[發(fā)明專利]纖維素類生物質(zhì)連續(xù)水解的方法及其裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810030280.5
• 申請(qǐng)日: 2008-08-20
• 公開（公告）號(hào): CN101343292A
• 公開（公告）日: 2009-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莊新姝;袁振宏;許敬亮;孫永明;呂鵬梅;朱順妮;王忠明;徐明忠;余強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院廣州能源研究所
• 主分類號(hào): C07H1/00
• 分類號(hào): C07H1/00;C07H3/00;C13K1/00;C13K13/00;C08B37/00;C08B15/02
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 莫瑤江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到生物質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種纖維素類生物質(zhì)連續(xù)水解的方法以及裝置。?

背景技術(shù)

隨著大量化石燃料能源的不斷消耗帶來的能源危機(jī)和環(huán)境壓力，開發(fā)可再生能源已經(jīng)日益受到人們的重視。在眾多新能源中，生物質(zhì)能研究已經(jīng)成為可再生能源研究的熱點(diǎn)。生物質(zhì)是一種可再生清潔能源資源，通過木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)水解來制取燃料乙醇來代替部分化石燃料，緩解石油危機(jī)的有效方法之一。?

木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)作為最有前景的燃料乙醇生產(chǎn)原料，其生產(chǎn)工藝包括水解生成可發(fā)酵糖，糖發(fā)酵為乙醇以及乙醇的脫水提純。其中的難點(diǎn)在于水解生產(chǎn)可發(fā)酵糖，木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)水解的方法有酸水解和酶水解法，其中的超低酸水解方法日益受到重視。?

酸水解反應(yīng)器的研究對(duì)于酸水解技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用具有重要推動(dòng)作用。1932年德國開發(fā)出稀酸浸濾工藝，即Scholler?process，該裝置很簡單，只是將稀酸溶液泵入木片床；二戰(zhàn)中，美國林產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室(FPL)改進(jìn)了Schollerprocess，產(chǎn)生Madison?wood?sugar?process工藝，生產(chǎn)能力大幅度提高，后經(jīng)過TVA等的多次改進(jìn)，1952年出臺(tái)了稀酸水解滲濾床反應(yīng)器(percolationreactor)，目前仍是生物質(zhì)糖化最簡單的方法之一，且成為發(fā)明新方法的基準(zhǔn)。?

20世紀(jì)70年代后期至80年代前期，有關(guān)稀酸水解系統(tǒng)的模型和實(shí)驗(yàn)研究成為熱點(diǎn)，通過動(dòng)力學(xué)模型研究及工藝設(shè)計(jì)實(shí)踐，研究者認(rèn)識(shí)到高的固體濃度，固液的逆向流動(dòng)以及短的停留時(shí)間是提高糖得率的關(guān)鍵；1983年由Stinson提出二階段稀酸水解工藝，其原理是依據(jù)半纖維素和纖維素的水解條件不同，以不同的反應(yīng)條件分開水解；近十年來研究熱點(diǎn)在于開發(fā)新的反應(yīng)器及其理論模型以提高稀酸水解產(chǎn)率；尋求新的水解工藝，如超低濃度酸的水解，有機(jī)酸水解等；對(duì)影響因素及水解機(jī)理更加深入的研究。新型反應(yīng)器主要有逆流水解，收縮床水解，交叉流水解及其組合等。

國內(nèi)有關(guān)纖維素類生物質(zhì)水解反應(yīng)器研究的專利主要有：CN1624076A生物質(zhì)超低酸水解制取液體燃料裝置，ZL200720054772.9纖維素類生物質(zhì)水解裝置，CN1927874A生物質(zhì)連續(xù)稀酸催化水解制取單糖的方法及其裝置。前兩個(gè)專利是超低酸水解間歇反應(yīng)器及壓縮滲濾裝置，只能實(shí)現(xiàn)間歇的反應(yīng)和半連續(xù)反應(yīng)，效率低，很難用于工程應(yīng)用；第三個(gè)專利實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)一步法的連續(xù)稀酸催化水解，因生物質(zhì)的酸水解，是連串反應(yīng)，糖類是中間產(chǎn)物，采用一步法水解，很難控制糖類產(chǎn)物的進(jìn)一步降解，影響水解的效果。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可以實(shí)現(xiàn)纖維素類生物質(zhì)的兩步連續(xù)水解的方法及其裝置，以提高反應(yīng)糖得率，并有利于產(chǎn)物的分別收集利用，為其工業(yè)化實(shí)施作鋪墊。?

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案：纖維素類生物質(zhì)連續(xù)水解的方法，包括如下步驟：?

(1)將混有水分的固體生物質(zhì)物料輸送到內(nèi)設(shè)有變螺距螺旋推動(dòng)桿的臥式平推流反應(yīng)器中；?

(2)同時(shí)將超低酸或高溫液態(tài)水的反應(yīng)液輸入到臥式平推流反應(yīng)器中，固體生物質(zhì)物料與反應(yīng)液的混合物在變螺距螺旋推動(dòng)桿的推動(dòng)下前進(jìn)；?

(3)上述混合物在臥式平推流反應(yīng)器中在180-220℃，3.0-4.0MPa的條件下發(fā)生反應(yīng)，然后通過變螺距壓榨實(shí)現(xiàn)固液分離；?

(4)固體殘?jiān)斎氲酱怪蹦媪鞣磻?yīng)器，通過垂直逆流反應(yīng)器內(nèi)的等螺距立式螺旋推動(dòng)桿向上輸送，同時(shí)從垂直逆流反應(yīng)器的上方輸入超低酸反應(yīng)液，實(shí)現(xiàn)逆流反應(yīng)；?

(5)最后在垂直逆流反應(yīng)器的上部收集固體殘?jiān)虏渴占w維素水解液。該固體生物質(zhì)物料為半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的混合物。?

包括有連續(xù)進(jìn)料氣鎖系統(tǒng)、臥式平推流反應(yīng)器、垂直逆流反應(yīng)器，所述臥式平推流反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有變螺距螺旋推動(dòng)桿，其包括進(jìn)料段、主反應(yīng)段和壓榨段，該進(jìn)料段與所述連續(xù)進(jìn)料氣鎖系統(tǒng)連通，在壓榨段后的臥式平推流反應(yīng)器的一端上連接有殘?jiān)斔脱b置，該殘?jiān)斔脱b置另一端與所述垂直逆流反應(yīng)器連通。?

所述垂直逆流反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有等螺距立式螺旋推動(dòng)桿，在該反應(yīng)器頂部設(shè)有?反應(yīng)液噴頭。?

所述連續(xù)進(jìn)料氣鎖系統(tǒng)和臥式平推流反應(yīng)器之間通過原料預(yù)混裝置連通，還包括有與所述壓榨段連接的液體產(chǎn)物收集器。液體產(chǎn)物收集器用于將反應(yīng)后的液體產(chǎn)物收集，使得固體殘?jiān)芨奖恪⒏浞值剡M(jìn)入到后續(xù)裝置中。?

在所述壓榨段和液體產(chǎn)物收集器之間連接有冷卻裝置。冷卻裝置的設(shè)置可用于迅速降溫，終止反應(yīng)。?