本发明专利技术公开了一种利用生物秸秆制备低聚木糖、溶解浆和生物燃油的方法，所述方法包括对生物秸秆进行预蒸煮、酶解、多级压榨逆流洗涤得到酶解渣和酶解洗涤液，并将所述酶解洗涤液进行澄清处理和进一步提纯，然后浓缩、干燥制备低聚木糖；同时利用所述酶解渣制浆，分离出黑液，并将分离后的浆料依次进行洗涤筛分、脱木素、预处理、漂白制备溶解浆；将黑液经气化、净化、费托合成制生物燃油。本发明专利技术实现了秸秆资源的充分、高效利用，有利于降低生产成本、实现产业化应用，并且生产过程中无废气、废液和废渣排放，是环境友好的绿色生产技术。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物质综合利用领域，具体涉及一种利用生物秸杆制备低聚木糖、溶解浆和生物燃油的方法。
技术介绍
随着能源短缺、环境污染和气候变化形势的日益严峻，生物秸杆综合利用产业已成为引领当代世界科技创新和先进生产力发展的又一个新的主导产业。生物秸杆是制备溶解浆工业最常用的非木材纤维原料之一，它们生长迅速，产量巨大，与木材原料在化学成分、结构等方面存在较多的不同，如纤维素与半纤维素的结合、纤维素与木素的结合较为松散，易于蒸煮，并且蒸煮后的生物秸杆易于打浆。这些特点使得其制浆工艺与黑液特性等均具有特殊性，尤其表现在黑液黏度大、蒸发过程容易结垢等问题上，造成黑液提取及碱回收系统运行相对困难，而生物秸杆制浆黑液黏度居高不下除了硅含量高外，大量细小纤维的存在也是重要原因，基于此，可以考虑其它利用方式。生物秸杆原料中半纤维素主要由聚戊糖组成，可作为制备木糖的原料，所以如果能在常规制浆之前进行有效的前期处理，既可以提取出大部分半纤维素，用以制备木糖产品，同时还有望得到高质量的溶解浆。中国专利CN 102268833 B公开了利用汽爆、水洗处理后的农作物秸杆制备溶解浆，但其并未给出水解液、黑液的进一步利用方式，同时其对农作物秸杆的前期处理以及制备过程均未能对农作物秸杆形成更为充分、高效的利用。因此，有必要提出一种可以对生物秸杆资源进行充分、高效利用的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用生物秸杆制备低聚木糖、溶解浆和生物燃油的方法，以充分、高效地利用现有的生物秸杆资源。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案:一种利用生物秸杆制备低聚木糖、溶解浆和生物燃油的方法，所述方法包括:a、预蒸煮:将生物秸杆破碎、除杂，与三价稀土盐、酸性离子水混合，进行预蒸煮，其中，所述三价稀土盐的用量为生物秸杆干基质量的0.5?3wt%，所述生物秸杆干基与酸性离子水的质量比为1:3?1:8 ;在预蒸煮时，向进行预蒸煮操作的反应器中通入氧气，所述氧气的通入量为生物秸杆干基质量的I?5wt%，所述预蒸煮的温度为160?180°C、压力为1.5MPa?2.0MPa、时间为5?15min ；b、酶解:将步骤a预蒸煮后的浆料降温至50?60°C，利用酸性离子水调节pH至4.0?6.0，并加入基于单位生物秸杆干基质量200?600个标准酶活的木聚糖酶，酶解2?4h ；c、多级压榨逆流洗涤:将步骤b酶解后的浆料进行多级压榨逆流洗涤，得到酶解洗涤液和洗净的酶解渣；d、将步骤c得到的酶解洗涤液进行澄清处理，以脱除固相颗粒，得到澄清液；e、将步骤d得到的澄清液进一步提纯，以脱除无机盐，以及分子量不大于300道尔顿和分子量不小于1200道尔顿的有机物，剩余澄清液经浓缩、干燥，得到低聚木糖；f、制浆:以步骤c得到的酶解渣为原料制浆，制浆条件为:将所述酶解渣与碱性离子水、亚硫酸盐、甲醛和稀土氧化物混合，并在常压下加热蒸煮，蒸煮温度为130?170°C，蒸煮时间为I?3h，分离出黑液，得到分离黑液后的浆料；其中，亚硫酸盐用量为酶解渣干基质量的12?18wt%，甲醛用量为酶解渣干基质量的I?2wt%，稀土氧化物用量为酶解渣干基质量的0.1?0.5wt%，酶解渣干基与碱性离子水的质量比为1:3?1:5 ;g、洗涤筛分:对分离黑液后的浆料进行洗涤、筛分，以筛除未分解残渣及粗纤维束；h、脱木素:向步骤g洗涤筛分后的浆料中加入镁盐，利用碱性离子水调节浆料固含量为8?12wt%，PH值为10?12，进行氧脱木素反应，其中所述镁盐用量为浆料固含量的0.5?2wt% ;反应时，向氧脱木素反应器内通入氧气和蒸汽，反应器内压力为0.5?0.6MPa,温度为90?120°C，反应时间为60?90min，氧气用量为浆料固含量的3?5wt %;1、预处理:将三价稀土盐和酸性离子水加入步骤h脱木素后的浆料中，调节浆料固含量为8?12wt %，pH值为4?5，控制浆料温度为50?60°C，常压预处理30?60min，其中，所述三价稀土盐的加入量为浆料固含量的0.5?lwt% ;j、将步骤i的预处理产物漂白，得溶解浆成品；k、制合成气:将步骤f分离出的黑液气化制备合成气；1、费托合成:将步骤k制得的合成气净化、调节碳氢比后，经费托合成制生物燃油。在本专利技术的步骤a中，所述生物秸杆需要进行预蒸煮，以便于后续酶解制备低聚木糖，其中，所述生物秸杆可以为麦草、稻草、玉米秸杆或其它农作物秸杆等。优选地，所述生物秸杆在预蒸煮前破碎至3?5cm，然后经空气除尘和物料除尘并分选祛除叶、穗和节及尘土等，再三价稀土盐、酸性离子水混合。在步骤a中，所涉及的预蒸煮过程可以是间歇式蒸煮过程或连续式蒸煮过程，优选为在连续式蒸煮反应器(例如，天津中轻机械有限公司生产的TS0040型连续式蒸煮反应器)中进行的连续式蒸煮过程，采用本专利技术的预蒸煮过程，可以有效脱除半纤维素，有助于提高溶解浆质量。根据本专利技术的方法，优选地，所述酸性离子水的pH值为1.8?5.0，进一步优选为2.0?3.0，具体可为:2.0,2.3或3.0 ;氧化还原电位为750?1300mV，进一步优选为1100?1260mV，具体可为:1260mV、1200mV或IlOOmV ;所述碱性离子水的pH值为9.0?13.0，进一步优选为11.0?13.0，具体可为:11.5,12.4,12.5,12.6 ;氧化还原电位为-550 ?-1000mV，优选为-800 ?-lOOOmV，具体可为:_867mV、_948mV、_967mV、_992mV。根据本专利技术的方法，优选地，所述酸性离子水和碱性离子水为含0.5?3wt%^9三价稀土盐的蒸馏水电解所得；进一步优选地，所述蒸馏水中三价稀土盐的浓度为I?2wt%。。所述酸性和碱性离子水均可由普通电解法制备，或由磁化电解液法和/或低温电解法制备，上述方法均为本领域所熟知，例如，普通电解法的具体制备方法如下:将上述含0.5?3wt%。的三价稀土盐的蒸馏水电解5min?3h ；电解条件为:电压20?60V，电流0.1?1A，以制得酸性离子水和碱性离子水。在本专利技术中，加入所述三价稀土盐无论是对制备低聚木糖还是制备溶解浆均具有重要意义，所述三价稀土盐可以是任一种或多种稀土元素的三价盐。优选地，所述三价稀土盐为三价稀土元素的硝酸盐、盐酸盐和/或硫酸盐，例如硝酸铈、氯化镧以及硫酸钇等。根据本专利技术的方法，优选地，在步骤a中，所述三价稀土盐的用量为生物秸杆干基质量的I?2wt%，所述生物秸杆干基与酸性离子水的质量比为1:4?1:6 ;所述氧气的通入量为生物秸杆干基质量的2?4wt%，所述预蒸煮的温度为165?175°C、压力为1.6MPa ?1.8MPa、时间为 8 ?1min ；在本专利技术的步骤b中，利用木聚糖酶对预蒸煮产物进行酶解，不仅可以分解木聚糖，还可以进一步溶出秸杆中的木质素。