专利名称：一种包含酸回收的木质纤维素预处理的方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明属于化工领域，具体涉及一种利用盐酸进行木质纤维素预处理的 方法和设备及其酸回收的方法及设备。
技术背景木质纤维素预处理是指利用化学和物理方法,使它的三种成份纤维素与 木质素、半纤维素分离开。同时打开纤维素内部氢键，成为无定型纤维素，打 断部分糖苷键,降低聚合度，水解半纤维素成木糖、阿拉伯糖等单糖，并提高 后续酶解速率。目前预处理的方法有浓酸法、稀酸温烤法、碱处理法、二氧 化硫法、过氧化物法、蒸汽爆破法、氨纤爆破法、二氧化碳爆破法、湿氧化 法、热液法等多种方法。但其中的很多方法因产率低、环境污染、运行成本 高等原因未被推广，其中较为成熟的方法仅蒸汽爆破法及稀酸温烤法两种。蒸汽爆破法(Brownell and Saddler, 1984)是在不加任何催化剂的情况下， 利用高压蒸汽(一般20(TC 23(TC)迅速升温，期间产生的乙酸及水在高温 下解离出的H+催化木质纤维素中大部分半纤维素水解，并改变纤维素的晶型 为无定型结构以有利于后续酶解。但是，由于蒸汽爆破法产生的乙酸及其他 一些酸的酸性较弱，导致催化效率较低，反应速率较慢，半纤维水解效果并 不是很理想(一般仅65% 70%左右)，并且乙酸也是一种发酵抑制产物；一 些未被转化为糖单体的糖低聚体以及一些高温时溶解的木质素会在冷却后沉 降黏附于纤维素表面，影响后续酶解；同时这些未被完全水解的糖低聚体要 用不同的酶对它们进行酶解，因此要一一利用它们显然不太现实。稀酸温烤法(Tsaoetal.， 1982)也是目前使用较为成熟的方法。用低浓 度的硫酸(1% 2%)在接近IO(TC (—般为90。C 95。C)的温度对木质纤 维素处理8 24小时，水解半纤维素并改变纤维素晶型、增大其比表面积以有利于后续酶解。但稀酸温烤法的半纤维水解率同样也不高(70% 80%)， 而且由于酸浓度太低，催化效率较低，稀酸温烤法所需反应时间较长，动力 成本消耗过大，较长的反应时间导致糖单体进一步生成糠醛、甲酸、乙酸、 羟甲基糠醛等发酵抑制产物，影响后续酶解。但是，酸浓度提高后虽然可以 提高催化效率，随之带来的环境污染问题也成为一大障碍。因此，迫切需要 寻找一种既能增加酸浓度又对环境不造成污染的新方法来替代现有的方法， 以解决这一矛盾。 发明内容本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种既能有效提高木质纤维 素中半纤维素转化率、纤维素酶解转化率以及减少发酵抑制产物，又能对酸 进行回收利用，减少环境污染的方法。本发明的另一目的是提供一种能够配合上述方法的系统。本发明的目的可以通过以下措施达到一种包含酸回收木质纤维素的预处理和回收方法，将木质纤维素装入循环反应器中，并注入盐酸，打开循环泵在温度为50'C 20(TC下进行循环反 应，反应结束后向得到的水解液中加入氯盐并加热，其挥发的HC1和产生的 水蒸气被高速水流通过文丘里管产生的负压吸走并溶于通过的水中，通过循 环流动回收水解液中的HC1，除酸后的水解液用于发酵。此方法具体为将木质纤维素(玉米秸杆、麦草、稻壳稻草、甘蔗渣、柳 枝、玉米叶、玉米芯等)装入循环反应器中，并注入盐酸，打开循环泵(1) 在温度为50。C 200。C(50。C 100。C常压反应，100。C 200。C氮气加压反应) 下进行循环反应，反应结束后将得到的水解液通入含有氯盐(MgCl2、 CaCl2、 NaCl或KCl)的储液蒸馏釜，其上设置文丘里管。在对储液蒸馏釜进行加热 时，由于氯盐的存在，大部分HC1及一部分水可以从反应液中挥发，启动循 环泵(2)高速水流通过文丘里管，产生负压把挥发的HC1和部分水蒸气吸 走，并溶于通过的水中，通过不断的循环流动最终达到回收反应液中HC1的 目的，时提高了糖浓度。其中所述的盐酸为质量分数为5% 15%的盐酸；木质纤维素与盐酸的固液质量比为1:5 15。循环泵1的流速为5 15L/min。