CN104532641A - 植物纤维的节能、环保、资源化制浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是植物纤维的节能、环保、资源化制浆方法，包括以下步骤：⑴原料经机械切断；⑵水洗除尘；⑶预处理；⑷汽爆处理；⑸水解处理，提取木糖；⑹磺化处理，提取木质素磺酸钠；⑺水洗得粗浆；⑻磨浆处理，除砂、压力筛筛选、水洗、挤干得含水量为60～65％的本色浆。所述本色浆加入双氧水予以漂白得漂白溶解浆。本方法对植物纤维原料软化效果好、可提取木糖和木质素磺酸钠、采用膜分离技术使废水零排放，具有较少使用化学药品、避免传统制浆工艺中黑液产生和收率高、制浆成本较低的突出优点。
Description
技术领域
本发明属于应用植物纤维原料的制浆方法，特别是涉及一种植物纤维节能、环保、资源化制浆方法。
背景技术
传统制浆工艺造成极严重环境污染的主要原因是造纸原料利用率较低，特别是我国制浆原料以秸秆类为主，其中占原料重量近一半的非纤维素原料及加入的化工原料均作为废弃物排放。
汽爆制浆作为一种有发展前途的新技术受到世界各国的高度重视，国内外对汽爆制浆的研究大多局限在汽爆制浆设备和工艺条件的研究上，缺少完整的工艺条件，废水也没能很好处理，仍然有污染，废弃物及废水没有进行综合利用。
申请号200910052762.5的发明专利申请‘预提取半纤维素的竹溶解浆制浆方法及其产品’，其步骤包括：(1)竹材备料：将竹材制成竹片或竹丝，并洗涤除去杂质及尘埃；(2)预水解：在蒸煮器中进行，包括蒸球或蒸煮锅，工艺条件为：固液比为1∶0.4～8.0，水解温度为100～200℃，压力为相应温度下的饱和蒸汽压力，水解时间为15～240分钟，水解终点pH值为2～5；(3)液固分离和洗涤，收集滤液制得提取液；(4)残渣碱法制备溶解浆。
上述制浆方法可提取出竹材中绝大部分的多缩戊糖,但对于废弃物及废水仍缺少综合利用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足而公开一种植物纤维的节能、环保、资源化制浆方法。
本发明的制浆方法包括以下步骤：
⑴将植物纤维原料经机械切断，切断后原料长度2～4cm；
⑵将切断后的植物纤维原料水洗除尘，水洗后植物纤维原料挤干，挤出的洗水经沉淀处理后继续用于植物纤维原料水洗除尘，洗水的沉淀物用做肥料；
⑶将水洗后的植物纤维原料投入螺旋预处理器，同时喷入处理剂，处理温度20～90℃，处理反应时间30～60分钟，所述处理剂是占植物纤维投入总重量1～3‰的HZ复合助剂和浓度分别为3～5％的稀碱液或亚硫酸钠溶液，稀碱液或亚硫酸钠溶液与植物纤维投入总重量的重量比为1﹕3～5；HZ复合助剂是脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和烷基苯磺酸钠的复配物，其重量比依次为1～3︰2～5︰1～3；
⑷将螺旋预处理器预处理的含水量为20～30％的植物纤维原料汽爆处理，汽爆处理采用蒸汽加热加压的方式，温度100～230℃，压力1～3Mpa，保持30～240秒，或，汽爆处理采用蒸汽加温、压缩空气加压的方式，温度100～140℃，压缩空气加压压力1.2～3Mpa，保持时间30～240秒；
⑸汽爆处理后的浆料进行水解处理，浆料与水解液的固液比为1∶3～8，水解液是无机酸的水溶液，无机酸是盐酸或硫酸，无机酸重量百分比浓度为1～2％，水解液通入蒸汽加温，温度为100～130℃，水解处理时间2～3小时，水解处理后的水解液经过中和脱色除胶体、除杂、膜浓缩结晶得到木糖；膜浓缩分离的水返回本步骤用于水解处理使用；
