[發明專利]一種生物質原料的綜合利用工藝

有效

• 申請號: 201210576074.0
• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN103898786A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 唐一林;江成真;劉潔;高紹豐;孫智華;劉云鵬
• 申請（專利權）人: 濟南圣泉集團股份有限公司
• 主分類號: D21C3/20
• 分類號: D21C3/20;D21C9/16;D21C11/04;D21H11/12;C13K13/00;C08H7/00
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 劉守憲

技術領域

本發明涉及一種生物質原料的綜合利用方法，具體地說是一種利用生物質原料制備紙漿，并回收木質素和木糖的方法。

背景技術

生物質原料以植物體的形式存在，主要成分為纖維素、半纖維素和木質素，其中，纖維素占40%左右，半纖維素占25%左右，木質素占20%左右，地球上每年由光合作用生成的生物質原料總量超過2000億噸，因此生物質原料是地球上最豐富、最廉價的可再生資源。

纖維素是植物細胞壁的主要成分。全世界用于紡織造紙的纖維素，每年達800萬噸。纖維素是構成紙漿的主要成分，另外還有不同程度的半纖維素、木素、樹脂、色素、果膠和灰分等物質。其中纖維素和半纖維素是紙漿需要的基本成分，而其它成分均屬除掉之列。

在自然界中，木質素的儲量僅次于纖維素，而且每年都以500億噸的速度再生。木質素是一種很有價值的化工原料，高純度的無硫木素可用做酚類樹脂、聚氨酯泡沫、環氧樹脂等聚合物添加劑以及土壤改良劑、農藥緩釋劑等，木素應用在這些方面可使其附加值遠高于作為燃料燃燒后回收熱量的附加值。制漿造紙工業每年要從植物中分離出大約1.4億噸纖維素，同時得到5000萬噸左右的木質素副產品，但迄今為止，超過95%的木質素仍以“黑液”直接排入江河或濃縮后燒掉，很少得到有效利用。

中國專利CN101864683A公開了一種木質纖維原料的預處理方法，該專利將木質素原料與有機酸溶液和催化劑的混合液混合后，進行第一步處理，得到液固混合物并進行固液分離，得到預處理液和纖維素固體；采用有機酸溶液洗滌得到纖維素固體；得到的預處理黑液與得到的洗滌黑液混合后循環用于第一步處理過程；然后將循環使用至少3次的混合黑液進行有機酸、木素產品和糖漿溶液回收。將收集的黑液進行閃蒸或蒸發，得到有機酸和濃縮黑液，向黑液中添加2-10倍體積的水得到木素產品和糖漿溶液，而回收的有機酸則回流用于第一步處理，從而實現木質纖維原料的高值化利用。但該專利也存在以下缺點：1、從說明書中的描述可以看出，該工藝是采用有機酸與以硫酸為代表的催化劑混合進行第一步催化，反應過程中需要添加硫酸進行催化，不可避免的使后續得到的木質素中含硫；2、該工藝采用有機酸和以硫酸為代表的催化劑共同蒸煮生物質，在蒸餾有機酸步驟中，若有機酸蒸餾不完全，則木質素無法完全析出，若將有機酸完全蒸餾出后，則加入其中的硫酸濃度上升，會使得其中的木質素炭化，影響木質素的提取率；3、雖然整個工藝中提取和洗滌纖維素均使用相同的有機酸，且將收集的預處理液和洗滌液直接用于循環至第一步的反應釜中，但整個混合液內也大量積聚了溶解其中的木質素和戊糖溶液，鑒于有機酸萃取的飽和度限制，其混合黑液提取木質素的有效程度會大幅降低，因此，該步驟雖然是循環反應，但對于整體的提取效率作用并不大；4、收集的預處理液和洗滌液中由于溶解有大量半纖維素蒸煮生成的戊糖，而戊糖隨著混合液多次循環過程中會不斷的與有機酸相接觸，發生酯化反應生成酯類，該專利是以生物質原料的綜合利用為目的，因此對于整條工藝是否可以單獨得到戊糖并不在意，但對于以分離得到戊糖為目的的工藝而言，該工藝并不適用；5、混合得到的黑液需要循環3次以上再進行蒸發處理以分離出有機酸，并稀釋得到的濃縮液使得木質素析出，會使得一次性處理的黑液和濃縮液的數量極大，不僅影響處理效率而且也難以實現工藝的連續性；6、從說明書中可以看出，該工藝中纖維素的提取率僅為38-55%、木質素提取率為6-16%，整個工藝的提取率相對比較低。

中國專利CN101514349A公開了一種由竹材纖維制備燃料乙醇的方法。該專利也是以甲酸和乙酸的混合酸液蒸煮水解半纖維素，并直接向脫出的濾液中加水析出木質素沉淀以此分離出木質素加以利用。該專利雖然在一條工藝線路中將纖維素、半纖維素和木質素相分離，該工藝的設計是以提取纖維素作為最終目的的，整條工藝的設計并沒有考慮木質素和戊糖的損失，其在分離木質素一步中加水提取沉淀的步驟中，會因為溶液中大量含有甲酸和乙酸而使得木質素難以全部脫出，即便大量加水也會因為甲酸和乙酸溶解其中而無法保證木質素完全析出，造成木質素損失，顯然，該工藝僅重點考慮了最大限度提取纖維素的工藝，對于高效提取木質素和木糖并沒有指導意義。

發明內容

為此，本發明所要解決的技術問題在于現有技術中生物質原料制備有紙漿的過程中，木質素和木糖不能得到高效回收的問題，進而提供一種通過合理的參數設置能夠得到高產率的紙漿并進一步高效回收黑液中的木糖和木質素的綜合利用工藝。

為解決上述技術問題，本發明所述的生物質原料的綜合利用工藝，包括如下步驟：