反应超过IO(TC时，循环反应采用氮气 加压，加压到2 4MPa。循环泵2的流速为10 100L/min。氯盐在盐酸中的摩尔浓度为0.1 % 5%。反应结束后储液蒸馏釜内的反应液最后通过离子交换树脂除去氯盐后用 于后续发酵。循环反应器内剩余的木质纤维素(绝大部分为纤维素)用水冲 洗后取出用于后续酶解，即先用热水冲洗以除去残酸和残留的木质素，随后 取出用于后续酶解。一种木质纤维素的预处理和回收系统，包括反应器、储酸罐和储液蒸馏 釜，其中反应器的顶部通过管道与储酸罐相通，反应器的底部通过管道与储 液蒸馏釜相通，在反应器的进出口之间串接有循环泵，循环泵的入口与反应 器底部相通，循环泵的出口与设在反应器顶部的喷淋头相通；循环回收罐的 进出口分别与设置在储液蒸馏釜一个出口的文丘里管的两端相通，在循环回 收罐与文丘里管之间串接有另一个循环泵构成循环回路，其中循环回收罐的 一个出口与储酸罐的入口相通。该系统包括氮气瓶，其中氮气瓶经由管道与所述的反应器顶部相通；在 反应器的顶部设有热水入口，在所述的反应器的底部设有废液出口。其中循 环泵为防酸循环泵。反应器优选为圆柱形，上方和下方分别设有进料口和出料口；顶部和底 部均为半球状结构，顶部接有喷淋头与外部管路相连，预处理时含酸反应液 经喷淋头再回流入反应器，喷淋头除了可以让含酸反应液均匀的分布于木质 纤维素物料之上以利于反应外，还可以在常压反应时抑制水的挥发(IO(TC以 下)。反应器下方还设置了一个带孔过滤板，这样固体物料就可以通过过滤板 的阻挡留在反应器中持续反应。循环泵采用防酸循环泵。在IO(TC以上温度 反应时，还可以通过氮气瓶中氮气对整个反应体系加压以使反应正常进行。本系统除了包括预处理系统外，还包括回收系统，即文丘里管、循环回收罐和循环泵；循环回收罐的进出口分别与文丘里管的两端相通，在循环回 收罐与文丘里管之间串接有循环泵从而构成一个回收循环。储液蒸馏釜中因 加热挥发的HC1和部分水蒸气被吸入文丘里管进入回收循环并溶于循环中的 水中，回收完成后的循环回收罐内的盐酸可以直接进入储酸罐，从而为下一 次反应提供用酸。本发明的回收系统利用了向盐酸中加入氯盐可以提高HC1 的逃逸能力的技术，从而实现了从水解液中回收HC1的目的，图2中以CaCl2 为例说明了含有氯盐与不含氯盐之间气相中HC1与H20之间的含量差别。本发明的方法能够有效地提高木质纤维素中半纤维素转化率、木质素去 除率、纤维素酶解转化率以及减少发酵抑制产物，降低能耗，减少纤维素酶 的用量，提高糖浓度，同时还能对HC1进行回收利用，解决了环境污染问题， 并同时进一步提高糖浓度以与发酵浓度相匹配。本发明提供的这种方法通过稀盐酸循环把以往静态的反应方式变为动态 的反应方式。静态的反应方式即釜式反应在木质纤维素水解一段时间后，其 周围的糖浓度会比其他地方高出很多，这样就不利于反应平衡向生成产物的 方向进行，木质纤维素就得不到进一步的水解，而稀盐酸循环法可以通过不 銜的循环把木质纤维素附近生成的糖带走，扩散到整个反应体系中去，使得 木质纤维素附近始终保持较低的糖浓度，有利于其进一步水解；同时，采用 动态的循环法可以冲散阻挡在木质纤维素表面溶解较慢的长链木糖低聚物， 使得盐酸酸液可以更好地与木质纤维素接触以对其进行催化反应，并且可以 加速木质素的溶解；因此该法在不影响糖浓度的前提下提高了木质纤维素特 别是半纤维素的水解率以及木质素去除率(图l)。本发明通过稀盐酸循环法还可以1以固定的、较少的水量进行反应，节约用水量并降低能耗，使其与发 酵浓度相匹配；2根据后续发酵浓度的不同，预处理时也可以根据需要设定水量；3通过喷淋头抑制酸液的挥发，并起到减压的作用，在IO(TC下可以在不加压的条件下进行反应，降低能耗；4循环反应时当糖在反应器中生成后，会迅速流入管道中，此时反应管 道中的温度不如反应器中高，因此糖不会被继续反应为糠醛等副产物，因此 反应可以在较长的时间内反应而不必考虑副产物增加的问题。5盐酸法不像硫酸法那样会有磺化基团黏附在纤维素表面，影响后续发酵。6此外通过在含酸反应液中加入氯盐，提高了其中HC1的回收效率，解 决了盐酸酸液的环境污染问题，降低了试剂的消耗，挥发掉的一部分水又起 到了提浓的作用，使剩下的反应的糖浓度刚好与发酵浓度相匹配(或者高于 发酵浓度)，起到了一举两得的作用，节省了工艺路线。(图2)
