CN102719283A

CN102719283A - 一种半纤维素重油的生产工艺

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Publication number: CN102719283A
Application number: CN2012102304290A
Authority: CN
Inventors: 祖元刚; 赵修华; 祖柏实; 路祺; 李汶罡; 葛云龙; 刘文俊; 孙晓莉; 赵春健; 杨逢建; 张莹; 张宝友; 张军; 孙志强; 孙文峰
Original assignee: Northeast Forestry University
Current assignee: Northeast Forestry University
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2012-10-10

Abstract

一种半纤维素重油的生产工艺，以造纸等行业提取纤维素后的黑液为原料，采用酸析法获得木质素和半纤维素混合物，加入氨水和双氧水将木质素转化为水溶性铵化木质素，沉淀即为半纤维素，沉淀溶于碱水获得高浓度的半纤维素溶液。然后以一定量丙酮作为降粘剂溶解重油，同半纤维素溶液在乳化剂作用下进行纳米乳化混合形成半纤维素重油。本工艺生产的半纤维素重油具有粘度低、流动性好、热值高、着火性好的优点，可以不经过预热直接用于重油锅炉的燃烧。

Description

一种半纤维素重油的生产工艺

技术领域

本发明涉及一种生物质燃油的生产工艺，特别涉及以造纸黑液中主要成分半纤维素素为原料与重油进行乳化混合形成生物质重油的生产工艺。

技术背景

重油是是石油提炼中的下脚料，其主体组分中含有15％-30％左右的胶质、沥青质，并含有多种金属、非金属、灰分、水分以及硫分等有害物质。同时，它也是一种高热值的燃料油，含碳量高达85％左右，热值在9000大卡以上，闪点达120℃以上，具有良好的储运安全性能，是冶金、建材、化工、轻工、食品、电力、航运等行业的重要热能源，尤其在能源较为短缺的沿海工业发达地区及高耗能企业已成为其主要燃料。作为燃料，重油的凝点高、粘度大、流动性差，使燃烧雾化效果受到严重影响，而且随石油产品加工深度的不断提高，重油燃烧性能大幅下降，造成燃烧不完全，燃料消耗浪费严重，并加大了污染物质的排放。为了改善重油在常温下的粘度和燃烧状况，国内外已发展了很多技术，例如日本特开平4-20593、4-20594、1-313594等，一般是在重油中加入水合乳化剂，加热乳化，形成由粒径1-100μm分散相的油包水或水包油乳液，在乳化后直接进入燃烧器以改善重油的燃烧状况，或改善乳化剂品种和增大用量，使重油乳液在常温下有较低的粘度和较长时间的稳定性。但所有一切措施都只是限于使重油成为乳化油，生产所得的乳化重油虽然具有较好的燃烧性和尾气排放性，粘度也较重油得到了一定的改善，但依然存在粘度大、含水后燃烧热值大大降低的缺点。

半纤维素广泛存在于植物中，针叶材含15％～20％，阔叶材和禾本科草类含15％～35％，在造纸行业产生的黑色黑液中的含量也极为丰富，但一直没有得到很好的应用。半纤维素作为一种生物高分子，具有较高的热能，并在碱水中具有很高的溶解度。本工艺就是基于该思路提出以造纸等行业提取纤维素后的黑液为原料，采用酸析法获得木质素和半纤维素混合物，加入氨水和双氧水将木质素转化为水溶性铵化木质素，沉淀即为半纤维素，溶于碱水获得高浓度的半纤维素溶液。然后以丙酮作为降粘剂溶解重油，同半纤维素溶液进行纳米乳化混合形成半纤维素重油，形成一种新的生物质液体燃料。该燃料较传统的乳化重油相比具有粘度低、流动性好、热值高、着火性好的特点。

发明内容

以造纸等行业提取纤维素后的黑液为原料，采用酸析法获得木质素和半纤维素混合物，加入氨水和双氧水将木质素转化为水溶性铵化木质素，沉淀即为半纤维素，沉淀溶于碱水获得高浓度的半纤维素溶液。然后以一定量丙酮作为降粘剂溶解重油，同半纤维素溶液在乳化剂作用下进行纳米乳化混合形成半纤维素重油。

本发明的优点：

1 本发明工艺通过采用丙酮作为降粘剂溶解重油后与半纤维素溶液进行常温乳化，无需高温乳化。

2 本发明所得的半纤维素重油具有粘度低、流动性好、热值高、着火性好的优点，可以不经过预热直接用于重油锅炉的燃烧。

3 本发明工艺操作流程简单，节能环保，重现性好，成本低廉，易于放大至产业化生产。

4 本发明所应用的半纤维素来源为为工业废渣、废液，量大价廉，是一种可再生资源。

具体实施方案

下面对本发明的实施例作进一步详细描述：以造纸等行业提取纤维素后的黑液为原料，采用酸析法获得木质素和半纤维素混合物，加入氨水和双氧水将木质素转化为水溶性铵化木质素，沉淀即为半纤维素，沉淀溶于碱水获得高浓度的半纤维素溶液。然后以一定量丙酮作为降粘剂溶解重油，同半纤维素溶液在乳化剂作用下进行纳米乳化混合形成半纤维素重油。