⑹分离木糖之后的浆料用焦亚硫酸钠或亚硫酸钠水溶液进行磺化处理，其浓度分别为3～8％，磺化处理温度120～170℃，投入量与植物纤维投入总重量的重量比为1﹕3～5，磺化反应物过滤得到的水溶液经超滤膜浓缩，浓缩液经喷雾干燥得到粉状木质素磺酸钠；
⑺分离木质素磺酸钠之后的浆料经水洗得粗浆，水洗水经膜过滤处理得到的水返回本步骤用于浆料水洗；
⑻粗浆进行磨浆处理，磨浆浓度3～12％，磨浆后的浆料经除砂、压力筛筛选、水洗、挤干得含水量为60～65％的本色浆，所述水洗过程中浆料与水的比例为1﹕10～15，所述挤干后的水经膜过滤处理后用于粗浆稀释或磺化处理，所述除砂分离的渣料用于肥料，所述压力筛筛选出的渣料返回本步骤的粗浆磨浆工序继续处理。
本发明还包括以下技术内容和步骤：
所述植物纤维原料是稻草、麦草、芦苇、棉杆、沙柳、竹子、竹柳、甘蔗渣和木材；
所述本色浆加入双氧水予以漂白，双氧水与浆料的重量比为1﹕3～6；温度100～130℃，时间30～60分钟，漂白后的浓度为1-3％的浆料经除砂器、压力筛处理后的良浆放入良浆池，筛渣返回本色浆制浆方法的磨浆工序，良浆经二次磨浆、挤干、烘干得漂白溶解浆，二次磨浆的打浆度为25-50SR，挤干的挤出水经膜过滤处理返回良浆的二次磨浆使用。
本发明的有益效果和优点在于：
1、本方法首先通过机械将植物纤维原料切断剖细，然后采用HZ助剂和稀碱液或亚硫酸钠溶液对其软化，采用HZ助剂是使碱液均匀、快速渗透缩短软化时间。软化后的植物纤维原料进入汽爆机进行瞬间爆破，使物料均匀破碎。使用水解方法将半纤维素水解为木糖，采用膜分离木糖后的残余物进行磺化反应，提取木质素磺酸钠后的纤维浆料通过常规方法制得本色浆，还可以经过高浓漂白制得漂白溶解浆，其α-纤维素含量可达95％以上。
2、本方法使打浆更为容易，降低能耗，提高纸浆质量。抄造纸页可以在高得率条件下保证纤维之间高的结合强度。
3、本方法以蒸汽作为工作介质，属物理法制浆的范畴，因此较少使用化学药品，不仅大大减少了化学品的消耗，也避免了传统制浆工艺中黑液的产生。本方法的洗浆液可提取木糖、木质素磺酸钠等产品，制浆过程中产生的沉淀物或渣料可用作肥料，达到资源化综合利用的目的。本方法基本实现了废水零排放，在本制浆方法的废液中，废液污染负荷CODcr、BOD5与传统制浆方法相比分别降低到1/8～1/10和1/2～1/3，比相应的CTMP还要低，是一种环境友好的清洁制浆方法。本方法由于较少使用化学药品，因此制浆成本较低，相对于传统的化学法制浆每吨可节约人民币400元～500元左右。
4、本方法是一种低能耗的制浆新方法，与目前较为先进的化学机械法制浆技术相比，大大节约了能源消耗。阔叶木喷放磨浆可节能30％-40％；草类喷放磨浆可节能50％-60％。
下面以麦草制浆为例与化学制浆比较其节能效果见表一。
表一
通过上表说明本方法的植物纤维原料用量低、收率高，蒸汽、水(不含洗浆用水)、电的消耗较其它两种制浆方法均低。
5、本方法是一种低成本、高得率的制浆技术，例如采用本方法的阔叶制浆得率(磨浆后)可达80％、草类制浆得率(磨浆后)可达65％，而传统化学法制浆其相应得率仅为45％和40％。
6、本方法的植物纤维原料来源广，纤维含量大的植物均可使用。
7、用途多：采用不同原料制浆，可生产相应的纸品、纤维板、新型墙体材料。纸品质量好，特别是制出的本色纸浆、瓦楞纸、挂面纸、箱板纸的强度大大增加。