图1为盐酸循环回收法和稀硫酸温烤法预处理木糖转化率的对比图。 图2为10。/。的盐酸在加入CaCl2及未加CaCl2情况下挥发的HCl与H2O的浓度对比图。图中，CaCl2的摩尔分数为0.03，线l为加入CaCl2的情况，线2为未加CaCl2 的情况，a为HCl在气相中的摩尔分数(HC1为0.06，即气液两相加起来HC1的 摩尔分数为0.06) ， b为H20在气相中的摩尔分数(H2O为0.94，即气液两相 加起来H2O的摩尔分数为0.94)。图3为稀盐酸循环装置流程图。图中1-11.阀门，12.氮气阀，13.循环泵(1)， 14.反应器，15.出料 口， 16.进料口， 17.滤板，18.喷淋头，19.储酸罐，20.储液蒸馏釜，21.氮 气瓶，22.文丘里管，23.循环泵(2)， 24.循环回收罐。
具体实施方式
将20g玉米秸杆(水分12.82%、苯醇抽提物17.44°/。、纤维素40.08%、 半纤维素20.03%、木质素19.95%、灰分5.52%)风干粉碎后从进料口 16装 入稀盐酸循环装置14，打开阀l、阀2，从储酸罐19中注入200mL的10%盐酸于反应器中，玉米秸秆和盐酸的固液比为1:10;打开阀3、阀4，关闭 阀l、阀2，启动循环泵(1) 13，流量设为10L/min，反应时液位位于滤板 17的上端，在95匸下循环反应2h，反应时液体部分通过滤板17进行循环， 固体物料部分通过滤板17阻挡留在反应器中，液体部分经过泵13后再通过 喷淋头18以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵13，打开 阀2、阀5和通气阔7，反应液流入储液蒸馏釜20 (其中放有0.35 mol的 CaCl2);关闭阔5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95。C热水(PL)冲洗固 体，洗去残留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后续处理；最后打 开出料口 11，把剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到 98%，木糖浓度为15.7g/L;木质素去除率达到75%;纤维素在15FPU/g葡 聚糖的纤维素酶作用下酶解48 h (50°C， pH4.8)，得率73.7%。对储液蒸馏 釜20进行5(TC加热，盐酸挥发，打开阔9、 11，开启循环泵(2)23设置60 L/min的流速从盛有30 mL水的循环回收罐24抽水通过文丘里管22，产生 负压吸走挥发的HC1及水蒸汽，HC1回收率达到85%，剩余的少量盐酸用 Ca(0H)2中和，CaCl2用离子交换树脂去除，储液蒸馏釜中反应液的木糖浓度 达47.1 g/L。将20g玉米秸杆(水分12.82%、苯醇抽提物17.44%、纤维素40.08%、 半纤维素20.03%、木质素19.95%、灰分5.52%)风干粉碎后从进料口 16装 入稀盐酸循环装置14，打开阀l、阔2，从储酸罐19中注入200mL的10% 盐酸于反应器，玉米秸秆和盐酸的固液比为1:10;打开阀3、阀4，关闭阀1、 阀2，启动循环泵(1) 13,流量设为10L/min，反应时液位位于滤板17的上 端，在9(TC下循环反应2h，反应时液体部分通过滤板17进行循环，固体物 料部分通过滤板17阻挡留在反应器中，液体部分经过泵13后再通过喷淋头 18以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵13，打开阀2、阀 5和通气阔7，反应液流入储液蒸馏釜20 (其中放有0.35mol的CaCl2);关 闭阀5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95。