利用，大自然生长的杂草、芦苇、树枝、树叶等，也可利用本发明将其加工成为生产食品、饲料、可降解塑料、纸浆、纸、木材、布料、木糖醇、乙醇、生物质燃气、生物制品等的原料。本发明专利还具有短时间实现预处理效果的特点，这对于防止物料变性，产生其他醛类或酸性物质，具有显著意义，并极大降低了爆破浆的COD浓度，同时也极大降低了工业生产的单位能耗，减少了冷爆产物的污染程度，并且可以降低半纤维素达到50％，可使大部分半纤维素降解溶于水中，其醇溶性也大大提高，从而简化了植物生物质后期加工难度。 由于采用了高密度装填，实验表明，每吨原料用汽量仅为为1.7m3，当冷爆压力为2Mpa时，则每吨原料耗蒸汽仅为160kg。此外，通过内爆压力与保压时间的不同组合调整，还可使被爆物从絮状向浆状及松状物之间发生可控转变，从中找到所需状态，即可进入工业化生产。因此，本发明的氧爆破壁植物生物质的方法具有突出的实质性特点和显著的进步。
下面结合对本发明氧爆破壁植物生物质的方法作进一步说明。
具体实施方式
实施例1
本发明的氧爆破壁植物生物质的方法，包括如下步骤：
A、准备原料生物质的植物生物质，并将其粉碎至50mm以下；
B、将粉碎后的植物生物质按照200kg重量份的植物生物质，加入5kg或8kg或10kg或15kg或18kg或23kg或26kg或29kg或32kg或38kg或40kg或45kg或48kg或53kg或56kg或58kg或60kg重量份的乙醇、25 kg或27kg或30kg或30kg或40kg或44kg或47kg或50kg或53kg或56kg或59kg或60kg重量份的35％浓度的双氧水和10kg或13kg或16kg或23kg或27kg或29kg或30kg重量份的水的比例，加入乙醇、35％浓度的双氧水和水，然后对物料进行6-15分钟的搅拌和浸泡，让物料受到氧化-浸泡处理；
C、将上述氧化-浸泡处理后的物料通过氧爆罐的进料口输送到氧爆罐中予以压实填装，装满后封闭氧爆罐的进料口，再向氧爆罐中输入饱和蒸汽，然后再通过向氧爆罐输送压力空气或者压力氧气，将配气罐中气体的温度调控在80℃或82℃或84℃或86℃或90℃或96℃或100℃或106℃或112℃或118℃或123℃或126℃或135℃或138℃或140℃或146℃或148℃或150℃、压力调控在1Mpa或1.5Mpa或1.8Mpa或2Mpa或2.6Mpa或2.9Mpa或3Mpa或3.3Mpa或3.6Mpa或4Mpa，并保温保压20秒或30秒或48秒或60秒80秒或90秒或98秒或100秒或106秒或115秒或125秒或13 1秒或138秒或145秒或146秒或150秒或158秒或165秒或176秒或180秒或195秒或200秒，让乙醇、35％浓度的双氧水、空气中的氧气和水在上述温度、压力的条件下对植物生物质进行氧化-浸泡和蒸煮处理，让植物生物质的组织结构中在短时间里浸入乙醇、35％浓度的双氧水、蒸汽和水，同时植物生物质的部分内部组织结构受到35％浓度的双氧水和氧气的氧化；
D、在1秒或2秒或3秒内完全打开氧爆罐的出料口，让氧爆罐中的压力在瞬间降到常压，让植物生物质的组织结构中的乙醇、35％浓度的双氧水、蒸汽和水在瞬间急速膨胀，让植物生物质的组织细胞撕裂，胞壁疏松，并从氧爆罐的出料口喷射而出，从而得到呈絮状物的膨松柔软的氧爆植物生物质原料。
作为本发明的改进，本发明的步骤A中植物生物质在被输送到储料仓之前，利用除铁装置对其进行除铁处理。本发明的步骤C中也可以通过向氧爆罐输送压力氧气来调节氧爆罐内的压力和温度，得到的氧爆植物生物质原料的产品质量更好。
本发明的步骤B中优选的方案是按照200kg重量份的植物生物质，加入10-50kg重量份的乙醇、30-55kg重量份的35％浓度的双氧水和15-25kg重量份的水的比例，向储料仓中加入乙醇、35％浓度的双氧水和水，然后对储料仓中的物料进行8-12分钟的搅拌；本发明的步骤C中优选的方案是配气罐中气体的温度调控在90-130℃范围内、压力调控在1.5-3Mpa的范围内，并保温保压40-130秒。
