CN102877344A - 可以使生物制浆工业化连续生产的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物制浆领域是，生物制浆工业化连续生产的方法，本发明的目的是为了解决生物制浆法转化为工业化生产的过程中遇到了难以突破的瓶颈——白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)分解木质素的时间太长，在工业化生产过程中无法连续生产，效率太低，性价比倒挂，工厂无法采用。使生物制浆替代化学制浆目前仍走不出实验室的难题。本发明申请的生物制浆工业化连续生产的方法可很好地突破这一至今尚未突破的瓶颈，解决了生物制浆替代化学制浆走不出实验室的难题，该法可有效去除70％～80％的木质素、水解40％～60％的半纤维素，保留95％的纤维素。是清洁的生物制浆法走向工业化替代严重污染环境的传统制浆法、化学制浆法的有效方法。

Description

可以使生物制浆工业化连续生产的方法

技术领域本发明属于生物制浆领域，是生物制浆工业化连续生产的方法。

背景技术以生物制浆方法替代传统的制浆方法或化学制浆方法，解决生产过程中废水、废气、废渣严重污染环境的问题，是长期以来世界各国都在积极研究探索的课题。国内外研究以白腐菌为主制取木浆纤维的实验室研究已取得成功的经验。如：2005-7-28中国自动化网“白腐菌在制浆造纸工艺中的应用”一文中谈到：国内外研究以白腐菌为主制取木浆纤维的实验室研究已取得成功的经验，制浆造纸工业的废液由于含有毒.致突变、难降解的有机氯化物而日益受到高度的重视。白腐菌具有能降解木质素和变性木质素的活酶系统，能将漂白废水中的有机氯化物转变成无机氯和二氧化碳，并破坏发色基团组织和结构，降低漂白废水中的总有机氯化物、BOD、COD和色度。白腐菌除了可以降解废水中的木质素，还可以降解废水中异生物质，减轻造纸废水对环境的污染，具有很高的应用价值。2010-09-15中纸在线“白腐菌——制浆造纸行业未来之星”一文中也谈到：由于白腐菌特有的降解木质素的功能，在原料预处理、生物漂白、废水处理和生物制浆等各个环节的应用都得到了重视，并且实验室阶段研究已取得了显著成效。但是，白腐菌在大规模生产中应用还存在很多问题：处理效率低、周期长、连续化培养生产各种白腐菌的生物反应器尚待进一步研究和完善。2011-11-9中国纸业网也在“生物技术在制浆造纸中应用与研究进展”一文对此问题进行了论述……但是如何缩短处理周期，提高处理效率仍然是一个亟需解决的问题。因此，研究如何处理效率高的生物反应器必将引起污染严重的传统制浆工艺的较大改革。20世纪90年代末，日本神户制钢所应用白腐菌在常温常压下分解木材成功制出优质纸浆。选定适宜温度，可以分解出80％的木质素，比一般化学制浆法成本降低了50％。这种白腐菌对木质素的脱除分解率极高，而对纸浆纤维中的纤维素分解极少，这样可使纸浆得率高达60％，超过化学法得浆率的50％。据此计算，木材的消耗量可节约1/9。此种制浆方法将是对传统制浆方法的巨大挑战。利用白腐菌可以降解木质素、半纤维素和纤维素的特性，白腐菌在制浆造纸各个环节的应用都得到了很广泛的研究，但是利用白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)直接制浆却鲜见报道。应用白腐菌或其他可以分解木质素的任何菌类直接处理原料制浆应该是一个新的研究方向。2011年以前一些学者和研究者的结论：“白腐菌分解木质素能力较强，能有效地选择性的分解植物纤维中的木质素。生物法处理条件温和、能耗低、无污染，但周期太长，”“处理效率低，周期长，连续化培养生产各种白腐菌的生物反应器尚待进一步研究和完善”…随着这些研究的深入，必将引起污染严重的传统制浆工艺的较大改革。

本发明的目的是为了解决生物制浆法转化为工业化生产的过程中遇到了难以突破的瓶颈——白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)分解木质素的时间太长，在工业化生产过程中无法连续生产，效率太低，性价比倒挂，工厂无法采用，使生物制浆替代化学制浆目前仍走不出实验室的难题。本专利申请的生物制浆工业化连续生产的方法可很好地突破这一至今尚未突破的瓶颈，解决了生物制浆替代化学制浆走不出实验室的难题，该法可有效去除70％～80％的木质素、水解40％～60％的半纤维素，保留95％的纤维素。是清洁的生物制浆法走向工业化，替代严重污染环境的传统制浆、化学制浆法的有效方法。

