CN106834362A - 秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法 - Google Patents

Abstract

秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法。目前工业化生产的秸秆等农业废弃物预处理技术主要有酸法水解、碱法水解、添加化学药剂爆破法等预处理方法，存在处理技术工艺复杂，能耗较高，且不同程度地存在环境污染等问题。本发明秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法，其组成包括：预浸泡，通过除沙器进行对秸秆的除沙处理，去除杂质；脱水；对栓塞流反应器经过15kg/cm2蒸汽加压升温至压力13.5 kg/cm2温度190℃保持压力20min后放料，在栓塞流反应器放料过程中需要经过两级闪蒸；在闪蒸过程中二级闪蒸过程中产生气体，一级闪蒸回用蒸汽二级闪蒸产生气体经冷却器冷却后排入污水处理装置。本发明应用于生物炼制领域。

Description

秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法

技术领域：

本发明涉及一种秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法。

背景技术：

秸秆等纤维素原料在细胞组成、化学成分上都存在很大的差异，这种差异直接影响其酶解和发酵效率。秸秆原料中纤维素、半纤维素、木质素结构的复杂性和不均一性是导致其难以高效转化的根本原因，因此必须对秸秆等原料进行有效的预处理。目前工业化生产的秸秆等农业废弃物预处理技术主要有酸法水解、碱法水解、添加化学药剂爆破法等预处理方法，存在处理技术工艺复杂，能耗较高，且不同程度地存在环境污染等问题。

现有技术的秸秆等农业废弃物预处理的方法是将15%-20%水分的秸秆经输送机送至气爆罐内，通入蒸汽升温至190℃、压力13.5mpa，保温15min气爆放料。这样做的会造成：

（1）气爆过程中产生的酸醛含量较高，气爆后半纤维素得率一般80%。

（2）气爆过程中进入空气量较大，蒸汽单耗较大，一般0.5t蒸汽/t秸秆。

（3）气爆后物料中酸醛含量大于100ppm对后端酶解发酵影响较大。

发明内容：

本发明的目的是提供一种秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法，其组成包括：预浸泡，通过除沙器进行对秸秆的除沙处理，去除杂质；脱水；对栓塞流反应器经过15kg/cm2蒸汽加压升温至压力13.5 kg/cm2温度190℃保持压力20min后放料，在栓塞流反应器放料过程中需要经过两级闪蒸；在闪蒸过程中二级闪蒸过程中产生气体，一级闪蒸回用蒸汽二级闪蒸产生气体经冷却器冷却后排入污水处理装置。

所述的秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法，所述的预浸泡，是将秸秆存储点的压块秸秆经过皮带输送机输送至两级预浸泡装置，一级预浸泡装置中采用无轴螺旋对秸秆装置进行浸泡，浸泡温度45℃，浸泡时间12min，一级螺旋出料压块秸秆已经基本完成松散，二级采用滚筒输送装置对秸秆进行进一步洗涤，浸泡温度40—45℃，浸泡时间5min，加装强力搅拌装置加速秸秆块的松散，松散后的秸秆进入水力洗涤机内通过回用水进行浸泡。

所述的秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法，所述的脱水是经过水力洗涤和除沙装置处理后的秸秆送入到双网脱水机进行对水洗后的秸秆进行脱水，在双网脱水机脱水40%干物的秸秆后，将脱水后的秸秆送至栓塞流反应器内。

所述的秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法，在对二次闪蒸后的秸秆送入到混料器内进行充分搅拌，在搅拌过程中同时将液碱、回收水和纤维酶素加入到混料器内，均匀混合后将混合后的物质送入到酶水解罐进行分解。

所述的秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法，水热环境采用40%干物含量的秸秆进行液相蒸煮，蒸煮采用气液两项蒸煮。

本发明的有益效果：

1.本发明在水热环境前添加了洗涤除沙装置，保障了后端酶水解、发酵环境。

本发明相对于气爆工艺，水热环境采用40%干物含量的秸秆进行液相蒸煮，避免因加热不均产生毒害物质。

本发明水热环境实现了蒸汽的二次回收利用降低蒸汽消耗。

本发明蒸煮采用气液两项蒸煮减少了系统中空气的进入量，大幅度降低了反应过程中醛的产生，有利于后续酶解、发酵工段的操作提高了秸秆的收率。

附图说明：

附图1是本发明的工艺流程框图。

附图2是原有技术的工艺流程框图。

具体实施方式：

实施例1：

一种秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法，其组成包括：该方法包括如下步骤：

（1）首先将由分散在玉米种植区的各秸秆存储点的压块秸秆运输到秸秆乙醇生产厂；

（2）将秸秆存储点的压块秸秆经过皮带输送机输送至两级预浸泡装置，一级预浸泡装置中采用无轴螺旋对秸秆装置进行浸泡，浸泡温度45℃，浸泡时间12min，一级螺旋出料压块秸秆已经基本完成松散，二级采用滚筒输送装置对秸秆进行进一步洗涤，浸泡温度40—45℃，浸泡时间5min，假装强力搅拌装置加速秸秆块的松散，松散后的秸秆进入水力洗涤机内通过回用水进行浸泡；

