[發明專利]一種生物質連續水熱預處理反應器

有效

• 申請號: 201210171871.0
• 申請日: 2012-05-29
• 公開（公告）號: CN102677503A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 徐建;李宏強
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: D21B1/36
• 分類號: D21B1/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于木質纖維素原料預處理領域，特別涉及一種生物質連續水熱預處理反應器。

背景技術

隨著石化資源的日益枯竭，以可再生的生物質資源替代石化資源，通過生物煉制技術將生物質轉化為能源，化學品和材料是今后的發展方向，也是解決人類環境、資源和能源問題的必然手段。生物煉制，以生物能源的生產為例，其基本流程為：生物質收集、生物質預處理、纖維素酶解、乙醇或丁醇發酵、產品回收和副產品綜合利用。在這幾個主要生產環節中，生物質預處理處于核心地位，這是因為生物質預處理首先決定了纖維素酶解的效率。生物質如果不經過預處理過程，纖維素酶解率一般不超過30%，而且需要大量的酶制劑，通過適度的預處理，纖維素的酶解率可以大幅提高，甚至可以達到100%。生物質的組分復雜，如果單一利用其中的一個組分，除了導致原料利用率較低外，未利用的組分還導致環境污染。由此可見，生物質綜合利用是其高效利用的前提條件，而適當的預處理方法是綜合利用的重要保障。因此，生物質預處理在生物煉制過程中的重要性不言而喻。

人們很早就重視到生物質預處理的重要性，開發了各種預處理方法。按照目前的分類方法，基本上可以分為物理預處理、化學預處理、生物預處理。為了克服單一預處理方法的缺點，發揮其優勢，還開發出了組合預處理的方法。但是相對應現有生物質利用所產生的增值效果，現有預處理方式的最大問題在于成本高昂。動輒數百元每噸的預處理成本，將生物質原料廉價的優勢消耗殆盡。這些方法成本較高的原因可以分為幾個方面：一是需要消耗一定數量的化學品，如酸，堿，氨氣，二氧化碳等。這樣的預處理方法如果不能較好的解決化學品回收問題時，會產生環境無染，并導致成本激增。而要解決回收問題，就需要一定量的回收設備，這無疑增加了額外投資；二是能耗過高。比如水熱預處理，稀酸預處理，需要提供近200℃的高溫，將生物質原料，主要是預處理體系中的水（水熱預處理需要在液固比高達10∶1-20∶1的條件下進行）加熱到200℃。如果過程中的能耗不能充分的回收利用，將會使過程所需的能耗過高。如果這樣的預處理過程用于生物質能源的生產，就可能導致能源上的得不償失。

在眾多的預處理方法中，水熱預處理作為一種新型的綠色反應工藝，由于不需要添加任何化學試劑、生成的降解產物少等優點而成為研究熱點。余強等（余強,莊新姝,袁振宏,亓偉,王聞,王瓊,楊麗芳,譚雪松.木質纖維素類生物質高溫液態水預處理技術.化工進展,2010,29(11):2177）對這種預處理方式進行了文獻綜述。設計高效的水熱預處理反應器，推進水熱預處理在生物質煉制產業中的應用將具有重要的意義。

申請號為201010171586.X的中國發明專利公開了一種纖維素類生物質高溫液態水預處理的方法及裝置。該裝置利用高溫高壓的熱水流過反應器中的生物質原料來實現對生物質的預處理，可以有效的回收過程中產生的木糖和低聚糖。但是該裝置無法實現預處理過程的連續操作。在工業化生產中，連續處理相對于批處理或者半連續操作有一定的優勢。采用連續操作可以顯著的減小所需設備的大小，一般可減小50%-80%之間。連續操作所需的能耗也較小，同時避免了能耗消耗的波動。

申請號為200980120519.0的中國發明專利公開了一種從高壓區域向低壓區域排放預處理生物質的設備和方法。通過該設備可以實現從生物質預處理反應器中連續排出預處理后的生物質原料。但是這種設備通過向其中噴水來形成外界和反應器內部之間的一個緩沖區，物料是以漿狀從反應器中流出，之后還要過濾才能得到物料。

實現連續水熱預處理可以顯著增加預處理效率，降低預處理設備和運行投資。專利號為CN200680034205.5的中國發明專利公開了一種基于顆粒泵（在專利號為CN02817599.9的中國發明專利中進行了公開）的連續水熱預處理設備和工藝，用于預處理麥秸等生物質，然后用于燃料乙醇的轉化。但是這種反應器結構復雜，造價高昂。

發明內容

【發明目的】生物質利用的前提是預處理，目前雖然有各種預處理方式，但是這些方式仍然有待于提高效率，降低成本。水熱預處理，是一種有效的預處理方式，如果能提高其效率，降低其成本，將有助于其在工業化規模得到廣泛應用。本發明在保留水熱預處理的優點的同時，將水熱預處理過程實現連續化，增加其效率，過程中實現能量和熱水的回用，從而降低能耗。