制浆造纸生物质精炼技术研究进展

麻长发

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，市场对乙醇的需求還是比较大的，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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