CN103321073B - 一种木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺。粉碎后的木质纤维素生物质原料先送入洗涤机进行洗涤；然后送至分离器，从分离器分离出来的液相返回洗涤机；分离出的固相送至蒸煮器，在蒸煮器通入蒸汽，使其中的半纤维素分解成戊糖；蒸煮后的物料送至戊糖分离机分离出戊糖溶液，固相送至缓存罐进行暂存；而后送至喷放罐升温保压一段时间进行喷放；喷放后的物料进入收集器，分别收集气相、液相和固相产物。整套工艺流程简单，能实现连续生产，节能降耗。

Description

一种木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺

技术领域

本发明属于木质纤维素生物质原料预处理的制备技术领域，特别涉及一种木质纤维素生物质原料连续汽爆工艺。

背景技术

生物质具有可再生性和低污染性，现在已经成为可再生能源的重要组成部分。木质纤维素原料中含有纤维素、半纤维素和木质素，除半纤维素聚合度低、容易降解外，纤维素和木质素结晶度高，生物降解难度极大。

蒸汽爆破是现在应用较广的一种能够使生物快速降解的预处理方法。借助高温高压蒸汽渗入半纤维素、木质素或纤维素的无定形区，使纤维束润胀，造成半纤维素的降解和木质素的部分降解，保压一段时间后瞬间释放，破坏纤维束的组织，为下一步快速生物降解奠定基础。

目前的汽爆装置多为间歇式，但也有一些连续汽爆装置出现。专利号为200520120307.X的实用新型专利申请公开了一种连续蒸煮加压喷爆制浆技术装备，其核心设备是立式连蒸器和加压喷爆器，立式连蒸器上端装有减压螺旋进料机，下端的出料螺旋和加压喷爆器前端法兰密封连接，加压喷爆器后端通过管道、阀门与汽浆分离器和汽液分离器连通，原料用低压饱和蒸汽蒸煮，高压气体加压喷爆。

中国专利200910036569.2公开了一种螺杆注射式植物纤维蒸汽爆破装置及方法，该装置包括料筒、在料筒内设有与其配合的挤压螺杆，料筒上设有进出料口，出料口处设快开阀门，挤压螺杆由驱动机构驱动，在挤压螺杆后端设有推进活塞，在料筒上设有温度控制器，可以对爆破压力、温度及停留时间分别进行控制，能够实现半连续操作，但存在能耗大的问题。

国外主要有加拿大的SunOpta公司利用高压连续汽爆装置处理生物质，利用往复式活塞的机械装置连续地将纤维质挤压形成料塞送入蒸煮器，物料为高压进料，压力可达3MPa，再利用针形阀破碎料塞至松散状态，物料在蒸煮器中停留一定时间，通过喷放阀进行喷放；在蒸煮器上设有防反喷装置；整套装置为高压系统，能耗较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以实现连续化生产、适合于木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺，包括以下步骤：

1）将粉碎后的木质纤维素生物质原料送入洗涤机进行洗涤；

2）洗涤后的物料送至分离器，通入蒸汽进行预蒸，从分离器出来的液体返回洗涤机回用；

3）从分离器分离出来的固体物料送入蒸煮器，同时通入蒸汽，将物料中的半纤维素分解成戊糖；

4）蒸煮后的物料送至戊糖分离机分离出戊糖溶液，固体物料送至缓存罐进行暂存；

5）缓存的物料送至喷放罐，通入蒸汽升温保压一段时间，然后打开喷放阀进行加压喷放；喷放后的物料进入收集器，分别收集气相、液相和固相产物。

步骤1）中所述洗涤装置为水力洗草机。

步骤2）中所述分离器包括带夹套的斜置筒体和设置于内部的螺旋推进装置；筒体上设有多个小孔、物料进出口和排净口；夹套上设有蒸汽进口和液体出口；生物质原料由粉碎机粉碎后配成悬浮液泵入分离器，预蒸结束后进入蒸煮器。

