CN102733230A - 一种以造纸黑液为原料生产高纯度铵化木质素的工艺 - Google Patents

Abstract

一种以造纸黑液为原料生产高纯度铵化木质素的工艺，包括以下步骤：首先将造纸黑液用醋酸进行沉淀，离心分离所得沉淀粗木质素用水洗涤至中性，将粗木质素与一定量的氨水和双氧水在一定温度下条件下发生铵化反应一定时间，反应结束后将反应液离心，上清液喷雾干燥即得铵化木质素。所得铵化木质素具有纯度高，水溶性好，不含造纸黑液常含有的钠、钙、硅等金属元素，可以广泛用作生物质燃料或燃油添加剂。

Description

一种以造纸黑液为原料生产高纯度铵化木质素的工艺

技术领域

本发明涉及一种以造纸黑液为原料生产高纯度生物质燃料或燃油添加剂的生产工艺，特别涉及一种把碱木质素中存在的各种盐离子进行铵化去除的得到不含各种金属元素的铵化木质素的生产工艺。

技术背景

木质素是造纸行业产生黑色废液中的主要有机质，早期处理的形式主要包括填埋、焚烧等。填埋处理只是对剩余物做了无害化处理，需要占用大量的土地，因此，目前该法主要用于对环境和人体健康有严重影响的固体废物，如易溶难分解、易爆、放射性废物的处理。焚烧处理虽然解决了剩余物的大量占地问题，但没有考虑到再资源化利用问题，对于剩余物燃烧过程中产生的热量是一种能源的浪费。目前这2种方法仅属初级处理方式，并没从根本上解决剩余物处理问题。理论上，木质素是自然界中单位体积能量密度最高的天然高分子化合物，木质素燃烧热为26.6kJ/g，是价廉含能最高的天然含碳、氢、氧的高分子化合物，与同样含碳、氢、氧的乙醇燃烧热30kJ/g相当，但因木质素比重大，其体积燃烧热则是乙醇的约1.5倍，与柴油相近，且木质素的自燃点与柴油相近，使其适于与柴油混合后在柴油机汽缸内同步点燃做功。因此，具有作为生物质柴油添加剂的先天条件。

实际上，自1930年人类才开始对木质素进行研究，1980年美国人提出建议将木质素与柴油混合替代柴油，但都没有在技术上解决木质素作为柴油替代燃料时木质素在柴油中的稳定分散和输送问题。也即由于一直没有寻找到合适的分散剂或乳化剂，微细粒状木质素作为含氧易燃高能燃料过去一直不能用作为现代发动机的动力燃料。专利CN101735871A（内燃机准液体燃料及其输送和喷射方法）、CN101724475A（生物质基准液体燃料、利用方法及发动机结构）、CN101792684A（内燃机或燃气机准液体燃料）和CN101798534A（内燃机或燃气轮机准液体燃料）公开了一组利用木质素高分散性和流动性的特点，通过分散介质或乳化技术，使木质素微细颗粒与柴油均匀混合作为一种介于液体和固体之间的准液体燃料，部分地替代柴油。这种方法不但工艺复杂，制得的燃料中木质素颗粒得粒径大，极其不稳定，内燃机的给油系统必须进行相应改造才能使用，很难实现产业化。

专利CN102181311A（一种木质素柴油的生产工艺）公开了一种利用碱木素水溶性好的特点，将碱木质素水溶液、柴油乳化剂、助乳化剂和油品改良剂采用物理手段强力分散得到稳定的分散体系，自然沉降1～2天后过滤所得上清液即为一种液体燃料木质素柴油。虽然该工艺通过乳化法获得了一种含有碱木质素的液体乳化柴油，实现了以废弃的木质素为原料来替代部分柴油。但该木质素柴油因含有一定量的碱金属，可以在燃油锅炉上应用，但在柴油机长期使用存在积炭的风险。

而铵化木质素易溶于水，不含有金属元素，且氮元素含量低和不溶于柴油。本发明就是基于该思路提出以造纸等行业产生的黑色废液中的碱木质素为原料，首先进行酸沉淀获得木质素，然后在双氧水和氨水(氨气)作用下发生铵化反应生成铵化木质素，以到达除去碱木质素中金属离子和提高纯度的目的，为燃料油提供高品质的生物质添加剂。

