本發(fā)明涉及一種植物秸稈全組分綜合利用制備生物質燃料的預處理方法，具體地說，涉及植物秸稈預處理后各組分綜合利用，制備燃料乙醇、生物天然氣、高熱值固體木質素燃料的方法。
背景技術：
我國可利用的生物質資源豐富，僅農作物秸稈每年產量可達6億噸之多，農作物生長周期短、產量豐富，因此包括農作物在內的植物秸稈是一種真正意義上取之不盡的可再生生物質資源，然而，植物體在進化過程中，其內部形成了很強的微生物抗拒機制，如直接制成生物質能源，不但利用率低，而且還造成資源浪費，因而只有經過預處理，才能提高酶解效率，并被微生物利用，制成生物質燃料。
植物秸稈是由纖維素、半纖維素和木質素三大組分及其他少量組分組成的生物質。其中，半纖維素是種雜多糖物質，由兩種以上單糖或糖醛酸基組成的含有支鏈的復合多糖，聚合度比纖維素低，與纖維素分子只有氫鍵連接和物理混合，無化學鍵結合，也是構成細胞壁的主要成分，降解后可被微生物利用生產各種發(fā)酵產品，如沼氣、油脂、丁醇、乙醇等，同時也可生產糠醛、低聚木糖等產品；纖維素是由葡萄糖基構成的直鏈狀高分子化合物，是組成細胞壁的主要成分，降解成葡萄糖后可微生物發(fā)酵成產品，如乙醇、丁醇、乳酸、油脂等；木質素是植物中除少數單寧(多元酚化合物)物質外，唯一的芳香族高分子化合物，有分支的具有三度空間的網絡狀分子，是無定形的，與半纖維素有化學鍵連接，木質素結構復雜，化學性質不穩(wěn)定，對化學品和氣體具有較強的吸收能力，比表面積180m2/g，反應能力很強。木質素主要充填在細胞之間及細胞壁內微細纖維之間，使植物體具有剛性，可用于生產樹脂、地膜、粘合劑、橡膠添加劑和藥物緩釋劑等，也可直接作為高熱值生物質固體燃料使用；少量組分是無機鹽類、糖、植物堿、環(huán)多醇、樹脂、脂肪、單寧、色素，以及多糖類物質如膠質、植物粘液、淀粉、果膠質、多乳糖等。
目前，本領域對植物秸稈原料的利用，大部分研究局限于利用其單一組分為目標，其余組分低值利用甚至作為廢棄物處理，沒有發(fā)揮各組分的資源優(yōu)勢，難以產生經濟效益甚至造成嚴重污染，如造紙工業(yè)只利用纖維素組分，其生產工藝以獲得高品質纖維素為目標，在生產過程中半纖維素和木質素受到嚴重破壞，不但無法高值化利用，而且造成環(huán)境污染。例如被廣泛關注的將植物秸稈原料用于沼氣發(fā)酵，雖然可以將秸稈全部用于沼氣發(fā)酵，但仍然存在以下問題：一是微生物降解速率慢，產氣周期長，效率低下；二是秸稈原料上浮，與微生物接觸比表面積小，反應速度緩慢，同時，漂浮原料結殼阻止沼氣逸出；三是大多采用傳統(tǒng)的地窖池發(fā)酵，無法控制發(fā)酵溫度和產氣速率，出現夏天產氣多，冬天產氣少或不產氣現象。
為了解決利用秸稈進行沼氣發(fā)酵的問題，本領域技術人員開發(fā)出各種植物秸稈發(fā)酵沼氣的生物反應器和生產工藝，例如申請?zhí)枮?00510016826.8公開的“連續(xù)進排料沼氣干發(fā)酵裝置及增保溫方法”；申請?zhí)枮?00810141177.8公開的“一種利用秸稈干式發(fā)酵生產沼氣的工藝”等；然而這些工藝都是以植物秸稈原料整體進行沼氣發(fā)酵，而不是根據各組分的不同性質分別利用，導致效率低、利用率低，廢料無法再利用，產生二次污染的問題。