C热水(PL)冲洗固体，洗去残留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后续处理；最后打开出料口 11，把剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到79.9%，木糖 浓度为12.8 g/L;木质素去除率达到69.2%;纤维素在15 FPU/g葡聚糖的纤 维素酶下酶解48h(5(TC， pH4.8)，得率65.4°/。。对储液蒸馏釜20进行加热， 盐酸挥发，打开阀9、 11，开启循环泵(2) 23设置60 L/min的流速从盛有 30 mL水的循环回收罐24抽水通过文丘里管22,产生负压吸走挥发的HC1 及水蒸汽,HC1回收率达到85%，剩余的少量盐酸用Ca(OH)2中和，CaCl2用 离子交换树脂去除，储液蒸馏釜中反应液的木糖浓度达到38.4 g/L。将20g玉米秸杆(水分12.82%、苯醇抽提物17.44%、纤维素40.08%、 半纤维素20.03%、木质素19.95%、灰分5.52%)风干粉碎后从进料口 16装 入稀盐酸循环装置14，打开阀l、阀2，从储酸罐19中注入200 mL的10% 盐酸于反应器，玉米秸秆和盐酸的固液比为1:10;打开阀3、阀4，关闭阀1、 阀2，启动循环泵(1) 13，流量设为10L/min,反应时液位位于滤板17的上 端，在85T下循环反应2h，反应时液体部分通过滤板17进行循环，固体物 料部分通过滤板17阻挡留在反应器中，液体部分经过泵13后再通过喷淋头 18以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵13，打开阀2、阀 5和通气阀7，反应液流入储液蒸馏釜20 (其中放有0.35mol的NaCl2);关 闭阀5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95'C热水(PL)冲洗固体，洗去残 留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后续处理；最后打开出料口 11, 把剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到63.2%，木糖 浓度为10.1 g/L;木质素去除率达到62.3%;纤维素在15 FPU/g葡聚糖的纤 维素酶作用下酶解48h (50°C， pH4.8)，得率52.1%。对储液蒸馏釜20进行 加热，盐酸挥发，打开阀9、 11，开启循环泵(2) 23设置60 L/min的流速 从盛有30 mL水的循环回收罐24抽水通过文丘里管22，产生负压吸走挥发 的HC1及水蒸汽，HC1回收率达到85%，剩余的少量盐酸用Ca(OH)2中和， CaCl2用离子交换树脂去除，储液蒸馏釜中反应液的木糖浓度达到30.3 g/L。实施例4将20g玉米秸杆(水分12.82%、苯醇抽提物17.44%、纤维素40.08%、 半纤维素20.03%、木质素19.95%、灰分5.52°/。)风干粉碎后从进料口 16装 入稀盐酸循环装置14，打开阀1、阀2，从储酸罐19中注入200 mL的10% 盐酸于反应器，玉米秸秆和盐酸的固液比为1:10;打开阀3、阀4，关闭阔1、 阀2，启动循环泵(1) 13，流量设为10L/min，反应时液位位于滤板17的 上端，在80。C下循环反应2h，反应时液体部分通过滤板17进行循环，固体 物料部分通过滤板17阻挡留在反应器中，液体部分经过泵13后再通过喷淋 头18以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵13，打开阀2、 阀5和通气阀7，反应液流入储液蒸馏釜20 (其中放有0.35mol的CaCl2); 关闭阀5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95'C热水(PL)冲洗固体，洗去 残留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后续处理；最后打开出料口 11，把剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到56.7%， 木糖浓度为9.1g/L;木质素去除率达到53.6%;纤维素在15FPU/g葡聚糖的 纤维素酶作用下酶解48h (50°C， pH4.8)，得率41.8%。