CN101235606B - 一种木质纤维素预处理方法及其*** - Google Patents
一种木质纤维素预处理方法及其*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN101235606B CN101235606B CN2008100202281A CN200810020228A CN101235606B CN 101235606 B CN101235606 B CN 101235606B CN 2008100202281 A CN2008100202281 A CN 2008100202281A CN 200810020228 A CN200810020228 A CN 200810020228A CN 101235606 B CN101235606 B CN 101235606B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- valve
- reactor
- lignocellulose
- reaction
- acid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 title description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 67
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 59
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 58
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims description 10
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 8
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 8
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 abstract description 22
- 108010059892 Cellulase Proteins 0.000 abstract description 16
- 229940106157 cellulase Drugs 0.000 abstract description 16
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 abstract description 11
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 abstract 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 abstract 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 abstract 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 46
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 description 46
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 46
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 45
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 39
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 29
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 29
- SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N D-xylopyranose Chemical compound O[C@@H]1COC(O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N 0.000 description 26
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 16
- 229960003487 xylose Drugs 0.000 description 16
- 235000016383 Zea mays subsp huehuetenangensis Nutrition 0.000 description 15
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 15
- 235000009973 maize Nutrition 0.000 description 15
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 15
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 14
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N arabinose Natural products OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 14
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229920001503 Glucan Polymers 0.000 description 13
- 230000007071 enzymatic hydrolysis Effects 0.000 description 13
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 13
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 13
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 13
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 13
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 12
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 12
