化机浆和半化学浆的生产方法技术

本发明专利技术涉及一种在酸性条件下处理木材或农业秸秆植物原料生产化机浆或半化学浆的方法，该方法还包括酸的回收和废液中半纤维素糖和木素的后续利用。其中，纸浆生产是在温和常压环境下利用甲酸/甲酸盐水溶液润涨软化植物原料并适度脱除木素和半纤维素。软化后的原料进行水力疏解和机械磨浆，制备出化机浆或半化学浆。在纸浆和废液的干燥过程中，实现甲酸的回收并联产甲酸盐，本发明专利技术还提供了废液中木素和半纤维素的分离方法和后续利用途径。本方法涉及的制浆在酸性条件下进行，不同于现行化机浆或半化学浆在碱性环境下生产的方法。该发明专利技术能够保证植物原料的所有成分得到分离利用，并且化学品得到回用，具有很好的资源利用效益和环境效益。

【技术实现步骤摘要】
化机浆和半化学浆的生产方法
本专利技术涉及一种在酸性条件下处理木材和农业秸秆等植物资源生产化学机械浆(化机浆)和半化学浆的生产方法，并使用这种纸浆抄造多种纸产品的技术，属于制浆造纸领域。
技术介绍
木材和农业秸秆等职务资源的成分主要是纤维素、半纤维素和木素，制浆的过程就是通过物理化学的方法得到可以炒作纸张的浆料，其中涉及的重要作用包括原料的软化、磨细、化学脱木素和半纤维素等。根据纸浆的生产工艺，可以分为机械浆、化学机械浆(化机浆)、半化学浆和化学浆，这些纸浆的性质不同，得率也不同。机械浆的得率较高，在85％以上，生产过程脱木素和脱半纤维素程度较低，半化学浆的得率在60％-85％之间，原料中25％-50％的木素和30％-40％的半纤维素在生产过程脱除，而化学浆的得率最低，在45％左右，几乎所有的木素和一般以上的半纤维素在生产过程脱除。总体而言，从得率来讲，化机浆和半化学浆均属于高得率浆。化机浆与化学浆相比，其生产过程包含化学品对木片的软化和后续的机械磨浆，将植物原料制成浆料。与化学浆相比，化机浆的木素基本没有脱除，因此的率高，生产成本低，这种纸浆具有很高的松厚度和成纸挺度，可以与化学浆配抄，生产文化用纸和包装用纸，如胶版纸、静电复印纸、纸袋纸、板纸、卡纸等。目前，化机浆的生产方法有很多，有化学热磨机械浆(CTMP)或漂白热磨化学机械浆(BCTMP)、碱性过氧化氢机械浆(APMP)、预处理盘磨化学处理-碱性过氧化氢机械浆(PRC-APMP)。这些方法在物理方面涉及对植物原料的汽蒸、挤压撕裂、浸渍、机械磨浆、磨浆精制、洗涤筛选等作用过程。在化学方面，这些方法全部在碱性条件下进行，需要氢氧化钠和过氧化氢等化学品，如专利技术专利201711183636.4、201711183630.7和201911368783.8。针对特定原料，如针叶木，有的还需要亚硫酸钠，如专利技术专利2011101978342，化学品所起的作用包括软化木片、溶解木素、漂白纸浆等。一方面能够降低能耗，另一方面还能提高纸浆的白度。除了碱可以软化木片降低磨浆能耗外，生物处理也可以达到类似的效果，如专利技术专利201910828056.9。但是生物酶处理的不足是时间长、成本高。半化学浆是介于化学机械浆和化学浆之间的一种纸浆，生产过程与化机浆类似，主要包括化学反应和机械磨浆两个步骤。与化机浆相比，脱木素程度要高一些，因此得率较化机浆低。与化学浆相比，半化学浆保留了较多的木素，又保留了不少的半纤维素。因此，半化学浆挺度高、耐折度稍差，容易打浆，透明度高，适用于生产透明纸、防油纸、食品包装纸及纸板等。目前，生产半化学浆的方法有很多，有中性亚硫酸盐法半化学浆(NSSC)制浆技术、亚硫酸氢盐半化学浆、碱性亚硫酸盐半化学浆、亚铵法半化学浆等。其中，中性亚硫酸盐半化学浆用到的化学药品是Na2SO3和Na2CO3，pH＝6-9，碱性亚硫酸盐半化学浆用的化学品是Na2CO3和NaOH，pH>9，碱法半化学浆使用NaOH或NaOH和Na2S，亚胺法半化学浆采用亚硫酸铵化学品。以上分析可见，目前化机浆和半化学浆的生产全部是在碱性氧化条件下进行的，使用的化学品包括氢氧化钠、亚硫酸钠、碳酸钠、硫酸钠，均是无机化学品。尤其在漂白化机浆的生产过程中，氢氧化钠和过氧化氢的用量较高，氢氧化钠用量一般在5％-15％之间，过氧化氢用量在3-10％之间，化学品消耗巨大。另一方面，化机浆和半化学浆产生的废水不仅含有木素和半纤维素等有机污染负荷，还含有大量的碱以及硫元素，污染环境。废水需要经过严格的多级处理才能达到排放标准，如果将废水浓缩进入碱回收系统燃烧处理，则需要较高的热能消耗，同时燃烧还会产生大量二氧化碳和二氧化硫，污染环境。因次，废水无论进入污水处理系统，还是进入碱回收系统，废水中的木素和半纤维素均得不到回收和利用，因次，这些化机浆的生产方法的资源利用率有待提高。从植物资源全组分利用的角度来讲，常规化机浆和半化学浆废液中的半纤维素和木素难以提取和利用，这是因为废液中含有大量的碱和硫，半纤维素糖的提取难度大，木素中含有钠和硫等元素，纯度差，价值低。制浆废液一般进入废水系统处理后排放。
技术实现思路
本专利技术是针对上述现有技术的不足，提供一种节能环保的化机浆和半化学浆的生产方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：化机浆和半化学浆的生产方法，其特点是常压条件下利用甲酸或者甲酸和甲酸盐的混合液润涨软化植物原料，被软化的原料经过水力疏解得到游离纤维，游离纤维机械磨浆制备本色化机浆或半化学浆。本专利技术在甲酸的酸性条件下处理木材或农业秸秆植物原料，能够催化木素的降解，可以在较为缓和的条件下脱除部分木素，间接保护纤维的质量，不需要消耗氢氧化钠和过氧化氢等化学品，所用的甲酸水溶液可通过蒸发冷凝回用，不产生废水。而甲酸盐的加入还能和甲酸构成缓冲体系，提升体系的pH值，弱化纤维素和半纤维素的酸解反应，更进一步地保护纤维素，保证纸张强度。作为优选，所述植物原料包括针叶木、阔叶木或农业秸秆。在润涨软件过程中，固液比的确定标准是保证液体能够完全浸泡物料，这与物料的堆积密度和压缩比有关。甲酸浓度、甲酸盐用量、浸渍温度和时间的确定标准是保证物料的软化，目的是降低后续磨浆的能耗和后续纸浆质量。改变甲酸浓度、甲酸盐用量、温度、时间就是调整反应条件，目的是控制原料软化程度、木素和半纤维素的脱除率。需要说明的是，甲酸浓度、甲酸盐用量、温度和时间是相互关联的，没有固定的范围，只要最终纸浆得率在85％以上均称为化机浆，在60％-85％均称为半化学浆，对应的甲酸浓度、甲酸盐用量、温度和时间均在该专利技术范围之内。在本专利技术中，植物原料与甲酸的质量比(固液比)优选为1:4-1:10，最佳为1:5-1:8；甲酸的质量百分比浓度优选为50-80wt％，最佳为60-70wt％；如果添加甲酸盐，甲酸盐的用量优选为植物原料质量的0.1-2wt％，最佳为0.1-1wt％；润涨软化处理温度优选为80-100℃，最佳为90-95℃，时间优选为20-180min，最佳为40-120min。所述甲酸盐可以是任意一种甲酸盐，如甲酸钠、甲酸钾、甲酸胺等，优选为甲酸钾和/或甲酸胺。进一步的，被润涨软化的植物原料水力疏解得到游离纤维时，可通过控制水力涡旋的力度、物料浓度、时间，达到把浆料疏解为单根纤维或纤维束的目的。水力疏解时纸浆的质量百分比浓度优选为10-25wt％(纸浆质量占纸浆和液体总质量的百分比)；温度为60-90℃，优选为75-85℃；时间为5-20min，优选为10-15min。所述润涨软化和疏解可多次进行，提高浸渍和疏解的效果，减少后面磨浆能耗，重要的是减少磨浆过程中纤维的切断。作为优选，疏解后的物料可在输送过程中进行脱水，此处的水指的是甲酸水溶液。优选在一定压缩比下将物料的含水量降低至50％(质量分数)以下。挤压脱水的目的是提取一部分浸渍液，获取浸渍液中的木素和半纤维素，同时利于后续的洗涤。进一步的，疏解后的物料，或者疏解并脱水后的物料需进行机械磨浆。磨浆条件可根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.化机浆和半化学浆的生产方法，其特征在于：常压条件下利用甲酸或者甲酸和甲酸盐的混合液润涨软化植物原料，被软化的原料经过水力疏解得到游离纤维，游离纤维机械磨浆制备本色化机浆或半化学浆。/n