对储液蒸馏釜20进 行加热，盐酸挥发，打开阀9、 11，开启循环泵(2) 23设置60 L/min的流 速从盛有30 mL水的循环回收罐24抽水通过文丘里管22，产生负压吸走挥 发的HC1及水蒸汽,HC1回收率达到85%，剩余的少量盐酸用Ca(OH)2中禾口， CaCl2用离子交换树脂去除，储液蒸馏釜中反应液的木糖浓度达到27.3 g/L。 实施例5将20g玉米秸杆(水分12.82%、苯醇抽提物17.44%、纤维素40.08%、 半纤维素20.03%、木质素19.95%、灰分5.52%)风干粉碎后从进料口 16装 入稀盐酸循环装置14，打开阀1、阀2，从储酸罐19中注入200 mL的10% 盐酸于反应器，玉米秸秆和盐酸的固液比为1:10;打开阀3、阀4，关闭阀1、 阀2，启动循环泵(1) 13，流量设为10 L/min，反应时液位位于滤板17的 上端，在75。C下循环反应2h，反应时液体部分通过滤板17进行循环，固体 物料部分通过滤板17阻挡留在反应器中，液体部分经过泵13后再通过喷淋头18以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵13，打开阀2、 阀5和通气阀7，反应液流入储液蒸馏釜20 (其中放有0.35mo1的CaCl2); 关闭阀5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95'C热水(PL)冲洗固体，洗去 残留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后续处理；最后打开出料口 11，把剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到39.3%， 木糖浓度为6.2 g/L;木质素去除率达到45.3%;纤维素在15 FPU/g葡聚糖的 纤维素酶下酶解48h (50°C， pH4.8)，得率23.3%。对储液蒸熘釜20进行加 热，盐酸挥发，打开阀9、 11，开启循环泵(2) 23设置60 L/min的流速从 盛有30 mL水的循环回收罐24抽水通过文丘里管22，产生负压吸走挥发的 HC1及水蒸汽，HC1回收率达到85%，剩余的少量盐酸用Ca(OH)2中和，CaCl2 用离子交换树脂去除，储液蒸馏釜中反应液的木糖浓度达到18.6 g/L。将20g玉米秸杆(水分12.82%、苯醇抽提物17.44%、纤维素40.08%、 半纤维素20.03%、木质素19.95%、灰分5.52%)风干粉碎后从进料口 16装 入稀酸循环装置14，打开阀l、阀2，从储酸罐19中注入200mL的5。/o盐酸 于反应器，玉米秸秆和盐酸的固液比为1:6;打开阀3、阀4，关闭阀l，打 开氮气阀12，从氮气瓶21中通入N2，加压到2.5MP，启动循环泵13，流量 设为10L/min，反应时液位位于滤板17的上端，在15(TC下循环反应20 min， 反应时液体部分通过滤板17进行循环，固体物料部分通过滤板17阻挡留在 反应器中，液体部分经过泵13后再通过喷淋头18以喷淋的方式回到反应器 中；反应结束后关闭阀4和泵13，关闭氮气阀12，打开阀5和通气阀7，反 应液流入储液蒸馏釜20(其中放有0.35 mol的CaCl2);关闭阀5和通气阀7， 打开阀8和阀6，通95'C热水(PL)冲洗固体，洗去残留稀酸和木质素，废 液(CS)经阀6排出用于后续处理；最后打开出料口 15，把剩余的纤维素取 出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到95.4%，木糖浓度为25.4g/L;木 质素去除率达到68.9%;纤维素在15 FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48 h (50°C， pH4.8)，得率78.4%。