步骤3）中所述蒸煮器包括筒体和设置于内部的螺旋推进装置，筒体上设有物料进出口和蒸汽进口。

步骤4）中所述戊糖分离机包括筒体和设置于内部的螺旋推进装置，筒体上设有物料进出口和戊糖溶液出口；所述缓存罐包括筒体和物料进出口。

步骤5）中所述喷放罐包括筒体、物料进出口和蒸汽进口；所述收集器包括筒体和其上设置的物料进口、气体出口和液固相出口；所述喷放阀为快开阀。

在本发明中，所述分离器、蒸煮器、戊糖分离机均为螺旋推进装置，可单段也可多段组成；洗涤机为常压操作；而分离器、蒸煮器、戊糖分离机、缓存罐、喷放罐和收集器为带压操作，操作压力为0.1~2.0MPa，其中分离器、蒸煮器、戊糖分离机、缓存罐和收集器的操作压力相同均为0.1~0.6MPa，喷放罐操作压力为0.6~2.0MPa，通过分离器、蒸煮器和喷放罐上设置的蒸汽进口通入蒸汽实现系统的保压作用。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、预先分离出生物质半纤维素所降解的戊糖溶液，可大大减少副产物的生成，有利于戊糖的利用；

在利用蒸汽爆破工艺处理纤维类生物质发酵乙醇过程中，由于原料在高温高压处理过程中产生很多副产物，这些副产物大多对发酵、酶解过程有害，需要去除掉。本发明是将生物质中半纤维素转化的戊糖先去除掉，因为戊糖最易转化为糠醛，而糠醛对乙醇发酵、酶解过程毒害很大，因此本发明可以降低预处理过程毒害物的产生。

2、整个纤维素类生物质连续蒸汽爆破工艺包括三级螺旋推进装置、缓存和喷放装置，可以实现连续操作；

3、本套生产工艺比较简单，无料塞形成，动力消耗少。

附图说明

图1是本发明工艺流程图；

图2是本发明工艺用装置结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，一种木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺，包括以下步骤：

1）粉碎后的木质纤维素生物质原料先送入洗涤机进行洗涤；

2）然后送至分离器，在此期间与压力为0.1MPa，温度为120℃的蒸汽混合，进行预蒸，从分离器分离出来的液相经减压阀减压后返回洗涤机回用；

3)从分离器分离出的固相送至蒸煮器进一步蒸煮，与压力为0.1MPa，温度为120℃的蒸汽混合，将物料中的半纤维素分解成戊糖；

4）从蒸煮器出来的物料送至戊糖分离机分离出戊糖溶液，固相送至缓存罐进行缓存；

5)缓存的物料送至喷放罐，并与通入的压力为0.6MPa，温度为164℃的蒸汽混合，保温保压10秒后，打开喷放阀进行瞬间喷放；喷放后的物料在压力差的作用下进入收集器，分别收集气相、液相和固相产物。

如图2所示，洗涤机为水力洗草机1，洗草机1的物料出口与草片泵2的物料进口相接；草片泵2的物料出口与分离器3的物料进口相接；分离器3为斜置带夹套的螺旋推进装置，内筒体上开有多个小孔，液相从小孔中流出，汇集到夹套出口引出，分离器3的液相出口经减压阀11与洗草机1的进水口相接；分离器3靠近出口段设有蒸汽进口和压力计口；分离器3的固相出口与蒸煮器4的进料口相接，蒸煮器4出料口与戊糖分离机5的物料进口相接，戊糖分离机5设有戊糖溶液出口，戊糖分离机5的固相出口与缓存罐6的物料进口相接，缓存罐6的物料出口经减压阀10与喷放罐7的物料进口相连，喷放罐7的物料出口与喷放阀8的一端相接，喷放阀8的另一端与收集器9的物料进口相接，收集器9设有气相收集口和液固相收集口。