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 10
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 10
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 4
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 4
- 238000007616 round robin method Methods 0.000 description 4
- SRBFZHDQGSBBOR-LECHCGJUSA-N alpha-D-xylose Chemical compound O[C@@H]1CO[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-LECHCGJUSA-N 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001458 anti-acid effect Effects 0.000 description 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NOEGNKMFWQHSLB-UHFFFAOYSA-N 5-hydroxymethylfurfural Chemical compound OCC1=CC=C(C=O)O1 NOEGNKMFWQHSLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- LPQOADBMXVRBNX-UHFFFAOYSA-N ac1ldcw0 Chemical compound Cl.C1CN(C)CCN1C1=C(F)C=C2C(=O)C(C(O)=O)=CN3CCSC1=C32 LPQOADBMXVRBNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N arabinose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N 0.000 description 1
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000010903 husk Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- RJGBSYZFOCAGQY-UHFFFAOYSA-N hydroxymethylfurfural Natural products COC1=CC=C(C=O)O1 RJGBSYZFOCAGQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 239000012978 lignocellulosic material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 238000009279 wet oxidation reaction Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明公开了一种木质纤维素的预处理方法，将木质纤维素装入循环反应器中，并注入稀酸，打开循环泵在温度为50℃～200℃下进行循环反应，反应结束后将得到的水解液除酸、过滤，用于发酵。本发明还公开了应用于这种方法的***。本发明的方法能够有效地提高木质纤维素中半纤维素转化率、纤维素酶解转化率以及减少发酵抑制产物，同时还能缩短预处理时间，降低能耗。
Description
技术领域
本发明属于化工设备领域，具体涉及一种利用稀酸进行木质纤维素预处理的方法和设备。
背景技术
木质纤维素预处理是指利用化学和物理方法，使它的三种成份纤维素与木质素、半纤维素分离开。同时打开纤维素内部氢键，成为无定型纤维素，打断部分糖苷键，降低聚合度，水解半纤维素成木糖、***糖等单糖，并提高后续酶解效率。目前预处理的方法有浓酸法、稀酸温烤法、碱处理法、二氧化硫法、过氧化物法、蒸汽***法、氨纤***法、二氧化碳***法、湿氧化法、热液法等多种方法。但其中的很多方法因产率低、环境污染、设备成本和运行成本高、操作复杂等原因未被推广，其中较为成熟的方法仅蒸汽***法及稀酸温烤法两种。蒸汽***法(Brownell and Saddler，1984)是在不加任何催化剂的情况下，利用高压蒸汽(一般200℃～230℃)迅速升温，期间产生的乙酸及水在高温下解离出的H+催化木质纤维素中大部分半纤维素水解，并改变纤维素的晶型为无定型结构以有利于后续酶解。但是，由于蒸汽***法产生的乙酸及其他一些酸的酸性较弱，导致催化效率较低，反应速率较慢，半纤维水解效果并不是很理想(一般仅65％～70％左右)，并且乙酸也是一种发酵抑制产物；一些未被转化为糖单体的糖低聚体以及一些高温时溶解的木质素会在冷却后沉降黏附于纤维素表面，影响后续酶解；同时这些未被完全水解的糖低聚体要用不同的酶对它们进行酶解，因此要一一利用它们显然不太现实。稀酸温烤法(Tsao et al.，1982)也是目前使用较为成熟的方法。用低浓度的硫酸(1％～2％)在接近100℃(一般为90℃～95℃)的温度下对木质纤维素处理4～24小时，水解半纤维素并改变纤维素晶型、增大其比表面积以有利于后续酶解。但稀酸温烤法的半纤维水解率同样也不高(70％～80％)，而且稀酸温烤法的反应时间较长，动力成本消耗过大，较长的反应时间导致糖单体进一步生成糠醛、甲酸、乙酸、羟甲基糠醛等发酵抑制产物，影响后续酶解。因此，迫切需要我们寻找一种新的方法以得到较高的糖产率和较少抑制产物来代替现有的方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能够有效提高木质纤维素中半纤维素转化率、木质素去除率、纤维素酶解转化率以及减少发酵抑制产物的方法。
本发明的另一目的在于提供一种能够配合上述方法的设备。
本发明的目的可以通过以下措施达到：
一种木质纤维素的预处理方法，将木质纤维素(玉米秸杆、麦草、稻壳稻草、甘蔗渣、柳枝、玉米叶、玉米芯等)装入循环反应器中，并注入稀酸，打开循环泵在温度为50℃～200℃(50℃～100℃常压反应，100℃～200℃氮气加压到2MPa～4MPa反应)下进行循环反应，即将反应液不停地抽出并重新加入反应器中进行反应，反应结束后将得到的水解液(绝大部分为半纤维素水解所得)除酸、过滤，用于发酵。
其中所述的稀酸为质量分数为0.1％～5％的硫酸或盐酸；木质纤维素与稀酸的固液质量比为1∶5～15。
循环泵的流速为5～10L/min。循环反应在100℃以上时采用氮气加压，加压到2MPa～4MPa。
反应结束后循环反应器内剩余的木质纤维素(绝大部分为纤维素)用水冲洗后取出用于后续酶解，即先用热水冲洗以除去残酸和残留的木质素，随后取出用于后续酶解。本发明的反应时间通常为0.3h～5h(一般是0.5h～4h)，以最终得到的水解液的浓度为终点判断。