发明内容

一种以造纸黑液为原料生产高纯度铵化木质素的工艺，包括以下步骤：首先将造纸黑液用醋酸进行沉淀，离心分离所得沉淀粗木质素用水洗涤至中性，将粗木质素与一定量的氨水和双氧水在一定温度下条件下发生铵化反应一定时间，反应结束后将反应液离心，上清液喷雾干燥即得铵化木质素。

本发明的优点：

1本发明工艺改善了碱木质素作为燃油添加剂含有金属元素容易在发动机积炭、堵塞喷油的缺陷。

2本发明获得的铵化木质素纯度高，作为燃油添加剂时动力性好。

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

具体实施方案

下面对本发明的实施例作进一步详细描述：首先将造纸黑液用醋酸进行沉淀，离心分离所得沉淀粗木质素用水洗涤至中性，将粗木质素与一定量的氨水和双氧水在一定温度下条件下发生铵化反应一定时间，反应结束后将反应液离心，上清液喷雾干燥即得铵化木质素。

所用的造纸黑液可以是任何相关生产工艺中所得以碱木质素为主要成分的废液，其中碱木质素的质量百分含量不得低于20%，优选范围为40%以上。

所述的醋酸沉淀造纸黑液的pH为2~5。

所述粗木质素与浓氨水质量比为1:0.01~1:0.5，优化范围为1:0.05~1:0.1。

所述的粗木质素与双氧水中质量比为1:0.01~1:0.5，优化范围为1:0.02~1:0.04。

所述的反应温度为60-90℃。

所述的反应时间为30-90分钟。

实例1：

首先将20kg碱木素含量为30%的造纸黑液用pH=2.0的醋酸进行沉淀，离心分离所得沉淀粗木质素用水洗涤至中性，将粗木质素：浓氨水：双氧水（质量比）为1:0.08:0.03的混合液在80℃条件下发生铵化反应50分钟，反应结束后将反应液离心，上清液喷雾干燥即得铵化木质素4.8kg。

实例2：

首先将20kg碱木素含量为40%的造纸黑液用pH=3.0的醋酸进行沉淀，离心分离所得沉淀粗木质素用水洗涤至中性，将粗木质素：浓氨水：双氧水（质量比）为1:0.06:0.02的混合液在90℃条件下发生铵化反应70分钟，反应结束后将反应液离心，上清液喷雾干燥即得铵化木质素6.7kg。

Claims (7)

1.一种以造纸黑液为原料生产高纯度铵化木质素的工艺，包括以下步骤：首先将造纸黑液用醋酸进行沉淀，离心分离所得沉淀粗木质素用水洗涤至中性，将粗木质素与一定量的氨水和双氧水在一定温度下条件下发生铵化反应一定时间，反应结束后将反应液离心，上清液喷雾干燥即得铵化木质素。

2.按照权利要求1所述的以造纸黑液为原料生产高纯度铵化木质素的工艺，其特征在于，所用的造纸黑液可以是任何相关生产工艺中所得以碱木质素为主要成分的废液，其中碱木质素的质量百分含量不得低于20%，优选范围为40%以上。

3.按照权利要求1所述的以造纸黑液为原料生产高纯度铵化木质素的工艺，醋酸沉淀造纸黑液的pH为2~5。

4.按照权利要求1所述的以造纸黑液为原料生产高纯度铵化木质素的工艺，其特征在于，粗木质素与浓氨水质量比为1:0.01~1:0.5，优化范围为1:0.05~1:0.1。

5.按照权利要求1所述的以造纸黑液为原料生产高纯度铵化木质素的工艺，其特征在于，粗木质素与双氧水中质量比为1:0.01~1:0.5，优化范围为1:0.02~1:0.04。

6.按照权利要求1所述的以造纸黑液为原料生产高纯度铵化木质素的工艺，其特征在于，反应温度为60-90℃。

7.按照权利要求1所述的以造纸黑液为原料生产高纯度铵化木质素的工艺，其特征在于，反应时间为30-90分钟。