所述蒸煮器4为螺旋推进装置，其推进机构由电机驱动，筒体为水平圆筒，在筒体一端设有进料口和蒸汽进口；在筒体另一端设有出料口。

所述戊糖分离机5为螺旋推进装置，其推进机构螺杆由电机驱动，一端通过轴承固定；筒体为锥形筒，在筒体上设有物料进出口和戊糖溶液出口；物料在推进过程中分离出戊糖。

所述缓存罐6包括筒体，筒体上设有物料进出口；喷放罐7包括筒体，筒体上设有物料进出口和蒸汽进口；收集器9包括筒体，筒体上设有物料进口、气体出口和液固相出口；喷放罐7的物料出口与喷放阀8直接连接，喷放阀8与收集器9的物料进口相接。

所述喷放阀8为快开阀。

实施例2：

一种木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺，包括以下步骤：粉碎后的秸秆或草类原料先送入水力洗草机进行洗涤；然后送至分离器，通过分离器的螺旋推进机构由下向上进行推进，送至出料口；在此期间与压力为0.2MPa，温度为133℃的蒸汽混合，从分离器分离出来的液相返回洗草机，分离出的固相送至蒸煮器进一步蒸煮，与压力为0.2MPa，温度为133℃的蒸汽混合，从蒸煮器出来的物料送至戊糖分离机分离出戊糖溶液，固相送至缓存罐进行缓存；然后送至喷放罐，与通入的压力为1.2MPa，温度为190℃的蒸汽混合，保温保压30秒后，打开喷放阀进行瞬间喷放；喷放后的物料在压力差的作用下进入收集器，分别收集气相、液相和固相产物；可实现连续进料，连续出料，保证生产的连续性。其他同实施例1。

实施例3：

一种木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺，包括以下步骤：粉碎后的木质纤维素生物质原料先送入洗涤机进行洗涤；然后送至分离器，在此期间与压力为0.6MPa，温度为164℃的蒸汽混合，进行预蒸，从分离器分离出来的液相经减压阀减压后返回洗涤机；从分离器分离出的固相送至蒸煮器进一步蒸煮，与压力为0.6MPa，温度为164℃的蒸汽混合，从蒸煮器出来的物料送至戊糖分离机分离出戊糖溶液，固相送至缓存罐进行缓存，然后送至喷放罐，并与通入的压力为2.0MPa，温度为210℃的蒸汽混合，保温保压60秒后，打开喷放阀进行瞬间喷放；喷放后的物料在压力差的作用下进入收集器，分别收集气相、液相和固相产物。其他同实施例1。

Claims (5)

1.一种木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1）将粉碎后的木质纤维素生物质原料送入洗涤机进行洗涤；

2）洗涤后的物料送至分离器，通入蒸汽进行预蒸，从分离器出来的液体返回洗涤机回用；

3）从分离器分离出来的固体物料送入蒸煮器，同时通入蒸汽，将物料中的半纤维素分解成戊糖；

4）蒸煮后的物料送至戊糖分离机分离出戊糖溶液，固体物料送至缓存罐进行暂存；

5）缓存的物料送至喷放罐，通入蒸汽升温保压一段时间，然后打开喷放阀进行加压喷放；喷放后的物料进入收集器，分别收集气相、液相和固相产物；

步骤2）中所述分离器包括带夹套的斜置筒体和设置于内部的螺旋推进装置；筒体上设有多个小孔、物料进出口和排净口；夹套上设有蒸汽进口和液体出口；生物质原料由粉碎机粉碎后配成悬浮液泵入分离器，预蒸结束后进入蒸煮器。

2.如权利要求1所述的木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺，其特征在于，步骤1）中所述洗涤机为水力洗草机。

3.如权利要求1所述的木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺，其特征在于，步骤3）中所述蒸煮器包括筒体和设置于内部的螺旋推进装置，筒体上设有物料进出口和蒸汽进口。

4.如权利要求1所述的木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺，其特征在于，步骤4）中所述戊糖分离机包括筒体和设置于内部的螺旋推进装置，筒体上设有物料进出口和戊糖溶液出口；所述缓存罐包括筒体和物料进出口。

5.如权利要求1所述的木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺，其特征在于，步骤5）中所述喷放罐包括筒体、物料进出口和蒸汽进口；所述收集器包括筒体和其上设置的物料进口、气体出口和液固相出口；所述喷放阀为快开阀。