生物质精炼在造纸工业中的应用模式和发展趋势

本文对生物质精炼技术的概念和木材生物质精炼工厂（IFBR）的路线进行了阐述。对传统硫酸盐制浆造纸工厂如何转化为综合林业生物质精炼工厂的原理进行了分析,总结了三种转化类型。详细介绍了近中性预抽提／制浆模式、酸性预水解／制浆模式和碱预处理纤维素糖化发酵乙醇模式。保留制浆造纸生产的综合林业生物质精炼工厂将是近期主要的发展模式．可为传统造纸工厂带来额外的经济收益。在传统制浆之前进行预抽提,分离出的抽提液可以用来生产乙醇和乙酸及其它化学品,抽提后的木片进行制浆和漂白,对纸浆强度和光学指标没有不良影响。新增用于改造的投资回报率达到7．1％～13％。根据我国造纸工业特点,木材造纸工厂转化IFBR工厂也将走保留制浆的发展模式;草类原料造纸工厂转化为生物质精炼工厂具有一定的优势和可行性。     

基于造纸工业平台的林基生物质精炼研究进展

传统制浆造纸工业是最早利用林基生物质资源并专注于纸浆产品开发的大型工业化平台,其能源消耗大,输出品单一,经济和环境综合效益不高。林业生物质精炼可在现有化学制浆厂成熟的工业化平台上进行产业升级,将更多的木材组分加以利用,转化为附加值更高的化学制品和能量载体,实现林基生物质资源高效的工业化利用。本文综述了国内外林产生物质能源、生物基材料、生物质化学品等方面的研究进展及生物质精炼工厂IFBR的最新发展模式,并做了合理的展望。     

热水预抽提半纤维素的研究进展

本文从热水预抽提半纤维素的研究背景与国内外研究现状做出论述,得出了热水预抽提半纤维素具有低能耗和环保性等优点,对于传统制浆造纸行业提升附加值、提高竞争力有实际意义。另外,本文对热水预抽提半纤维素后固相和液相的利用做出了概括。液相:1)水解热水提取物;2)水解物的分离提纯;3)发酵制作糖类乙醇和生物聚合物。固相:1)热水提取后续制浆漂白和造纸;2)利用残余木质生物质生产重组木产品;3)剩余木质生物质进一步分离/水解,制作葡萄糖和芳烃等化合物。希望有更多的热水预抽提半纤维素的基础研究,为生物质精炼与制浆造纸的结合提供更多的理论基础。     

将硫酸盐浆厂转变为综合林业生物质提炼厂

有限的燃油供应、对温室气体排放的日益关注以及传统制浆造纸行业竞争力的下降,已成为全球发展趋势,制浆厂通过将传统的漂白硫酸盐浆厂转变为综合林业生物提练厂(Integrated Forest Biorefinery,简称IFBR)来提高收入.     

生物质提炼在制浆造纸工业中的应用

生物质提炼是将生物质转化为生物化学品、结构材料和能量的一个工业过程.生物质提炼在制浆造纸行业中的应用包括制浆前抽提,生产乙醇、化学品和结构材料,黑液气化,木素沉积和从塔罗油提取生物柴油.     

制浆造纸生物质精炼技术研究进展

制浆造纸生物质精炼集中表现在木材（或非木材纤维原料）蒸煮前的抽提和蒸煮后的黑液转化技术。主要包括预水解硫酸盐溶解工艺、黑液气化联合发电工艺和黑液气化及化学合成工艺。预水解碱溶解工艺技术较为成熟．目前正在推广应用．由于该工艺不能回收氢氧化钠及硫化钠．且碱木素价格较低,生产效益较低。黑液气化联合发电工艺和黑液气化及化学合成工艺的产品附加值高,同时可以减少有毒有害气体排放,具有极大的发展潜力．将来这两种工艺将为制浆造纸行业带来显著的效益。     

热水预抽提半纤维素工艺的研究进展

对制浆前热水预抽提半纤维素的工艺进行了综述。抽提液中的半纤维素经分离后可以用来生产乙醇或乙酸等化学品,抽提后的植物纤维原料仍用于制浆造纸。     

半纤维素生产燃料乙醇的热水预抽提技术

结合生物质精炼的理念,可以在植物纤维原料蒸煮之前,通过热水预抽提的方式,先抽提出部分半纤维素。抽提出的半纤维素经分离后可以通过水解、发酵制取燃料乙醇;抽提后的植物纤维原料仍用于制浆造纸。这样既可以做到生物质资源的充分、可持续利用,又能为制浆企业带来附加经济效益。     