本发明的步骤B中进一步优选的方案是按照200kg重量份的植物生物质，加入20-40kg重量份的乙醇、35-50kg重量份的35％浓度的双氧水和18-22kg重量份的水的比例，向储料仓中加入乙醇、35％浓度的双氧水和水，然后对储料仓中的物料进行9-10分钟的搅拌；本发明的步骤C中进一步优选的方案是配气罐中气体的温度调控在105-120℃范围内、压力调控在2-3.5Mpa的范围内，并保温保压60-120秒。
本发明的储料仓和氧爆罐最好采用不锈钢制成，以减少可能出现的杂质混入最终的产品中。
实施例2
本发明的氧爆破壁植物生物质的方法，包括如下步骤：
A、准备原料生物质的植物生物质，并将其粉碎至1-50mm；
B、将粉碎后的植物生物质按照200kg重量份的植物生物质，对应加入10kg重量份的乙醇、10kg重量份的35％浓度的双氧水和20kg重量份的水，然后对物料进行8分钟的搅拌和浸泡，让物料受到氧化-浸泡处理；
C、将氧化-浸泡处理后的物料通过氧爆罐的进料口输送到氧爆罐中予以压实填装，装满后封闭氧爆罐的进料口，再向氧爆罐中输入饱和蒸汽，然后再通过向氧爆罐输送压力空气或者压力氧气，将氧爆罐中气体的温度调控在120℃范围内、压力调控在2Mpa，并保温保压90秒，让乙醇、35％浓度的双氧水、空气中的氧气和水在120℃、2Mpa的条件下对植物生物质进行氧化-浸泡和蒸煮处理，让植物生物质的组织结构中在短时间里浸入乙醇、35％浓度的双氧水、蒸汽和水，同时植物生物质的部分内部组织结构被35％浓度的双氧水和氧气氧化；
D、在3秒钟内完全打开氧爆罐的出料口，让氧爆罐中的压力在瞬间降到常压，让植物生物质的组织结构中的乙醇、35％浓度的双氧水、蒸汽和水在瞬间急速膨胀，让植物生物质的组织细胞撕裂，胞壁疏松，并从氧爆罐的出料口喷射而出，从而得到呈絮状物的膨松柔软的氧爆植物生物质原料。
实施例3
本发明的氧爆破壁植物生物质的方法，包括如下步骤：
A、准备原料生物质的植物生物质，并将其粉碎至1-50mm；
B、将粉碎后的植物生物质按照200kg重量份的植物生物质，对应加入5kg重量份的乙醇、32kg重量份的35％浓度的双氧水和30kg重量份的水，然后对物料进行12分钟的搅拌和浸泡，让物料受到氧化-浸泡处理；
C、将氧化-浸泡处理后的物料通过氧爆罐的进料口输送到氧爆罐中予以压实填装，装满后封闭氧爆罐的进料口，再向氧爆罐中输入饱和蒸汽，然后再通过向氧爆罐输送压力空气或者压力氧气，将氧爆罐中气体的温度调控在110℃范围内、压力调控在3Mpa，并保温保压100秒，让乙醇、35％浓度的双氧水、空气中的氧气和水在110℃、3Mpa的条件下的对植物生物质进行氧化-浸泡和蒸煮处理，让植物生物质的组织结构中在短时间里浸入乙醇、35％浓度的双氧水、蒸汽和水，同时植物生物质的部分内部组织结构被35％浓度的双氧水和氧气氧化；
D、在2秒钟内完全打开氧爆罐的出料口，让氧爆罐中的压力在瞬间降到常压，让植物生物质的组织结构中的乙醇、35％浓度的双氧水、蒸汽和水在瞬间急速膨胀，让植物生物质的组织细胞撕裂，胞壁疏松，并从氧爆罐的出料口喷射而出，从而得到呈絮状物的膨松柔软的氧爆植物生物质原料。
由于采取了本发明特有的方法，处理得到的植物生物质组织分解彻底、均匀，处理后的植物生物质外观明显改变，堆放体积缩小，梗状物减少，大部分都变成絮状物，膨松柔软，促使纤维素细胞撕裂，细胞壁疏松，从而改变了植物生物质中粗纤维的整体结构和分子链的构造，纤维素分子断裂，木质素熔化，有利于微生物降解并提高了与其他物料的相溶性能。
通过电子显微镜观察发现，处理前植物生物质细胞排列整齐，细胞结构完整，细胞壁(其主要成分为纤维素)裹着细胞内容物；处理后的植物生物质细胞被破坏，细胞壁撕裂变为絮状纤维，细胞间距拉大，轮廓模糊，细胞内容物游离出来，极大的提高植物生物质利用率和应用领域。
