制漿造紙生物質(zhì)精煉技術(shù)研究進(jìn)展

麻長(zhǎng)發(fā)

摘 要：制漿造紙會(huì)產(chǎn)生大量的高濃度廢水，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，隨著互聯(lián)網(wǎng)科技的發(fā)展，人們對(duì)紙制品的需求越來越少，造紙廠要想在資源緊張、紙制品需求量減少的兩大危機(jī)下順利發(fā)展，必須對(duì)高耗能、高污染的造紙技術(shù)進(jìn)行改良。生物質(zhì)精煉技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用，就很好的將造紙技術(shù)轉(zhuǎn)型成為低耗能、低污染的綠色技術(shù)。文章重點(diǎn)分析了制漿造紙生物質(zhì)精煉技術(shù)的研究進(jìn)展，以供造紙人員參考，促進(jìn)造紙廠的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和技術(shù)進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：制漿造紙；生物質(zhì)；精煉

隨著生產(chǎn)工業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)的不可再生資源逐漸面臨枯竭，人類對(duì)大自然的無節(jié)制索取，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，一系列環(huán)境問題由此產(chǎn)生，不利于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。制漿造紙作為一種非常普遍的生產(chǎn)技術(shù)，其具有高耗能、高污染的劣性，再加上電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)紙制品的需求越來越少，造紙廠的社會(huì)地位已經(jīng)變得岌岌可危，所以必須對(duì)制漿造紙技術(shù)進(jìn)行合理性改革，生物質(zhì)精煉技術(shù)是一種近幾年新出現(xiàn)的技術(shù)，它可以將傳統(tǒng)的制漿造紙企業(yè)轉(zhuǎn)型為生物精煉企業(yè)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的多樣化，生產(chǎn)內(nèi)容的多元化，使造紙廠不再局限于對(duì)紙制品的制造，也逐漸生產(chǎn)一些生物質(zhì)材料、化學(xué)能源等，從而告別生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的單一性，減少能源的消耗，降低高濃度廢水的排放。目前制漿造紙生物質(zhì)精煉技術(shù)已經(jīng)成為造紙企業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

生物質(zhì)精煉是通過運(yùn)用蒸煮、燃燒、分離等手段對(duì)生物質(zhì)原材料進(jìn)行深層次的加工技術(shù)，從而改變生物質(zhì)原材料的固有形態(tài)，慢慢向氣態(tài)、液態(tài)轉(zhuǎn)變。制漿造紙技術(shù)的第一道工序就是對(duì)造紙?jiān)线M(jìn)行蒸煮，在蒸煮的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，也就黑液，黑液的成分會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞，生物質(zhì)精煉技術(shù)就是為了對(duì)黑液進(jìn)行轉(zhuǎn)化而存在的。

當(dāng)前，木材蒸煮前的提取技術(shù)以預(yù)水解提取為主，采用低濃度堿液或者酸液提取工藝；蒸煮后黑液轉(zhuǎn)化技術(shù)包括黑液分離技術(shù)、黑液氣化聯(lián)合發(fā)電技術(shù)和黑液氣化聯(lián)合化學(xué)合成技術(shù)。

1 制漿造紙生物質(zhì)精煉的基礎(chǔ)技術(shù)

1.1 木片抽提液的發(fā)酵技術(shù)

雖然通過色譜層析法可以在木材等原材料中提取各種糖類和乙醇，但是這種提取的技術(shù)難度比較高，生產(chǎn)成本比較高，不能被廣泛的使用，而且所提取出來的物質(zhì)，研究意義比較低。所以說，目前木片抽提液的手段大部分都用在對(duì)乙醇的發(fā)酵上，市場(chǎng)對(duì)乙醇的需求還是比較大的，利用木片抽取液的發(fā)酵技術(shù)，不僅可以批量的提取低濃度的乙醇，而且經(jīng)過后期的簡(jiǎn)單加工，還能生產(chǎn)無水乙醇。

在進(jìn)行木片抽提液的發(fā)酵技術(shù)時(shí)，需要用到某些乙醇酶微生物，但是這些微生物并不能直接作用于乙醇，而是會(huì)先對(duì)六碳糖產(chǎn)生反應(yīng)，而乙醇發(fā)酵的先決條件是五碳糖的抽取。根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有一種發(fā)酵單細(xì)胞可以對(duì)各種糖類都產(chǎn)生發(fā)酵作用，這就解決了普通淀粉酶無法作用于五碳糖的缺陷。新發(fā)現(xiàn)的發(fā)酵菌可以對(duì)葡萄糖和木糖同時(shí)發(fā)酵，提高了發(fā)酵的效率和質(zhì)量。

1.2 黑液分離技術(shù)

