CN113756119A - 一种节能环保秸秆制浆工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节能环保秸秆制浆工艺，包括以下步骤：步骤一、将秸秆原料破碎成5‑10cm的小段，并使秸秆原料的含水量保持8％‑22％；步骤二、对秸秆原料通入三氧化硫气体，反应条件为：所述三氧化硫气体与所述秸秆原料的质量比为1：200‑1:2000，在封闭容器内保持无氧环境进行反应，反应温度为20‑75℃，反应时间为20‑60min，反应压力为正常大气压，生成纤维与糖类混合物；步骤三、对所述步骤二生成的纤维与糖类混合物利用冲洗介质进行冲洗，得到木质素、半纤维及纤维素固体；步骤四、对所述步骤三冲洗后获得的木质素、半纤维及纤维素固体进行研磨。本发明涉及造纸制浆领域，与现有技术相比的优点在于：能耗低、纤维提取率高、环境污染小、制浆质量好。
Description
技术领域
本发明涉及造纸制浆领域，具体是指一种节能环保秸秆制浆工艺。
背景技术
我国是世界上纸和纸板产量和消费量最大的国家，但是造纸所用的纤维原料缺口很大，一直严重依赖进口，目前我国造纸用原料(木浆、废纸和木片)对外依存度高达50％以上。随着《禁止洋垃圾入境推进固体废物进口管理制度改革方案》的有序推进，到2020年年底前基本实现废纸零进口，和2017年比较，将有2000万吨以上的造纸纤维原料缺口。而我国是农业大国，农作物秸秆种类繁多、数量巨大、分布广泛，并且目前还有20％左右的农业秸秆未能加以利用，这些秸秆可以作为纸浆的纤维来源。
目前有秸秆制浆的方式有以下几种：传统化学法制浆，特别是碱法制浆，通过碱基对秸秆进行浸泡，将秸秆中的木质素及纤维混合提取成木浆黑液，并对其研磨制浆，但这种方法制浆造纸生产过程中产生的废水、废气和废渣对环境产生较大的影响，其中废水排放对环境的影响尤为严重；机械制浆法，将原料进行高温蒸汽加热，再通过机械装置对原料磨浆加工，生产出可利用的纸浆，但这种方法能耗巨大，经济效益较差；酶处理法，通过特定种类的酶对秸秆进行处理，这种方法对反应温度控制精度要求较高、反应时间长、而且成本较高，不适合工业化的生产。
中国专利公开号CN1015385967A，公开日2019年4月22日，发明创造的名称为“三氧化硫处理秸秆的方法”，此发明公开了一种提出了利用三氧化硫处理秸秆的方法，利用三氧化硫气体结合稀碱液处理秸秆，从而分离获得的木质纤维素，用纤维素酶对木质纤维素进行糖化处理，得到糖化液。此方案可以对秸秆原料中的纤维进行分离处理得到多糖、木质素及纤维素，但是在造纸制浆领域，主要是利用纤维(木质素、纤维素、半纤维、粗纤维等)进行制浆，而上述发明的方案虽然可以对纤维进行简单的预处理，但是由于缺少高效分离纤维素的必要环节及工艺，如果应用于制浆领域，则会出现流程过长、转换效率较低、出浆率差等问题，导致纤维杂质较多，最终纸张成品质量较差，因此不适用于秸秆制浆。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服以上技术缺陷，提供一种能耗低、纤维提取率高、环境污染小、制浆质量好的节能环保秸秆制浆工艺。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：本设计节能环保秸秆制浆工艺，包括以下步骤：
步骤一、将秸秆原料破碎成5-10cm的小段，并使秸秆原料的含水量保持 8％-22％；秸秆收获原料的含水量在15％左右，将秸秆原料的含水量保持在特定区间有助于水与三氧化硫进行放热和产生酸性物质的反应，过少的含水量不能反应或反应速率较慢，过多的含水量会使秸秆原料不能完全分解。
步骤二、对秸秆原料通入三氧化硫，反应条件为：所述三氧化硫与所述秸秆原料的质量比为1：200-1:2000，在封闭容器内保持无氧环境进行反应，反应温度为20-75℃，反应时间为20-60min，反应压力为正常大气压，生成纤维与糖类混合物。在封闭的无氧环境可以有效地利用三氧化硫与秸秆原料中的水分产生化合反应从而获得瞬时高温，并生成硫酸或亚硫酸，利用酸性及高温使秸秆内的半纤维及木质素之间的结合力减小。而纤维类的物质为固体状态，而糖类等其他物质都溶于反应剩余的混合液体内。由于依靠化学反应放热因此反应时可只保持常温，并且因为反应环境封闭无氧，反应速率也较快。
经过本工艺处理后得到的纤维与糖类混合物，其的构成主要是糖类物质，木糖、五碳糖、其它单糖，木素成分很少。对上述液态物质的利用主要有三种途径：生产动物饲料添加剂；提取木糖或低聚木糖；转化木糖醇或糠醛；生产沼气。生产过程产生的废水可以回用，从而实现水的“零排放”。
