CH721606A2 - Méthode de prétraitement pour préparer de la bio-huile liquéfiée à partir de matériaux de biomasse - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de prétraitement permettant d'améliorer le rendement d'une bio-huile liquéfiée préparée à partir de matériaux de biomasse. Les étapes du procédé de prétraitemetnt sont les suivantes : A. broyer les matériaux de biomasse à traiter ; B. mettre les matériaux de biomasse broyés dans un traitement électromagnétique à la vapeur à haute température et haute pression dans le générateur de vapeur ; C. tremper les matériaux de biomasse traités avec de la vapeur à haute température et haute pression dans un mélange d'ions dans un réservoir de réaction équipé d'un générateur d'ultrasons ou d'un générateur de micro-ondes; D. démarrez le générateur d'ultrasons ou le générateur de micro-ondes pour effectuer un traitement par ultrasons ou un traitement par micro-ondes sur le matériau de biomasse imbibé. Le procédé de prétraitement de la présente invention combine de la vapeur à haute température et à haute pression, un liquide ionique mixte composé d'électrolytes et de peroxydes, et des ondes ultrasonores ou des micro-ondes à haute fréquence pour le traitement des articulations, ce qui peut favoriser efficacement l'effet d'hydrolyse enzymatique et augmenter considérablement le rendement en bio-huile liquéfiée.

Description

[0001] Domaine technique: L'invention appartient au domaine de la technologie de l'industrie énergétique et chimique, et concerne spécifiquement un procédé de prétraitement permettant d'améliorer le rendement d'une bio-huile liquéfiée préparée à partir de matériaux de biomasse.

Technique de fond

[0002] Au cours des dernières décennies, avec la consommation continue d'énergie fossile et l'impact des gaz à effet de serre sur l'environnement, le développement de nouvelles énergies renouvelables est devenu un point chaud de la recherche mondiale [Li, J.H., Wu, L.B., Yang, Z. Y., 2008. Analyse et valorisation du biopétrole à partir de la biomasse par désoxy-liquéfaction directe. J.Anal. Appl. Pyrol. 81, 199-204]. Les nouvelles énergies renouvelables comprennent principalement l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, l'énergie géothermique et l'énergie de la biomasse. Parmi elles, l'énergie de la biomasse est une nouvelle source d'énergie importante, représentant environ 10 % de l'énergie totale mondiale [Blanca Antizar-Ladislao, Juan Luis Turrion, Decentralized Energy from Waste System, Energies · Février 2010]. La biomasse peut être convertie en combustibles et produits chimiques utiles grâce à des techniques biochimiques et thermochimiques, notamment la gazéification, le craquage thermique et la liquéfaction. Parmi elles, les méthodes thermochimiques sont plus efficaces que les méthodes biochimiques pour convertir la biomasse, avec des taux de conversion plus élevés [Xiaodong Zhang, Min Xu, Rongfeng Sun, Li Sun, Study on Biomass Pyrolysis Kinetics, J. Eng. Puissance des turbines à gaz. Juillet 2006, 128 (3) : 493-496].

[0003] Avec la diminution progressive des énergies fossiles, la biomasse (lignocellulose...), en tant que ressource renouvelable carbonée, est aujourd'hui considérée comme la meilleure alternative au pétrole. La lignocellulose est principalement composée de cellulose, d'hémicellulose et de lignine. La teneur en cellulose est comprise entre 38 % et 50 %, la teneur en hémicellulose est comprise entre 23 % et 32 % et la teneur en lignine est comprise entre 10 % et 25 % [Pu Y, Zhang D, Singh PM et Ragauskas AJ, The new forestry biofuels secteur. Biocarburants Bioprod Bioref 2:58-73 (2008)]. À l'heure actuelle, l'hydrolyse enzymatique de la cellulose en éthanol produit de l'éthanol par dégradation enzymatique de la lignocellulose, la convertissant en monosaccharides puis la fermentant. La structure du complexe hémicellulose-lignine et la structure de la cellulose cristalline dans la biomasse sont les principaux obstacles à la prévention de l'hydrolyse de la lignocellulose [Hsu, T.A., Ladisch, M.R. et Tsao, G.T. (1980) Alcool de cellulose. Technologie chimique, 10, 315-319]. Par conséquent, afin d'obtenir un taux de conversion des sucres élevé, de nombreuses études se sont concentrées sur le prétraitement de la lignocellulose pour augmenter le contact entre les enzymes et la cellulose et améliorer l'efficacité de l'hydrolyse enzymatique [L. Wu, M. Arakane, M. Ike, M . Wada, T. Takai et al., Prétraitement alcalin à basse température pour améliorer la digestibilité enzymatique de la bagasse de sorgho sucré pour la production d'éthanol, Bioresour. Technol, vol.102, pages 4793-4799, 2011]. La technologie de prétraitement est devenue un moyen nécessaire à la fermentation enzymatique des fibres en éthanol. Son objectif principal est de détruire la structure complexe de l'hémicellulose-lignine par prétraitement, de réduire la cristallinité de la cellulose et d'augmenter sa porosité pour améliorer l'efficacité de l'hydrolyse enzymatique.

[0004] Les technologies de prétraitement actuellement couramment utilisées comprennent principalement le concassage mécanique, le prétraitement biologique, le prétraitement acide dilué, le prétraitement alcalin et le prétraitement hydrothermal [Jiang Min, Qu Yinbo, Bao Jie et al. Technologie de raffinage de la biomasse non céréalière : principes et technologie de la bioraffinerie lignocellulosique [M]. Pékin : Chemical Industry Press, 2018 : 6-30 ; Fan Hu & Art Ragauskas, Prétraitement et chimie lignocellulosique, Bioenerg. Rés. (2012) 5 : 1043-1066] . Certains changements sont survenus dans les trois principales composantes de la biomasse prétraitée. Le prétraitement acide dilué peut éliminer efficacement l'obstruction de l'hydrolyse enzymatique par la lignocellulose et a été largement utilisé dans les résidus de déchets agricoles. Les conditions de prétraitement de l'acide dilué sont généralement : température de 120 ~ 210 °C, concentration d'acide inférieure à 4 %, temps de réaction allant de quelques secondes à une heure [Charles E Wyman 1, Venkatesh Balan, Bruce E Dale, Richard T Elander, Matthew Falls , Bonnie Hames, Mark T Holtzapple, Michael R Ladisch, Y Y Lee, Nathan Mosier, Venkata R Pallapolu, Jian Shi, Steven R Thomas, Ryan E Warner, Données comparatives sur les effets des principaux prétraitements et charges et formulations enzymatiques sur les rendements en sucre de différents sources de panic raide, Bioresour Technol. décembre 2011;102(24):11052-62]. La méthode à l'acide dilué peut dégrader efficacement l'hémicellulose et améliorer considérablement le taux de conversion des sucres enzymatiques de cellulose. Cependant, le prétraitement à l'acide dilué reste l'étape la plus coûteuse de la conversion de la biomasse en carburant. Ces coûts comprennent principalement le coût de l'ajout d'acide, des réacteurs spéciaux résistants aux acides et des étapes de neutralisation de l'acide [Chaogang Liu, C. Wyman, The Effect of Flow Rate of Very Dilute Sulfuric Acid on Xylan, Lignin, and Total Mass Removal from Corn Stover, Ind. Ing. Chimique. Rés. 2004, 43, 11, 2781-2788].

[0005] Le prétraitement alcalin est une autre méthode de prétraitement chimique importante en plus du prétraitement acide dilué. Le prétraitement alcalin peut être divisé en deux catégories selon les produits chimiques utilisés : l'une utilise de l'hydroxyde de sodium et de l'hydroxyde de calcium, et l'autre utilise de l'ammoniac. Grâce au prétraitement alcalin, l'hémicellulose est dissoute de manière significative dans la solution, mais par rapport à la méthode à l'acide dilué, la dissolution de l'hémicellulose est plus faible. Le prétraitement avec de l'hydroxyde de sodium et de l'hydroxyde de calcium réduit le poids moléculaire de l'hémicellulose et a un effet gonflant sur la cellulose. Ces changements augmentent le contact entre la cellulose et les enzymes, ce qui est bénéfique à l'hydrolyse enzymatique et à la saccharification.

[0006] Dans le prétraitement hydrothermal, l'état de l'eau peut être divisé en états liquide et gazeux, qui comprennent principalement le prétraitement à l'eau chaude à haute pression et le prétraitement par explosion de vapeur. Le prétraitement à l'eau chaude présente les avantages de ne pas nécessiter de catalyseurs, de réacteurs spéciaux et de faibles besoins en particules de biomasse avant le prétraitement [van Walsum, G. P., Allen, S. G., Spencer, M. J., Laser, M. S., Antal, M. J. et Lynd, L. R. (1996), Requ. Biochimie. Biotechnologie. 57/58, 157-170]. La méthode de l'eau chaude à haute pression est utilisée depuis longtemps dans le processus de prétraitement de la biomasse. Il prétraite la lignocellulose sous une certaine pression et température. Sous l'action de l'eau chaude à haute pression, l'eau chaude peut pénétrer à l'intérieur de la lignocellulose. L'eau chaude à haute température devient faiblement acide et fournit des ions hydronium, ce qui provoque la dégradation de l'hémicellulose et de la cellulose, et forme finalement d'autres acides (comme l'acide acétique). et acide uronique), qui à leur tour agissent comme un catalyseur pour décomposer les glucides. Le prétraitement dégrade une partie de la cellulose et élimine l'hémicellulose, éliminant ainsi son obstacle stérique à l'hémicellulase et augmentant l'efficacité de l'hydrolyse enzymatique. L'hémicellulose et une partie de la lignine sont dissoutes dans de l'eau chaude à 180°C, et davantage sont dissoutes à mesure que la température et la durée de la réaction augmentent [David R. Thompson et Hans E. Grethlein, Design and Evaluation of a Plug Flow Reactor for Acid Hydrolysis of Cellulose, Ing. Chimique. Prod. Rés. Dév. 1979, 18, 3, 166-169].

[0007] Une autre méthode importante de prétraitement de l'eau chaude est l'explosion à la vapeur, qui peut affaiblir la structure de la lignocellulose et ainsi augmenter sa chimique et sa biodégradabilité. Normalement, la biomasse reste dans l'eau chaude à une température de 160 à 260 °C (pression de 0,69 à 4,83 MPa) pendant quelques secondes ou minutes, puis relâche la pression à une pression normale. Lors de l'explosion de vapeur, la vapeur pénètre dans la structure cellulaire et la température élevée provoque le transfert d'hémicellulose et de lignine, augmentant ainsi la digestibilité de la cellulose [Mohammad J. Taherzadeh et Keikhosro Karimi, Enzyme-based hydrolysis materials for éthanol from lignocellulosic materials: a review, Bioressources, 2007, 2 : 707].

[0008] Parmi les technologies de prétraitement couramment utilisées, le concassage mécanique, le prétraitement aux acides dilués et aux alcalis posent des problèmes tels qu'une consommation d'énergie élevée, des coûts élevés et des degrés variables de pollution de l'environnement. Bien que le prétraitement biologique présente les avantages d'une faible consommation d'énergie et de l'absence de pollution, il présente une longue durée de prétraitement, une faible efficacité, des coûts enzymatiques et microbiens élevés et il est difficile de répondre aux exigences d'industrialisation. Par rapport à d'autres technologies de prétraitement, la méthode d'explosion à la vapeur présente les avantages d'un temps de traitement court, d'un dosage chimique moindre, d'une absence de pollution et d'une faible consommation d'énergie, mais le processus de traitement produira des inhibiteurs. Par conséquent, trouver une technologie de prétraitement efficace et économique revêt une grande importance pour le développement industriel de l'éthanol cellulosique. La technologie de prétraitement idéale doit remplir les conditions suivantes [Jiang Min, Qu Yinbo, Bao Jie, et al. Technologie de raffinage de la biomasse non céréalière : principes et technologies du bioraffinage de la lignocellulose [M]. Pékin : Chemical Industry Press, 2018 : 6-30]: (1) Séparer efficacement la cellulose, l'hémicellulose et la cellulose ; (2) Éviter la génération d'inhibiteurs nocifs pour la fermentation enzymatique ultérieure ; (3) Éviter la dégradation et la perte de sucres ; (4) Les produits chimiques utilisés dans le processus de prétraitement doivent être aussi respectueux de l'environnement que possible, non corrosifs et ne produire aucune substance nocive ; (5) Réduire la quantité de cellulase, prendre en compte les processus en aval et réduire autant que possible la consommation d'énergie et les coûts.

[0009] La technologie de prétraitement par liquide ionique est une nouvelle technologie développée récemment. Les liquides ioniques présentent les avantages d'une bonne stabilité chimique, d'une bonne stabilité thermique et d'une ininflammabilité. En même temps, ils existent à l'état liquide à température ambiante et sont appelés solvants verts [ELGHARBAWY A A, ALAM M Z, MONIRUZZAMAN M, et al. Prétraitement liquide ionique comme approches émergentes pour une hydrolyse enzymatique améliorée de la biomasse lignocellulosique [J]. Génie biochimique, 2016, 109 : 252-267]. Les liquides ioniques sont composés de cations organiques et d'anions inorganiques et peuvent dégrader les matières premières de la biomasse à des températures relativement basses. La structure ordonnée de la cellulose dans la lignocellulose et ses liaisons hydrogène intra- et intermoléculaires rendent la cellulose difficile à dégrader par les enzymes, et l'interaction entre les anions et les cations dans les liquides ioniques et les groupes hydroxyles de la cellulose peut améliorer considérablement sa capacité de dissolution de la cellulose [HALDER P, KUNDU S, PPATEL S et al. Progrès sur le prétraitement de la biomasse lignocellulosique utilisant des liquides ioniques[J]. Revues sur les énergies renouvelables et durables, 2019, 105 : 268-292]. En raison des propriétés uniques des liquides ioniques, ils ont été largement utilisés dans le processus de prétraitement de la biomasse, en particulier des matières premières de biomasse à haute teneur en cellulose (telles que le panic raide, la fibre de coton, la bagasse de canne à sucre, etc.) [ZHANG S, SUN J, ZHANG X, et al. Procédés verts à base de liquides ioniques pour la production d'énergie[J]. Chemical Society Reviews, 2014,43(22) : 7838-7869].

[0010] Le prétraitement FeCl3 peut détruire efficacement les liaisons éther et les liaisons ester partielles entre la lignine et les glucides, éliminer les composants hémicellulose (jusqu'à 95 %) dans les matières premières lignocellulosiques et affecter la lignine et la cellulose des matières premières. moins. Par conséquent, pour la biomasse lignocellulosique de paille (telle que la paille de maïs, la paille de riz, etc.), le prétraitement au FeCl3 a de meilleurs effets que les méthodes de prétraitement générales [ZHANG Z, IAN M, HARA O, et al. Prétraitement de la bagasse de canne à sucre par procédé catalysé par un acide dans des solutions liquides ioniques aqueuses [J]. Technologie des bioressources, 2012, 120 : 149-156 ; BIAN H, WU X, LUO J et al. Valorisation de la pâte mécanique au peroxyde alcalin par prétraitement hydrotrope assisté par chlorure métallique pour la saccharification enzymatique et la nanofibrillation de cellulose [J]. Polymères, 2019, 11(2): 331.].

[0011] Prétraitement liquide ionique assisté par ultrasons/micro-ondes. Les ondes ultrasoniques produisent des vibrations mécaniques, de la cavitation et des effets thermiques. En particulier dans le processus d'extraction des principes actifs végétaux, les ondes ultrasonores peuvent briser efficacement la couche limite de la paroi cellulaire, augmenter le taux de diffusion du milieu d'extraction et accélérer la dissolution des principes actifs. et diffusion. La recherche sur l'utilisation d'ondes ultrasonores de haute intensité pour la dispersion ultrasonique des matières premières de biomasse cellulosique montre que les fortes ondes d'oscillation mécanique générées par les ondes ultrasonores forment des forces hydrodynamiques qui agissent sur les matières premières de biomasse fibreuse pour obtenir l'effet de dispersion des faisceaux de fibres. Lorsque les ondes ultrasonores traversent un milieu liquide, elles poussent le milieu liquide à vibrer à une fréquence extrêmement élevée, ce qui amène les molécules liquides à générer des ondes de choc positives et négatives alternées. Lorsque l'intensité sonore atteint une certaine valeur, de minuscules bulles de cavitation se développent rapidement dans le liquide et se ferment instantanément, produisant de fortes micro-explosions et ondes de choc.

[0012] De plus, les micro-ondes dépendent de dizaines de milliers de champs micro-ondes par seconde pour pénétrer profondément dans la matière première, provoquant un échauffement du matériau et provoquant des changements structurels. Le principe de son prétraitement est une réaction d'autohydrolyse catalysée par un acide à haute température, efficace, facile à utiliser et non polluante. Caractéristiques. Par conséquent, une nouvelle stratégie de prétraitement combinant micro-ondes et liquide ionique est considérée comme capable de favoriser efficacement la conversion de la lignocellulose [HOU X F, WANG Z, SUN J, et al. Un prétraitement liquide ionique aqueux assisté par micro-ondes pour améliorer l'hydrolyse enzymatique de l'eucalyptus et son mécanisme [J]. Technologie des bioressources, 2019, 272 : 99-104]. En tant que nouvelle technologie de prétraitement verte, relativement bon marché et efficace, le prétraitement liquide ionique assisté par micro-ondes présente un grand potentiel dans le domaine de la bioraffinerie. Cependant, l'environnement à haute température du chauffage par micro-ondes peut provoquer la décomposition des liquides ioniques et la carbonisation partielle du substrat, affaiblissant ainsi l'effet du prétraitement. L'augmentation de la puissance des micro-ondes est bénéfique pour améliorer l'efficacité de l'hydrolyse enzymatique, tandis qu'une puissance excessive affectera l'activité des enzymes et des micro-organismes [XU J, LIU B, HOU H, et al. Prétraitement de l'eucalyptus avec des liquides recyclés pour une bioraffinerie à faible coût[J]. Technologie des bioressources, 2017, 234 : 406-414].

Contenu de l'invention

[0013] L'objectif de la présente invention est de fournir un procédé de prétraitement permettant d'améliorer le rendement d'une bio-huile liquéfiée préparée à partir de matériaux de biomasse, compte tenu des problèmes existant dans l'art antérieur.

[0014] L'objet de la présente invention est résolu grâce aux solutions techniques suivantes : L'invention concerne un procédé de prétraitement pour améliorer le rendement d'une bio-huile liquéfiée préparée à partir de matériaux de biomasse, caractérisé en ce que les étapes du procédé de prétraitement sont les suivantes : A. Broyez le matériau de biomasse à traiter ; B. Mettez les matériaux de biomasse broyés dans le générateur de vapeur électromagnétique pour un traitement à la vapeur à haute température et haute pression ; C. Le matériau de biomasse traité avec de la vapeur à haute température et haute pression est placé dans le mélange d'ions dans un réservoir de réaction équipé d'un générateur d'ultrasons ou d'un générateur de micro-ondes pour le trempage ; D. Démarrez le générateur d'ultrasons ou le générateur de micro-ondes pour effectuer un traitement par ultrasons ou un traitement par micro-ondes sur le matériau de biomasse imbibé.

[0015] La teneur en humidité du matériau de biomasse à l'étape A est de 8 à 15 %.

[0016] La pression de vapeur du générateur de vapeur électromagnétique à l'étape B ne dépasse pas 7 atmosphères et la température de la vapeur est de 165 à 171 °C ; la puissance du générateur de vapeur électromagnétique à l'étape B est de 6 à 15 kW et l'efficacité de conversion thermique est ≥98,8 %.

[0017] Une fois que le générateur de vapeur électromagnétique de l'étape B a effectué un traitement à la vapeur à haute température et haute pression et un chauffage de maintien de la pression pendant une durée définie, la soupape de surpression est directement ouverte pour relâcher rapidement la pression à un état de pression normal.

[0018] La conductivité de la solution mixte d'ions à l'étape C est de 2,0 à 5,0 mS/cm et la température de travail est de 60 à 80 °C.

[0019] La solution mixte d'ions à l'étape C est une solution mixte d'ions qui peut générer de manière stable le radical hydroxyle oxydant extrêmement puissant OH. La solution mixte d'ions est composée d'un électrolyte, d'un peroxyde et d'un stabilisant de peroxyde. L'électrolyte est FeCl3 ou FeCl2; le peroxyde est un ou un mélange de peroxyde d'hydrogène, de peroxyde de carbamide, de perborate et de persulfate.

[0020] Le stabilisant du peroxyde d'hydrogène est l'hydroxypyridone et le polyphosphate ou le polyphosphate de métal alcalin ou le polyphosphate de métal alcalino-terreux.

[0021] La fréquence du générateur d'ultrasons dans les étapes C et D est de 20 à 1 300 kHz, l'intensité ultrasonique est de 1 à 22 W/cm2, la puissance ultrasonique est de 35 à 600 W, le cycle de service est de 10 à 70 % et le temps de traitement ultrasonique du générateur d'ultrasons Pas moins de 30 secondes.

[0022] La puissance du générateur de micro-ondes aux étapes C et D est de 150 à 2 000 W, et le temps de traitement par micro-ondes du générateur de micro-ondes est de 2 à 20 minutes. La méthode de prétraitement peut augmenter le rendement en bio-huile liquéfiée de 50 à 70 % par rapport à la méthode de traitement unique existante.

[0023] La cellulose est une ressource renouvelable abondante dans la nature. Sa structure est un polymère linéaire avec des groupes D-glucopyranose reliés par des liaisons 1,4-β-glycoside. La cellulose est du polyhydrogène. La structure supramoléculaire de la liaison rend difficile sa dissolution dans divers solvants courants à pression normale et à température ambiante, limitant ainsi l'application de cellulose. Le liquide ionique mixte proposé par l'invention peut dissoudre la cellulose car les radicaux hydroxyles (OH) hautement oxydants présents dans le liquide ionique mixte forment des liaisons hydrogène avec les groupes hydroxyle actifs dans les molécules de cellulose, provoquant la formation de liaisons hydrogène entre et à l'intérieur des molécules de cellulose. la réduction du nombre de liaisons modifie la structure cristalline de la cellulose, entraînant une diminution de Icristallinité des molécules de cellulose et finalement la dissolution de la cellulose.

[0024] Par rapport à l'art antérieur, la présente invention présente les avantages suivants : Le procédé de prétraitement de la présente invention combine de la vapeur à haute température et à haute pression, un liquide ionique mixte composé d'électrolytes et de peroxydes, et des ondes ultrasonores ou des micro-ondes à haute fréquence pour le traitement des articulations, ce qui peut favoriser efficacement l'effet d'hydrolyse enzymatique et augmenter considérablement le rendement en bio-huile liquéfiée. Convient pour la promotion et l'utilisation.

Moyens détaillés

[0025] La présente invention sera décrite plus en détail ci-dessous en conjonction avec des modes de réalisation spécifiques.

[0026] Une méthode de prétraitement pour améliorer le rendement en biohuile liquéfiée à partir de matériaux de biomasse. Les étapes du procédé de prétraitement sont les suivantes : A. Broyer les matériaux de biomasse à traiter, et la teneur en humidité des matériaux de biomasse est de 8 à 15 % ; B. Les matériaux de biomasse brisés sont placés dans un générateur de vapeur électromagnétique pour un traitement à la vapeur à haute température et haute pression ; C. Les matériaux de biomasse traités avec de la vapeur à haute température et haute pression sont introduits dans le mélange d'ions dans un réservoir de réaction équipé d'un générateur d'ultrasons ou d'un générateur de micro-ondes pour le trempage. ; D. Démarrez le générateur d'ultrasons ou le générateur de micro-ondes pour effectuer un traitement par ultrasons ou un traitement par micro-ondes sur le matériau de biomasse imbibé.

