CN109694889A - 一种高效的玉米秸秆预处理方法 - Google Patents

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陈胜杰
巫晓冬
金明杰
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    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/02—Monosaccharides
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Abstract

本发明提供了一种高效的玉米秸秆预处理方法，包括以下步骤：(1)将干燥的玉米秸秆粉碎至粒度在0.1～1cm范围内，且保证含水量在1‰以下；(2)在蛟龙中，采用适当的投料量同步投入玉米秸秆和1％的稀硫酸，通过蛟龙混合并输送至预处理罐中；(3)在预处理罐中采用蒸汽高温高压水解。处理后的玉米秸秆最佳可达到发酵可用单糖得率高达64.3％，葡萄糖得率85％，木糖得率49％。

Description

一种高效的玉米秸秆预处理方法
技术领域
本发明涉及生物质的物理化学处理方法，具体涉及一种可提高玉米秸秆的单糖转化率的玉米秸秆预处理方法。
背景技术
玉米秸秆是工、农业生产的重要生产资源。玉米秸秆含有丰富的营养和可利用的化学成分，含有30％以上的碳水化合物、2％-4％的蛋白质和0.5％-1％的脂肪，秸秆是一种具有多用途的可再生的生物资源。每年有50％以上的玉米秸秆被农民焚烧，既浪费资源，又污染了环境，以玉米秸秆为原料制成炭肥是玉米秸秆循环利用的新途径。
玉米秸秆可通过水解、发酵转化得到单糖。传统的处理方法是，将玉米秸秆碎段后，加入酸或碱进行水解处理。但该处理方法效率低、不适用于大量处理，而且单糖转化率低。
为此有必要开发一种提高及提高处理后单糖转化率的玉米秸秆预处理方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高效处理玉米秸秆的预处理方法，采用了蛟龙和预处理罐相结合的办法处理，并改良了预处理方法的工艺参数。本发明采用如下技术方案：
一种高效的玉米秸秆预处理方法，其特征在于，采用蛟龙和预处理罐处理，包括以下步骤：
(1)粉碎：采用干燥的玉米秸秆做原料，用粉碎机将粗的玉米秸秆粉碎、并用震动筛磨机进行二次加工，使玉米秸秆的颗粒长度在0.1～1cm范围内；并保证玉米秸秆的含水量在1‰以下；
(2)酸混合：开启蛟龙，并将调节转速至10～15rpm/min；将玉米秸秆和质量分数为1％的稀硫酸分别从蛟龙的输入端投入蛟龙，玉米秸秆的投料流量为20～30kg/h；稀硫酸的泵料流量为20～25kg/h；玉米秸秆和稀硫酸被蛟龙内的螺纹型传输管边传输边混合均匀；
(3)高温酸处理：混合后的玉米秸秆和稀硫酸经蛟龙的输出端直接输送到处理罐中，采用夹套蒸汽和预处理罐内通蒸汽的方法，对玉米秸秆进行高温酸处理，处理温度为180～210℃，压力1.5MPa，处理时间为3～10min；
(4)降温冷却后，采用HPLC检测预处理样品中单糖含量。
优选地，所述步骤(2)的蛟龙的输入端与输出端之间的距离不少于2m；蛟龙的螺纹型传输管的倾斜度为20～25°。
优选地，蛟龙中的稀硫酸输入端的管内径为0.7～1.1cm；蛟龙的管内径为10～12cm。
优选地，所述步骤(2)的蛟龙转速为12rpm/min。
优选地，所述步骤(2)的玉米秸秆的投料速度为24kg/h；稀硫酸投料速度为21.8kg/h。
优选地，所述步骤(3)的处理温度为190℃；处理时间为5min。
本发明的技术优势在于：(1)采用蛟龙螺旋拌料混合，提高秸秆的干重比，相比未使用蛟龙混合的10％，提高到30％，大大提高了单位，节省了人力物力等；(2)蛟龙混合的玉米秸秆，也更好的实现均质传递，包括在预处理罐中的热传递和酸质传递等，使预处理效果明显提高；(3)不同的蛟龙转速对玉米秸秆和稀酸混合效果有显著影响，本专利采用最优的蛟龙转速与稀酸泵料速率相结合，达到最优的拌料效果；(4)本发明预处理后的玉米秸秆与提取液的干湿重比例最佳可达到3:7，转化得到的发酵可用单糖得率高达64.3％，葡萄糖得率85％，木糖得率49％。
附图说明
图1为实施例1的玉米秸秆预处理工艺示意图
附图标记：1-蛟龙；11-传输管；12-玉米秸秆输入端；13-稀硫酸输入端；2-预处理罐。
具体实施方式
以下通过附图和实施例，进一步阐述本发明的技术内容：
实施例1