发明内容以生物制浆工业化生产方法替代传统制浆、化学制浆的方法，解决：在工业化生产过程中无法连续生产，效率太低，性价比倒挂，工厂无法采用。使生物制浆替代化学制浆目前仍走不出实验室的难题。本专利申请的生物制浆工业化连续生产的方法可很好地解决这一难以突破的瓶颈，现说明如下：

1.在工厂的制浆车间建一生物分解装置。该装置底部为长方形，上部为半圆形、随园形、三角形、方形、梯形、多边形……均可。在该装置为长方形底部安装传送带。以调节分解装置中载料传送带的运料快慢速度决定被分解的物料在分解装置中的停留时间。以物料进入分解装置到出料口白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)可以正好分解完木质素为准。生物分解装置的大小以工厂设计的生产规模大小而定。

权利要求1的生物分解装置，其特征为：在一个直径1～5米的半椭圆形或半圆形(也可以是方形、三角形或其它任何形状)，下部为平底长方形，长5～30米的卧筒状的碳钢或不锈钢装置中(也可选用耐温耐磨的厚塑料板材、砖混、水泥等材料制成，只要内部光滑即可)，装配超声波、微波或气、电热设备，保证装置内部的环境温度保持在10～55℃左右，另外在本装置的进料口1～1.5米处装配热水喷淋头，此喷淋头能根据进料速度的快慢，自动调节喷淋热水量的大小。在进料口2米左右处，安装物料温度、湿度的检测装置，与自动控制仪器连接，以自行调节分解装置中的湿度、温度。当秸秆物料由输送带送入该生物分解装置后，在1～2米处完成给物料加水加温的过程，使其在自动控制设备的监控、调节下，物料的水份含量达到10～85％左右，物料温度达到10～55℃左右，为上述菌类创造一个优越的分解木质素的环境。用传送带速度的快慢控制物料通过该装置分解罐中的通过及停留的时间，保证上述菌类充分分解木质素，使木材、秸秆物料经过该生物分解装置后，在下道工序中能完整分离纤维素，顺利的进入筛浆工艺。(见图1.生物分解装置示意图及图1说明)

2.生物分解装置即可以图2所示建多个独立的生物分解室或场地(每个的容积大小以工厂设计的日生产规模大小而定)。如采用露天场地堆放式，气温低时可在其物料上覆盖保温物如塑料膜、篷布…以增加料温，利于白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)分解木质素。独立的生物分解室或场地数量以3—7个以上为宜。太少被分解的物料在分解室或场地中的停留时间太短，白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)分解木质素不完全影响提取纤维素的质量、数量。太多则占地面积太大。每天将生产所需物料装入一个分解室或场地待三天后出料送入下一工序使用，第二天将生产所需物料装入第二个分解室或场地待三天后出料送入下一工序使用……每天均有新物料装入前边已出过料空出的分解室或场地，亦有被白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)正好分解完木质素的物料出料，送入下一生产工序使用，……如此循环不已。这样，就完美完成了生物制浆工业化连续生产的工艺。既满足了白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)分解木质素所需的时间，又解决了工业化生产过程中怎样连续生产，效率低的问题，工厂在同一时间的产量提高了，效益上去了，就乐于采用生物制浆替代化学制浆，同时提高了产品的质量和数量，又解决生产过程中废水、废气、废渣严重污染环境的大问题。

3.把1.2.所述的工艺设施放入工厂的原料储存库或场地，合理布局即可大面积节约工厂用地。亦可在工厂的原料储存库或场地内隔断或划分若干个单元的生物分解区。

4.把2.所述的生物分解装置工艺设施分解为单个独立的生物分解室或场地放在工厂内外的任何合适地点，根据具体地形地貌的不同特点，变化组合为任意的形式。只要符合生产工艺要求，便利生产即可

5.可根据厂区地形地貌具体情况具体设计设置任意形状的单个独立的生物分解室或场地任意组建成生物分解物料的车间或场所，只要符合生产工艺要求，便利生产即可。

上述1.2.3.4.5.所述的建造、制作该生物分解装置的材料包括塑料、玻璃、玻璃钢制品、木材、钢材、水泥、砖混、钢筋结构网架、模板……及一切可以成型的建筑材料。

附图说明：如图2.所示，与图1.所示的不同之处在于：图1所示生物分解装置，底部装有传送带输送物料的装置，而如图2.所示则无此传送带输送物料的装置。

从图1.可看出，生物分解装置是一个直径1～3米的椭圆形或半圆形(也可以是方形、三角形或其它任何形状)，下部为长方平底形，长5～30米的卧筒状碳钢或不锈钢装置8(也可选用耐温耐磨的厚塑料板材、砖混、水泥等材料制成，只要内部光滑即可)。在本装置进料口端2的1米左右处装配喷淋头5，此喷淋头能根据进料速度的快慢，自动调节喷淋热水及蒸汽量的大小。在进料口2米左右处，安装物料温度、湿度的检测仪7，物料温度、湿度的检测仪7通过联接电缆6与自控喷水、加热装置3、4连接，以自动调节分解装置中的湿度、温度。当物料由输送带1送入该生物分解装置后，在1～2米处完成给物料加水加温的过程，使其在自动控制设备的监控、调节下，物料的水份含量达到25～85％左右，物料温度达到15～55℃左右，为白腐菌或其他可用菌创造一个优越的分解木质素的环境。根据观察窗9观测的物料分解情况，由控制面板12控制驱动轮11速度的快慢，以控制物料通过该分解装置中的通过及停留的时间，保证白腐菌或其他可用菌充分分解木质素，使物料经该生物分解装置后，从该生物分解装置的出料口10出料，进入下道工序中能完整分离纤维素，顺利完成筛浆工艺。

从图2.可看出该生物分解装置是有单个独立的生物分解室或场地组合排列为该形状的车间，除方便集中生产和管理外，还可以节约大量建筑及设施费用。也可以因地制宜总体组合为园形、方形、长方形……任何形状。

图2.中数字所标的1～14个隔开独立的生物分解室或场地；15为微波加温装置以据情调节各个独立的生物分解室或场地的温度；字母A～N为分布在各个独立的生物分解室或场地的喷淋水装置，以据情调节各个独立的生物分解室或场地的湿度；各个独立的生物分解室或场地均设置温度、湿度计和观察窗，以随时观察、了解、调节各个独立的生物分解室或场地的物料生物分解状况。

具体实施方式：

1.在工厂的制浆车间按图1所示建一生物分解装置。以调节分解装置中载料传送带的运料快慢速度决定被分解的物料在分解装置中的停留时间。以物料进入分解装置到出料口白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)正好分解完木质素为准。生物分解装置的大小以工厂设计的生产规模大小而定。本发明的生物分解装置是这样设置的：见图1。

在一个直径1～3米的椭圆形或半圆形(也可是方形、三角形或其它任何形状)，下部为平底形(以方便水平传送带装置的安装运行及输送物料)长5～30米的卧筒状，碳钢或不锈钢装置中(也可选用耐温耐磨的厚塑料板材、砖混、水泥等等材料制成，只要内部光滑即可)，装配气、电热设备或者超声波、微波处理设备，以保证装置体内的环境温度保持在15～55℃左右，另外在本装置的进料口1米左右处装配热水喷淋头，此喷淋头能根据进料速度的快慢，自动调节喷淋热水量的大小。在进料口1～3米左右处，安装物料温度、湿度的检测装置，与自动控制仪器连接，以自行调节分解装置中的湿度、温度。当秸秆物料由输送带送入该生物分解装置后，在1～2米左右处完成给物料加水加温的过程，使其在自动控制设备的监控、调节下，物料的水份含量达到25～85％左右，物料温度达到15～55℃左右，为白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)创造一个优越的分解木质素的环境。用传送带速度的快慢控制物料通过该装置分解罐中的通过及停留的时间，保证白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)充分分解木质素，使秸秆物料经该生物分解装置后，在下道工序中能完整分离纤维素，顺利进入筛浆工艺。

2.生物分解装置即可以如图2所示建多个独立的生物分解室或场地(装配气、电热设备或者超声波、微波处理设备，以保证装置体内的环境温度保持在10～55℃左右……内部设施要求如1.例)。如采用露天场地堆放式，气温低时可在其物料上覆盖保温物如塑料膜、篷布…以增加料温利于白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)分解木质素。以日处理30吨物料为例：独立的生物分解室或场地数量以3～15个。每天将生产所需物料装入一个分解室或场地待3～15天后出料送入下一工序使用，第二天将生产所需物料装入第二个分解室或场地待3～15天后出料送入下一工序使用……这样，每天均有新物料装入前边已出过料空出的分解室或场地，亦有被白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)正好分解完木质素的物料出料送入下一生产工序使用，……如此循环不已。这样，就完美完成了生物制浆工业化连续生产的新工艺。既满足了白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)分解木质素所需的时间，又解决了工业化生产过程中怎样连续生产，效率低的问题，工厂在同一时间的产量提高了，效益上去了，就乐于采用生物制浆替代传统制浆、化学制浆，同时提高了产品的质量和数量，又解决生产过程中废水、废气、废渣严重污染环境的大问题。

3.把1.2.所述的生物分解装置工艺设施放入工厂的原料储存库或场地，合理布局即可大面积节约工厂用地。亦可在工厂的原料储存库或场地内隔断或划分若干个单元的生物分解区。