总之，本发明的制浆方法具有节能、环保、资源化资综合利用的突出优点。
附图说明
附图1是本发明本色浆加工方法流程图。
附图2是本发明浆粑加工方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。
实施例1
本实施例以稻草为植物纤维原料，其制浆方法如图1所示。
稻草经切草机切断，切断后原料长度2～4cm即可；水洗除尘后挤干，挤出的洗水经沉淀处理后继续用于植物纤维原料水洗除尘，洗水的沉淀物用做肥料。
将切断、水洗除尘、挤干后的稻草物料以1000Kg/h的流量投入螺旋预处理器，同时喷人HZ助剂1Kg和4％浓度的稀碱液300Kg，处理温度90℃，处理时间为30分钟。HZ复合助剂是脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和烷基苯磺酸钠的复配物，其重量比依次为3︰2︰1。
经螺旋预处理器处理的稻草物料含水量为20～30％，直接送入汽爆机，汽爆处理采用蒸汽加热加压的方式，温度100℃，压力1Mpa，保持30～120秒均可。如果采用蒸汽加温、压缩空气加压的方式，温度为100℃，压缩空气加压压力为1.2Mpa，保持时间30～120秒均可。
汽爆后所得浆料进行水解处理，浆料与水解液的固液比为1∶3，水解液是无机酸的水溶液，无机酸是盐酸，盐酸重量百分比浓度为1～2％均可。水解液通入蒸汽加温，温度为130℃，水解处理时间2小时，水解处理后的水解液经过中和脱色除胶体、除杂、膜浓缩结晶得到木糖。膜浓缩分离的水返回本步骤用于水解处理继续使用。
分离木糖之后的浆料用焦亚硫酸钠水溶液进行磺化处理，焦亚硫酸钠水溶液的浓度为3％，磺化处理温度为120℃，投入量与植物纤维投入总重量的重量比为1﹕3。磺化反应物过滤得到的水溶液经超滤膜浓缩，浓缩液经喷雾干燥得到粉状木质素磺酸钠。
分离木质素磺酸钠之后的浆料经水洗得粗浆，水洗水经膜过滤处理得到的水返回本步骤用于浆料水洗。
粗浆进行磨浆处理，磨浆浓度8％，磨浆后的浆料经除砂、压力筛筛选、水洗、挤干得含水量为60～65％的本色浆。水洗过程中浆料与水的比例为1﹕10，挤干后的水经膜过滤处理后用于粗浆稀释或磺化处理，除砂分离的渣料用于肥料。压力筛筛选出的渣料返回本步骤的粗浆磨浆工序继续处理。
实施例1的制浆方法适用于麦草和芦苇。
实施例2
本实施例以沙柳为植物纤维原料，其制浆方法如图1所示。
沙柳使用破碎机切断并同时剖细，切断后原料长度2～4cm即可。水洗除尘后挤干，挤出的洗水经沉淀处理后继续用于植物纤维原料水洗除尘，洗水的沉淀物用做肥料。
将切断、水洗除尘、挤干后的沙柳物料以1500Kg/h的流量投入螺旋预处理器，同时喷人HZ助剂3Kg和5％浓度的稀碱液400Kg，处理温度20℃，处理时间为60分钟。HZ复合助剂是脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和烷基苯磺酸钠的复配物，其重量比依次为2︰4︰3。
经螺旋预处理器处理的稻草物料含水量为20～30％，直接送入汽爆机，汽爆处理采用蒸汽加热加压的方式，温度230℃，压力3Mpa，保持180～240秒均可。如果采用蒸汽加温、压缩空气加压的方式，温度为140℃，压缩空气加压压力为3Mpa，保持时间180～240秒均可。