因此，本領域中迫切需要改善植物秸稈原料預處理方法，實現全組分的綜合利用，從而既能解決現有工藝中無法整體利用植物秸稈原料，導致經濟效益低下和二次污染的問題；又能解決現有技術在植物秸稈原料全組分利用中，使用有機溶劑和化學品，帶來的整體投入大、溶劑回收設備工藝復雜等問題?？梢姡A處理效果直接決定了植物秸稈被酶及微生物轉化為生物質燃料的品質和效率，一般高品質的生物質燃料，可以直接替代日益稀缺的化石燃料。
秸稈預處理的方法，大致可分為物理法(研磨、粉碎)、爆破法(蒸汽爆破、超臨界二氧化碳爆破、氨法爆破等)、酸處理法(包括稀酸、濃酸，有硫酸、鹽酸、亞硫酸及有機酸)、堿法(包括氫氧化鈉、堿性過氧化氫、氨水)、有機溶劑法(甲醇、乙醇、丁醇、苯等)、生物處理法等。而目前主要以酸處理、堿處理、蒸汽爆破等方法為主，其普遍具有的特征是工藝方便，效果顯著，但這些方法也各有不足，例如，酸法處理往往要求較高酸濃度和反應溫度，增加了反應器的成本，殘余化學添加物與原料分離困難，對環(huán)境的友好性較差，預處理過程中易產生毒性副產物，會對后續(xù)酶解發(fā)酵產生抑制作用等；堿法預處理，需要加入堿制劑，不僅增加了成本，同時，所產生的堿廢液難以被處理，環(huán)境負擔大；蒸汽爆破方法，一般有酸爆、堿爆、中性汽爆，中性汽爆除使用蒸汽外無其他化學物質的添加，副產物產生量較小。汽爆能夠降低物料的顆粒大小，使其變得疏松多孔，加快酶解過程。但植物秸稈直接使用蒸汽爆破預處理，會產生較多的酶解發(fā)酵抑制物，物料酶解后糖收率較低。
公開的CN 1424459A及CN1680413A專利，利用1.4-丁二醇等有機溶劑的高沸點、易回收循環(huán)利用等優(yōu)點，通過加熱加壓使木質素從纖維素上脫離溶解于溶劑中，實現木質素與纖維素的分離，但1.4-丁二醇價格較高，回收循環(huán)系統(tǒng)復雜，因而存在成本高，難以實現工業(yè)化生產的技術問題。
公開的CN 1806945A專利，微波輔助離子液預處理汽爆麥草后，48-72h纖維素酶解率可達到100％，但由于離子液的合成工藝復雜，合成成本較高，同樣存在成本高，難以實現工業(yè)化生產的技術問題。
公開的CN 102051383A專利文件提供一種汽爆處理木質纖維素原料聯產沼氣、纖維素和木質素的方法，雖然對其組分進行了分離，但是在汽爆過程中低分子量水溶物揮發(fā)損失，并發(fā)生熱化學變化，產生酶解發(fā)酵抑制物，導致物料酶解后糖收率較低，并且由于纖維素與木質素的分離使用了堿性溶液進行處理，因而對堿溶液濃度、堿提取溫度、堿提取時間要求較高，對設備要求也較高，并產生堿性難降解廢水，因而該方法存在成本高，木質素制備方法復雜，廢水處理難度大等技術問題，不利于推廣和應用。
公開的CN101148830A專利提供了一種使用木質纖維素原料—秸稈的蒸汽汽爆-微波耦合甘油的處理方法，雖然對其組分進行了分離，但是該發(fā)明對于秸稈處理使用了有機溶劑甘油，增加了投入成本，且甘油的回收方法也比較復雜，增加了回收設備的要求，不利于推廣和應用。
綜上所述，現有的植物秸稈全組分綜合利用制備生物質燃料的預處理方法，仍有待進一步改進，特別是要充分考慮各組分的生化特性，高效率的轉化為液體、氣體、固體生物質燃料，并且整個生產過程不加化學品，環(huán)境友好。
技術實現要素：
本發(fā)明提供了一種植物秸稈全組分綜合利用制備生物質燃料的預處理方法，整個技術路線無需使用化學品，可實現植物秸稈原料全組分綜合利用，高效率的轉化為液體、氣體、固體生物質燃料，生產過程無污染、低能耗，大大提高了植物秸稈原料綜合利用效率和效益。