步骤三、对所述步骤二生成的纤维与糖类混合物利用冲洗介质进行冲洗，得到木质素、半纤维及纤维素固体；
步骤四、对步骤三冲洗后获得的木质素、半纤维及纤维素固体进行研磨。
进一步地，所述步骤二中的三氧化硫气体中三氧化硫分子浓度大于等于 98％。工业生产中常用的三氧化硫气体为浓度大于98％以上的三氧化硫气体,具有较高浓度的三氧化硫气体可加快反应速度。
进一步地，所述步骤三中的冲洗介质为水、氨水、氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。在冲洗过程中可利用碱性物质对步骤三产生废液进行中和处理，无需对废水单独进行后处理。
进一步地，所述秸秆原料包括稻麦草、玉米秸秆、芦苇和甘蔗渣。
本工艺和现有技术相比所具有的优点是：利用三氧化硫遇水产生酸性环境和瞬时高热使秸秆内的半纤维及木质素之间的结合力减小，并对其进行分离，采用密封无氧的反应环境，可保证常温、常压下分解秸秆，由于不需要额外加热，因此工艺的能耗低；本工艺可转换秸秆中95％的纤维，所得到纸浆的强度性能均明显好于国内废纸回收纸浆，特别是环压强度较高，适合于制造瓦楞原纸、箱纸板等包装材料，造纸成品质量较高；系统用水少，产生的水液附加值高，因此较为环保；由于制浆原料只需秸秆及三氧化硫气体，处理成本较低，有较好的经济效益。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明型的保护范围，下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1，将10kg小麦秸秆通过立式破碎机破碎至5cm小段，通过除尘筛进行初步除尘，再通过搓磨机进行搓磨，放入封闭的反应罐中，通入0.05kg三氧化硫气体，在无氧的环境下进行反应，反应温度为20℃，反应时间为40min，反应压力为正常大气压，生成纤维混合物；对生成的纤维混合物进行螺旋水洗，分离获得木质素、半纤维及纤维素混合固体，再使用脱水机进行脱水，利用磨浆机磨浆获得8.1kg造纸原浆。
实施例2，将10kg小麦秸秆通过立式破碎机破碎至5cm小段，通过除尘筛进行初步除尘，再通过搓磨机进行搓磨，放入封闭的反应罐中，通入0.06kg三氧化硫气体，在无氧的环境下进行反应，反应温度为20℃，反应时间为40min，反应压力为正常大气压，生成纤维混合物；对生成的纤维混合物进行螺旋水洗，分离获得木质素、半纤维及纤维素混合固体，再使用脱水机进行脱水，利用磨浆机磨浆获得7.8kg造纸原浆。
实施例3，将10kg小麦秸秆通过立式破碎机破碎至5cm小段，通过除尘筛进行初步除尘，再通过搓磨机进行搓磨，放入封闭的反应罐中，通入0.08kg三氧化硫气体，在无氧的环境下进行反应，反应温度为20℃，反应时间为40min，反应压力为正常大气压，生成纤维混合物；对生成的纤维混合物进行螺旋水洗，分离获得木质素、半纤维及纤维素混合固体，再使用脱水机进行脱水，利用磨浆机磨浆获得7.2kg造纸原浆。
经上述工艺制得的纸浆性能如表1所示：
表1经本工艺制得的纸浆性能
以上对发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种节能环保秸秆制浆工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将秸秆原料破碎成5-10cm的小段，并使秸秆原料的含水量保持8％-22％；
步骤二、对秸秆原料通入三氧化硫气体，反应条件为：所述三氧化硫气体与所述秸秆原料的质量比为1：200-1:2000，在封闭容器内保持无氧环境进行反应，反应温度为20-75℃，反应时间为20-60min，反应压力为正常大气压，生成纤维与糖类混合物；
步骤三、对所述步骤二生成的纤维与糖类混合物利用冲洗介质进行冲洗，得到木质素、半纤维及纤维素固体；
步骤四、对所述步骤三冲洗后获得的木质素、半纤维及纤维素固体进行研磨。
2.根据权利要求1所述的一种节能环保秸秆制浆工艺，其特征在于：所述步骤二中的三氧化硫气体中三氧化硫分子浓度大于等于98％。
3.根据权利要求1所述的一种节能环保秸秆制浆工艺，其特征在于：所述步骤三中的冲洗介质为水、氨水、氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
4.根据权利要求1所述的一种节能环保秸秆制浆工艺，其特征在于：所述秸秆原料包括稻麦草、玉米秸秆、芦苇和甘蔗渣。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20211207 |