一种木质纤维素生物质循环强化预水解工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种木质纤维素生物质预处理工艺，特别是涉及将预水解液循环回用 于木质纤维素生物质预水解过程的工艺。
【背景技术】
[0002] 工业革命以来，化石资源一直是人类的主要能源和化学品资源。然而地球上可利 用的化石资源非常有限。与化石资源相比较，针叶木（如马尾松）、阔叶木（如桉木和杨木） 和非木材（如秸杆和竹子）等木质纤维素生物质资源却是可再生的，合理使用可实现其长 期可持续性经营。制浆造纸技术一直以来是木质纤维素生物质资源利用的主要方式之一。 传统的制浆造纸企业其特点是输入的化学品和原料量很多，输出产品单一，所消耗的能源 巨大，对生态环境的负面影响大。
[0003] 随着生物质精炼技术的提出和发展，传统制浆造纸企业有机会利用这项新兴技术 转型为集约化的生物质精炼工厂，以生产高附加值的生物质燃料和生物质化学品，如生物 柴油、碳纤维、乙醇和聚合物等，这些产品都来自半纤维素和木质素；而纤维素能够继续生 产出传统的制浆造纸产品。制浆造纸-生物质精炼一体化体系在减少废水排放造成的环境 污染和提高能源使用效率的同时，从木质纤维素生物质资源中获得最大收益。预水解工艺 是生物质精炼技术的重要预处理方式之一。
[0004] 现有预水解工艺只添加水，其半纤维素的水解率与回收率高，预处理后的纤维素 的造纸性能提高，并且具有极高的酶消化性。同时预水解过程可以得到半纤维素转化而来 的糖，可以直接用来发酵生成乙醇。现有预水解工艺预水解液中的组分包含乙酸等酸性物 质，还包含木糖、甘露糖、葡萄糖等单糖，以及相应的低聚糖等物质。但现有预水解工艺具有 如下缺陷：预处理过程需要大量的水，所得预水解液中各组分的浓度低，单位原料处理量耗 能较多，所得预水解液难以资源化利用，所以在工业上没有大规模应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种木质纤维素生物质循环强化预水解工艺，所得循环强化 预水解液中组分浓度高，具有易于资源化利用，且水资源消耗低，环境影响小等优势。
[0006] 本发明所述木质纤维素生物质是指制浆造纸所用植物纤维原料，包括针叶木（如 马尾松）、阔叶木（如桉木和杨木）和非木材（如秸杆和竹子）。
[0007] 本发明是通过以下技术方案予以实现：一种木质纤维素生物质循环强化预水解 工艺，以水对木质纤维素生物质进行预水解处理，过滤得预水解液，其特征是，采用所述预 水解液对木质纤维素生物质进行循环强化预水解处理，处理时将所述预水解液与水混合作 为循环强化预水解处理液，所述循环强化预水解处理液与所述木质纤维生物质的比例为 3:l-8:lL/kg〇
[0008] 作为优选的技术方案，所述预水解液与水混合时，预水解液的体积百分比为 20-80%〇
[0009] 进一步优选地，所述预水解液与水混合时，预水解液的体积百分比为40-60%。
[0010] 作为优选的技术方案，所述循环强化预水解处理的温度为120°C-2KTC，时间为 60-320min〇
[0011] 作为优选的技术方案，所述木质纤维素生物质为天然木质纤维素生物质或为经过 预处理的木质纤维素生物质。
[0012] 本发明的另一目的是提供一种循环强化预水解液，是上述木质纤维素生物质循环 强化预水解工艺处理后过滤所得的液相。
[0013] 本发明还提供上述循环强化预水解液在生产单糖、低聚糖、有机酸、糖降解产物以 及衍生物中的应用。
[0014] 本发明的再一目的是提供一种循环强化预水解生物质，是上述木质纤维素生物质 循环强化预水解工艺处理后过滤所得固相。
[0015] 本发明还提供上述循环强化预水解生物质在生产溶解浆、乙醇、纳晶纤维素中的 应用。
[0016] 本发明的有益效果在于：
[0017] 1、循环强化预水解液中含有乙酸等酸性物质，还含有木糖、甘露糖、葡萄糖等单 糖，以及相应的低聚糖等物质，与现有预水解工艺相比，本发明工艺处理所得循环强化预水 解液对原有预水解液中主要组分（包括有机酸和糖类成分）具有富集效应，即组分浓度提 升，浓度的提升有利于预水解液的资源化利用；
[0018] 2、以预水解液替代水进行循环强化预水解处理，利用预水解液本身内含热能的同 时，降低了新鲜水的用量，环境影响小；
[0019] 3、在充分利用预水解液内含热能的同时，降低了预水解过程用水量，降低了生产 过程中废水的排放量，具有环境效益。
【附图说明】
[0020] 本发明附图1幅，图1为本发明循环强化预水解工艺示意图。
【具体实施方式】
[0021] 下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以 任何方式限制本发明。
[0022] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0023] 在木质纤维素生物质循环强化预水解工艺中，除了现有预水解工艺中所用的水 (见附图a线）之外，还会添加一定比例（体积比）的预水解液（见附图，b线）。
[0024] -种木质纤维素生物质循环强化预水解工艺包括以下步骤：
[0025] (1)在工艺要求液比（R)(所添加的液体体积：绝干木质纤维素生物质，单位为 L:kg)下，强化预水解液储存槽中的预水解液按照工艺要求比例（体积比）与水混合，与木 质纤维素生物质一起加入预水解装置中，升温到循环强化预水解工艺要求的温度（T)，保温 一段时间（t)，待达到要求保温时间后，分离得到循环强化预水解液①和循环强化预水解生 物质②。