一种高效的玉米秸秆预处理方法，采用如图1所示的蛟龙1和预处理罐2处理，包括以下处理步骤：
(1)粉碎：采用干燥的玉米秸秆做原料，用粉碎机将粗的玉米秸秆粉碎、并用震动筛磨机进行二次加工，使玉米秸秆的颗粒长度在0.1～1cm范围内；并保证玉米秸秆的含水量在1‰以下；
(2)酸混合：开启蛟龙，并将调节转速至12rpm/min；将玉米秸秆从蛟龙1的玉米结构输入端12按投料流量为24kg/h的速度投入蛟龙1内，同步地将质量分数为1％的稀硫酸从稀硫酸输入端13按泵料流量为21.8kg/h的速度投入蛟龙1内；玉米秸秆和稀硫酸被蛟龙1内的螺纹型传输管11边传输边混合均匀；所述螺纹型传输管11的倾斜度为23°，蛟龙中的管内径为10cm，玉米秸秆和稀硫酸被混合传输的距离为2m；
(3)高温酸处理：混合后的玉米秸秆和稀硫酸经蛟龙的输出端直接输送到处理罐2中，采用夹套蒸汽和预处理罐内通蒸汽的方法，对玉米秸秆进行高温酸处理，处理温度为190℃，压力1.5MPa，处理时间为5min；处理后的玉米秸秆与提取液的干湿重比例最佳可达到3:7
(4)降温冷却后，采用HPLC检测预处理样品中单糖含量；检测结果是：单糖得率64.3％，葡萄糖得率85％(即去掉固体残渣后的预处理液中的葡萄糖含量为60g/L)，木糖得率49％(即去掉固体残渣后的预处理液中的木糖含量为30g/L)。
步骤(4)所述的HPLC检测法如下：液相型号为岛津LC-20AB；色谱柱为Bio-radAminex HPX-87H；流动相为0.005M的H2SO4，流速0.6mL/min；柱温箱温度为65摄氏度。使用外标法得出样品浓度。
实施例2
一种高效的玉米秸秆预处理方法，采用如图1所示的蛟龙1和预处理罐2处理，包括以下处理步骤
(1)粉碎：采用干燥的玉米秸秆做原料，用粉碎机将粗的玉米秸秆粉碎、并用震动筛磨机进行二次加工，使玉米秸秆的颗粒长度在0.1～1cm范围内；并保证玉米秸秆的含水量在1‰以下；
(2)酸混合：开启蛟龙，并将调节转速至10rpm/min；将玉米秸秆从蛟龙1的玉米结构输入端12按投料流量为20kg/h的速度投入蛟龙1内，同步地将质量分数为1％的稀硫酸从稀硫酸输入端13按泵料流量为25kg/h的速度投入蛟龙1内；玉米秸秆和稀硫酸被蛟龙1内的螺纹型传输管11边传输边混合均匀；所述螺纹型传输管11的倾斜度为25°，蛟龙中的管内径为11cm，玉米秸秆和稀硫酸被混合传输的距离为2m；
(3)高温酸处理：混合后的玉米秸秆和稀硫酸经蛟龙的输出端直接输送到处理罐2中，采用夹套蒸汽和预处理罐内通蒸汽的方法，对玉米秸秆进行高温酸处理，处理温度为210℃，压力1.5MPa，处理时间为10min；处理后的玉米秸秆与提取液的干湿重比例为2.2:7.8
(4)降温冷却后，采用HPLC检测预处理样品中单糖含量；检测结果是：单糖得率48.8％，葡萄糖得率62％，木糖得率28％。
步骤(4)所述的HPLC检测法如下：液相型号为岛津LC-20AB；色谱柱为Bio-radAminexHPX-87H；流动相为0.005M的H2SO4，流速0.6mL/min；柱温箱温度为65摄氏度。使用外标法得出样品浓度。
实施例3
一种高效的玉米秸秆预处理方法，采用如图1所示的蛟龙1和预处理罐2处理，包括以下处理步骤
(1)粉碎：采用干燥的玉米秸秆做原料，用粉碎机将粗的玉米秸秆粉碎、并用震动筛磨机进行二次加工，使玉米秸秆的颗粒长度在0.1～1cm范围内；并保证玉米秸秆的含水量在1‰以下；
(2)酸混合：开启蛟龙，并将调节转速至15rpm/min；将玉米秸秆从蛟龙1的玉米结构输入端12按投料流量为30kg/h的速度投入蛟龙1内，同步地将质量分数为1％的稀硫酸从稀硫酸输入端13按泵料流量为20kg/h的速度投入蛟龙1内；玉米秸秆和稀硫酸被蛟龙1内的螺纹型传输管11边传输边混合均匀；所述螺纹型传输管11的倾斜度为20°，蛟龙中的管内径为12cm，玉米秸秆和稀硫酸被混合传输的距离为2m；
(3)高温酸处理：混合后的玉米秸秆和稀硫酸经蛟龙的输出端直接输送到处理罐2中，采用夹套蒸汽和预处理罐内通蒸汽的方法，对玉米秸秆进行高温酸处理，处理温度为180℃，压力1.5MPa，处理时间为3min；处理后的玉米秸秆与提取液的干湿重比例为4:6
(4)降温冷却后，采用HPLC检测预处理样品中单糖含量；检测结果是：单糖得率58％，葡萄糖得率72％，木糖得率36％。
步骤(4)所述的HPLC检测法如下：液相型号为岛津LC-20AB；色谱柱为Bio-radAminex HPX-87H；流动相为0.005M的H2SO4，流速0.6mL/min；柱温箱温度为65摄氏度。使用外标法得出样品浓度。

