从生物质原料中同时提取半纤维素、纤维素和木质素的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及生物质资源化高效综合利用领域，具体地设及从生物质原料中同时提 取半纤维素、纤维素和木质素的装置。
【背景技术】
[0002] 在农业生物质资源例如各种植物賴杆中含有大量纤维组分。生物质资源化综合利 用的重要研究方向之一是将生物质资源通过分离技术得到纤维素、半纤维素 W及木质素， Ξ者统称为"Ξ素"。在Ξ素分离过程中需要使用大量用水，同时也伴随产生相当多的各种 液体，其中包括在一级分离时产生的半纤维素液相W及在Ξ级分离时得到的生化木素原液 W及由原液经膜装置处理后得到的上清液。
[0003] 在传统的生物质资源综合利用技术中，对于生化木素原液经膜处理后得到的上清 液则一般作为废水直接排出。众所周知，木质素膜处理上清液是一种碱性较高、含有大量固 体成分且化学需氧量极高的液体。将其直接排出会造成严重环境污染。运也是Ξ素分离工 艺中最大的污染来源。因此传统处理方法既不利于环境保护，也造成了资源浪费，不利于生 物质资源的综合利用。随着中国经济日益向高效、低碳转型，高加工成本和原料成本是制约 传统工艺的商业化是重要的障碍，木质素膜处理上清液的再利用技术的研究具有重大意 义。
[0004] 目前，对于木质素膜处理上清液再利用的相关研究较少。例如在CN103373784A中 公开了用于返回循环利用或送去溶解锅炉燃烧后的碱灰。在CN101045535A中公开了浓缩炭 化来生产炭黑的技术。然而，运些再利用技术本身并不完美，并且也不能满足当前多样化的 需要。因此，需要针对木质素膜处理上清液开发新的再利用技术。
【发明内容】
[0005] 为了进一步开发利用Ξ素分离时产生的废水，特别是木质素膜处理上清液，提高 生物质资源综合利用效率，本发明的发明人对于Ξ素分离时产生的废水的各种物质和化学 性质进行了分析，并在此基础上，发明人发现1C厌氧塔进水要求抑在6.8~7.5，用于厌氧发 酵的一级分离时产生的半纤维素液相的pH通常低于6.8,为了满足1C厌氧塔进水要求，通常 需使用液碱调节pH。另一方面，发明人还发现木质素膜处理上清液的pH值为10W上至13W 下，并且通过对木质素膜处理上清液简单处理，即可使用其替代或部分替代碱液来调节1C 厌氧塔的抑至所需的范围。基于此完成了本发明。
[0006] 因此，本发明提供一种从生物质原料中同时提取半纤维素、纤维素和木质素的装 置，其包括一级分离装置、二级分离装置、Ξ级分离装置、膜处理装置、pH实时监测装置、液 相混合装置和流量控制装置；
[0007] 其中；
[0008] -级分离装置用于将预处理后的生物质原料进行蒸汽蒸煮处理，然后经多级清洗 后进行第一固液分离得到第一液相和第一固相，其中，所述蒸汽蒸煮处理为用0.6M化~ 3. OM化的蒸汽蒸煮Imin~5min，所述第一液相为pH低于6.8的半纤维素液相；
[0009] 二级分离装置用于将第一固相进行碱液处理后进行第二固液分离得到第二液相 和第二固相，其中，所述碱处理为W第一固相的总质量计，向所述第一固相加入浓度为4% ~10 %的碱溶液，在60°C~130°C的条件下蒸煮0.化~化；
[0010] Ξ级分离装置用于将第二液相进行沉淀、过滤、活化、精选处理，得到第Ξ液相和 第Ξ固相，其中所述第Ξ液相为生化木素原液；
[0011] 膜处理装置用于处理所述生化木素原液，得到上清液及生化木素产品，其中所述 上清液的溫度为〇°CW上至45°CW下，pH值为10W上至13W下，化学需氧量含量为15000mg/ L W下，悬浮物含量为300mg/L W下；
[0012] 液相混合装置用于将所述上清液与所述半纤维素液混合，从而得到混合相；
[0013] 抑实时监测装置包括抑值测量器，所述抑实时监测装置用于实时在线监测所述混 合相的pH值，并将监测数据传输到流量控制装置；