一种木质纤维素预处理***，包括反应器、储酸罐和储液罐，其中反应器的顶部通过管道与储酸罐相通，反应器的底部通过管道与储液罐相通；在反应器的进出口之间串接有循环泵，循环泵的入口与反应器底部相通，循环泵的出口与设在反应器顶部的喷淋头相通。
该预处理***还包括氮气瓶，其中氮气瓶经由管道与所述的反应器顶部相通。在反应器的顶部设有热水入口，在所述的反应器的底部设有废液出口。其中循环泵为防酸循环泵。
本发明提供的这种方法通过稀酸循环把以往静态的反应方式变为动态的反应方式。静态的反应方式即釜式反应，在木质纤维素水解一段时间后，其周围的糖浓度会比其他地方高出很多，这样就不利于反应平衡向生成产物的方向进行，木质纤维素就得不到进一步的水解，而稀酸循环法可以通过不断的循环把木质纤维素附近生成的糖带走，扩散到整个反应体系中去，使得木质纤维素附近始终保持较低的糖浓度，有利于其进一步水解；同时，采用动态的循环法可以冲散阻挡在木质纤维素表面溶解较慢的长链木糖低聚物，使得酸液可以更好地与木质纤维素接触以对其进行催化反应，并且可以加速木质素的溶解；因此该法在不影响糖浓度的前提下提高了木质纤维素特别是半纤维素的水解率以及木质素去除率(图1)。
本发明通过稀酸循环法还可以：
1、以固定的、较少的水量进行反应，节约用水量并降低能耗，使其与发酵浓度相匹配；
2、根据后续发酵浓度的不同，预处理时也可以根据需要设定水量；
3、装置中的喷淋头可以抑制酸液的挥发，在100℃下可以在不加压的条件下进行反应，降低能耗；
4、循环反应时当糖在反应器中生成后，会迅速流入管道中，此时反应管道中的温度不如反应器中高，因此糖不会被继续反应为糠醛等副产物，因此在反应过程中不必考虑副产物增加的问题。
本发明提供的木质纤维素预处理***，主要由反应器、循环泵、储酸罐、储液罐、氮气瓶以及若干管路和阀门组成。反应器优选为圆柱形，上方和下方分别设有进料口和出料口；顶部和底部均为半球状结构，顶部接有喷淋头与外部管路相连，预处理时含酸反应液经喷淋头再回流入反应器，喷淋头除了可以让含酸反应液均匀的分布于木质纤维素物料之上以利于反应外，还可以在常压反应时抑制水的挥发(温度在100℃以下时)。反应器下方还设置了一个带孔滤板，这样固体物料就可以通过滤板的阻挡留在反应器中持续反应。循环泵采用防酸循环泵。在100℃以上温度反应时，还可以通过氮气瓶中氮气对整个反应体系加压以使反应正常进行。
本发明的方法能够有效地提高木质纤维素中半纤维素转化率、木质素去除率、纤维素酶解转化率以及减少发酵抑制产物，同时还能降低能耗、缩短反应时间，提高糖浓度，且能根据后续发酵浓度的需要设定预处理的用水量。
附图说明
图1为稀酸循环法(反应4h)和稀酸温烤法(反应8h)预处理玉米秸秆木糖转化率的对比图。
图2为稀酸循环装置流程图。
图中：1-8.阀门，9.循环泵，10.反应器，11.出料口，12.进料口，13.滤板，14.喷淋头，15.储酸罐，16.储液罐，17.氮气瓶，18.氮气阀。
具体实施方式
实施例1
将玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)风干粉碎后从进料口12装入稀酸循环装置10，打开阀1、阀2，从储酸罐15中注入0.8％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶10；打开阀3、阀4，关闭阀1、阀2，启动循环泵9，流量设为10L/min，反应时液位位于滤板13的上端，在95℃下循环反应4h，反应时液体部分通过滤板13进行循环，固体物料部分通过滤板13阻挡留在反应器中，液体部分经过泵9后再通过喷淋头14以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵9，打开阀2、阀5和通气阀7，反应液流入储液罐16，经Ca(OH)2中和用于后续发酵；关闭阀5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95℃热水(PL)冲洗固体，洗去残留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后续处理；最后打开出料口11，把剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到98.0％，木糖浓度为15.7g/L；木质素去除率达到75％；纤维素在15FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率73.7％。
实施例2
将玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)风干粉碎后从进料口12装入稀酸循环装置10，打开阀1、阀2，从储酸罐15中注入0.8％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶10；打开阀3、阀4，关闭阀1、阀2，启动循环泵9，流量设为10L/min，反应时液位位于滤板13的上端，在90℃下循环反应4h，反应时液体部分通过滤板13进行循环，固体物料部分通过滤板13阻挡留在反应器中，液体部分经过泵9后再通过喷淋头14以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵9，打开阀2、阀5和通气阀7，反应液流入储液罐16，经Ca(OH)2中和用于后续发酵；关闭阀5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95℃热水(PL)冲洗固体，洗去残留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后续处理；最后打开出料口11，把剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到79.9％，木糖浓度为12.8g/L；木质素去除率达到69.2％；纤维素在15FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率65.4％。
实施例3
将玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)风干粉碎后从进料口12装入稀酸循环装置10，打开阀1、阀2，从储酸罐15中注入0.8％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶10；打开阀3、阀4，关闭阀1、阀2，启动循环泵9，流量设为10L/min，反应时液位位于滤板13的上端，在85℃下循环反应4h，反应时液体部分通过滤板13进行循环，固体物料部分通过滤板13阻挡留在反应器中，液体部分经过泵9后再通过喷淋头14以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵9，打开阀2、阀5和通气阀7，反应液流入储液罐16，经Ca(OH)2中和用于后续发酵；关闭阀5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95℃热水(PL)冲洗固体，洗去残留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后续处理；最后打开出料口11，把剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到63.2％，木糖浓度为10.1g/L；木质素去除率达到62.3％；纤维素在15FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率52.1％。