Claims (9)

1.一种高效的玉米秸秆预处理方法，其特征在于，采用蛟龙和预处理罐处理，包括以下步骤：
(1)粉碎：采用干燥的玉米秸秆做原料，用粉碎机将粗的玉米秸秆粉碎、并用震动筛磨机进行二次加工，使玉米秸秆的颗粒长度在0.1～1cm范围内；并保证玉米秸秆的含水量在1‰以下；
(2)酸混合：开启蛟龙，并将调节转速至10～15rpm/min；将玉米秸秆和质量分数为1％的稀硫酸分别从蛟龙的输入端投入蛟龙，玉米秸秆的投料流量为20～30kg/h；稀硫酸的泵料流量为20～25kg/h；玉米秸秆和稀硫酸被蛟龙内的螺纹型传输管边传输边混合均匀；
(3)高温酸处理：混合后的玉米秸秆和稀硫酸经蛟龙的输出端直接输送到处理罐中，采用夹套蒸汽和预处理罐内通蒸汽的方法，对玉米秸秆进行高温酸处理，处理温度为180～210℃，压力1.5MPa，处理时间为3～10min；
(4)降温冷却后，采用HPLC检测预处理样品中单糖含量。
2.如权利要求1所述的一种高效的玉米秸秆预处理方法，其特征在于：所述步骤(2)的蛟龙的输入端与输出端之间的距离不少于2m。
3.如权利要求1所述的一种高效的玉米秸秆预处理方法，其特征在于：所述步骤(2)的蛟龙的螺纹型传输管的倾斜度为20～25°。
4.如权利要求1所述的一种高效的玉米秸秆预处理方法，其特征在于：所述步骤(2)的蛟龙中的管内径为10～12cm。
5.如权利要求1所述的一种高效的玉米秸秆预处理方法，其特征在于：所述步骤(2)的蛟龙转速为12rpm/min。
6.如权利要求1所述的一种高效的玉米秸秆预处理方法，其特征在于：所述步骤(2)的玉米秸秆的投料速度为24kg/h。
7.如权利要求1所述的一种高效的玉米秸秆预处理方法，其特征在于：所述步骤(2)的稀硫酸投料速度为21.8kg/h。
8.如权利要求1所述的一种高效的玉米秸秆预处理方法，其特征在于：所述步骤(3)的处理温度为190℃。
9.如权利要求1所述的一种高效的玉米秸秆预处理方法，其特征在于：所述步骤(3)的处理时间为5min。
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