汽爆后所得浆料进行水解处理，浆料与水解液的固液比为1∶5，水解液是无机酸的水溶液，无机酸是硫酸，硫酸重量百分比浓度为1～2％均可。水解液通入蒸汽加温，温度为120℃，水解处理时间2.5小时，水解处理后的水解液经过中和脱色除胶体、除杂、膜浓缩结晶得到木糖。膜浓缩分离的水返回本步骤用于水解处理继续使用。
分离木糖之后的浆料用焦亚硫酸钠水溶液进行磺化处理，焦亚硫酸钠水溶液的浓度为5％，磺化处理温度为170℃，投入量与植物纤维投入总重量的重量比为1∶5。磺化反应物过滤得到的水溶液经超滤膜浓缩，浓缩液经喷雾干燥得到粉状木质素磺酸钠。
分离木质素磺酸钠之后的浆料经水洗得粗浆，水洗水经膜过滤处理得到的水返回本步骤用于浆料水洗。
粗浆进行磨浆处理，磨浆浓度10％，磨浆后的浆料经除砂、压力筛筛选、水洗、挤干得含水量为60～65％的本色浆。水洗过程中浆料与水的比例为1∶12，挤干后的水经膜过滤处理后用于粗浆稀释或磺化处理，除砂分离的渣料用于肥料。压力筛筛选出的渣料返回本步骤的粗浆磨浆工序继续处理。
实施例2的制浆方法适用于竹子和竹柳。
实施例3
本实施例以棉杆为植物纤维原料，其制浆方法如图1所示。
棉杆使用破碎机切断，切断后原料长度2～4cm即可。水洗除尘后挤干，挤出的洗水经沉淀处理后继续用于植物纤维原料水洗除尘，洗水的沉淀物用做肥料。
将切断、水洗除尘、挤干后的棉杆物料以1500Kg/h的流量投入螺旋预处理器，同时喷人HZ助剂2Kg和3％浓度的稀碱液500Kg，处理温度20℃，处理时间为60分钟。HZ复合助剂是脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和烷基苯磺酸钠的复配物，其重量比依次为3︰5︰2。
经螺旋预处理器处理的稻草物料含水量为20～30％，直接送入汽爆机，汽爆处理采用蒸汽加热加压的方式，温度200℃，压力2Mpa，保持80～120秒均可。如果采用蒸汽加温、压缩空气加压的方式，温度为120℃，压缩空气加压压力为2Mpa，保持时间80～120秒均可。
汽爆后所得浆料进行水解处理，浆料与水解液的固液比为1∶8，水解液是无机酸的水溶液，无机酸是硫酸，硫酸重量百分比浓度为1～2％均可。水解液通入蒸汽加温，温度为100℃，水解处理时间3小时，水解处理后的水解液经过中和脱色除胶体、除杂、膜浓缩结晶得到木糖。膜浓缩分离的水返回本步骤用于水解处理继续使用。
分离木糖之后的浆料用亚硫酸钠水溶液进行磺化处理，亚硫酸钠水溶液的浓度为8％，磺化处理温度为150℃，投入量与植物纤维投入总重量的重量比为1∶4。磺化反应物过滤得到的水溶液经超滤膜浓缩，浓缩液经喷雾干燥得到粉状木质素磺酸钠。
分离木质素磺酸钠之后的浆料经水洗得粗浆，水洗水经膜过滤处理得到的水返回本步骤用于浆料水洗。
粗浆进行磨浆处理，磨浆浓度12％，磨浆后的浆料经除砂、压力筛筛选、水洗、挤干得含水量为60～65％的本色浆。水洗过程中浆料与水的比例为1∶15，挤干后的水经膜过滤处理后用于粗浆稀释或磺化处理，除砂分离的渣料用于肥料。压力筛筛选出的渣料返回本步骤的粗浆磨浆工序继续处理。
实施例3的制浆方法也适用于木材和甘蔗渣。
实施例4
本实施例是使用实施例1、2、3的本色浆加工漂白溶解浆的具体方法，其加工方法如图2所示。
本色浆加入双氧水予以漂白，双氧水与稻草、麦草和芦苇浆料的重量比为1∶3，双氧水与沙柳、竹子和竹柳浆料的重量比为1∶6；双氧水与棉杆、木材和甘蔗渣浆料的重量比为1∶5，漂白温度依次分别为100、130、120℃，漂白时间依次分别为30、60、45分钟。