需要說明的是，本發(fā)明所說的植物秸稈的全組分包括纖維素、半纖維素、木質素及其他少量組分。
其中，所述少量組分包括水溶性無機鹽類、糖、植物堿、環(huán)多醇、樹脂、脂肪、單寧、色素，以及多糖類物質，如膠質、植物粘液、淀粉、果膠質、多乳糖等。
為實現本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種植物秸稈全組分綜合利用制備生物質燃料的預處理方法，包括：
將經過切段的植物秸稈進行去除包括低分子量水溶性物質的洗滌處理，得到秸稈洗滌液和含有少量低分子量水溶性物質的秸稈物料；
通過將含有少量低分子量水溶性物質的秸稈物料進行汽爆處理，使汽爆處理中產生的酶解發(fā)酵抑制物減少，得到酶解發(fā)酵抑制物含量減少的汽爆物料；
對所述酶解發(fā)酵抑制物含量減少的汽爆物料進行稀釋和擠壓處理，擠出物料中的酶解發(fā)酵抑制物，得到擠出了酶解發(fā)酵抑制物的擠壓物料和擠出液；
破碎所述擠壓物料后，進行預酶解處理，得到預酶解物料；
對所述酶解物料進行裂解處理，得到進一步破碎的預酶解物料；
將進一步破碎的預酶解物料酶解后，得到可用于制備生物質燃料的預產物。
其中，本發(fā)明所述的秸稈包括但不限于麥草、稻草、玉米秸稈、蘆葦、蔗渣、高粱稈、花生秧等生物質能源植物秸稈中的一種或幾種。
其中，所述將經過切段的植物秸稈進行洗滌處理還包括對泥沙的去除。
其中，所述切段處理是將植物秸稈切成10-50mm長的秸稈段，其合格率達70-90％，有利于后續(xù)汽爆處理的均一性。
其中，所述洗滌處理是使用溫度為25-100℃的循環(huán)水對植物秸稈進行洗滌。
優(yōu)選的，所述循環(huán)水的溫度為40-60℃。
其中，所述用循環(huán)水對植物秸稈進行洗滌時，植物秸稈的含量為3-10％。
其中，所述低分子量物質在汽爆過程中會發(fā)生熱化學反應，產生酶解和發(fā)酵抑制物的物質。
其中，所述酶解和發(fā)酵抑制物是在酶解過程中抑制酶解的物質，和發(fā)酵過程中抑制發(fā)酵的物質。
其中，秸稈洗滌液可以用于沼氣的制備。
其中，將秸稈洗滌液制備沼氣之前，先將秸稈洗滌液循環(huán)，使洗滌液中的溶解物COD達到2000-3500mg/l，然后將洗滌液進厭氧處理，得到沼氣。
其中，厭氧處理的操作步驟與操作條件均采用本技術領域常規(guī)的厭氧處理方法。
其中，秸稈洗滌液產生的沼氣可以用于鍋爐燃燒發(fā)電和生產蒸汽，為本發(fā)明技術操作提供電能和蒸汽，也可以經凈化后用于制備生物天然氣。
其中，所述汽爆處理包括：
將含有少量低分子量水溶性物質的秸稈物料進行脫水和脫水擠壓處理，除去秸稈物料的大部分水分，使脫水后的秸稈物料撕裂并壓實，得到脫水擠壓物料；
將脫水擠壓物料送入汽爆罐中進行汽爆，得到汽爆物料。
其中，所述脫水處理后秸稈干度為10-18％。
其中，所述脫水擠壓處理后秸稈干度為40-55％。
優(yōu)選的，所述秸稈物料擠壓脫水所用的設備為螺旋擠壓機。
特別是，將脫水擠壓物料送入汽爆罐后的體積密度達到70-150kg/m3。
由于本申請在汽爆之前先對物料進行去除水溶性低分子量的洗滌處理才使得物料暴露出更多的空隙，使得秸稈比表面積增大，脫水擠壓后才可以達到物料單位體積的密度增大，因此本申請可以使送入汽爆罐后物料的體積密度達到70kg/m3以上，甚至達到150kg/m3。