对储液蒸馏釜20进行加热，盐酸挥发，打开阀9、 11，开启循环泵(2) 23设置60L/min的流速从盛有30mL水的循 环回收罐24抽水通过文丘里管22，产生负压吸走挥发的HC1及水蒸汽,HC1 回收率达到78%，剩余的少量盐酸用Ca(OH)2中和，CaCl2用离子交换树脂 去除，储液蒸馏釜中反应液的木糖浓度达到76.2g/L。 对比例1将玉米秸杆(水分12.82%、苯醇抽提物17.44%、纤维素40.08%、半纤 维素20.03°/。、木质素19.95%、灰分5.52%)风干粉碎后装入反应器中，注入 0.8。/。稀H2S04于反应器，玉米秸秆和稀H2S04的固液比为1:10;在95 。C下 反应8h;反应结束后反应液经Ca(OH)2中和用于后续发酵；固体部分通95 °C 热水冲洗，洗去残留稀酸和木质素，废液排出用于后续处理；最后剩余的纤 维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到75.1%，木糖浓度为12.1 g/L;木质素去除率达到15.5%;纤维素在15 FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用 下酶解48h (50°C， pH4.8)，得率70.4%。 对比例2将玉米秸杆(水分12.82%、苯醇抽提物17.44%、纤维素40.08%、半纤 维素20.03%、木质素19.95%、灰分5.52%)风干粉碎装入反应器中，注入 0.8。/。稀H2S04于反应器，玉米秸秆和稀H2S04的固液比为1:10;在9(TC下 反应8h;反应结束后反应液经Ca(OH)2中和用于后续发酵；固体部分通95 °C 热水冲洗，洗去残留稀酸和木质素，废液排出用于后续处理;最后剩余的纤维 素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到61.3%，木糖浓度为9.8g/L; 木质素去除率达到11.3%;纤维素在15FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解 48h (50°C， pH4.8)，得率57.5%。 对比例3将玉米秸杆(水分12.82%、苯醇抽提物17.44%、纤维素40.08%、半纤 维素20.03%、木质素19.95%、灰分5.52°/。)风干粉碎后装入反应器中，注入 0.8。/。稀H2S04于反应器，玉米秸秆和稀H2S04的固液比为1:10;在85。C下 反应8h;反应结束后反应液经Ca(OH)2中和用于后续发酵；固体部分通95 °C热水冲洗，洗去残留稀酸和木质素，废液排出用于后续处理；最后剩余的纤 维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到54.5%，木糖浓度为8.7 g/L;木质素去除率达到8.7%;纤维素在15 FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解 48 h (50°C， pH4.8)，得率49.8%。 对比例4将玉米秸杆(水分12.82°/。、苯醇抽提物17.44%、纤维素40.08%、半纤 维素20.03%、木质素19.95%、灰分5.52%)风干粉碎后装入反应器中，注入 0.8。/。稀H2S04于反应器，玉米秸秆和稀H2S04的固液比为1:10;在80。C下 反应8 h;反应结束后反应液经Ca(OH)2中和用于后续发酵；固体部分通95 °C 热水冲洗，洗去残留稀酸和木质素，废液排出用于后续处理；最后剩余的纤 维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到32.2%，木糖浓度为5.2 g/L; 木质素去除率达到7.1%;纤维素在15 FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解 48 h (50°C， pH4.8)，得率37,9%。 