制浆造纸与生物质精炼的结合

与制浆造纸相结合的生物质精炼,是目前国际上热门的研究课题之一。我国也以生物质精炼理念与碱法制浆和TCF漂白流程相结合,对造纸速生材原料桉木进行制浆前水预水解抽提半纤维素,考察其对后续碱法制浆和H2O2漂白的影响,并探讨了水预水解对木素化学结构的影响。主要研究内容及结果如下：     

制浆造纸生物质精炼技术

制浆造纸是高耗能、高污染的行业。随着社会的飞速发展,人们对于纸张的依赖逐步减弱,造纸厂的社会地位已经变得岌岌可危,所以必须对制浆造纸技术进行合理性改革,生物质精炼技术是一种近几年新出现的技术,它可以将传统的制浆造纸企业转型为生物精炼企业,实现产业结构的多样化,生产内容的多元化,使造纸厂不再局限于对纸制品的制造,也逐渐生产一些生物质材料、化学能源等,从而告别生产结构的单一性,减少能源的消耗,降低高浓度废水的排放。目前制浆造纸生物质精炼技术已经成为造纸企业发展的必然趋势。文章分析了制浆造纸生物质精炼技术,以供造纸人员参考。     

热水预水解对杨木半纤维素提取及后续硫酸盐法制浆的影响

基于制浆造纸过程中的生物质精炼理念,利用热水预水解预先提取杨木木片中的半纤维素,然后对水解后的木片进行硫酸盐法蒸煮,探讨预水解因子（P因子）对半纤维素提取和后续硫酸盐法制浆的影响。研究结果表明,热水预水解对半纤维素的提取效果显著,且P因子可较好地控制预水解反应过程;预水解处理能提高后续硫酸盐法蒸煮脱木素的效果,降低蒸煮用碱量,但会增大后续浆料打浆难度,同时降低成纸的某些物理性能。综合考虑后续水解液的生物质利用和水解木片的硫酸盐法制浆,当P因子为608~1060时,水解液中的聚戊糖提取率为33.18%~35.31%,相应的预水解KP制浆得率为39.47%~37.12%;与未经热水预水解处理的对照样相比,热水预水解处理后浆料性能和黑液性能均较好。     

烟秆爆破法制浆造纸研究

研究目的是开发烟秆为制浆新原料,采用爆破法制浆,使制出的纸浆性能达到A等瓦楞原纸和A等箱纸板的要求,并研究用这种纸浆生产合格的牛皮信封纸和精制牛皮纸.本研究创新点是：烟秆原料经过认真除髓,并使用多级预处理及新的助剂合成技术,使之达到预期的效果.如果要生产合格的牛皮信封纸和精制牛皮纸,需要配以33%的针叶木硫酸盐浆.     

绿液预处理杨木硫酸盐法蒸煮脱木素反应历程研究

采用碱回收绿液对杨木木片进行预处理,研究了预处理后硫酸盐法蒸煮过程中脱木素反应历程及NaOH的消耗过程。研究表明,采用绿液预处理后,杨木木片得率为73.1%,木素脱除率为32.54%。预处理后的蒸煮过程中,在初始脱木素段,木素脱除率为14.52%;在大量脱木素段,木素脱除率为42.62%;残余脱木素段,木素脱除率仅为3.41%。这3个阶段的木素脱除率比传统硫酸盐法分别降低了3.55、19.38和9.11个百分点。NaOH几乎全部消耗在蒸煮初期和大量脱木素段,这2个阶段NaOH分别消耗了57.71%和42.29%;Na2S质量浓度在蒸煮初期逐渐减小,蒸煮的中后期又逐渐增大。绿液预处理硫酸盐法蒸煮不仅能提高脱木素选择性,还能提高蒸煮后浆料得率（达到50.8%）,比传统硫酸盐法浆料得率（47.9%）提高2.9个百分点。     