其中，所述汽爆處理時的汽爆溫度為160-190℃，蒸汽壓力為0.6-1.2Mpa，維壓時間為10-30min。
特別是，汽爆處理后，汽爆物料PH值為3.5-4.5，汽爆物料中的液體的COD值是40000-120000mg/l，還原糖的含量為1-4％。
本發(fā)明采用了較低溫度、較低蒸汽壓力及較長的維壓時間，使得汽爆處理過程中物料的爆碎更加徹底，半纖維素降解率提高。
其中，所述擠壓處理包括：
將汽爆物料泄壓后，進行稀釋處理，使包括酶解發(fā)酵抑制物溶于水中，得到稀釋物料；
再將稀釋物料進行擠壓處理，使包括酶解發(fā)酵抑制物的溶解液與稀釋物料中的汽爆物料分離，得到擠出了酶解發(fā)酵抑制物的擠壓物料和擠出液。
其中，所述將汽爆物料泄壓是將汽爆物料噴放進入快速泄壓接收倉，使汽爆物料處于常壓狀態(tài)。泄壓時產生的蒸汽被回收，加熱循環(huán)水，使其用于秸稈的洗滌處理，實現資源的回收利用，減少耗能。
其中，所述稀釋物料的干度為10-15％。
其中，所述擠壓物料干度為35-55％。
其中，所述擠壓處理所用的設備是螺旋擠壓機。
其中，所述擠出液的COD值為6000-11000mg/L。
特別是，所述擠出液中的主要成分為五碳糖。
其中，所述五碳糖是由半纖維素降解后得到的。
特別是，所述擠出液可以用于生產沼氣、油脂、丁醇、乙醇等、糠醛、低聚木糖等產品。
尤其是，所述擠出液生產得到的沼氣可用于鍋爐燃燒發(fā)電和生產蒸汽，從而為本發(fā)明技術提供所需的電能和熱能，降低能耗。
尤其是，所述擠出液生產得到的沼氣也可經凈化后制備生物天然氣。
其中，所述預酶解處理包括向破碎的汽爆物料中加入纖維素酶的步驟，使擠壓物料中的纖維素被降解為葡萄糖。
尤其是，所述預酶解纖維素酶的加入量為纖維素酶使用總量的50-70％。
優(yōu)選的，所述纖維素酶為市售的諾維信纖維素酶。
其中，所述纖維素酶使用總量為汽爆物料絕干總重量的1％-2.5％。
特別是，所述預酶解處理的pH值為4.0-5.5，酶解溫度是40-55℃，干物質含量10-25％，酶解時間為5-24h。
其中，所述對預酶解物料進行裂解處理之前還進行：
對預酶解物料的篩選處理，以除去預酶解物料中的非生物質雜質。
其中，所述對預酶解物料進行裂解處理包括：
將不包括非生物質雜質的預酶解物料進行高剪切磨漿處理，得到進一步破碎的預酶解物料。
其中，所述非生物質雜質是指塑料包裝物、金屬捆扎物等非生物質雜質。
其中，所述高剪切磨漿處理是使用高剪切力磨漿機對不包括非生物質雜質的預酶解物料進行破碎，提高酶解效率和纖維素糖化率。
其中，所述高剪切力磨漿機的磨料線速度為22-140m/s，剪切磨盤間隙為0.01-1mm，磨齒形為封閉剪切型。
優(yōu)選的，所述高剪切力磨漿機包括但不限于單盤磨、雙盤磨、錐形磨、圓柱磨、階梯式疏解磨、齒盤式疏解磨。
其中，本發(fā)明所使用的篩選設備，包括但不限于振動篩、壓力篩、旋翼篩、圓筒篩、離心篩等篩選設備。
其中，所述酶解處理包括向破碎后的預酶解物料中加入纖維素酶的步驟。
其中，纖維素酶的加入量為剩余的纖維素酶，即為纖維素酶使用總量的30-50％。
其中，所述酶解時間為48-72h。其他酶解條件與預酶解條件一致。
其中，所述預產物可以用于制備液體生物質燃料、氣體生物質燃料和固體生物質燃料。
