CN106468032B - 一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的方法，包括：过滤制浆黑液，过滤后的黑液送往第一反应釜；通入含有CO₂的烟气，使第一反应釜中黑液pH调至7‑8.5；利用第一压滤机压滤处理过的黑液，将木素滤饼和碱液分离，木素滤饼送往第二反应釜；往第二反应釜中的木素滤饼加入硫酸或盐酸溶液，加热到40℃‑85℃，搅拌，使得溶液pH调至2‑3；利用第二压滤机压滤酸化后的混合溶液分离制得木素沉淀物，洗涤，压滤后制得木素成品。通过本发明方法提高制浆黑液的木素提取产率，且所制备木素纯度达到92～98％。

Description

一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的方法及装置

技术领域

本申请涉及硫酸盐法制浆黑液资源化应用，尤其涉及一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的方法及装置。

背景技术

木质素(简称木素)与纤维素和半纤维素是构成植物骨架的主要成分，是植物体次生代谢合成的一种天然有机高分子物质。从制浆黑液中提取的木素及其衍生物在农业、石油化工、水泥及混凝土工业、塑料和高分子材料等工业中有着很广泛的应用。但是，粘合剂、发泡材料等应用领域对选用木素的纯度有较高要求。

木素是从硫酸盐制浆法的黑液中提取的主要副产品,有多种结构和相对分子质量,是极其不均一的,可溶解于各种不同的水溶液中,但不溶于乙醇、丙酮和一般的有机溶剂。一般从黑液中提取木素有两种途径,其一是蒸煮废液浓缩后利用；其二是进行沉淀分离后再加以利用。如专利“CN200810045368”的中国专利公开了一种有机羧酸法从制浆黑液中提取木素的方法，将制浆的浆液分离，提取黑液；黑液浓缩至波美20°以上；在30～90℃加羧酸调节浓缩黑液的pH为4以下，进行沉降分离2～16小时；含木素的沉降分离物加入3～10％有机溶剂，搅拌反应1～3小时，将有机杂质溶解分离，过滤、洗涤至中性；将洗涤后的滤饼干燥、粉碎得到高纯木素。但是，该木素提取方法存在提取的木素得率较低，消耗大量有机溶剂，工艺工业化应用较困难等问题。

发明内容

本发明提供了一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的方法，解决了现有方法中存在的高纯度木素得率较低问题。

本发明提供了一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的方法，包括以下步骤：

预处理：利用纤维过滤机过滤纤维后，将稀黑液浓缩到浓度为35％-45％的黑液并送往第一反应釜；

通入含有CO₂的烟气：往第一反应釜中的黑液通入含有CO₂的烟气，使所述第一反应釜中黑液的pH调至7-8.5；

第一压滤：利用第一压滤机压滤通入含有CO₂的烟气步骤处理过的黑液，将木素滤饼和碱液分离，木素滤饼送往第二反应釜，碱液送往碱液储存槽回收；

酸化：往第二反应釜中的木素滤饼加入硫酸或盐酸溶液，加热到40℃-85℃，搅拌，使得酸化后的溶液pH调至2-3，沉降析出木素沉淀物；

第二压滤：利用第二压滤机压滤酸化步骤制得的溶液，分离制得木素沉淀物，用硫酸或盐酸水溶液洗涤木素沉淀物，压滤后制得木素成品。

优选地，第一压滤机的滤孔直径为0.1μm-1μm。

优选地，第二压滤机的滤孔直径为1μm-5μm。

另一方面，本发明提供了一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的装置，包括纤维过滤机、浓缩槽、第一反应釜、第一压滤机、第二反应釜、第二压滤机、碱液存储槽、酸液存储槽和木素存储槽，纤维过滤机、浓缩槽、第一反应釜、第一压滤机、第二反应釜、第二压滤机和木素存储槽依次连接，第一压滤机与碱液存储槽，第二压滤机与酸液储存槽连接。