（3）在水力洗涤机浸泡后的秸秆在通过除沙器进行对秸秆的除沙处理，去除杂质；

（4）经过水力洗涤和除沙装置处理后的秸秆送入到双网脱水机进行对水洗后的秸秆进行脱水，在双网脱水机脱水40%干物的秸秆后，将脱水后的秸秆送至栓塞流反应器内；

（5）对栓塞流反应器经过15kg/cm2蒸汽加压升温至压力13.5 kg/cm2温度190℃保持压力20min后放料，在栓塞流反应器放料过程中需要经过两级闪蒸；

（6）在闪蒸过程中二级闪蒸过程中产生气体，一级闪蒸回用蒸汽二级闪蒸产生气体经冷却器冷却后排入污水处理装置。

实施例2：

根据实施例1所述的秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法，在对二次闪蒸后的秸秆送入到混料器内进行充分搅拌，在搅拌过程中同时将液碱、回收水和纤维酶素加入到混料器内，均匀混合后将混合后的物质送入到酶水解罐进行分解。

实施例3：

根据实施例1或2所述的秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法，水热环境采用40%干物含量的秸秆进行液相蒸煮，蒸煮采用气液两项蒸煮。

实施例4：

传统气爆技术：具有细胞结构的植物原料在高压(1.5 MPa)、高温(190℃)介质下汽相蒸煮，半纤维素和木质素产生一些酸性物质，使半纤维素降解成可溶性糖，同时复合胞间层的木质素软化和部分降解，从而削弱了纤维间的粘结。然后突然减压，介质和物料共同作用完成物理的能量释放过程。物料内的汽相介质喷出瞬间急速膨胀，同时物料内的高温液态水迅速暴沸形成闪蒸，对外作功，使物料从胞间层解离成单个纤维细胞。汽爆可分成两个阶段，首先是汽相蒸煮，高压蒸汽渗透到物料内的空隙，使半纤维素降解成可溶性糖，同时木质素软化和部分降解，降低纤维连结强度，为爆破过程提供选择性的机械分离。其次是爆破过程，利用汽相饱和蒸汽和高温液态水两种介质共同作用于物料，瞬间完成的绝热膨胀过程，对外作功。在爆破过程中，膨胀的气体以冲击波的形式作用于物料，使物料在软化条件下产生剪切力变形运动。由于物料变形速度较冲击波速度小得多，使之多次产生剪切，使纤维有目的分离。二者相辅相成，汽相蒸煮条件的选择决定着汽爆目的性。汽相蒸煮的温度和蒸煮时间之间存在交互作用，根据Arrhenius定律，温度每升高10℃热化学反应的速率加倍，温度的升高从而可缩短蒸煮时间, 但爆破机械作用只有在汽相蒸煮临界点以上才能发挥出来。汽爆条件的选择与原料的种类，汽爆物料的用途和汽爆罐的性能有关。（1）如麦草与木材在汽爆条件上差异较大，不能把麦草等同于木材。（2）制浆、化学纤维和生物转化对植物原料要求差别很大，因此，汽爆条件也不能同样考虑。如为了得到高得率的纸浆，相应采取了防止组分降解措施。从生物量全利用来看，应以最低成本获得三组分最大收率为目的。（3）从工程角度考虑汽爆条件，主要是汽相蒸煮的均匀性，也就是汽相传递特性，这个问题与起始物料含水量关系很大。（4）汽爆罐的性能对汽爆条件选择也影响很大。如汽爆罐放料口直径与罐体直径的比例，对于爆破作用有较大影响。

Claims (5)

1.一种秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法，其组成包括：预浸泡，其特征是：通过除沙器进行对秸秆的除沙处理，去除杂质；脱水；对栓塞流反应器经过15kg/cm2蒸汽加压升温至压力13.5 kg/cm2温度190℃保持压力20min后放料，在栓塞流反应器放料过程中需要经过两级闪蒸；在闪蒸过程中二级闪蒸过程中产生气体，一级闪蒸回用蒸汽二级闪蒸产生气体经冷却器冷却后排入污水处理装置。

2.根据权利要求1所述的秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法，其特征是：所述的预浸泡，是将秸秆存储点的压块秸秆经过皮带输送机输送至两级预浸泡装置，一级预浸泡装置中采用无轴螺旋对秸秆装置进行浸泡，浸泡温度45℃，浸泡时间12min，一级螺旋出料压块秸秆已经基本完成松散，二级采用滚筒输送装置对秸秆进行进一步洗涤，浸泡温度40—45℃，浸泡时间5min，加装强力搅拌装置加速秸秆块的松散，松散后的秸秆进入水力洗涤机内通过回用水进行浸泡。

3.根据权利要求1或2所述的秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法，其特征是：所述的脱水是经过水力洗涤和除沙装置处理后的秸秆送入到双网脱水机进行对水洗后的秸秆进行脱水，在双网脱水机脱水40%干物的秸秆后，将脱水后的秸秆送至栓塞流反应器内。

4.根据权利要求1或2或3所述的秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法，其特征是：对所述的二次闪蒸后的秸秆送入到混料器内进行充分搅拌，在搅拌过程中同时将液碱、回收水和纤维酶素加入到混料器内，均匀混合后将混合后的物质送入到酶水解罐进行分解。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的秸秆纤维素乙醇秸秆预处理方法，其特征是：所述的水热环境采用40%干物含量的秸秆进行液相蒸煮，蒸煮采用气液两项蒸煮。