优选地，所述木聚糖酶为内切木聚糖酶、外切β-木聚糖酶、木二糖苷酶和黑曲霉木聚糖酶中的一种或多种的混合酶。进一步优选地，所述木聚糖酶为黑曲霉木聚糖酶，加入量为基于单位生物秸杆干基质量300?500个标准酶活，以获得更佳的酶解效果。在本专利技术的步骤c中，对经步骤b酶解后的浆料采用多级压榨逆流洗涤的方式进行分离，以在减少洗涤液用量的同时保证分离效果本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用生物秸秆制备低聚木糖、溶解浆和生物燃油的方法，其特征在于，所述方法包括：a、预蒸煮：将生物秸秆破碎、除杂，与三价稀土盐、酸性离子水混合，进行预蒸煮，其中，所述三价稀土盐的用量为生物秸秆干基质量的0.5～3wt％，所述生物秸秆干基与酸性离子水的质量比为1：3～1：8；在预蒸煮时，向进行预蒸煮操作的反应器中通入氧气，所述氧气的通入量为生物秸秆干基质量的1～5wt％，所述预蒸煮的温度为160～180℃、压力为1.5MPa～2.0MPa、时间为5～15min；b、酶解：将步骤a预蒸煮后的浆料降温至50～60℃，利用酸性离子水调节pH至4.0～6.0，并加入基于单位生物秸秆干基质量200～600个标准酶活的木聚糖酶，酶解2～4h；c、多级压榨逆流洗涤：将步骤b酶解后的浆料进行多级压榨逆流洗涤，得到酶解洗涤液和酶解渣；d、将步骤c得到的酶解洗涤液进行澄清处理，以脱除固相颗粒，得到澄清液；e、将步骤d得到的澄清液进一步提纯，以脱除无机盐，以及分子量不大于300道尔顿和分子量不小于1200道尔顿的有机物，剩余澄清液经浓缩、干燥，得到低聚木糖；f、制浆：以步骤c得到的酶解渣为原料制浆，制浆条件为：将所述酶解渣与碱性离子水、亚硫酸盐、甲醛和稀土氧化物混合，并在常压下加热蒸煮，蒸煮温度为130～170℃，蒸煮时间为1～3h，分离出黑液，得到分离黑液后的浆料；其中，亚硫酸盐用量为酶解渣干基质量的12～18wt％，甲醛用量为酶解渣干基质量的1～2wt％，稀土氧化物用量为酶解渣干基质量的0.1～0.5wt％，酶解渣干基与碱性离子水的质量比为1：3～1：5；g、洗涤筛分：对分离黑液后的浆料进行洗涤、筛分，以筛除未分解残渣及粗纤维束；h、脱木素：向步骤g洗涤筛分后的浆料中加入镁盐，利用碱性离子水调节浆料固含量为8～12wt％，pH值为10～12，进行氧脱木素反应，其中所述镁盐用量为浆料固含量的0.5～2wt％；反应时，向氧脱木素反应器内通入氧气和蒸汽，反应器内压力为0.5～0.6Mpa，温度为90～120℃，反应时间为60～90min，氧气用量为浆料固含量的3～5wt％；i、预处理：将三价稀土盐和酸性离子水加入步骤h脱木素后的浆料中，调节浆料固含量为8～12wt％，pH值为4～5，控制浆料温度为50～60℃，常压预处理30～60min，其中，所述三价稀土盐的加入量为浆料固含量的0.5～1wt％；j、将步骤i的预处理产物漂白，得溶解浆成品；k、制合成气：将步骤g分离出的黑液气化制备合成气；l、费托合成：将步骤k制得的合成气净化、调节碳氢比后，经费托合成制生物燃油。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李秀芳，张冰青，陈家效，王斌，陈浩，张祎晶，
申请(专利权)人：李秀芳，
类型：发明
国别省市：河南;41
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