【技术特征摘要】
1.化机浆和半化学浆的生产方法，其特征在于：常压条件下利用甲酸或者甲酸和甲酸盐的混合液润涨软化植物原料，被软化的原料经过水力疏解得到游离纤维，游离纤维机械磨浆制备本色化机浆或半化学浆。


2.根据权利要求1所述的化机浆和半化学浆的生产方法，其特征在于：植物原料与甲酸的质量比为1:4-1:10，甲酸的质量百分比浓度为50-80wt％，甲酸盐的用量为植物原料质量的0.1-2wt％，润涨软化处理温度为80-100℃，时间为20-180min。


3.根据权利要求2所述的化机浆和半化学浆的生产方法，其特征在于：所述甲酸盐为甲酸钾和/或甲酸胺。


4.根据权利要求1、2或3所述的化机浆和半化学浆的生产方法，其特征在于：水力疏解时纸浆的质量百分比浓度为10-25wt％，温度为60-90℃，时间为5-20min。


5.根据权利要求4所述的化机浆和半化学浆的生产方法，其特征在于：机械磨浆采用压力盘磨方式，串联磨浆段数为1-3，磨盘间隙从首段的1.2-1.8mm逐次降低至最后一段的0.4-0.6mm。


6.根据权利要求4所述的化机浆和半化学浆的生产方法，其特征在于：磨浆后所获本色化机浆或半化学浆经挤压脱水至30-60％的干度，收集液体得磨浆废液，然后用4-10倍纸浆质量、与润涨软化植物时同等浓度的甲酸水溶液洗涤纸浆，洗后的纸浆进行再次挤压脱水至30-...

【专利技术属性】
技术研发人员：田国钰，邵志勇，王兆江，秦梦华，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37