其中，所述液體生物質燃料可以是乙醇或其他液體生物質燃料。
其中，所述氣體生物質燃料可以是沼氣或凈化后的生物質天然氣燃料。
其中，所述固體生物質燃料是以木質素為主要成分的固體生物質燃料。
本發(fā)明的有益效果：
1、利用本發(fā)明方法對植物秸稈進行預處理，不需要添加任何化學品，并且，秸稈洗滌液與汽爆物料擠出液混合后的BOD/COD比值達到0.5-0.9，可見其可生化降解性較好。
2、本發(fā)明方法在對秸稈進行汽爆前，對秸稈進行溫水洗滌，可以有效去除各種雜質，避免了汽爆過程中小分子量物質揮發(fā)污染空氣，防止低分子量物質產生酶解發(fā)酵抑制物影響酶解發(fā)酵，同時，可以增大秸稈的比表面積，提高汽爆處理效果，節(jié)約蒸汽，降低能耗。
3、采用本發(fā)明方法制備沼氣，解決了植物秸稈直接發(fā)酵沼氣存在的效率低、周期長、產氣不穩(wěn)定，沼氣中硫含量高，甲烷含量低的問題，經實驗驗證，通過本發(fā)明方法可使發(fā)酵周期縮短10倍以上，沼氣中的硫含量低，甲烷含量在60％以上。
4、本發(fā)明對洗滌后的植物秸稈進行擠壓，使秸稈脫水并受到強力擠壓和搓揉作用而撕裂，水溶性物質更容易溶解擠出，并使水和蒸汽對撕裂的秸稈滲透和潤漲更徹底，提高汽爆效果；此外，經強力擠壓撕裂后的秸稈，體積重量提高，增加了汽爆罐的裝料容積密度，可大幅度節(jié)約蒸汽消耗。對汽爆后的物料進行擠壓，使物料脫水并受到強力擠壓和搓揉作用，使物料進一步破碎，更多的擠出物料內部的酶解發(fā)酵抑制物，并增加物料的比表面積，提高酶解速率和效率。
5、本發(fā)明使用高剪切力磨漿機對預酶解后的物料進行磨漿，可以釋放木質素大分子吸附的酶制劑，同時撕裂裸露的大分子木質素結構，使其降解從而減少對酶制劑的吸附和干擾，提高后續(xù)的酶解效率；此外高剪切力磨漿可破除細胞S1層，有利于S2層的充分裸露，利于纖維素的降解；還可撕裂纖維素結晶區(qū)，使預酶解物料的比表面積增加，進一步提高酶解效率和纖維素糖化率。
6、綜上所述，利用本發(fā)明方法對植物秸稈進行的預處理，解決了植物秸稈原料組分分離的問題，實現了半纖維素、纖維素、木質素、少量組分的高效率、低成本、無污染分離。
7、利用本發(fā)明方法獲得的秸稈洗滌液、含半纖維素降解物的汽爆后物料擠出液，生化性極好，通過厭氧發(fā)酵生產沼氣，厭氧處理12h，COD降解率已經達到65％，產氣量大、效率高、出氣量穩(wěn)定，可進一步凈化制備生物天然氣產品。
8、利用本發(fā)明制得的汽爆物料，可酶解纖維素和半纖維素制取糖化液，生產各種發(fā)酵產品，如乙醇、丁醇、乳酸、油脂等產品。
9、將本發(fā)明制得預產物發(fā)酵后，分離出液體燃料乙醇以及發(fā)酵剩余物，發(fā)酵剩余物主要成分為木質素，經脫水、擠壓和干燥，即可得到木質素成品，發(fā)酵剩余物中的其它成分作為廢醪液通過厭氧發(fā)酵生產沼氣，可進一步凈化制備生物天然氣產品。其中，木質素產品的熱值達到5600-6500kcal/kg，可用作高熱值生物質固體燃料；也可為多種化工產品和材料的制備提供優(yōu)質的原料。
10、可見，本發(fā)明方法實現了植物秸稈全部組分，即半纖維素、纖維素、木質素、少量組分的分離和高值化全利用，可以達到無污染物排放，易于產業(yè)化操作，經濟效益良好，綜合社會效益顯著。
具體實施方式
為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，下面通過具體實施方式對本發(fā)明進行進一步的詳細描述。
在下面的描述中闡述了很多具體的細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本發(fā)明并不限于下面公開的具體實施例的限制。
植物秸稈全組分綜合利用制備生物質燃料預處理工藝流程如下：
下面通過北京利晟新能生物科技中心(有限合伙)在江蘇連云港建設的“植物秸稈全組分綜合利用制備生物質燃料”中試生產線(以下簡稱：北京利晟新能連云港中試生產線)的實施例，對本發(fā)明的技術方案作進一步說明。
實施例1：
北京利晟新能連云港中試生產線，處理麥草秸稈生產能力500kg/h，原料為當地收購的麥草，產品為燃料乙醇、沼氣、高熱值固體木質素燃料；
按本發(fā)明下述的工藝流程進行生產：
1、切段
外購麥草，經測定，其含水量為20-40％，使用刀輥式切草機，將麥草切斷成10-50mm長，合格率70-90％。
2、洗滌
將切段后的麥草通過皮帶輸送機，送入鼓式水力洗草機，同時加入循環(huán)熱水，水溫40-60℃，洗草機內麥草含量為總重量的3-10％，洗滌時間5-20S，使用循環(huán)熱水對麥草進行循環(huán)洗滌，得到COD達到2500-3000mg/l的秸稈洗滌液和秸稈物料。
本發(fā)明在對切段后的秸稈先進行溫熱水洗滌，以便去除秸稈中的泥沙、水溶性無機鹽類、糖、植物堿、環(huán)多醇、樹脂、脂肪、單寧、色素，以及多糖類物質，如膠質、植物粘液、淀粉、果膠質、多乳糖等，據發(fā)明人的實驗統(tǒng)計，根據秸稈種類不同，洗滌去除物的質量占秸稈總量的3-20％；由于去除了3-20％的包含分子量較小的雜質，因此不但使秸稈植物結構暴露出更多的空隙，比表面積增大；還可以有效避免溶解在秸稈洗滌液中的小分子量物質在汽爆噴放中揮發(fā)損失，污染大氣以及發(fā)生熱化學反應，產生酶解和發(fā)酵抑制物，影響后續(xù)酶解發(fā)酵等問題。此外，洗滌還有利于蒸汽和水進入植物組織結構內部，使物料整體水分分布均衡，提高后續(xù)汽爆效果；使進入汽爆罐物料的物質總量減少，節(jié)約蒸汽，減少耗能；使洗滌后單位體積物料的纖維素、半纖維素、木質素組分含量增加，提高設備利用率；使物料進入汽爆罐時的溫度提高，進一步節(jié)約蒸汽，減少耗能。
3、脫水、擠壓
洗滌后的麥草通過短接螺旋輸送機送入斜螺旋脫水機，脫水干度15-18％，然后再進入螺旋擠壓機，擠出麥草干度45-55％。
4、汽爆
擠出后的麥草秸稈，通過螺旋喂料輸送機裝入汽爆罐，秸稈裝罐后的體積密度控制在80-100kg/m3；使麥草秸稈在汽爆溫度160-190℃，蒸汽壓力0.6-1.2Mpa，維壓時間10-30min的條件下進行汽爆。
汽爆后物料PH值為3.5-4.5，快速泄壓接收倉出料口取樣檢測，汽爆物料中液體的COD在40000-120000mg/l之間，還原糖含量在1.5-2.8％之間。
物料在汽爆過程中，在蒸汽的作用下，物料中的半纖維素降解為可溶性五碳糖。
5、稀釋和擠壓
將汽爆物料噴放進入快速泄壓接收倉，出接收倉物料在稀釋螺旋輸送機內加水稀釋至干度10-15％，進螺旋擠壓機，脫水至40-55％的干度，得到擠壓物料和COD為6000-11000mg/l的擠出液。