[0027] Dans la technologie de prétraitement conjoint de la présente invention, les matériaux de biomasse appropriés pour le prétraitement sont divers types de bois, de vieux journaux, de la sciure, des épis de maïs, de la paille de riz, de la paille de maïs, de la paille de sorgho, de la bagasse de canne à sucre, des coquilles d'arachide, des coquilles de noix de coco, des feuilles de palmier.... etc.

[0028] Tout d'abord, un générateur de vapeur électromagnétique est utilisé pour traiter les matières premières broyées avec de la vapeur à haute température et haute pression. La puissance du générateur de vapeur électromagnétique est de 6 à 15 kW et son efficacité de conversion thermique est ≥98,8 %. La pression de vapeur du générateur de vapeur électromagnétique peut atteindre 7 atmosphères. La température est de 165 - 171°C. Sous l'action de la vapeur à haute température et à haute pression, la vapeur pénètre dans la structure cellulaire des matières premières cassées, puis peut pénétrer à l'intérieur de la lignocellulose, rendant la structure de la lignocellulose lâche ; la vapeur à haute température devient faiblement acide et fournit des ions hydronium, provoquant ainsi une semi-dégradation de la cellulose et de la cellulose, qui forme finalement d'autres acides (tels que l'acide acétique et l'acide uronique), qui agissent comme un catalyseur pour décomposer les glucides ; le prétraitement à la vapeur à haute température et à haute pression peut dégrader une partie de la cellulose et convertir la semi-cellulose, éliminant ainsi son obstacle stérique à l'hémicellulase et augmentant l'efficacité de l'hydrolyse enzymatique. Les matières premières restent à 165-171°C et 7 atmosphères pendant 10-30 minutes, puis relâchent rapidement la pression jusqu'à la pression normale avant de sortir. Une décompression rapide peut produire des effets de dynamitage supérieurs, et l'eau chaude restant dans les matières premières constitue également un bon moyen de propagation pour les ondes ultrasonores ultérieures.

[0029] Dans la présente invention, un liquide mélangé d'ions est sélectionné pour tremper les matières premières après un traitement à la vapeur à haute température et haute pression, et un liquide mélangé d'ions qui peut générer de manière stable des radicaux hydroxyles oxydants extrêmement forts OH (ou également connu sous le nom d'oxydant fort OH) est sélectionné. La solution mixte d'ions est au moins mélangée à un électrolyte, un peroxyde et un stabilisant de peroxyde. Les électrolytes utilisables dans la proportion de solutions ioniques sont FeCl3 et FeCl2. Les solutions électrolytiques contenant Fe2+ ou Fe3+ provoqueront le processus d'oxydation de Fenton. Ce processus utilisera la réaction de Fe2+/Fe3+ et du peroxyde pour générer des oxydants plus puissants OH (Gao, J., Chen, L., He, Y., Yan, Z., Zheng, X., 2014. Dégradation de l'imidazolium- liquides ioniques à base de liquide en solution aqueuse par électrolyse plasma. J. Hazard. Mater.265, 261-270). Par conséquent, l'électrolyte préféré dans la présente invention est FeCl3 et le deuxième électrolyte alternatif est FeCl2.

[0030] Parmi les peroxydes, un ou plusieurs mélanges de peroxyde d'hydrogène H2O2, de peroxyde de carbamide, de perborate et de persulfate peuvent être sélectionnés. Le peroxyde ci-dessus peut augmenter considérablement en réaction avec l'électrolyte fourni. Radical hydroxyle OH, qui possède des propriétés oxydantes extrêmement fortes. Le peroxyde d'hydrogène est préféré.

[0031] Étant donné que la solution de peroxyde d'hydrogène est extrêmement instable à haute température, un excellent stabilisant doit être sélectionné pour empêcher la réaction en chaîne excessive du H2O2 afin que le H2O2 puisse fonctionner pleinement et efficacement. Compte tenu de cela, ce type de stabilisant de peroxyde pour H2O2 doit avoir trois fonctions : stabiliser les ions de peroxyde d'hydrogène [HO2-], inhiber la formation de radicaux libres de peroxyde d'hydrogène [HO2·] et être résistant aux alcalis forts. Par exemple, de l'hydroxypyridone peut être ajoutée à la solution comme stabilisant du peroxyde. De plus, des stabilisants de peroxyde appropriés tels que des polyphosphates ou des polyphosphates de métaux alcalins ou des polyphosphates de métaux alcalino-terreux, de préférence des polyphosphates.

