由木质纤维素生物质生产纸浆的低能量生产方法技术

本发明专利技术提供由木质纤维素生物质生产纸浆的低能量生产方法，所述方法包括以下逐次步骤：a)通过在仅由水和甲酸组成的混合物存在下，在环境温度和混合物在大气压下的回流温度之间的受控反应温度条件下，优选在80℃‑110℃下，将至少一种固态木质纤维素原料置于大气压下，其中所述至少一种固体木质纤维素原料/液体混合物的重量比为1/1‑1/15，并且持续一段确定的反应时间，以从木质纤维素生物质提取木质素和半纤维素；b)在大气压和所述反应温度下，将构成原纸浆的固体级分与有机相分离，所述有机相在溶液中至少含有起始甲酸和水的混合物、可溶单糖和聚合糖、木质素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由木质纤维素生物质生产纸浆的低能量生产方法
本专利技术涉及从木质纤维素生物质开始生产纸浆的低能量生产方法。
技术介绍
例如，当考虑在伐木和棕榈或棕榈树的生产中，或在大规模的稻草和谷类稻草的生产中或在制糖业中的甘蔗渣中考虑到木质纤维素残余物时，与用于生产纤维素/纸浆的提取/生产方法一起使用的木质纤维素植物原料可以大量使用。在这两种情况下，可以使用非常丰富的原料来进行本专利技术的方法，迄今为止，该方法没有发现有益的工业用途，并且在环境可接受的条件下也无法生产能源，例如用于“原地”发电。例如，用于生产纤维素/纸浆的提取/生产方法的木质纤维素植物原料也可以从木材中大量获得。在制造设施中，木片或其它植物纤维源被转换成厚纤维板，当纸浆厂和造纸厂未集成在一起时，可以将该厚纤维板运送到造纸厂进行进一步加工。可以使用机械、半化学或全化学方法(Kraft法和亚硫酸盐法)制造纸浆。根据客户要求，成品可以是漂白的也可以是未漂白的。用于制浆的木材和其它植物材料包含三种主要成分(除水外)：纤维素纤维(用于造纸)、木质素(一种将纤维素纤维粘合在一起的酚醛低聚物)和半纤维素(较短的支化碳水化合物聚合物)。制浆的目的是破坏纤维源的整体结构，将纤维源(茎干或其它植物部分)切碎成组成纤维。化学制浆通过将木质素和半纤维素降解为水溶性的小分子来实现这一点，这些小分子可以从纤维素纤维上洗去而不会使纤维素纤维解聚。化学和热处理减少了机械处理随后所需的能量，并且还减少了纤维遭受的强度损失量。从木质纤维素植物原料生产纸浆的主要工业化学提取方法是“Kraft”方法，其次是“亚硫酸盐方法”。Kraft方法(也称为Kraft制浆或硫酸盐方法)是一种将木材转化为木浆的方法，该木浆由几乎纯净的纤维素纤维组成，并且其是纸的主要成分。Kraft方法需要用热的水、氢氧化钠(NaOH)和硫化钠(Na2S)的混合物(称为“白液”)处理木片，这会破坏连接木质素、半纤维素和纤维素的键。Kraft方法技术需要数个步骤，包括机械和化学步骤。在所谓的“蒸煮步骤”中，木片在称为蒸煮器的加压容器中进行蒸煮。典型地，脱木素在170℃-176℃下需要几个小时。在这些条件下，木质素和半纤维素降解，产生可溶于强碱性液体的片段。收集并洗涤固体纸浆(约占干木片的50重量％)。在这一点上，纸浆因其颜色而被称为棕色浆。合并的液体称为“黑液”，包含木质素碎片、半纤维素分解产生的碳水化合物、碳酸钠、硫酸钠和其它无机盐。Kraft方法的各种副产物(包括硫化氢、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫化物和其它挥发性硫化合物)是使用Kraft方法的纸浆厂恶臭空气排放的原因。因此，在某些情况下，Kraft方法会释放出有气味的产物，并且在某些情况下会产生大量的液体废物。另外，Kraft方法消耗大量能量，还包括在筛选、洗涤和漂白纸浆的附加步骤中消耗的能量。在工业造纸方法中也提出了“有机溶剂”方法。有机溶剂方法是使用有机溶剂溶解木质素和半纤维素的制浆技术。在制浆和造纸以及生物精制的背景下，已经考虑将纤维素随后转化为燃料乙醇。专利技术该方法是对Kraft制浆的一种环境友好的替代方法。与其它常用方法(诸如Kraft或亚硫酸盐制浆)相比，有机溶剂方法具有若干优势。特别地，获得相对高质量的木质素的能力为工艺流增加了价值(否则将其视为废物)。有机溶剂方法的溶剂很容易通过蒸馏回收，从而减少了水污染，并消除了通常与Kraft制浆有关的气味。有机溶剂方法制浆涉及在例如140℃-220℃的温度下使木质纤维素原料与水性有机溶剂接触。所用溶剂包括丙酮、甲醇、乙醇、丁醇、乙二醇、甲酸和乙酸。水中的溶剂浓度为40％-80％。沸点较高的溶剂具有较低的工艺压力的优点。将其与通过蒸馏回收更困难的溶剂进行权衡。对于纸浆生产，用乙醇水溶液制浆可使无木质素的纸浆产率比Kraft纸浆高4-4.5％。对于纸浆性能，已经检查了常用的溶剂丙酮和乙醇。用丙酮或乙醇与水的40％混合物将麦秸制浆需要在180℃下60分钟，以使纸浆具有可接受的性能。出于工艺考虑，诸如降低蒸气压和降低pH值，几乎总是将有机溶剂与水作为混合物使用，以便也溶解半纤维素。已经提出了各种有机溶剂方法(Alcell方法、CIMV方法、Chempolis方法等)，由于反应/蒸煮温度总是高于100℃和/或由于需要确保高的反应压力，因此它们都需要大量的能量。它们还必须进行溶剂的再循环。因此，全球需要一种处理木质纤维素生物质，特别是来自农业生产和林业的废物的方法和途径，这使得有可能生产高质量的纸浆，然后生产高质量的纸，需要尽可能低的能量。