本發(fā)明將汽爆后的物料先進行稀釋，使汽爆過程中產生的酶解發(fā)酵抑制物釋放到水中，再經過擠壓處理，使物料在強力的擠壓和搓揉作用下進一步破碎，擠出更多的物料內部的酶解發(fā)酵抑制物，酶解發(fā)酵抑制物存在于擠出液中而被收集，得到含有很少酶解發(fā)酵抑制物的擠壓物料；另一方面，通過擠壓處理，物料被進一步破碎，物料的比表面積增加，從而提高后續(xù)處理中的酶解速率和效率。
其中，本發(fā)明實施例所使用的木薯酒精大生產線厭氧處理系統(tǒng)為本領域常用的厭氧處理系統(tǒng)。
6、預酶解
擠壓物料進螺旋破碎稀釋輸送機，加熱水對物料進行稀釋，使其干物質含量達到10-25％，溫度達到40-55℃，再進入螺旋混合輸送機，加入纖維素酶制劑總量50-70％的纖維素酶制劑，連續(xù)混合后進入預酶解罐酶解，酶解條件是：pH值4.0-5.5，時間5-24h，得糊狀的預酶解產物。
其中，本發(fā)明所使用的纖維素酶制劑為市售的諾維信纖維素酶。
其中，纖維素酶制劑總量為汽爆物料絕干總重量的1％-2.5％。
7、篩選和磨漿
將得到的糊狀的預酶解產物，泵入篩選機中，篩除塑料包裝捆綁物、金屬包裝捆綁物等非生物質雜質，其中，篩選機的篩孔直徑為3-10mm。
篩選后的預酶解物進高位槽，靠高度產生的壓力差進入高剪切力磨漿機，高剪切力磨漿機的線速度為69.5m/s，剪切磨盤間隙0.01-0.5mm，磨齒型為封閉剪切型。
其中，本發(fā)明將篩選后的預酶解物料送入高剪切力磨漿機的原理及目的如下：
植物細胞由細胞壁和細胞腔組成，兩個細胞壁之間為胞間層。細胞壁是微細纖維排列、纏繞而成，微纖維聚集形成細纖維，(微纖維是由100個左右的纖維素大分子平行排列而形成的帶狀結構單元)，其由初生壁和次生壁構成，次生壁又包括次生壁外層(S1)、次生壁中層(S2)、次生壁內層(S3)。一個植物細胞的結構從外向內依次為胞間層、初生壁(P壁薄)、次生壁外層(S1)、次生壁中層(S2)、次生壁內層(S3)、細胞腔。其中，胞間層無纖維素，由木質素填充，木質素在胞間層中密度最大；初生壁(P)內微細纖維稀疏，為不規(guī)則網狀，含有木素、半纖維素、果膠質等；一般植物在次生壁(S2)層中纖維素含量較大。
細胞壁由纖維素結晶區(qū)和無定形區(qū)相間排列而成，無定形區(qū)含有大量的纖維素與半纖維素，因而無定形區(qū)具有很好的吸水性，液體容易進入，可在汽爆蒸汽動力下撕裂開，使半纖維素降解溶出，纖維素裸露，便于酶制劑進入；結晶區(qū)纖維素富集，排列整齊，液體難以進入，即便通過汽爆也無法使結晶區(qū)爆破撕裂，因而在酶解中，酶制劑也就無法進入結晶區(qū)內部，只能在外圍和纖維素發(fā)生作用，可見，如果不打破結晶區(qū)，酶解速率和糖得率將大大下降。
秸稈類植物細胞的次生壁外層(S1)較厚，纖維細胞S1和S2層結合緊密，使S2不易與外部液體接觸；必須脫除S1才能使外部液體和酶制劑進入纖維素富集的S2層，要脫除S1，須有較強的機械作用；
木質素是有分支的具有三維空間的網絡狀芳香族高分子化合物，是無定形的，結構復雜，化學性質不穩(wěn)定，反應能力很強，對化學品和氣體具有較強的吸收能力，比表面積達到180m2/g，因此，木質素較大的比表面積、活性基團的極性和不穩(wěn)定性，會對酶制劑產生較強的吸附作用，使酶制劑喪失活性；