竹材热水预抽提对硫酸盐法制浆的影响

以绿竹为原料,采用不同热水预抽提时间以及蒸煮前将热水预抽提液与竹片分离的方法,通过对比KP法制浆黑液残碱含量以及KP浆的卡伯值、得率、黏度含量等探讨了对硫酸盐法制浆性能的影响。结果表明：热水预抽提可以提高竹片蒸煮脱木素效率,达到相同的脱木素程度（相同卡伯值20）可节省约52%的有效碱用量。在预抽提时间80 min时,浆料的最低卡伯值为7.03。另外,预抽提工艺有利于提高纸浆的黏度,同时纸浆的得率也产生了较大的下降。     

阔叶木与非木材纤维原料混合制浆的研究

对阔叶木(杂交杨木)与非木材纤维原料(芒草、柳枝稷、玉米秸秆)的混合硫酸盐法制浆和ECF(无元素氯)漂白(漂序为OD(EP)D)进行了探讨。结果表明,在杨木木片中加入一定比例的上述非木材纤维原料(10%～30%)时,纸浆抗张强度有所提高,提高幅度在20%～25%之间。通过对纸浆碳水化合物组分进行分析发现,纸浆强度的提高与其聚木糖含量有关,即将少量聚木糖含量较高的非木材纤维原料与阔叶木一起混合蒸煮,能够获得品质优良的纸浆。     

展望2020年纸浆厂

展望２０２０年纸浆厂，要求生产高质量漂白硫酸盐商品木浆，其中含有部份再生纤维纸浆。工厂应有两条纸浆生产线：一条是用硫酸盐法制浆的原生纤维生产线，一条是用再生纤维制浆的再生纤维生产线。采用全无氯漂白（ＴＣＦ）。２０２０年纸浆厂将降低生产一吨纸浆的耗水量。废水经过回收、利用和蒸发，使工厂的废水排放接近“０”排放。２０２０年纸浆厂将着眼于采用燃料气化和燃气轮机技术，提高电力／蒸汽的产出比率。工厂的能源平衡，可以有五个方案，其中：一个是传统方案，第二个是最低投资方案，其余三个是复合系统方案和复合系统加补充蒸汽锅炉的混合系统方案。     

溶解浆研究进展及发展前景

溶解浆是一种高纯度的化学浆,是黏胶纤维的主要生产原料。文章介绍了溶解浆的制备方法,包括预水解硫酸盐法、酸性亚硫酸盐法、有机溶剂法以及直接处理化学浆法,评价了不同制备方法所得溶解浆的性质,分析了溶解浆制备和生产过程中面临的关键技术问题,提出了解决方案,并对溶解浆厂实现生物质精炼模式的前景进行了展望。     

挤压预处理对制浆性能的影响

对螺旋挤压机挤压后的木片生产化学浆和磺化化学机械浆(SCMP)的制浆性能进行了探讨.研究发现,挤压后的木片部分抽出物、半纤维素被溶出,纤维受到一定程度的损伤.挤压显著改善了木片的药液渗透性能,用于生产化学浆(KP和Soda-AQ)时,14%用碱量下得到的纸浆硬度与常规制浆方法20%用碱量相近,而筛渣率、碱耗明显降低,制浆得率相近.由于纤维损伤,纸浆强度性能下降,而打浆性能得到改善.比较而言,挤压更适合Soda-AQ法制浆.挤压对含节子的木片的化学法制浆性能改善效果更为明显.挤压虽显著改善木片的磺化效果,可能机械损伤大于磺化的改善,最终SCMP纸浆强度性能没有得到提高.     

热水预抽提对南方松碱法制浆过程影响的研究

本文研究了热水预抽提对南方松碱法制浆过程的影响。结果表明:热水预抽提可使蒸煮过程中黑液固形物含量和木素的溶出量增加,提高后续蒸煮过程中有效碱的作用效率。合适时间的热水预处理可使木片具有更好的制浆性能,但预处理时间过长会导致蒸煮后成浆强度下降。     

柳杉制浆漂白特性的研究

研究表明:柳杉原料具有纤维短、细胞腔大壁薄、组织结构疏松、晚材率低、木素含量高等特点,用它煮得的浆容易用OC_DE_OD漂程漂至88％(ISO)以上的白度,无论是漂白浆还是未漂浆,其纤维柔软,纸浆结合强度高,但撕裂强度较低。