漂白后的浓度为1～3％的浆料经除砂器、压力筛处理后的良浆放入良浆池，筛渣返回本色浆制浆方法的磨浆工序，良浆经二次磨浆、挤干、烘干得漂白溶解浆，白度达750ISO以上。
本实施例的二次磨浆采用双盘磨磨浆，打浆度为25-50SR。
本实施例的挤干的挤出水经膜过滤处理返回良浆的二次磨浆使用。
Claims (3)
1.植物纤维的节能、环保、资源化制浆方法，其特征在于包括以下步骤：
⑴将植物纤维原料经机械切断，切断后原料长度2～4cm；
⑵将切断后的植物纤维原料水洗除尘，水洗后植物纤维原料挤干，挤出的洗水经沉淀处理后继续用于植物纤维原料水洗除尘，洗水的沉淀物用做肥料；
⑶将水洗后的植物纤维原料投入螺旋预处理器，同时喷入处理剂，处理温度20～90℃，处理反应时间30～60分钟，所述处理剂是占植物纤维投入总重量1～3‰的HZ复合助剂和浓度分别为3～5％的稀碱液或亚硫酸钠溶液，稀碱液或亚硫酸钠溶液与植物纤维投入总重量的重量比为1﹕3～5；HZ复合助剂是脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和烷基苯磺酸钠的复配物，其重量比依次为1～3︰2～5︰1～3；
⑷将螺旋预处理器预处理的含水量为20～30％的植物纤维原料汽爆处理，汽爆处理采用蒸汽加热加压的方式，温度100～230℃，压力1～3Mpa，保持30～240秒，或，汽爆处理采用蒸汽加温、压缩空气加压的方式，温度100～140℃，压缩空气加压压力1.2～3Mpa，保持时间30～240秒；
⑸汽爆处理后的浆料进行水解处理，浆料与水解液的固液比为1∶3～8，水解液是无机酸的水溶液，无机酸是盐酸或硫酸，无机酸重量百分比浓度为1～2％，水解液通入蒸汽加温，温度为100～130℃，水解处理时间2～3小时，水解处理后的水解液经过中和脱色除胶体、除杂、膜浓缩结晶得到木糖；膜浓缩分离的水返回本步骤用于水解处理使用；
⑹分离木糖之后的浆料用焦亚硫酸钠或亚硫酸钠水溶液进行磺化处理，其浓度分别为3～8％，磺化处理温度120～170℃，投入量与植物纤维投入总重量的重量比为1﹕3～5，磺化反应物过滤得到的 水溶液经超滤膜浓缩，浓缩液经喷雾干燥得到粉状木质素磺酸钠；
⑺分离木质素磺酸钠之后的浆料经水洗得粗浆，水洗水经膜过滤处理得到的水返回本步骤用于浆料水洗；
⑻粗浆进行磨浆处理，磨浆浓度3～12％，磨浆后的浆料经除砂、压力筛筛选、水洗、挤干得含水量为60～65％的本色浆，所述水洗过程中浆料与水的比例为1﹕10～15，所述挤干后的水经膜过滤处理后用于粗浆稀释或磺化处理，所述除砂分离的渣料用于肥料，所述压力筛筛选出的渣料返回本步骤的粗浆磨浆工序继续处理。
2.根据权利要求1所述的制浆方法，其特征在于：所述植物纤维原料是稻草、麦草、芦苇、棉杆、沙柳、竹子、竹柳、甘蔗渣和木材。
3.根据权利要求1所述的制浆方法，其特征在于：所述本色浆加入双氧水予以漂白，双氧水与浆料的重量比为1﹕3～6；温度100～130℃，时间30～60分钟，漂白后的浓度为1-3％的浆料经除砂器、压力筛处理后的良浆放入良浆池，筛渣返回本色浆制浆方法的磨浆工序，良浆经二次磨浆、挤干、烘干得漂白溶解浆，二次磨浆的打浆度为25-50SR，挤干的挤出水经膜过滤处理返回良浆的二次磨浆使用。
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| GR01 | Patent grant | ||
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