經過初步酶解約5-24h的物料，一是裸露的無定形區(qū)纖維素已經基本酶解，纖維素結晶區(qū)結構緊密，酶制劑無法進入內部；二是破除細胞S1有利于S2層的充分裸露；三是木質素裸露出的數量增多，對酶制劑的吸附和抑制作用增強；木質素是網狀立體大分子，對同是大分子結構的酶制劑，會產生吸附作用而使酶制劑失去活性；
然后再利用高剪切力磨漿機處理初步酶解的物料，一是高剪切力可以釋放被木質素大分子吸附的酶制劑并減少木質素對酶制劑的吸附；二是一般大分子有機物，在高剪切力作用下，大分子鏈會斷裂而降解，高剪切力磨漿處理，可撕裂裸露的大分子木質素結構，使其降解并減少對酶制劑的吸附和干擾；三是高剪切力磨漿可破除細胞S1層，有利于S2層的充分裸露；四是高剪切力磨漿可撕裂纖維素結晶區(qū)，使其比表面積增加；綜上所述，經高剪切力磨漿處理可大幅度提高酶解效率和纖維素糖化率。
8、酶解
預酶解物料再進入酶解罐，加入剩余的纖維素酶，酶解48-72h，得到用于制備生物燃料的預產物。其中，酶解罐的溫度為40-55℃，酶解的pH值是4.0-5.5。
經檢測，酶解后的纖維素酶解率達到75-98％
以下實施例為利用生物燃料的預產物制備生物燃料的實施例
應用實施例1氣體生物燃料的制備
將秸稈洗滌液送入長期運行的木薯酒精大生產線厭氧處理系統(tǒng)生產沼氣，沼氣送鍋爐燃燒發(fā)電和生產蒸汽自用，其中，厭氧發(fā)酵時長為12小時，COD去除率穩(wěn)定在45-60％，可生化性良好，產氣狀態(tài)穩(wěn)定。
將擠出液送入木薯酒精大生產線厭氧處理系統(tǒng)生產沼氣，沼氣送鍋爐燃燒發(fā)電和生產蒸汽自用，其中，厭氧發(fā)酵時長為12小時，COD去除率穩(wěn)定在50-60％，可生化性良好，產氣穩(wěn)定。
可見，利用本發(fā)明方法制備沼氣效率高，發(fā)酵12小時就可以使COD去除率穩(wěn)定在50-60％。
將分離出液體燃料乙醇、固體燃料木質素的廢醪液送入木薯酒精大生產線厭氧處理系統(tǒng)生產沼氣，沼氣送鍋爐燃燒發(fā)電和生產蒸汽自用，其中，厭氧發(fā)酵時長為72小時，COD去除率穩(wěn)定在50-60％，可生化性較好，產氣穩(wěn)定。
應用實施例2液態(tài)生物燃料的制備
將預產物送入含有酵母菌的發(fā)酵罐發(fā)酵，得到燃料乙醇。
其中，發(fā)酵時間30-60h，pH值為4.0-5.5，發(fā)酵溫度為30-36℃。
應用實施例3固體生物燃料的制備
將應用實施例2的發(fā)酵剩余物經板框初步脫水至25-40％的干度，再經過擠壓機擠至干度55-60％，余熱干燥，得到木質素成品，經檢測，其熱值達到5800-6300kcal/kg；
發(fā)酵剩余物中的其它成分作為廢醪液通過厭氧發(fā)酵生產沼氣，可進一步凈化制備生物天然氣產品；使用本發(fā)明的中試生產線，實現了植物秸稈全部組分，即半纖維素、纖維素、木質素及少量組分的分離和高值化全利用，配套設計的特制裝備運行穩(wěn)定，達到或超過設計的技術和經濟指標；厭氧產氣穩(wěn)定，環(huán)保設施運行良好，達到無污染物排放；綜合經濟效益良好；實現產業(yè)化將帶來巨大的社會效益。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之類。