[發(fā)明專利]一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的綜合利用方法

有效

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• 申請日: 2011-10-11
• 公開（公告）號: CN103045690A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐一林;高紹豐;張恩選;韓文斌;崔建麗;栗昭爭;馬軍強;劉潔;江成真
• 申請（專利權(quán)）人: 濟南圣泉集團股份有限公司
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C08H7/00
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 劉守憲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種綜合利用木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的方法，具體地說是一種綜合利用木質(zhì)纖維素生物質(zhì)中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的方法。

背景技術(shù)

隨著化石燃料資源的日趨枯竭和環(huán)境污染的日益嚴重，利用再生能源為石化產(chǎn)品的替代品變得愈加重要。而燃料乙醇是生物質(zhì)液體能源的物質(zhì)的主要形式，也是化石燃料最可能的替代品。目前，世界乙醇生產(chǎn)主要以淀粉類(玉米、木薯等)和糖類(甘蔗、甜菜等)作為發(fā)酵的原料。采用微生物法發(fā)酵生產(chǎn)乙醇技術(shù)成熟，但是高昂的原料成本使糧食發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的工業(yè)應(yīng)用受到限制，同時存在與人爭糧與糧爭地等弊端，并且導(dǎo)致糧食價格持續(xù)走高，因此尋找新的原料勢在必行。現(xiàn)在科學(xué)家把目光投向成本更為低廉、來源更廣泛的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)。

木質(zhì)纖維素生物質(zhì)以植物體的形式存在，主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，其中，纖維素占40％左右，半纖維素占25％左右，木質(zhì)素占20％左右，地球上每年由光合作用生成的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)總量超過2000億噸，因此木質(zhì)生物質(zhì)是地球上最豐富、最廉價的可再生資源。

如果能以木質(zhì)纖維素生物質(zhì)為原料生產(chǎn)乙醇，將極大解決人類的能源問題，但是在這方面仍存在很多技術(shù)難題尚未解決。目前，在以木質(zhì)纖維素生物質(zhì)為原料生產(chǎn)乙醇過程中，遇到的第一個問題是對半纖維素、纖維素和木質(zhì)素未能很好地綜合利用，現(xiàn)有處理生物質(zhì)的工藝技術(shù)，大多以降解糖類得到乙醇為目的，不能同時提取得到高純度、高活性的木質(zhì)素，往往把木質(zhì)素作為一個去除對象，同時在對半纖維素的利用中，也存在生成很多纖維素酶抑制劑的缺點，最終也會影響乙醇的產(chǎn)率。

在CN100564667C中公開了一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的聯(lián)合預(yù)處理方法及其系統(tǒng)，將木質(zhì)纖維素生物質(zhì)粉碎后裝入循環(huán)反應(yīng)釜中，并注入稀酸，打開循環(huán)泵在溫度為50℃-200℃下進行循環(huán)反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后將得到的水解液；循環(huán)反應(yīng)釜內(nèi)剩余的木質(zhì)纖維素沖洗后，放入球磨機中加堿液進行球磨，進一步除去木質(zhì)素，球磨完畢除堿后用于后繼酶解，得到乙醇。該專利采用一次酸解去除半纖維素會造成兩個不利影響，一方面，若要想盡可能多去除半纖維素需采用較高的溫度及長的反應(yīng)時間，這樣導(dǎo)致前期水解的戊糖在較高溫度下易產(chǎn)生糠醛和乙酸等纖維素酶抑制劑，從而降低酶解轉(zhuǎn)化率；另一方面，如果不采用較高的溫度及長的反應(yīng)時間，則由于酸解后殘渣中含有較多的半纖維素，不利于堿溶液提取堿木質(zhì)素，若要想盡可能多的溶解木質(zhì)素就需要提高堿的濃度、堿處理的溫度和延長堿處理的時間，造成木質(zhì)素的活性部分受到破壞，不能利用其木質(zhì)素去生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品，因此，上述技術(shù)方案不能同時兼顧纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的綜合利用。

在以木質(zhì)纖維素生物質(zhì)為原料生產(chǎn)乙醇的過程中遇到另一個問題是纖維素酶解的轉(zhuǎn)化率低，造成酶解的成本過高(占總生產(chǎn)成本的40-50％)，生產(chǎn)成本過高，無法真正實現(xiàn)工業(yè)化。纖維素酶解的轉(zhuǎn)化率低的原因是：一方面半纖維素作為分子黏合劑結(jié)合在纖維素和木質(zhì)素之間，而木質(zhì)素具有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，作為支撐骨架包圍并加固著纖維素和半纖維素，木質(zhì)素和半纖維素在空間上可阻礙纖維素分子與酶的接觸，酶可及度差，增加了酶解的難度。因此有必要對木質(zhì)纖維素生物質(zhì)進行有效的預(yù)處理，破壞木質(zhì)素和半纖維素的空間障礙，同時還要避免預(yù)處理產(chǎn)生不利于酶解的酶抑制物(如糠醛，乙酸等)，從而有利于纖維素的酶解；另一方面，纖維素分子內(nèi)和分子間存在氫鍵，聚集態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且結(jié)晶度高，纖維素酶對結(jié)晶纖維素酶促反應(yīng)活力比較低，因此，為了提高纖維素酶解的轉(zhuǎn)化率，需要提高酶活力。

在CN101130530B中公開了利用農(nóng)林廢棄物生產(chǎn)糠醛的系統(tǒng)及方法，通過兩步法生產(chǎn)糠醛，包括水解系統(tǒng)和脫水蒸餾系統(tǒng)，其中水解系統(tǒng)包括相互首尾連接的N級酸水解反應(yīng)釜，將農(nóng)林廢棄物連續(xù)水解生成戊糖溶液。上述N級酸水解系統(tǒng)存在的缺點是，由于各級水解反應(yīng)釜中水解濃度相同，因此對木質(zhì)素和纖維素的破壞率大，且生成的糠醛、乙酸等酶抑制劑較多，不利于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的綜合利用。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中綜合利用纖維素、半纖維素和木質(zhì)素時，不能同時得到高活性的木質(zhì)素、較高的半纖維素和纖維提取率的問題，從而提出了一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的綜合利用方法。

為達到上述目的，本發(fā)明提供一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的綜合利用方法，包括以下步驟：