上述各个实施例中的植物生物质包括小麦、玉米、水稻、棉花、高粱、稻壳、花生壳、玉米芯、树枝、树叶、锯末、果壳、薯类和豆类等各种农作物的种子和秸秆，以及杂草、芦苇、树木等植物的种子和/或杆体。
本发明的氧爆破壁植物生物质的方法，是将秸杆(被爆物)置于氧爆罐9内，利用植物表层微孔，将高压汽体渗透至植物组织内部，待植物组织内部压力与氧爆罐9内的压力平衡后，在毫秒级的范围内突然将全体被爆物以炸散的形式释放到大气空间。由于植物表层存在大量很小的微孔，乙醇分子、水分子等可以渗透到纤维素与木质素等大分子之间，其中的氧化剂的氧化作用会将大分子之间物料分解，达到分离纤维素、木质素等大分子的目的，乙醇则可快速溶入并软化纤维素与木质素，并可降低汽化温度，提高氧爆效果，当外压下降迅速，瞬间下降为常压时，植物内部被充汽体只有很少部分通过植物表层微孔原路返回大气压，而大部分存于植物内部的高压汽体，则在内外压差的做用下完成膨胀做功，破坏植物组织内部结构，完成木质素、纤维素、半纤维素等组织及糖链的分段分离，使纤维细胞撕裂，胞壁疏松，其中的营养成分更容易被动物或人吸收，营养被吸收的比率更高，其爆出物干爽呈肉松状，改变了粗纤维的整体结构和化学链分子结构。这样，就实现了本发明的利用压力蒸汽氧爆植物生物质的处理过程，为植物生物质处理提供了更加先进的、安全可靠的保障。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.氧爆破壁植物生物质的方法，其特征在于包括如下步骤：
A、准备原料生物质的植物生物质，并将其粉碎至50mm以下；
B、将粉碎后的植物生物质按照200kg重量份的植物生物质，加入5-60kg重量份的乙醇、25-60kg重量份的35％浓度的双氧水和10-30kg重量份的水的比例，加入乙醇、35％浓度的双氧水和水，然后对物料进行6-15分钟的搅拌和浸泡，让物料受到氧化-浸泡处理；
C、将氧化-浸泡处理后的物料通过氧爆罐的进料口输送到氧爆罐中，装入后封闭氧爆罐的进料口，再向氧爆罐中输入饱和蒸汽，然后再通过向氧爆罐输送压力空气，将氧爆罐中气体的温度调控在80-150℃范围内、压力调控在1-4Mpa的范围内，并保温保压20-200秒，让乙醇、35％浓度的双氧水、空气中的氧气和水在80-150℃、1-4Mpa的条件下对植物生物质进行氧化-浸泡和蒸煮处理，让植物生物质的组织结构中在短时间里浸入乙醇、35％浓度的双氧水、蒸汽和水，同时植物生物质的部分内部组织结构受到35％浓度的双氧水和氧气的氧化；
D、在3秒钟内完全打开氧爆罐的出料口，让氧爆罐中的压力在瞬间降到常压，让植物生物质的组织结构中的乙醇、35％浓度的双氧水、蒸汽和水在瞬间急速膨胀，让植物生物质的组织细胞撕裂，胞壁疏松，并从氧爆罐的出料口喷射而出，从而得到呈絮状物的膨松柔软的氧爆植物生物质原料。
2.根据权利要求1所述的氧爆破壁植物生物质的方法，其特征在于：所述步骤A中植物生物质在被输送到储料仓之前，利用除铁装置对其进行除铁处理；所述步骤C中向氧爆罐输送的压力空气可用输送压力氧气代替。
3.根据权利要求2所述的氧爆破壁植物生物质的方法，其特征在于：所述步骤B中按照200kg重量份的植物生物质，加入10-50kg重量份的乙醇、30-55kg重量份的35％浓度的双氧水和15-25kg重量份的水的比例，加入乙醇、35％浓度的双氧水和水，然后对物料进行8-12分钟的搅拌；所述步骤C中配气罐中气体的温度调控在90-130℃范围内、压力调控在1.5-3Mpa的范围内，并保温保压40-130秒。
4.根据权利要求3所述的氧爆破壁植物生物质的方法，其特征在于：所述氧爆罐采用不锈钢制成。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20120919 Termination date: 20150623 |
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