技术实现思路
本专利技术提供由木质纤维素生物质生产纸浆的低能量生产方法，所述方法包括以下逐次步骤：a)通过在仅由水和甲酸组成的混合物存在下，在环境温度和混合物在大气压下的回流温度之间的受控反应温度条件下，优选在80℃-110℃下，将至少一种固态木质纤维素原料置于大气压下，其中所述至少一种固体木质纤维素原料/液体混合物的重量比为1/1-1/15，并且持续一段确定的反应时间(也称为蒸煮期)，以从木质纤维素生物质提取木质素和半纤维素；b)在大气压和所述反应温度下，将构成原纸浆的固体级分与有机相分离，所述有机相在溶液中至少含有起始甲酸和水的混合物、可溶单糖和聚合糖、木质素；以及根据本方法的其他方面：–它包括另外的步骤，所述步骤在于c)洗涤所述原纸浆；-所述原纸浆在以下两个步骤中逐次洗涤：-c1)在室温下，用由水和甲酸组成的溶液，所述溶液中甲酸的浓度为80％-100％；和-c2)用40℃-60℃的热水；-所述混合物中甲酸的浓度为50％-100％，优选为80％-90％；-所述至少一种固体木质纤维素原料/液体混合物的重量比为1/4-1/6；-所述反应温度等于85℃；-所述有机相在溶液中至少包含起始甲酸和水的混合物、衍生自植物材料的可溶单糖和聚合糖、木质素和乙酸；-所述b)分离步骤是在大气压和所述反应温度下的离心步骤或过滤步骤；-在所述用由水和甲酸组成的溶液的第一洗涤步骤c1)与所述用热水的第二洗涤步骤c2)之间，在环境温度下进行离心步骤；-在所述用热水的第二洗涤步骤c2)之后，进行离心步骤；-所述确定的反应时间取决于所测量或测定的纸浆的卡伯值；-取决于所述至少一种木质纤维素原料的性质，当所述纸浆的卡伯值达到稳定值时，停止所述确定的反应时间；-该方法包括以下步骤，所述步骤在于在所述确定的反应时间期间定期测量或测定所述纸浆的卡伯值，以鉴别所述纸浆的卡伯值的稳定性；-所述定期测量或测定纸浆的卡伯值的步骤在于每十分钟测量或测定卡伯值；-当在至少三个连续的测量或测定纸浆的卡伯值之后所述纸浆的卡伯值稳定时，停止所述确定的反应时间。具体实施方式所有生物质都含有不同百分比的纤维素、半纤维素和木质素，以及作为灰分来源的无机成分。纤维素是包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.由木质纤维素生物质生产纸浆的低能量生产方法，所述方法包括以下逐次步骤：/na)通过在仅由水和甲酸组成的混合物存在下，在环境温度和混合物在大气压下的回流温度之间的受控反应温度条件下，优选在80℃-110℃下，将至少一种固态木质纤维素原料置于大气压下，其中所述至少一种固体木质纤维素原料/液体混合物的重量比为1/1-1/15，并且持续一段确定的反应时间，以从木质纤维素生物质提取木质素和半纤维素；/nb)在大气压和所述反应温度下，将构成原纸浆的固体级分与有机相分离，所述有机相在溶液中至少含有起始甲酸和水的混合物、可溶单糖和聚合糖、木质素。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180216 EP 18157075.51.由木质纤维素生物质生产纸浆的低能量生产方法，所述方法包括以下逐次步骤：
a)通过在仅由水和甲酸组成的混合物存在下，在环境温度和混合物在大气压下的回流温度之间的受控反应温度条件下，优选在80℃-110℃下，将至少一种固态木质纤维素原料置于大气压下，其中所述至少一种固体木质纤维素原料/液体混合物的重量比为1/1-1/15，并且持续一段确定的反应时间，以从木质纤维素生物质提取木质素和半纤维素；
b)在大气压和所述反应温度下，将构成原纸浆的固体级分与有机相分离，所述有机相在溶液中至少含有起始甲酸和水的混合物、可溶单糖和聚合糖、木质素。


2.根据权利要求1的低能量纸浆生产方法，包括另外的步骤：
c)洗涤所述原纸浆。


3.根据权利要求2的低能量纸浆生产方法，其中所述原纸浆在以下两个步骤中逐次洗涤：
-c1)在室温下，用由水和甲酸组成的溶液，所述溶液中甲酸的浓度为80％-100％；和
-c2)用40℃-60℃的热水。


4.根据权利要求1的低能量纸浆生产方法，其中所述混合物中甲酸的浓度为50％-100％，优选为80％-90％。


5.根据权利要求1的低能量纸浆生产方法，其中所述至少一种固体木质纤维素原料/液体混合物的重量比为1/4-1/6。


6.根据权利要求1的低能量纸浆生产方法，其中所述反应温度等于85℃。

【专利技术属性】
技术研发人员：M·戴尔马，
申请(专利权)人：生物公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR