[發明專利]一種木質纖維素生物質的綜合利用方法

有效

• 申請號: 201110308496.5
• 申請日: 2011-10-11
• 公開（公告）號: CN103045691A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 唐一林;江成真;高紹豐;張恩選;馬軍強;栗昭爭;趙興國;郭雨霖
• 申請（專利權）人: 濟南圣泉集團股份有限公司
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C12P19/02;C08H7/00;C13K13/00;C12R1/80
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 劉守憲

技術領域

本發明涉及一種綜合利用木質纖維素生物質的方法，具體地說是一種綜合利用木質纖維素生物質中纖維素、半纖維素和木質素的方法。

背景技術

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

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

如果能以木質纖維素生物質為原料生產乙醇，將極大地解決人類的能源問題，但是在這方面仍存在很多技術難題尚未解決。目前，在以木質纖維素生物質為原料生產乙醇過程中，遇到的第一個問題是對半纖維素、纖維素和木質素未能很好地綜合利用，現有處理生物質的工藝技術，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、高活性的木質素，往往把木質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率。

如在CN100564667C中公開了一種木質纖維素生物質的聯合預處理方法及其系統，將木質纖維素生物質粉碎后裝入循環反應釜中，并注入稀酸，打開循環泵在溫度為50℃-200℃下進行循環反應，反應結束后將得到的水解液；循環反應釜內剩余的木質纖維素沖洗后，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，若要想盡可能多地去除半纖維素需采用較高的溫度和/或長的反應時間，這樣導致前期水解的戊糖在較高溫度和/或長的反應時間下易產生糠醛和乙酸等纖維素酶抑制劑，從而降低酶解轉化率；另一方面，如果不采用較高的溫度和/或長的反應時間，則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素，若要想盡可能多的溶解木質素就需要提高堿濃度、堿處理的溫度和延長堿處理的時間，造成木質素的活性部分受到破壞，從而不能再利用木質素去生產高附加值的產品，因此，上述技術方案不能同時兼顧纖維素、半纖維素和木質素的綜合利用。

在以木質纖維素生物質為原料生產乙醇的過程中遇到另一個問題是纖維素酶解的轉化率低，造成酶解的成本過高(占總生產成本的40-50％)，生產成本過高，無法真正實現工業化。纖維素酶解的轉化率低的原因是：一方面半纖維素作為分子黏合劑結合在纖維素和木質素之間，而木質素具有的網狀結構，作為支撐骨架包圍并加固著纖維素和半纖維素，木質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。因此有必要對木質纖維素生物質進行有效的預處理，破壞木質素和半纖維素的空間障礙，同時還要避免預處理產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，纖維素分子內和分子間存在氫鍵，聚集態結構復雜且結晶度高，纖維素酶對結晶纖維素酶促反應活力比較低，因此，為了提高纖維素酶解的轉化率，需要提高酶的活力。

在CN101130530B中公開了利用農林廢棄物生產糠醛的系統及方法，通過兩步法生產糠醛，包括水解系統和脫水蒸餾系統，其中水解系統包括相互首尾連接的N級酸水解反應釜，將農林廢棄物連續水解生成戊糖溶液。上述N級酸水解系統存在的缺點是，由于各級水解反應釜中水解時間相同，因此對木質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，不利于木質纖維素生物質的綜合利用。

發明內容

為此，本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中綜合利用纖維素、半纖維素和木質素時，不能同時得到高活性的木質素、較高的半纖維素和纖維素提取率的問題，從而提出了一種木質纖維素生物質的綜合利用方法。

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