[0026] (2)所述步骤（1)中所得循环强化预水解生物质②经过蒸煮、纤维素酶解、酸解生 产溶解浆、乙醇、纳晶纤维素或者经过其它处理用于生产其它目标产品。
[0027] (3)所述步骤（1)中所得循环强化预水解液①进入循环强化预水解液储存槽，该 预水解液除了部分循环回用于循环强化预水解过程之外，多余部分可通过直接衍生、分离、 分离后衍生等方法，用于生产单糖、低聚糖、有机酸、糖降解产物及其衍生物等。
[0028] 对比例
[0029] 此例为现有预水解工艺预水解液的制备。取100g绝干桉木于预水解装置中，按 照液比6:1 (L: kg)加入水，升温至190°C，保温60min后，冷却，过滤分离得液相为预水解液 (主要成分为有机酸和糖类物质）。
[0030] 实施例1
[0031] 将对比例所得预水解液与水混合，其中预水解液的体积百分比为20%，得循环强 化预水解处理液。取l〇〇g绝干桉木于预水解装置中。按液比6:1 (L:kg)加入循环强化预 水解处理液，升温至190°C，保温60min。达到要求保温时间后，循环强化预水解过程结束。 冷却，过滤分离，液相为桉木循环强化预水解液，固相为循环强化预水解桉木。
[0032] 实施例2
[0033] 将对比例所得预水解液与水混合，其中预水解液的体积百分比为40%，得循环强 化预水解处理液。取l〇〇g绝干桉木于预水解装置中。按液比6:1 (L:kg)加入循环强化预 水解处理液，升温至190°C，保温60min。达到要求保温时间后，循环强化预水解过程结束。 冷却，过滤分离，液相为桉木循环强化预水解液，固相为循环强化预水解桉木。
[0034] 实施例3
[0035] 将对比例所得预水解液与水混合，其中预水解液的体积百分比为60%，得循环强 化预水解处理液。取l〇〇g绝干桉木于预水解装置中。按液比6:1 (L:kg)加入循环强化预 水解处理液，升温至190°C，保温60min。达到要求保温时间后，循环强化预水解过程结束。 冷却，过滤分离，液相为桉木循环强化预水解液，固相为循环强化预水解桉木。
[0036] 实施例4
[0037] 将对比例所得预水解液与水混合，其中预水解液的体积百分比为80%，得循环强 化预水解处理液。取l〇〇g绝干桉木于预水解装置中。按液比6:1 (L:kg)加入循环强化预 水解处理液，升温至190°C，保温60min。达到要求保温时间后，循环强化预水解过程结束。 冷却，过滤分离，液相为桉木循环强化预水解液，固相为循环强化预水解桉木。
[0038] 下表为以上对比例、实施例1-4中，所得预水解液、桉木循环强化预水解液中主要 组分含量对比数据。
[0039]
【主权项】
1. 一种木质纤维素生物质循环强化预水解工艺，以水对木质纤维素生物质进行预水解 处理，过滤得预水解液，其特征是，采用所述预水解液对木质纤维素生物质进行循环强化预 水解处理，处理时将所述预水解液与水混合作为循环强化预水解处理液，所述循环强化预 水解处理液与所述木质纤维生物质的比例为3:1-8: lL/kg。2. 根据权利要求1所述的木质纤维素生物质循环强化预水解工艺，其特征在于，所述 预水解液与水混合时，预水解液的体积百分比为20-80%。3. 根据权利要求1所述的木质纤维素生物质循环强化预水解工艺，其特征在于，所述 预水解液与水混合时，预水解液体积百分比为40-60%。4. 根据权利要求1所述的木质纤维素生物质循环强化预水解工艺，其特征在于循环强 化预水解处理的温度为120°C -210°C，时间为60-320min。5. 根据权利要求1所述的木质纤维素生物质循环强化预水解工艺，其特征在于所述木 质纤维素生物质为天然木质纤维素生物质或为经过预处理的木质纤维素生物质。6. -种循环强化预水解液，其特征在于，权利要求1-5任意一项所述木质纤维素生物 质循环强化预水解工艺处理后过滤所得液相。7. 权利要求6所述循环强化预水解液在生产单糖、低聚糖、有机酸、糖降解产物以及衍 生物中的应用。8. -种循环强化预水解生物质，其特征在于，权利要求1-5任意一项所述木质纤维素 生物质循环强化预水解工艺处理后过滤所得固相。9. 权利要求8所述循环强化预水解生物质在生产溶解浆、乙醇、纳晶纤维素中的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种木质纤维素生物质循环强化预水解工艺，以水对木质纤维素生物质进行预水解处理，过滤得预水解液，采用所述预水解液对木质纤维素生物质进行循环强化预水解处理，处理时将所述预水解液与水混合作为循环强化预水解处理液，所述循环强化预水解处理液与所述木质纤维生物质的比例为3:1-8:1L/kg。循环强化预水解液中含有乙酸等酸性物质，还含有木糖、甘露糖、葡萄糖等单糖，以及相应的低聚糖等物质，与现有预水解工艺相比，对原有的预水解液中主要组分具有富集效应，有利于预水解液的资源化利用。
【IPC分类】C07H3/06, D21C5/00, C07C53/08, C12P7/10, C07H3/02, C07C51/00, C07H1/00
【公开号】CN105112459
【申请号】CN201510616828
【发明人】李海明, 郭怀泽, 马明帅, 周景辉, 韩颖
【申请人】大连工业大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月23日