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制浆造纸生物质精炼技术研究进展

                        制浆造纸生物质精炼技术研究进展
                         麻长发 (黑龙江 伊春 153000)
    摘要:制浆造纸会产生大量的高浓度废水,对生态环境造成了严重的破坏,随着互联网科技的发展,人们对纸制品的需求越来越少,造纸厂要想在资源紧张、纸制品需求量减少的两大危机下顺利发展,必须对高耗能、高污染的造纸技术进行改良。生物质精炼技术在制浆造纸中的应用,就很好的将造纸技术转型成为低耗能、低污染的绿色技术。文章重点分析了制浆造纸生物质精炼技术的研究进展,以供造纸人员参考,促进造纸厂的产业转型和技术进步。
    关键词:制浆造纸;生物质;精炼
    随着生产工业的不断发展,我国的不可再生资源逐渐面临枯竭,人类对大自然的无节制索取,导致生态环境遭到严重破坏,一系列环境问题由此产生,不利于可持续发展战略。制浆造纸作为一种非常普遍的生产技术,其具有高耗能、高污染的劣性,再加上电子信息技术的高速发展,人们对纸制品的需求越来越少,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。
    生物质精炼是通过运用蒸煮、燃烧、分离等手段对生物质原材料进行深层次的加工技术,从而改变生物质原材料的固有形态,慢慢向气态、液态转变。制浆造纸技术的第一道工序就是对造纸原料进行蒸煮,在蒸煮的过程中,会产生大量的废水,也就黑液,黑液的成分会对生态环境造成破坏,生物质精炼技术就是为了对黑液进行转化而存在的。
    当前,木材蒸煮前的提取技术以预水解提取为主,采用低浓度碱液或者酸液提取工艺;蒸煮后黑液转化技术包括黑液分离技术、黑液气化联合发电技术和黑液气化联合化学合成技术。
    1·制浆造纸生物质精炼的基础技术
    1.1 木片抽提液的发酵技术
    虽然通过色谱层析法可以在木材等原材料中提取各种糖类和乙醇,但是这种提取的技术难度比较高,生产成本比较高,不能被广泛的使用,而且所提取出来的物质,研究意义比较低。所以说,目前木片抽提液的手段大部分都用在对乙醇的发酵上,市场对乙醇的需求还是比较大的,利用木片抽取液的发酵技术,不仅可以批量的提取低浓度的乙醇,而且经过后期的简单加工,还能生产无水乙醇。
    在进行木片抽提液的发酵技术时,需要用到某些乙醇酶微生物,但是这些微生物并不能直接作用于乙醇,而是会先对六碳糖产生反应,而乙醇发酵的先决条件是五碳糖的抽取。根据实验发现,有一种发酵单细胞可以对各种糖类都产生发酵作用,这就解决了普通淀粉酶无法作用于五碳糖的缺陷。新发现的发酵菌可以对葡萄糖和木糖同时发酵,提高了发酵的效率和质量。
    1.2 黑液分离技术
    上面我们曾经说过,黑液是在纸浆造纸的蒸煮过程中产生的高浓度废水,其本身具有很大的污染性,因此对黑液进行分离就显得尤为重要。黑液分离技术简单点说就是对黑液进行深加工,对黑液的成分进行稀释、分离的技术,从而减少黑液的危害性。目前最常用的黑液分离技术是酸沉淀提取法,这种方法的技术原理主要是消除黑液排除的有毒气体,对黑液的本体结构成分没有太大的改变。因此,这种方法还存在着相当大的局限性,分离之后的黑液COD 的数值并没有得到相应的降低,没有从源头上解决污水排放的问题。研究人员在这一方面还在继续的进行探索,不断对新的分离技术进行试验,目前已得到了初步的进展。
    2· 制浆造纸生物质精练技术应用与评价
    2.1 预水解碱溶解精炼工艺
    将木片蒸煮前的预水解、抽提液分离及发酵、木片蒸煮和黑液分离等4 个工序结合,形成预水解碱溶解精炼工艺,其技术较为成熟,是目前正在推广应用的技术。由于该法存在以下不足:⑴不能回收氢氧化钠及硫化钠;⑵主要产品之一的碱木素目前市场需求量有限,价格较低,库存积压量大;⑶后续废水处理负荷较大。所以,该法的生产效益较低。
    2.2 黑液气化联合发电精炼工艺
    将木片蒸煮前的预水解、抽提分离及发酵、木片蒸煮、黑液气化和燃烧发电等5 个工序结合,形成黑液气化联合循环发电工艺。该工艺核心是黑液气化联合循环发电技术BIGCC。
    BIGCC 发电系统是黑液气化技术和联合循环技术相结合的高效动力系统,其工艺流程为:浓度为60%--75%的黑液进入气化炉,在氧气的作用下发生气化;燃气经过净化,除去其中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物,变成清洁的气体燃料,随后被送入燃气轮机的燃烧室燃烧;燃烧产生的热量给气体加热,使之具有较高的膨胀势能;在热气体通过透平室的过程中,膨胀势能转化为动能,推动叶轮转动,从而带动发电机运转而产生电能;从燃气轮机排除的热气被导入余热锅炉,用来生产过热蒸汽,过热蒸汽再驱动蒸汽轮机,增加一部分电能生产。
    黑液气化联合发电精练技术难度大,技术含量高,其主要产品是纸浆、氢氧化钠、硫化钠、燃料乙醇和电能,其中燃料乙醇和电能是当前社会急需的能源产品,氢氧化钠和硫化钠是木材蒸煮必须的化学品,所以具有较高的经济效益。同时,该法可以大量的减少有毒有害气体排放,对社会的可持续发展具有一定的贡献。但是该方法还处于一个工业应用的研究阶段,其设备耐用性和生产连续性还有待于实践的验证。在相关的煤气化生产实践中,最长延续运行时间是13 天,平均每3.4 天因故停机一次,黑液气化和煤气化的工艺条件相当,黑液气化也有可能经常发生间断性的停机,这种间断性停机将严重影响发电机组的正常运行,减少电能的产量,也对整个工厂的正常运转带来了很大的困扰。所以到目前为止,黑液气化联合发电技术还没有广泛的应用。
    3· 结束语
    综上所述,造纸企业要想在激烈的市场竞争中,在资源紧缺的背景下,在环境污染的情况下持续的发展,必须改变制浆造纸技术的高耗能、高污染的特性。生物质精炼技术的应用是最好的选择。生物质精炼技术改变了造纸企业传统的单一型生产模式,目前人们已经把制浆造纸技术与生物质精练技术进行完美的结合,使之形成为一种新型的技术,这种技术一经研发,就受到了广泛的推广。本文就制浆造纸生物质精炼的基础技术、制浆造纸生物质精练技术的应用与评价方面进行了分析,阐述了制浆造纸生物质精练技术对于造纸产业的重要意义,及其广阔的发展前景。
参考文献
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