实施例4
将玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)风干粉碎后从进料口12装入稀酸循环装置10，打开阀1、阀2，从储酸罐15中注入0.8％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶10；打开阀3、阀4，关闭阀1、阀2，启动循环泵9，流量设为10L/min，反应时液位位于滤板13的上端，在80℃下循环反应4h，反应时液体部分通过滤板13进行循环，固体物料部分通过滤板13阻挡留在反应器中，液体部分经过泵9后再通过喷淋头14以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵9，打开阀2、阀5和通气阀7，反应液流入储液罐16，经Ca(OH)2中和用于后续发酵；关闭阀5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95℃热水(PL)冲洗固体，洗去残留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后续处理；最后打开出料口11，把剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到56.7％，木糖浓度为9.1g/L；木质素去除率达到53.6％；纤维素在15FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率41.8％。
实施例5
将玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)风干粉碎后从进料口12装入稀酸循环装置10，打开阀1、阀2，从储酸罐15中注入0.8％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶10；打开阀3、阀4，关闭阀1、阀2，启动循环泵9，流量设为10L/min，反应时液位位于滤板13的上端，在75℃下循环反应4h，反应时液体部分通过滤板13进行循环，固体物料部分通过滤板13阻挡留在反应器中，液体部分经过泵9后再通过喷淋头14以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵9，打开阀2、阀5和通气阀7，反应液流入储液罐16，经Ca(OH)2中和用于后续发酵；关闭阀5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95℃热水(PL)冲洗固体，洗去残留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后续处理；最后打开出料口11，把剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到39.3％，木糖浓度为6.2g/L；木质素去除率达到45.3％；纤维素在15FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率23.3％。
实施例6
将玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)风干粉碎后从进料口12装入稀酸循环装置10，打开阀1、阀2，从储酸罐15中注入1.2％稀盐酸于反应器，玉米秸秆和稀盐酸的固液比为1∶9；打开阀3、阀4，关闭阀1、阀2，启动循环泵9，流量设为10L/min，反应时液位位于滤板13的上端，在95℃下循环反应4h，反应时液体部分通过滤板13进行循环，固体物料部分通过滤板13阻挡留在反应器中，液体部分经过泵9后再通过喷淋头14以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵9，打开阀2、阀5和通气阀7，反应液流入储液罐16，经Ca(OH)2中和用于后续发酵；关闭阀5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95℃热水(PL)冲洗固体，洗去残留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后续处理；最后打开出料口11，把剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到93.7％，木糖浓度为16.7g/L；木质素去除率达到75.3％；纤维素在纤维素在15FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率71.3％。
实施例7
将玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)风干粉碎后从进料口12装入稀酸循环装置10，打开阀1、阀2，从储酸罐15中注入0.8％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶6；打开阀3、阀4，关闭阀1，打开氮气阀18，从氮气瓶17中通入N2，加压到2.5MP，启动循环泵9，流量设为10L/min，反应时液位位于滤板13的上端，在150℃下循环反应30min，反应时液体部分通过滤板13进行循环，固体物料部分通过滤板13阻挡留在反应器中，液体部分经过泵9后再通过喷淋头14以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵9，关闭氮气阀18，打开阀5和通气阀7，反应液流入储液罐16，经Ca(OH)2中和用于后续发酵；关闭阀5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95℃热水(PL)冲洗固体，洗去残留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后续处理；最后打开出料口11，把剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到95.4％，木糖浓度为25.4g/L；木质素去除率达到68.9％；纤维素在15FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率78.4％。
实施例8
将玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)风干粉碎后从进料口12装入稀酸循环装置10，打开阀1、阀2，从储酸罐15中注入1.5％稀盐酸于反应器，玉米秸秆和稀盐酸的固液比为1∶8；打开阀3、阀4，关闭阀1，打开氮气阀18，从氮气瓶17中通入N2，加压到2.5MP，启动循环泵9，流量设为10L/min，反应时液位位于滤板13的上端，在150℃下循环反应30min，反应时液体部分通过滤板13进行循环，固体物料部分通过滤板13阻挡留在反应器中，液体部分经过泵9后再通过喷淋头14以喷淋的方式回到反应器中；反应结束后关闭阀4和泵9，关闭氮气阀18，打开阀5和通气阀7，反应液流入储液罐16，经Ca(OH)2中和用于后续发酵；关闭阀5和通气阀7，打开阀8和阀6，通95℃热水(PL)冲洗固体，洗去残留稀酸和木质素，废液(CS)经阀6排出用于后续处理；最后打开出料口11，把剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到92.6％，木糖浓度为18.6g/L；木质素去除率达到71.5％；纤维素在15FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率77.9％。
对比例1
将玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)风干粉碎后装入反应器中，注入0.8％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶10；在95℃下反应8h，反应结束后反应液经Ca(OH)2中和用于后续发酵；固体部分通95℃热水冲洗，洗去残留稀酸和木质素，废液排出用于后续处理；最后剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到75.1％，木糖浓度为12.1g/L；木质素去除率达到15.5％；纤维素在15FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率70.4％。
对比例2
将玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)风干粉碎装入反应器中，注入0.8％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶10；在90℃下反应8h，反应结束后反应液经Ca(OH)2中和用于后续发酵；固体部分通95℃热水冲洗，洗去残留稀酸和木质素，废液排出用于后续处理；最后剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到61.3％，木糖浓度为9.8g/L；木质素去除率达到11.3％；纤维素在15FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率57.5％。
对比例3
将玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)风干粉碎后装入反应器中，注入0.8％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶10；在85℃下反应8h，反应结束后反应液经Ca(OH)2中和用于后续发酵；固体部分通95℃热水冲洗，洗去残留稀酸和木质素，废液排出用于后续处理；最后剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到54.5％，木糖浓度为8.7g/L；木质素去除率达到8.7％；纤维素在15FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率49.8％。
对比例4
将玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)风干粉碎后装入反应器中，注入0.8％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶10；在80℃下反应8h，反应结束后反应液经Ca(OH)2中和用于后续发酵；固体部分通95℃热水冲洗，洗去残留稀酸和木质素，废液排出用于后续处理；最后剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到32.2％，木糖浓度为5.2g/L；木质素去除率达到7.1％；纤维素在15FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率37.9％。
对比例5
将玉米秸杆(水分12.82％、苯醇抽提物17.44％、纤维素40.08％、半纤维素20.03％、木质素19.95％、灰分5.52％)风干粉碎后装入反应器中，注入0.8％稀H2SO4于反应器，玉米秸秆和稀H2SO4的固液比为1∶10；在75℃下反应8h，反应结束反应液经Ca(OH)2中和用于后续发酵；固体部分通95℃热水冲洗，洗去残留稀酸和木质素，废液排出用于后续处理；最后剩余的纤维素取出，用于后续酶解发酵。半纤维转化率达到17.3％，木糖浓度为2.8g/L；木质素去除率达到5.5％；纤维素在15FPU/g葡聚糖的纤维素酶作用下酶解48h(50℃，pH4.8)，得率13.5％。
Claims (3)
1.一种木质纤维素的预处理方法，其特征在于将木质纤维素装入循环反应器中，并注入稀酸，打开循环泵在温度为50～100℃下进行常压循环反应，循环反应时，糖在反应器中生成后，迅速流入管道中，反应管道中的温度低于反应器，反应生成的液体部分经过循环泵后再通过喷淋头以喷淋的方式回到反应器中，反应结束后将得到的水解液除酸、过滤，用于发酵；其中所述的稀酸为质量分数为0.1％～5％的硫酸或盐酸。
2.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于木质纤维素与稀酸的固液质量比为1∶5～15。
3.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于反应结束后循环反应器内剩余的木质纤维素用水冲洗后取出用于后续酶解。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100202281A CN101235606B (zh) | 2008-02-28 | 2008-02-28 | 一种木质纤维素预处理方法及其*** |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100202281A CN101235606B (zh) | 2008-02-28 | 2008-02-28 | 一种木质纤维素预处理方法及其*** |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101235606A CN101235606A (zh) | 2008-08-06 |
| CN101235606B true CN101235606B (zh) | 2010-06-16 |
Family
