[發明專利]一種木質纖維素的預處理方法

無效

• 申請號: 201410043613.3
• 申請日: 2014-01-29
• 公開（公告）號: CN103773815A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 祝濤;張慧;艾衍林;李曉亮;陸洋;郭華;楊素珍;王艷紅;李響;趙培余;林港;張艷紅
• 申請（專利權）人: 中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設計院
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

技術領域

本發明涉及生物質能源與資源技術領域，具體地，涉及一種去除木質纖維素中半纖維素的預處理方法。

背景技術

近年來，隨著石油價格的增漲，利用木質素纖維素制取燃料乙醇日益成為國內外的研究熱點。木質纖維素制乙醇的主要工藝路線為：原料的預處理、纖維素水解為小分子糖、發酵、產品分離。其原料木質纖維素主要由纖維素、半纖維素和木質素組成，木質素與半纖維素以共價鍵形式結合，并將纖維素分子包埋其中，形成一種堅固的天然屏障，使纖維素酶很難進入使其降解，同時生物質原料表面有一層蠟質層，這層蠟質的存在阻礙了水和有機溶劑在秸稈樣品中的滲透，不利于對秸稈后續的轉化研究，所以在反應之前應該首先脫除蠟質。而預處理的目的是使纖維素與木質素、半纖維素等分離，并破壞纖維素內部的氫鍵，使之由結晶態轉化為無定型態，同時打斷部分β-1,4-糖苷鍵，降低聚合度，提高原料的孔隙率，使后續的水解和發酵工作更順利的進行，因此，預處理在木質纖維素乙醇的生產中非常重要。常用的預處理方法包括酸堿水解法、蒸汽爆破法、生物法等，這些處理方法都存著這一定的缺陷，如公開號為CN102153763A的專利公開了一種通過酸堿耦合預處理木質纖維素的方法，但是該方法具有強腐蝕作用，對設備的要求較高，同時酸堿的回收比較困難，環境負荷較大；而蒸汽爆破法的能耗和設備投資都較高，目前僅能應用于中試規模，大規模化還存在一定的困難；生物法的反應時間較長、效率較低，因此目前僅局限于實驗和中試階段，工業化困難等。此外，常用的預處理方法不包含除蠟步驟，也無法去除原料中的半纖維素。蠟質的存在阻礙了水和有機溶劑在秸稈樣品中的滲透，不利于對秸稈后續的轉化研究，而半纖維素不僅阻礙纖維素酶對纖維素的水解作用，且產生的副產物對下游的水解和發酵工序有抑制作用。

因此開發低污染、低能耗、能有效去除蠟質和半纖維素、對后續水解和發酵工序無抑制、適于工業化的木質纖維素預處理方法十分必要。

發明內容

針對現有技術中木質纖維素的預處理方法成本較高且半纖維素去除率不高的缺陷，本發明提供了一種成本較低，且能有效去除木質纖維素中半纖維素的預處理方法。

在本發明提供的木質纖維素的預處理方法中，包括以下步驟：

a）將木質纖維素原料與苯/乙醇溶液進行混合、靜置和干燥以脫除蠟質；

b）將木質纖維素原料與水加入至高壓反應釜內；

c）通入惰性氣體至一定壓力，加熱所述高壓反應釜；

d）通冷凝水使所述高壓反應釜急冷；

e）對得到的產物進行固液分離以得到固相產物和液相產物。

在上述步驟a）中，苯與乙醇的質量比為0.8-1.2，靜置的時間為4-8小時，干燥的時間為24小時。由于生物質原料表面蠟質的存在阻礙了水和水解酶在木質纖維素原料中的滲透，不利于木質纖維素原料的后續轉化，因此，本發明通過首先對木質纖維素原料進行脫蠟，從而縮短了反應時間，提高了半纖維素的去除率。而且由于本申請中存在脫蠟步驟，因此木質纖維素原料與水混合充分后不需要靜置，即可加入到高壓反應釜中。同時由于蠟質的脫出，使得反應溫度相對于未脫蠟的方法略微降低，一定程度上起到了節能的作用。通過實驗對比發現，脫蠟秸稈相對于未脫蠟秸稈，其預處理時間降低了30%，半纖維素去除率提高了15%左右。

在上述步驟a）之前，還包括：烘干并研磨木質纖維素原料至其粒度介于40-80目的范圍內，其中，木質纖維素原料選自玉米秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈、高粱秸稈、棉稈、油菜稈、甘蔗渣、木屑、或廢紙的一種或幾種的混合物。

在上述步驟b）中，纖維素原料與水的質量比為1:5-1:1.15，水的溫度為150-200℃，溫度優選為160-180℃。

在上述步驟c）中，惰性氣體為氮氣、氦氣、或氬氣中的任意一種，優選為氮氣，高壓反應釜的溫度控制為150-200℃，優選溫度控制為160-180℃，加熱高壓反應釜的時間為10-60分鐘，壓力為1-5Mpa，優選壓力為2-4Mpa。通過通入惰性氣體，可保護熱水預處理木質纖維素水解得到的部分還原糖不被氧化，利于后續發酵過程的進行，增加乙醇的產率。