本发明提供了一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的方法，提高木素产率，且所制备木素纯度达到92～98％，满足商业市场对木素纯度的要求。

且本方法操作简单，适于在工业化生产；在此过程中未产生二次污染，环保节能，同时分离出的碱液可以回收。

附图说明

图1为本发明一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的装置流程图；

图2为本发明一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的方法示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明采用的木素酸析原理：用酸中和黑液时，氢离子取代了碱木素中的钠离子，使碱木素成为不溶性木素(即酸析木素)沉淀。在黑液酸析过程中，当酸不过量时，化合物的电位吸附对碱木素的分解速度和分解产物及木素的凝聚速度有明显影响；当酸过量(即当溶液中有大量无机盐存在)时，胶体沉淀物之间的电位作用将不存在或减弱，从而使木素析出。存在于黑液中的木质素约75％是酚羟基木质素，其余的25％是羰基木质素。在黑液中加酸后，木质素的不同成分是按pH值的不同而分级沉淀析出。

实施例一：

请参考图1和图2，一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的装置，包括：纤维过滤机、浓缩槽、第一反应釜、第一压滤机、第二反应釜、第二压滤机、碱液存储槽、酸液存储槽和木素存储槽，纤维过滤机、浓缩槽、第一反应釜、第一压滤机、第二反应釜、第二压滤机和木素存储槽依次连接，第一压滤机与碱液存储槽连接，第二压滤机与酸液储存槽连接。

一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的方法，包括以下步骤：

①预处理：将质量浓度为14％的制浆黑液利用纤维过滤机将大部分残留在黑液中的纤维过滤回收到制浆系统，由于纤维在黑液中的溶解度本身较小，且分子量大，通过纤维过滤机可以将纤维从黑液中过滤，预处理后的黑液经过浓缩槽蒸发浓缩到质量浓度为35％的黑液并送往第一反应釜。

②通入含有CO₂的烟气：往第一反应釜中的黑液通入提纯过的含有CO₂的造纸烟气，由于生产刚排出黑液的碱度很大，通常利用造纸烟气中的CO₂通入黑液，一方面降低pH值，减少酸化步骤所用酸的消耗量；另一方面又减少废气CO₂的排放，节能环保。通过烟气处理过后的黑液pH为8.5。

③第一压滤：利用滤孔直径为0.1μm的第一压滤机过滤②处理过的黑液，将木素滤饼和碱液分离，木素滤饼送往第二反应釜进行下一步酸化；碱液回收利用。相对于碱液中的无机盐来说，黑液中的木素在造纸烟气处理过后溶解度变小，且分子量较大的木素可通过一定的孔径过滤器过滤分离出来。本步骤选择的过滤方式是压滤，可以将碱液和木素尽可能的分离。

④酸化：将第一压滤后制得的木素滤饼抽送到第二反应釜，在85℃的条件下，往第二反应釜的木素滤饼加入质量浓度为5％的硫酸，同时进行搅拌。使得黑液调至pH为3，沉淀析出木素，加热黑液使木素微粒凝结，有利于过滤。本步骤凝聚析出的木素沉淀物平均直径为6μm。

⑤第二压滤：将充分酸化后的黑液经过滤孔直径为1μm的第二压滤机压滤制得木素沉淀物，且用pH＝3的水洗涤木素沉淀物3次，压滤制得高纯度木素成品，酸液回收，由于本步骤的过滤方式是压滤，一方面可以提高木素沉淀物的纯度，另一方面可以制得干燥木素。

经计算，利用本实施例的一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的装置及方法提取的木素产率能达到65％，木素纯度达到92％。

实施例二：

请参考图1和图2，一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的装置，包括：纤维过滤机、浓缩槽、第一反应釜、第一压滤机、第二反应釜、第二压滤机、碱液存储槽、酸液存储槽和木素存储槽，纤维过滤机、浓缩槽、第一反应釜、第一压滤机、第二反应釜、第二压滤机和木素存储槽依次连接，第一压滤机与碱液存储槽连接，第二压滤机与酸液储存槽连接。