上面我們?cè)?jīng)說過，黑液是在紙漿造紙的蒸煮過程中產(chǎn)生的高濃度廢水，其本身具有很大的污染性，因此對(duì)黑液進(jìn)行分離就顯得尤為重要。黑液分離技術(shù)簡(jiǎn)單點(diǎn)說就是對(duì)黑液進(jìn)行深加工，對(duì)黑液的成分進(jìn)行稀釋、分離的技術(shù)，從而減少黑液的危害性。目前最常用的黑液分離技術(shù)是酸沉淀提取法，這種方法的技術(shù)原理主要是消除黑液排除的有毒氣體，對(duì)黑液的本體結(jié)構(gòu)成分沒有太大的改變。因此，這種方法還存在著相當(dāng)大的局限性，分離之后的黑液COD的數(shù)值并沒有得到相應(yīng)的降低，沒有從源頭上解決污水排放的問題。研究人員在這一方面還在繼續(xù)的進(jìn)行探索，不斷對(duì)新的分離技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，目前已得到了初步的進(jìn)展。

2 制漿造紙生物質(zhì)精練技術(shù)應(yīng)用與評(píng)價(jià)

2.1 預(yù)水解堿溶解精煉工藝

將木片蒸煮前的預(yù)水解、抽提液分離及發(fā)酵、木片蒸煮和黑液分離等4個(gè)工序結(jié)合，形成預(yù)水解堿溶解精煉工藝，其技術(shù)較為成熟，是目前正在推廣應(yīng)用的技術(shù)。由于該法存在以下不足：⑴不能回收氫氧化鈉及硫化鈉；⑵主要產(chǎn)品之一的堿木素目前市場(chǎng)需求量有限，價(jià)格較低，庫(kù)存積壓量大；⑶后續(xù)廢水處理負(fù)荷較大。所以，該法的生產(chǎn)效益較低。

2.2 黑液氣化聯(lián)合發(fā)電精煉工藝

將木片蒸煮前的預(yù)水解、抽提分離及發(fā)酵、木片蒸煮、黑液氣化和燃燒發(fā)電等5個(gè)工序結(jié)合，形成黑液氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝。該工藝核心是黑液氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)BIGCC。

BIGCC發(fā)電系統(tǒng)是黑液氣化技術(shù)和聯(lián)合循環(huán)技術(shù)相結(jié)合的高效動(dòng)力系統(tǒng)，其工藝流程為：濃度為60%--75%的黑液進(jìn)入氣化爐，在氧氣的作用下發(fā)生氣化；燃?xì)饨?jīng)過凈化，除去其中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物，變成清潔的氣體燃料，隨后被送入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室燃燒；燃燒產(chǎn)生的熱量給氣體加熱，使之具有較高的膨脹勢(shì)能；在熱氣體通過透平室的過程中，膨脹勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電能；從燃?xì)廨啓C(jī)排除的熱氣被導(dǎo)入余熱鍋爐，用來生產(chǎn)過熱蒸汽，過熱蒸汽再驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)，增加一部分電能生產(chǎn)。

黑液氣化聯(lián)合發(fā)電精練技術(shù)難度大，技術(shù)含量高，其主要產(chǎn)品是紙漿、氫氧化鈉、硫化鈉、燃料乙醇和電能，其中燃料乙醇和電能是當(dāng)前社會(huì)急需的能源產(chǎn)品，氫氧化鈉和硫化鈉是木材蒸煮必須的化學(xué)品，所以具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，該法可以大量的減少有毒有害氣體排放，對(duì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有一定的貢獻(xiàn)。但是該方法還處于一個(gè)工業(yè)應(yīng)用的研究階段，其設(shè)備耐用性和生產(chǎn)連續(xù)性還有待于實(shí)踐的驗(yàn)證。在相關(guān)的煤氣化生產(chǎn)實(shí)踐中，最長(zhǎng)延續(xù)運(yùn)行時(shí)間是13天，平均每3.4天因故停機(jī)一次，黑液氣化和煤氣化的工藝條件相當(dāng)，黑液氣化也有可能經(jīng)常發(fā)生間斷性的停機(jī)，這種間斷性停機(jī)將嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，減少電能的產(chǎn)量，也對(duì)整個(gè)工廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)帶來了很大的困擾。所以到目前為止，黑液氣化聯(lián)合發(fā)電技術(shù)還沒有廣泛的應(yīng)用。

3 結(jié)束語

綜上所述，造紙企業(yè)要想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，在資源緊缺的背景下，在環(huán)境污染的情況下持續(xù)的發(fā)展，必須改變制漿造紙技術(shù)的高耗能、高污染的特性。生物質(zhì)精煉技術(shù)的應(yīng)用是最好的選擇。生物質(zhì)精煉技術(shù)改變了造紙企業(yè)傳統(tǒng)的單一型生產(chǎn)模式，目前人們已經(jīng)把制漿造紙技術(shù)與生物質(zhì)精練技術(shù)進(jìn)行完美的結(jié)合，使之形成為一種新型的技術(shù)，這種技術(shù)一經(jīng)研發(fā)，就受到了廣泛的推廣。本文就制漿造紙生物質(zhì)精煉的基礎(chǔ)技術(shù)、制漿造紙生物質(zhì)精練技術(shù)的應(yīng)用與評(píng)價(jià)方面進(jìn)行了分析，闡述了制漿造紙生物質(zhì)精練技術(shù)對(duì)于造紙產(chǎn)業(yè)的重要意義，及其廣闊的發(fā)展前景。

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