ID=39919490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100202281A Expired - Fee Related CN101235606B (zh) | 2008-02-28 | 2008-02-28 | 一种木质纤维素预处理方法及其*** |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101235606B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103045690B (zh) * | 2011-10-11 | 2014-08-13 | 济南圣泉集团股份有限公司 | 一种木质纤维素生物质的综合利用方法 |
| CN103045692B (zh) * | 2011-10-11 | 2014-10-01 | 济南圣泉集团股份有限公司 | 一种木质纤维素生物质的综合利用方法 |
| IN2014MN01730A (zh) * | 2012-02-24 | 2015-07-03 | Biochemtex Spa | |
| CN102605020B (zh) * | 2012-03-29 | 2013-07-31 | 天津大学 | 一种提高木质纤维素酶解糖化效率的方法 |
| CN104611391B (zh) * | 2013-11-05 | 2018-08-14 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种木质纤维素原料制备水解糖的方法 |
| CN104611392B (zh) * | 2013-11-05 | 2018-04-10 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种脱除稀酸蒸爆木质纤维素物料中抑制物的方法 |
| CN105112459A (zh) * | 2015-09-23 | 2015-12-02 | 大连工业大学 | 一种木质纤维素生物质循环强化预水解工艺 |
| CN106311081A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-01-11 | 大连理工大学 | 一种间歇式水解釜釜内除酸装置及方法 |
| CN110549456B (zh) * | 2019-08-01 | 2021-09-28 | 四川金象赛瑞化工股份有限公司 | 一种芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法 |
-
2008
- 2008-02-28 CN CN2008100202281A patent/CN101235606B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101235606A (zh) | 2008-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100564667C (zh) | 一种木质纤维素的联合预处理方法及其*** | |
| CN101235606B (zh) | 一种木质纤维素预处理方法及其*** | |
| Kumar et al. | Recent updates on different methods of pretreatment of lignocellulosic feedstocks: a review | |
| US8017820B2 (en) | Continuous flowing pre-treatment system with steam recovery | |
| KR101657100B1 (ko) | 리그노셀룰로오스계 바이오매스의 분별방법 및 분별장치 | |
| US10662455B2 (en) | Sulfur dioxide and/or sulfurous acid pretreatment | |
| CN101736631B (zh) | 一种高效预处理木质纤维素的工艺 | |
| US10889795B2 (en) | System and method for cooling pretreated biomass | |
| US20190194697A1 (en) | Pretreatment of lignocellulosic biomass with sulfur dioxide and/or sulfurous acid | |
| US20130129573A1 (en) | System and apparatus to extract and reduce dissolved hemi-cellulosic solids in biomass following pre-hydrolysis | |
| CN102261004B (zh) | 一种木质纤维素原料的生物-化学联合预处理方法 | |
| CN101120102A (zh) | 纤维素和木质纤维素材料的酸水解方法、消化罐和水解反应器 | |
| US11345935B2 (en) | Low temperature pretreatment with sulfur dioxide | |
| US20220348968A1 (en) | Pretreatment with sulfur dioxide and ph adjustment | |
| US20200354891A1 (en) | Low temperature sulfur dioxide pretreatment | |
| US20210340578A1 (en) | Acid bisulfite pretreatment | |
| CN101235605B (zh) | 一种包含酸回收的木质纤维素预处理的方法及其*** | |
| CN101787086B (zh) | 一种利用发酵柠檬酸废水水解植物半纤维素的装置和方法 | |
| CN110128488B (zh) | 一种基于低聚木糖制备的木质纤维素的预处理方法及其*** | |
| Tan et al. | Efficient Physical and Chemical Pretreatment of Lignocellulosic Biomass | |
| RU2543661C2 (ru) | Способ производства сахаров из целлюлозосодержащего сырья | |
| Kumar et al. | 14 Waste Pretreatment Biomass Using | |
| Kumar et al. | Waste Biomass Pretreatment Using Novel Materials | |
| CN201620167U (zh) | 一种木质纤维素原料的漆酶预处理装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100616 Termination date: 20130228 |