[發明專利]一種生物質原料的綜合利用工藝

有效

• 申請號: 201210570584.7
• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN103030815A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 唐一林;江成真;高紹豐;劉潔;劉云鵬;白福玉
• 申請（專利權）人: 濟南圣泉集團股份有限公司
• 主分類號: C08H7/00
• 分類號: C08H7/00;D21C5/00;C07D307/50
• 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生物質原料的方法，具體地說是一種提取生物質原料中纖維素、半纖維素和木質素并進一步聯產生物碳的方法。

背景技術

生物質原料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生物質原料總量超過2000億噸，因此生物質原料是地球上最豐富、最廉價的可再生資源。

纖維素是植物細胞壁的主要成分。全世界用于紡織造紙的纖維素，每年達800萬噸。此外，用分離純化的纖維素做原料，可以制造人造絲，賽璐玢以及硝酸酯、醋酸酯等酯類衍生物和甲基纖維素、乙基纖維素、羧甲基纖維素鈉等醚類衍生物，用于石油鉆井、食品、陶瓷釉料、日化、合成洗滌、石墨制品、鉛筆制造、電池、涂料、建筑建材、裝飾、蚊香、煙草、造紙、橡膠、農業、膠粘劑、塑料、炸藥、電工及科研器材等方面。

在自然界中，木質素的儲量僅次于纖維素，而且每年都以500億噸的速度再生。制漿造紙工業每年要從植物中分離出大約1.4億噸纖維素，同時得到5000萬噸左右的木質素副產品，但迄今為止，超過95%的木質素仍以“黑液”直接排入江河或濃縮后燒掉，很少得到有效利用。

事實上，木質素是一種很有價值的化工原料，高純度的無硫木素可用做酚類樹脂、聚氨酯泡沫、環氧樹脂等聚合物添加劑以及土壤改良劑、農藥緩釋劑等，木素應用在這些方面可使其附加值遠高于作為燃料燃燒后回收熱量的附加值。目前，木素主要是作為制漿造紙副產品生產的，例如木素磺酸鹽、硫酸鹽木素等。但這些木素含有硫元素同時木素純度較低、成分復雜、分子量分布廣、粘度低、分散度高、加工性能差、幾乎沒有熱塑性能，因而大大限制了其工業應用。

糠醛，又名呋喃甲醛，它由呋喃環上的兩個雙鍵和一個醛基，這種獨特的化學結構，可以使其發生氧化、氫化、氯化、硝化及縮合等反應，進而生成很多化工產品，所以被廣泛的應用于農藥、醫藥、石化、食品添加劑、以及鑄造等多個生產領域。糠醛是以富含戊聚糖的植物纖維，如玉米芯、玉米秸稈、稻草、甘蔗渣、棉籽殼、稻草等為原料生產的，其原理為植物纖維中戊聚糖首先被水解成戊糖，然后戊糖脫水生成糠醛。

世界上糠醛的生產工藝方法主要有一步法和二步法。一步法是戊聚糖水解和戊糖脫水生成糠醛兩部反應在同一個反應器內一次完成；一步法存在的主要缺點是蒸汽消耗量大，糠醛收率低，產生大量的廢液廢渣等。兩步法是原料中的戊聚糖水解及戊糖脫水生成糠醛的過程是在至少兩個不同的反應器內進行的。較之一步法，二步法克服了現有糠醛生產原料轉化率低、產生工藝廢水難以治理、糠醛渣利用價值低等難題。隨著糠醛工業的發展，以及原料綜合利用要求的提高，發展兩步法生產工藝，分離原料中的纖維素及半纖維素并分別加以利用，是糠醛工業的必然發展趨勢。

目前，對生物質原料中三種主要成分的提取主要是使用蒸煮提出半纖維素、通過堿解提出木質素、所剩的纖維素再通過纖維素酶生成所需的乙醇等目標產物。但整個工藝步驟繁瑣，期間要經過蒸煮和堿解的分解作用，也會一定程度的損失所需產物，因此選用合適的工藝在不破壞纖維素、半纖維素和木質素活力的前提下，最大限度的將三者分離且提取已經成為了該工藝研究的最大熱點。