4.把2.所述的生物分解装置工艺设施分解为单个独立的生物分解室或场地放在工厂内外的任何合适地点，根据具体地形地貌的不同特点，变化组合为方形、三角形或其它任意形状、形式。只要符合生产工艺要求，便利生产即可。

5.可根据厂区地形地貌具体情况具体设计设置任意形状的单个独立的生物分解室或场地任意组建成生物分解物料的车间或场所，只要符合生产工艺要求，便利生产即可。

Claims (5)

1.本发明是一类生物制浆工业化连续生产的方法，其特征在于在工厂的制浆车间或任一合适场所建一生物分解装置；该装置底部为长方平底形，上部为半圆形、随园形、三角形、方形、梯形、多边形……均可；在该装置为长方形底部安装传送带，以调节分解装置中载料传送带的运料快慢速度决定被分解的物料在分解装置中的停留时间；以物料进入分解装置到出料口白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)可以正好分解完木质素为准；生物分解装置的大小以工厂设计的生产规模大小而定。

根据权利要求1的生物分解装置，其特征为：在一个直径1～5米的半椭圆形或半圆形(也可是方形、三角形或其它任何形状)，下部为长方长方平底形，长5～30米的卧筒状的碳钢或不锈钢装置中(也可选用耐温耐磨的厚塑料板材、砖混、水泥等材料制成，只要内部光滑即可)，装配超声波、微波或气、电加热设备，保证装置内部的环境温度保持在15～55℃左右，另外在本装置的进料口1～1.5米处装配热水喷淋头，此喷淋头能根据进料速度的快慢，自动调节喷淋热水量的大小。在进料口2米左右处，安装物料温度、湿度的检测装置，与自动控制仪器连接，以自行调节分解装置中的湿度、温度。当秸秆物料由输送带送入该生物分解装置后，在1～2米处完成给物料加水加温的过程，使其在自动控制设备的监控、调节下，物料的水份含量达到10～85％左右，物料温度达到15～55℃左右，为上述菌类创造一个优越的分解木质素的环境。用传送带速度的快慢控制物料通过该装置分解罐中的通过及停留的时间，保证上述菌类充分分解木质素，使秸秆物料经该生物分解装置后，在下道工序中能完整分离纤维素，顺利进入筛浆工艺。(参阅图1.示意图及图1说明)

2.生物分解装置即可建成多个独立的生物分解室或场地，底部不安装输送物料的传送装置(每个的容积大小以工厂设计的日生产规模大小而定)如采用露天场地堆放式，气温低时可在其物料上覆盖保温物如塑料膜、篷布……以增加料温利于白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)分解木质素；独立的生物分解室或场地数量以3～7个以上为宜，太少被分解的物料在分解室或场地中的停留时间太短，白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)分解木质素不完全影响提取纤维素的质量、数量，太多则占地面积太大；每天将生产所需物料装入一个分解室或场地待三天后出料送入下一工序使用，第二天将生产所需物料装入第二个分解室或场地待三天后出料送入下一工序使用……这样，每天均有将新物料装入前头已出过料空出的分解室或场地，亦有被白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)正好分解完木质素的物料出料送入下一生产工序使用……如此循环不已；这样就完美完成了生物制浆工业化连续生产的工艺。既满足了白腐菌或其他可以分解木质素的任何菌类分解木质素所需的时间，又解决了工业化生产过程中怎样连续生产，效率低的问题，工厂在同一时间的产量提高了，效益上去了，就乐于采用以生物制浆工业化的生产方法替代传统制浆、化学制浆的方法，同时提高了产品的质量和数量，又解决生产过程中废水废气废渣严重污染环境的大问题。(参阅图2.)

3.把1.2.所述的工艺设施放入工厂的原料储存库或场地，合理布局即可大面积节约工厂用地。亦可在工厂的原料储存库或场地内隔断或划分若干个单元的生物分解区。

4.把2.所述的生物分解装置工艺设施拆分为单个独立的生物分解室或场地放在工厂内外的任何合适地点，根据具体地形地貌的不同特点，变化组合为任意的形式形状。只要符合生产工艺要求，便利生产即可。

5.可根据厂区地形地貌具体情况具体设计设置任意形状的单个独立的生物分解室或场地任意组建成生物分解物料的车间或场所，只要符合生产工艺要求，便利生产即可。

上述1.2.3.4.5.所述的建造、制作该生物分解装置的材料包括塑料、玻璃、玻璃钢制品、木材、钢材、水泥、砖混、钢筋结构网架、模板…及一切可以成型的建筑材料。

附图说明：图1与图2的不同之处在于：图1所示生物分解装置底部装有输送物料的传送装置，而图2所示则无此输送物料的传送装置。

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