[0014] 流量控制装置用于根据所监测到的pH值来调节上清液与所述半纤维素液的混合 比，从而控制混合相的pH值为6.8W上至7.5W下的范围内。
[0015] 优选地，液相混合装置为循环池。进一步优选设置有揽拌器。
[0016] 在某些实施方案中流量控制装置为控制阀口，其被构造为根据所监测到的pH值大 小来自动调节阀口开口的大小。
[0017] 在某些实施方案中，从生物质原料中同时提取半纤维素、纤维素和木质素的装置 进一步包括厌氧塔，且所述混合相通过管路与厌氧塔联通。
[0018] 在某些实施方案中，一级分离装置、二级分离装置、Ξ级分离装置、膜处理装置和 液相混合装置之间通过管路联通。
[0019] 在某些实施方案中，pH实时监测装置设置在液相混合装置中。
[0020] 在某些实施方案中，包括第一流量控制装置和第二流量控制装置，且第一流量控 制装置设置在液相混合装置与膜处理装置之间，第二流量控制装置设置在半纤维素液相与 液相混合装置之间。优选地，还进一步第Ξ流量控制装置，且第Ξ流量控制装置设置在碱液 储存装置与液相混合装置之间。
[0021] 在某些实施方案中，优选地进一步包括碱液储存装置，碱液储存装置与所述液相 混合装置通过管路连接。
[0022] 在某些实施方案中，pH实时监测装置设置有计算器。计算器与流量控制装置电连 接。例如与第二流量控制装置电连接。可选地，与第Ξ流量控制装置电连接。
[0023] 在传统装置中，厌氧发酵液pH的调节需要使用碱液在循环池中进行，需要使用大 量碱液，每次成本消耗大，并且液碱消耗用完，需要繁琐的采购流程，并且装卸液碱存在安 全危险。在本发明的装置中，通过上述装置将作为发酵液的半纤维素液相中加入木质素膜 处理后的上清液能够保持1C厌氧塔的抑值要求，并且从污水处理系统监测数据来看，上清 液替代液碱没有影响到生化系统运行和深度处理运行，各项监测指标符合工艺指标。因此， 本发明的装置能够降低上清液的单独处理费用，并且有效减少繁琐的采购流程，消除装卸 液碱存在安全危险。
【附图说明】
[0024] 图1为传统Ξ级分离装置的示意性说明图。
[0025] 图2为作为本申请优选实施方案之一的装置的示意性说明图。其中pH值实时监测 装置设置在带有揽拌器的混合装置上。
[0026] 图3为作为本申请优选实施方案之一的装置的示意性说明图。其中pH值实时监测 装置设置在带有揽拌器的混合装置上，且pH值实时监测装置进一步设置有计算器。
[0027] 图4为作为本申请优选实施方案之一的装置的示意性说明图。其中pH值实时监测 装置设置在带有揽拌器的混合装置上，且抑值实时监测装置进一步设置有计算器;且pH值 实时监测装置与作为第二和第Ξ流量控制装置的阀口电连接。
【具体实施方式】
[0028] 现对本发明的各示例性实施方案进行详细描述，其中的实施例用附图加 W说明。 可W理解的是，W下的详细说明不是对本发明的限定，相反是为读者提供对本发明的某些 方面和特征的细节更好的理解。
[0029] 在本发明中，各种科技术语、名词均具有本领域内通常的含义，除非另作说明。另 夕h本申请所述的表示重量的单位均为千克化g)，除非另作说明。
[0030] 在本发明中，生物质原料通过Ξ级分离技术可W生产纤维素、半纤维素和木质素。 本文中将运Ξ种物质总称为"Ξ素"，将通过Ξ级分离技术生产Ξ素的技术称作"Ξ素分离 技术"。其中包括通过Ξ次分离手段分别得到不同产品，并将不同产品开发用于生产Ξ素。
[0031] 作为本发明中使用的术语"生物质"，是指为各种各样的纤维材料，如硬木、软木、 再生纸、废纸、林业废料、纸浆和造纸废液、农作物賴杆、甘薦渣和柳枝稷，W及一种W上类 型的纤维素生物质的混合物。本领域技术人员将认可存在其它的含纤维素原料，并且可W 通过实施本发明的方法将其分级分离。例如，作为硬木类生物质包括，但不局限于，各类树 枝例如灌木枝、枯树叶，和/或由其加工产生的材料，包括银末、木屑、创花等。作为作物賴 杆，包括玉米杆、小麦杆、大麦杆、稻杆等。还包括其他植物类纤维，例如芦韦、亚麻类、杂草、 食用菌废料