一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的方法，包括以下步骤：

①预处理：将浓度为16％的制浆黑液利用纤维过滤机将大部分残留在黑液中的纤维过滤回收到制浆系统，由于纤维在黑液中的溶解度本身较小，且分子量较大，通过纤维过滤机可以将纤维从黑液中过滤掉，过滤后的黑液经过浓缩槽蒸发浓缩成质量浓度为40％的黑液并送往第一反应釜。

②通入含有CO₂的烟气：往第一反应釜中的黑液通入提纯过的含有CO₂的造纸废气，由于生产刚排出黑液的碱度很大，通常利用造纸废气中的CO₂通入黑液，一方面降低pH值，减少酸化步骤所用酸的消耗量；另一方面又减少废气CO₂的排放，节能环保。通过烟气处理过后的黑液pH为8。

③第一压滤：利用滤孔直径为0.5μm的第一压滤机过滤，将木素滤饼和碱液分离，滤饼送往第二反应釜进行下一步酸化；碱液回收利用。相对于碱液中的无机盐来说，黑液中的木素在造纸烟气处理过后溶解度变小，且分子量较大的木素可通过一定的孔径过滤器过滤分离出来。本步骤选择的过滤方式是压滤，可以将碱液和木素尽可能的分离。

④酸化：将第一压滤后制得的木素滤饼抽送到第二反应釜，在60℃的条件下，往第二反应釜的木素滤饼加入10％的浓度的盐酸的同时进行搅拌。使酸化后的溶液pH调至2.5，沉淀析出木素沉淀物，加热黑液可使木素微粒凝结，有利于过滤。本步骤凝聚析出的木素沉淀物的平均直径为8μm。

⑤第二压滤：将充分酸化后的混合黑液经过滤孔直径为3μm的第二压滤机压滤制得木素沉淀物，且用pH＝2.5的酸水洗涤2次、压滤木素沉淀物，无需干燥，制得高纯度木素成品回收，由于本步骤的过滤方式是压滤，一方面可以提高木素沉淀物的纯度，另一方面可以制得干燥木素。

经计算，利用本实施例的一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的装置及方法提取的木素产率能达到72％，木素纯度达到98％。

实施例三：

请参考图1和图2，一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的装置，包括：纤维过滤机、浓缩槽、第一反应釜、第一压滤机、第二反应釜、第二压滤机、碱液存储槽、酸液存储槽和木素存储槽，纤维过滤机、浓缩槽、第一反应釜、第一压滤机、第二反应釜、第二压滤机和木素存储槽依次连接，第一压滤机与碱液存储槽连接，第二压滤机与酸液储存槽连接。

一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的方法，包括以下步骤：

①预处理：将质量浓度为18％的制浆黑液利用纤维过滤机将大部分残留在黑液中的纤维过滤回收到制浆系统，由于纤维在黑液中的溶解度本身较小，且分子量大，通过纤维过滤机可以将纤维从黑液中过滤，预处理后的黑液经过浓缩槽蒸发浓缩到质量浓度为45％的黑液并送往第一反应釜。

②通入含有CO₂的烟气：往第一反应釜中的黑液通入提纯过的含有CO₂的造纸烟气，由于生产刚排出黑液的碱度很大，通常利用造纸烟气中的CO₂通入黑液，一方面降低pH值，减少酸化步骤所用酸的消耗量；另一方面又减少废气CO₂的排放，节能环保。通过烟气处理过后的黑液pH为7。

③第一压滤：利用滤孔直径为1μm的第一压滤机过滤，将木素滤饼和碱液分离，木素滤饼送往第二反应釜进行下一步酸化；碱液回收利用。相对于碱液中的无机盐来说，黑液中的木素在造纸烟气处理过后溶解度变小，且分子量较大的木素可通过一定的孔径过滤器过滤分离出来。本步骤选择的过滤方式是压滤，可以将碱液和木素尽可能的分离。