对比例5将玉米秸杆(水分12.82%、苯醇抽提物17.44%、纤维素40.08%、半纤 维素20.03%、木质素19.95%、灰分5.52%)风干粉碎后装入反应器中，注入 0.8。/。稀H2S04于反应器，玉米秸秆和稀H2S04的固液比为1:10;在75。C下 反应8h;反应结束反应液经Ca(OH)2中和用于后续发酵；固体部分通95 °C 热水冲洗，洗去残留稀酸和木质素，废液排出用于后续处理；最后剩余的纤 维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到17.3%，木糖浓度为2.8 g/L; 木质素去除率达到5.5%;纤维素在15 FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解 48h (5CTC， pH4.8)，得率13.5%。
权利要求
1、一种包含酸回收的木质纤维素的预处理和回收方法，其特征在于将木质纤维素装入循环反应器中，并注入盐酸，打开循环泵在温度为50℃～200℃下进行循环反应，反应结束后向得到的水解液中加入氯盐并加热，其挥发的大部分HCl和产生的部分水蒸气被高速水流通过文丘里管产生的负压吸走并溶于通过的水中，通过循环流动回收水解液中的HCl，除酸后的水解液用于发酵。
2、 根据权利要求1所述的木质纤维素的预处理和回收方法，其特征在于所述 的氯盐为MgCl2、 CaCl2、 NaCl或KCl。
3、 根据权利要求1所述的木质纤维素的预处理和回收方法，其特征在于木质 纤维素与盐酸的固液质量比为1:5 15。
4、 根据权利要求1所述的木质纤维素的预处理和回收方法，其特征在于50 。C 10(TC循环反应时为常压反应；10(TC 20(TC循环反应时采用氮气加压， 加压到2 4MPa。
5、 根据权利要求1所述的木质纤维素的预处理和回收方法，其特征在于反应 结束后循环反应器内剩余的木制纤维素用水冲洗后取出用于后续酶解。
6、 一种木质纤维素的预处理和回收系统，包括反应器、储酸罐和储液蒸馏釜， 其中反应器的顶部通过管道与储酸罐相通，反应器的底部通过管道与储液蒸 馏釜相通，其特征在于在反应器的进出口之间串接有循环泵，循环泵的入口 与反应器底部相通，循环泵的出口与设在反应器顶部的喷淋头相通；循环回 收罐的进出口分别与设置在储液蒸馏釜一个出口的文丘里管的两端相通，在 循环回收罐与文丘里管之间串接有另一个循环泵构成循环回路，其中循环回 收罐的一个出口与储酸罐的入口相通。
7、 根据权利要求6所述的木质纤维素的预处理和回收系统，其特征在于还包 括氮气瓶，其中氮气瓶经由管道与所述的反应器顶部相通。
8、 根据权利要求6所述的木质纤维素的预处理和回收系统，其特征在于在所述的反应器的顶部设有热水入口 ，在所述的反应器的底部设有废液出口 。
9、根据权利要求6所述的木质纤维素的预处理和回收系统，其特征在于在所述的循环泵为防酸循环泵。
全文摘要
本发明公开了一种木质纤维素的预处理和回收方法及其装置，将木质纤维素装入循环反应器中，并注入盐酸，打开循环泵在温度为50℃～200℃下进行循环反应，反应结束后向得到的水解液中加入氯盐并加热，其挥发的HCl和产生的水蒸气被水流通过文丘里管产生的负压吸走并溶于通过的水中，通过循环流动回收水解液中的HCl，除酸后的水解液用于发酵。本发明的方法能够有效地提高木质纤维素中半纤维素转化率、木质素去除率、纤维素酶解转化率以及减少发酵抑制产物，降低能耗，减少纤维素酶的用量，提高糖浓度，同时还能对HCl进行回收利用，解决了环境污染问题，并同时进一步提高糖浓度以与发酵浓度相匹配。
文档编号C08H8/00GK101235605SQ20081002022
公开日2008年8月6日 申请日期2008年2月28日 优先权日2008年2月28日
发明者严立石, 张红漫, 林增祥, 贾红华, 陈敬文, 振 高, 和 黄 申请人:中国石油化工股份有限公司;南京工业大学