所述黑液可以是任何相关生产工艺中所得以碱木质素和半纤维素为主要成分的废液或副产物，优选碱法造纸工艺所得的黑液，其中半纤维素的质量百分含量不得低于10%，优选范围为20%以上。

所述酸析法用酸为醋酸，pH值为2。

所述的铵化反应条件为酸析所得木质素和半纤维素混合物与浓氨水质量比为1:0.05，木质素和半纤维素混合物与双氧水质量比为1:0.02，反应温度为80℃，反应时间为50分钟。

所述沉淀半纤维素溶于碱水为氢氧化钠或氢氧化钾，碱水pH值为10-14，获得的半纤维素溶液的质量百分浓度为20%-30%。

所述的降粘剂丙酮与重油混合的质量比为1:20~1:5。

所述乳化剂可以以任何两种或三种含有亲水基团或亲油基团的表面活性剂为乳化剂组方，其混合后的HLB值范围为9～13，优选范围为10~11，并以山梨糖醇酐油酸酯（Span-80）和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的组合作为乳化剂的优选组方，其质量百分比例为0.25%～2%，优选范围为0.5～1%。

所述的半纤维素溶液在半纤维素重油成品中的质量百分含量为10%-30%，优选范围为15%～20%。

实例1：

取造纸行业提取纤维素后的黑液50kg，采用pH=2的醋酸析法获得木质素和半纤维素16.8kg，加入0.84kg氨水和0.336kg双氧水在温度为80℃反应50分钟，将其中的木质素转化为水溶性铵化木质素，离心获得沉淀半纤维素7.14kg，沉淀溶于pH=12氢氧化钠水中配制成质量浓度为30%的半纤维素溶液；同时以5.55kg丙酮作为降粘剂溶解49.95kg重油；再将同半纤维素溶液与重油丙酮溶液HLB=10.5，用量为半纤维素重油成品1%的乳化剂（乳化剂有Span-80和CTAB组成）作用下进行纳米乳化混合，形成含有30%半纤维素溶液的半纤维素重油。

实例2：

取造纸行业提取纤维素后的黑液50kg，采用pH=2的醋酸析法获得木质素和半纤维素16.8kg，加入0.84kg氨水和0.336kg双氧水在温度为80℃反应50分钟，将其中的木质素转化为水溶性铵化木质素，离心获得沉淀半纤维素7.14kg，沉淀溶于pH=10氢氧化钠水中配制成质量浓度为30%的半纤维素溶液；同时以11.1kg丙酮作为降粘剂溶解44.4kg重油；再将同半纤维素溶液与重油丙酮溶液HLB=11，用量为半纤维素重油成品0.8%的乳化剂（乳化剂有Span-80和CTAB组成）作用下进行纳米乳化混合，形成含有30%半纤维素溶液的半纤维素重油。

Claims

1.一种半纤维素重油的生产工艺，包括以下步骤：以造纸等行业提取纤维素后的黑液为原料，采用酸析法获得木质素和半纤维素混合物，加入氨水和双氧水将木质素转化为水溶性铵化木质素，沉淀即为半纤维素，沉淀溶于碱水获得高浓度的半纤维素溶液。然后以一定量丙酮作为降粘剂溶解重油，同半纤维素溶液在乳化剂作用下进行纳米乳化混合形成半纤维素重油。

2.按照权利要求1所述的一种半纤维素重油的生产工艺，其特征在于，所用的黑液可以是任何相关生产工艺中所得以碱木质素和半纤维素为主要成分的废液或副产物，优选碱法造纸工艺所得的黑液，其中半纤维素的质量百分含量不得低于10%，优选范围为20%以上。

3.按照权利要求1所述的一种半纤维素重油的生产工艺，其特征在于，酸析法所用酸为醋酸，pH值为2。

4.按照权利要求1所述的一种半纤维素重油的生产工艺，其特征在于，铵化反应条件为酸析所得木质素和半纤维素混合物与浓氨水质量比为1:0.05，木质素和半纤维素混合物与双氧水质量比为1:0.02，反应温度为80℃，反应时间为50分钟。

5.按照权利要求1所述的一种半纤维素重油的生产工艺，其特征在于，沉淀半纤维素溶于碱水为氢氧化钠或氢氧化钾，碱水pH值为10-14，获得的半纤维素溶液的质量百分浓度为20%-30%。

6.按照权利要求1所述的一种半纤维素重油的生产工艺，其特征在于，降粘剂丙酮与重油混合的质量比为1:20~1:5。

7.按照权利要求1所述的一种半纤维素重油的生产工艺，其特征在于，乳化剂可以以任何两种或三种含有亲水基团或亲油基团的表面活性剂为乳化剂组方，其混合后的HLB值范围为9～13，优选范围为10~11，并以山梨糖醇酐油酸酯（Span-80）和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的组合作为乳化剂的优选组方，其质量百分比例为0.25%～2%，优选范围为0.5～1%。

8.按照权利要求1所述的一种半纤维素重油的生产工艺，其特征在于，半纤维素溶液在半纤维素重油成品中的质量百分含量为10%-30%，优选范围为15%～20%。