④酸化：将第一压滤后制得的木素滤饼抽送到第二反应釜，在40℃的条件下，往第二反应釜的木素滤饼加入质量浓度为20％的硫酸的同时进行搅拌。使酸化溶液的pH调至2，沉淀析出木素沉淀物，加热黑液利于木素微粒凝结。本步骤凝聚析出的木素沉淀物平均直径为10μm。

⑤第二压滤：将充分酸化后的混合黑液经过滤孔直径为5μm的第二压滤机压滤制得木素沉淀物，且用pH＝2的水洗涤木素沉淀物1次，压滤，无需干燥，制得高纯度木素成品。碱液回收，由于本步骤的过滤方式是压滤，一方面可以提高木素沉淀物的纯度，另一方面可以制得干燥木素。

经计算，利用本实施例的一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的方法提取的木素产率能达到70％，木素纯度达到95％。

对比实验：使用现有技术的有机羧酸提取法：将制浆的浆液分离，提取黑液；黑液浓缩至波美25°；在65℃加羧酸调节浓缩黑液的pH为4，进行沉降分离2小时；含木素的沉降分离物加入5％有机溶剂，搅拌反应2小时，将有机杂质溶解分离，过滤、洗涤至中性；将洗涤后的滤饼干燥、粉碎得到高纯木素，木素产率能达到50％，木素纯度达到85％。

通过本发明的一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的方法及装置，可提高木素产率，且所制备木素纯度达到92～98％，满足商业市场对木素纯度的要求。

且本方法操作简单，适于在工业化生产；在此过程中未产生二次污染，环保节能。同时分离出的碱液可以回收。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (5)

1.一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的方法，其特征在于：包括以下步骤：

预处理：利用纤维过滤机过滤纤维后，将稀黑液浓缩到质量浓度为35％-45％的黑液并送往第一反应釜；

通入含有CO₂的烟气：往第一反应釜中的黑液通入含有CO₂的烟气，使所述第一反应釜中黑液的pH调至7-8.5；

第一压滤：利用第一压滤机压滤通入含有CO₂的烟气步骤处理过的黑液，将木素滤饼和碱液分离，木素滤饼送往第二反应釜，碱液送往碱液存储槽回收；

酸化：往第二反应釜中的木素滤饼加入硫酸或盐酸溶液，加热到40℃-85℃，搅拌，使得酸化后的溶液pH调至2-3，沉降析出木素沉淀物；

第二压滤：利用第二压滤机压滤所述酸化步骤制得的溶液，分离出木素沉淀物，用硫酸或盐酸水溶液洗涤木素沉淀物，压滤后制得木素成品；

所述第一压滤机的滤孔直径为0.1μm-1μm；

所述第二压滤机的滤孔直径为1μm-5μm。

2.根据权利要求1所述的一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的方法，其特征在于：所述酸化步骤的木素沉淀物的平均粒径为6μm-10μm。

3.根据权利要求1所述的一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的方法，其特征在于：所述酸化步骤加入硫酸或盐酸溶液的质量浓度为5％-20％。

4.根据权利要求1所述的一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的方法，其特征在于：所述第二压滤步骤中洗涤木素沉淀物所用的硫酸或盐酸水溶液pH为2-3。

5.一种从硫酸盐法制浆黑液中提取木素的装置，其特征在于：所述装置包括纤维过滤机、浓缩槽、第一反应釜、第一压滤机、第二反应釜、第二压滤机、碱液存储槽、酸液存储槽和木素存储槽，所述纤维过滤机、浓缩槽、第一反应釜、第一压滤机、第二反应釜、第二压滤机和木素存储槽依次连接，第一压滤机与碱液存储槽连接，第二压滤机与酸液储存槽连接。