[0032] La conductivité du mélange d'ions mentionné ci-dessus est de 2,0 à 5,0 mS/cm et la température de travail appropriée est de 60 à 80 °C. Par exemple, la formule d'un mélange d'ions est la suivante : la charge en FeCl3 est de 4 à 10 % en poids, le peroxyde d'hydrogène est de 10 à 35 % en poids et le polyphosphate est de 0,05 à 1 % en poids. Le temps de trempage du mélange d'ions dépend de la situation, mais le temps de trempage dans le mélange d'ions équipé d'un générateur d'ultrasons ou d'un générateur de micro-ondes ne doit pas dépasser 60 minutes.

[0033] Ensuite, le générateur d'ultrasons est mis en marche pour agir sur les matières premières broyées trempées dans le mélange ionique. La fréquence du générateur ultrasonique est de 20 à 1 300 kHz, l'intensité ultrasonique est de 1 à 22 W/cm2, la puissance ultrasonique est de 35 à 600 W et le cycle de service est de 10 à 70 %, le temps de traitement ultrasonique du générateur ultrasonique varie de 30 quelques secondes à plusieurs heures.

[0034] De même, les générateurs de micro-ondes constituent une alternative aux générateurs d'ultrasons. La puissance du générateur micro-ondes est de 150 à 2000W. Une fois que les matières premières ont été traitées avec de la vapeur à haute température et haute pression dans le générateur de vapeur électromagnétique et trempées dans le mélange d'ions pendant plusieurs heures, le mélange d'ions contenant les matières premières est irradié aux micro-ondes pendant 2 à 20 minutes.

[0035] Les générateurs d'ultrasons sont préférés dans la présente invention.

[0036] Le procédé de prétraitement proposé par la présente invention pour améliorer le rendement de bio-huile liquéfiée préparée à partir de matériaux de biomasse sera décrit plus en détail ci-dessous à travers des exemples spécifiques et des exemples comparatifs.

Exemple

[0037] Mettez les copeaux de bois naturellement séchés et broyés dans un réacteur résistant à la pression équipé d'un générateur de vapeur électromagnétique, allumez le générateur de vapeur électromagnétique et introduisez de la vapeur à haute température avec une température allant jusqu'à 171°C et 7 atmosphères dans les matières premières. , de sorte que les matières premières puissent être chauffées dans ces conditions de travail. Maintenez la pression dans ces conditions pendant 30 minutes, puis ouvrez la soupape de surpression pour relâcher rapidement la pression à la pression normale ; collecter les matières premières qui ont été traitées avec de la vapeur à haute température et haute pression et mettre les matières premières dans le réservoir de réaction contenant le mélange d'ions préparé contenant FeCl3. Equipé d'un générateur d'ultrasons. La composition du mélange d'ions est la suivante : la charge de FeCl3 est de 10 % en poids, le peroxyde d'hydrogène est de 20 % en poids, le polyphosphate est de 0,1 % en poids, la conductivité du mélange d'ions est de 2,0 mS/cm et la température de fonctionnement du mélange d'ions ci-dessus est de contrôlé entre 60 et 80°C.Après avoir trempé dans le mélange d'ions pendant 20 minutes, allumez ensuite le générateur d'ultrasons pour agir sur les matières premières trempées dans le mélange d'ions. La fréquence du générateur ultrasonique est de 600 KHz, l'intensité ultrasonique est de 2 W/cm2, la puissance ultrasonique est de 100 W et le cycle de service est de 10 à 70 %, le temps de traitement ultrasonique est de 60 minutes. La cavitation produite par les ondes ultrasonores forme de minuscules bulles à la surface de la sciure. Ces minuscules bulles éclatent sous l'oscillation de l'onde mécanique, provoquant la rupture des parois cellulaires de la sciure, provoquant la réaction du milieu eau OH contenant une grande quantité de radicaux hydroxyles extrêmement oxydants avec le milieu eau OH enveloppé dans la sciure. L'hémicellulose située à l'extérieur de la chaîne moléculaire de la cellulose entre en contact avec la lignine, ce qui favorise l'hydrolyse de l'hémicellulose et le ramollissement de la lignine.

Exemple comparatif

[0038] Afin de comparer l'effet de la présente invention, des copeaux de bois naturellement séchés à l'air et pulvérisés ont été soumis à la même vapeur à haute température et à haute pression et au même temps de maintien sous pression que dans le mode de réalisation de la présente invention, sans utiliser de trempage de liquide mélangé d'ions auxiliaires et de chauffage par bain-marie à ultrasons. Ensuite, l'effet de l'élimination de l'hémicellulose et le rendement en bio-huile ont été comparés, et les résultats sont répertoriés dans le tableau 1.

Tableau 1 Teneur en hémicellulose et rendement en bio-huile liquéfiée des échantillons des exemples et exemples comparatifs après traitement.

[0039] Example 20 0.7 30 Yes Yes 0.2 69 Comparatif Exemple 20 0.7 30 No No 12.6 14

[0040] Par comparaison, il a été découvert que le procédé de prétraitement combiné proposé par les modes de réalisation de la présente invention peut réduire considérablement la teneur en hémicellulose et augmenter considérablement le rendement en biohuile liquéfiée. Surtout après le prétraitement de la sciure de bois, le rendement en bio-huile peut être augmenté de 55 %. Ceci est principalement dû au changement de la structure cristalline de la cellulose dans la sciure de bois au cours du processus de prétraitement du mélange d'ions assisté par ultrasons.

[0041] Les modes de réalisation ci-dessus servent uniquement à illustrer les idées techniques de la présente invention et ne peuvent pas limiter la portée de protection de la présente invention. Toute modification apportée sur la base des solutions techniques basées sur les idées techniques proposées par la présente invention entrera dans la portée de protection de la présente invention. Dans; des technologies non impliquées dans la présente invention peuvent être réalisées par des technologies existantes.

Claims (7)

1. Procédé de prétraitement pour améliorer le rendement en bio-huile liquéfiée préparée à partir de matériaux de biomasse, caractérisé en ce que : les étapes du procédé de prétraitement sont les suivantes : A. Broyez le matériau de biomasse à traiter ; B. Mettez les matériaux de biomasse broyés dans le générateur de vapeur électromagnétique pour un traitement à la vapeur à haute température et haute pression ; C. Le matériau de biomasse traité avec de la vapeur à haute température et haute pression est placé dans le mélange d'ions dans un réservoir de réaction équipé d'un générateur d'ultrasons ou d'un générateur de micro-ondes pour le trempage ; D. Démarrez le générateur d'ultrasons ou le générateur de micro-ondes pour effectuer un traitement par ultrasons ou un traitement par micro-ondes sur le matériau de biomasse imbibé ; Le mélange d'ions de l'étape C'est un mélange d'ions capable de générer de manière stable des radicaux hydroxyles (OH). Le mélange d'ions est composé d'un électrolyte, d'un peroxyde et d'un stabilisant de peroxyde ; L'électrolyte est FeCl3 ou FeCl2; le peroxyde est un ou un mélange d'un ou plusieurs éléments parmi le peroxyde d'hydrogène, le peroxyde d'urée, le perborate et le persulfate ; le stabilisant au peroxyde d'hydrogène Il s'agit de l'hydroxypyridone et du polyphosphate ou polyphosphate de métal alcalin ou polyphosphate de métal alcalino-terreux.

2. Procédé de prétraitement pour améliorer le rendement en bio-huile liquéfiée préparée à partir de matériaux de biomasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que : la teneur en humidité des matériaux de biomasse dans l'étape A est de 8 à 15 %.

3. Procédé de prétraitement pour améliorer le rendement en bio-huile liquéfiée préparée à partir de matériaux de biomasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que : la pression de vapeur du générateur de vapeur électromagnétique à l'étape B ne dépasse pas 7 pression atmosphérique, et la température de vapeur est 165-171 °C ; la puissance du générateur de vapeur électromagnétique à l'étape B est de 6 à 15 kW et l'efficacité de conversion thermique est ≥98,8 %.

4. Procédé de prétraitement pour améliorer le rendement en bio-huile liquéfiée préparée à partir de matériaux de biomasse selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que : le générateur de vapeur électromagnétique de l'étape B effectue un traitement à la vapeur à haute température et haute pression et un maintien de pression. Réglages de chauffage. Après un certain temps, ouvrez directement la soupape de surpression pour relâcher rapidement la pression à la pression normale.

5. Procédé de prétraitement pour améliorer le rendement de bio-huile liquéfiée préparée à partir de matériaux de biomasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que : la conductivité du mélange d'ions dans l'étape C est de 2,0 à 5,0 ms/cm, et la température de fonctionnement est de 60~80°C.

6. Procédé de prétraitement pour améliorer le rendement en bio-huile liquéfiée préparée à partir de matériaux de biomasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que : la fréquence du générateur d'ultrasons à l'étape C et à l'étape D est de 20 à 1300 KHz, et l'intensité des ultrasons est 1 ~ 22 W/cm2, la puissance ultrasonique est de 35 ~ 600 W, le cycle de service est de 10 ~ 70 % et le temps de traitement ultrasonique du générateur ultrasonique n'est pas inférieur à 30 secondes.

7. Procédé de prétraitement pour améliorer le rendement en bio-huile liquéfiée préparée à partir de matériaux de biomasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que : la puissance du générateur de micro-ondes dans les étapes C et D est de 150 à 2000 W, et le générateur de micro-ondes Le traitement par micro-ondes le temps est de 2 à 20 minutes.