[發明專利]一種農作物秸稈蒸汽爆破預水解硫酸鹽法制備溶解漿的方法

有效

• 申請號: 201110211009.3
• 申請日: 2011-07-26
• 公開（公告）號: CN102268833A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 陳洪章;王寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: D21H11/12
• 分類號: D21H11/12;D21B1/02;D21B1/36;D21C1/00;D21C3/02;D21C9/02;D21D5/02;D21C9/16
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技術領域

本發明涉及粘膠纖維用漿粕的制備技術領域，更特別的涉及一種農作物秸稈(玉米秸、稻草、麥秸等)制備粘膠纖維用漿粕的方法，并且副產物可以用來發酵沼氣、制備木質素等。

背景技術

粘膠纖維具有很好的吸濕性和透氣性，質地柔軟，織物滑爽、穿著舒適，色澤鮮艷美麗。隨著人們生活水平的日益提高，人們對穿著的要求，從合成纖維又轉向了植物纖維，粘膠纖維又成了紡織品市場的新寵。但纖維素纖維的原料開發進程緩慢，生產用原料相對單一，目前適用于粘膠纖維和溶劑法纖維素纖維的主要原料為木漿和棉漿，受耕地資源的限制，其初級原料棉短絨和木漿供求矛盾突出，原料缺乏將對再生纖維素纖維行業發展形成較大制約。

2010年我國農業部組織完成了首次全國農作物秸稈資源專項調查，并發布《全國農作物秸稈資源調查與評價報告》，據報告顯示，我國農作物秸稈可收集資源量為6.87億t，其中玉米秸2.65億t、稻草約為2.05億t、麥秸1.50億t。農作物秸稈大約含有30％～49％的纖維素，因此是一種潛在的粘膠用漿粕的纖維素原料。

專利95109738.5公開了一種麥稈人造纖維溶解漿的制備方法，專利200710014649.9公開了采用玉米秸稈制備漂白溶解漿的方法，兩個專利雖然都是利用農作物秸稈制備了溶解漿，但沒有考慮到農作物秸稈原料的自身缺陷，由于農作物秸稈資源纖維短小、不均勻性突出；纖維含量少，雜細胞多；灰分含量高，硅含量大，是制約農作物秸稈制備溶解漿的重要因素。以上兩個專利只是簡單的沿用了傳統制漿過程，沒有有效的去除灰分和雜細胞，提高纖維素的均勻性；并且也沒有對半纖維和木質素進行有效的綜合利用，增加了環境負擔，不利于生產成本的降低。因此我們提出了必須從農作物秸稈資源的特性出發，利用過程工程的思路，通過多種技術工藝的交叉和融合，實現農作物秸稈組分分離，分級定向轉化，制備粘膠纖維用漿粕和各種高附加產品。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用玉米秸、稻草、麥秸等農作物秸稈制備粘膠纖維用漿粕的工藝，拓寬人造纖維溶解漿的用料范圍，并實現秸稈資源的生物量全利用。針對農作物秸稈纖維短小、不均勻性突出；纖維含量少，雜細胞多；灰分含量高，硅含量大的自身原料缺陷問題，提出了利用蒸汽爆破和水洗脫除大部分半纖維和無機鹽以及少量木質素，并通過機械梳分將優質長纖維和短纖維分離的綜合處理工藝。

本發明采用的是蒸汽爆破預水解硫酸鹽法制漿，具體工藝步驟如下：

1、備料

將農作物秸稈粉碎至3～5cm，分選去除葉和穗，用稀酸浸泡30～60min，調整秸稈含水量在30～50％。由于雜細胞和灰分主要存在于農作物秸稈的葉、節、穗等部位，在備料時通過分選首先除去葉和穗，分選下來的葉和穗等生物質送往生物質鍋爐用來燃燒供熱；稀酸溶液能夠增加反應體系中氫離子的濃度，有利于半纖維的降解，從而加快反應速率。

2、蒸汽爆破

將秸稈裝入汽爆罐中，1.4MPa～1.7MPa壓力下維持5min～15min，蒸汽爆破能夠破壞秸稈組織結構，使秸稈呈煙絲狀，有利于蒸煮液的滲透和后續蒸煮操作，并且蒸汽爆破能夠使大約80％的半纖維素和大約10％的木質素得到降解，同時蒸汽爆破還能使大約72％的無機離子溶出。

3、三級逆流水洗

固液比1∶10～1∶20，溫度50℃～90℃，水力停留時間15min～60min。

三級逆流水洗可以增加水洗液有機物含量。水洗的目的：一是去除半纖維降解產物和可溶性木質素，減少后續蒸煮操作對化學試劑的消耗；二是去除蒸汽爆破過程中產生的雜細胞和短纖維，因為薄壁組織結構疏松，汽爆過程中很容易撕裂為細小碎片，通過水洗可以與具有纖維形態的物料分開，減少雜細胞的含量、和灰分含量；三是去除汽爆過程中溶出的大約72％的無機離子，減少灰分對堿回收的影響。

4、長短纖維的分離

通過機械梳分實現長短纖維的分離。短纖維所含雜細胞和灰分比長纖維多，通過機械梳分，能夠去除短纖維，富集長纖維，減小纖維的不均勻性，同時進一步減少了灰分的含量。

5、硫酸鹽法制漿

以長纖維為制漿原料，本發明用堿量為8％～12％(以NaOH計)，硫化度為8％～12％，液比為1∶5～1∶8，蒸煮溫度130℃～170℃，蒸煮時間1h～3h。這種方法制得的漿粕，具有半纖維素含量低，α-纖維素含量高，具有較高的黏度和聚合度等特點。

6、漿液分離

通過漿液分離，分離得到蒸煮漿料和蒸煮黑液。

7、洗滌篩選