生物質(zhì)精煉技術(shù)及在造紙行業(yè)的應(yīng)用與趨勢

陳安江

(汶瑞機(jī)械(山東)有限公司,山東安丘,262100)

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生物質(zhì)精煉技術(shù)及在造紙行業(yè)的應(yīng)用與趨勢

陳安江

(汶瑞機(jī)械(山東)有限公司,山東安丘,262100)

摘要：生物質(zhì)精煉是將生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為能源和多元化、高附加值生物質(zhì)產(chǎn)品的一種有效途徑,是實(shí)現(xiàn)高值化利用原料和資源化利用三廢的有效方法,造紙企業(yè)是生物質(zhì)精煉不可多得的發(fā)展平臺。本文重點(diǎn)介紹了傳統(tǒng)制漿造紙工業(yè)與生物質(zhì)精煉相結(jié)合的幾種可行模式和相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用情況以及發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)精煉；木質(zhì)素纖維；秸稈資源；轉(zhuǎn)型升級；高值化；資源化

煤、石油、天然氣等化石能源是工業(yè)社會的核心能源,但不是可再生資源,如果沒有新的能源來取代其在能源結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)地位,總有一天會發(fā)生嚴(yán)重的、災(zāi)難性的能源和環(huán)境危機(jī)。生物質(zhì)能既可貢獻(xiàn)能量替代化石燃料,又能像煤炭和石油那樣生產(chǎn)出化工產(chǎn)品替代化石產(chǎn)品，給社會帶來巨大的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和安全效益,是前景廣闊的可再生能源[1-2]。目前,生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)正逐步發(fā)展壯大,生物質(zhì)精煉已是當(dāng)今世界科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),木質(zhì)纖維原料將是今后生物質(zhì)精煉的主要原料,制漿造紙企業(yè)怎樣與生物質(zhì)精煉技術(shù)相結(jié)合已是造紙產(chǎn)業(yè)期望解決的重要課題,是實(shí)現(xiàn)造紙企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1生物質(zhì)精煉技術(shù)發(fā)展歷程

現(xiàn)代生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)概念,是指利用可再生的有機(jī)物質(zhì),包括農(nóng)作物、樹木等植物及其殘?bào)w、畜禽糞便、有機(jī)廢棄物,通過工業(yè)加工轉(zhuǎn)化,進(jìn)行生物基產(chǎn)品、生物燃料和生物能源生產(chǎn)的一種新興產(chǎn)業(yè)。主要經(jīng)歷了三代技術(shù)的發(fā)展[3],分別為第一、第二和第三代生物質(zhì)精煉技術(shù),其中,第二代和第三代生物質(zhì)精煉過程中碳元素的去向見表1和表2。

(1) 第一代和第二代生物質(zhì)精煉技術(shù)的區(qū)別,主要是原料的不同,第一代生物質(zhì)精煉技術(shù)的主要原料為糧食,如玉米、糖等。目前生產(chǎn)生物乙醇多為此代技術(shù),技術(shù)成熟但成本高。同時,因大量的糧食作物被作為原料生產(chǎn)生物燃料,是導(dǎo)致食物價格上漲和糧食缺乏的主要原因。

(2) 從第二代生物質(zhì)精煉技術(shù)便開始使用非糧食原料,可避免與糧食沖突,在歐洲以纖維素乙醇為代表的第二代生物乙醇發(fā)展前景良好,已有許多示范化和商業(yè)化運(yùn)作企業(yè)[4]。它是纖維素脫出木素后半纖維素水解為單糖,纖維素水解成葡萄糖,但有機(jī)碳的轉(zhuǎn)換率低。

(3) 第三代生物質(zhì)精煉技術(shù)充分利用非糧食原料中的各種成分,生產(chǎn)的產(chǎn)品更加豐富,生物質(zhì)中的有機(jī)碳理論上無損失,是新興技術(shù)。

表1　第二代生物質(zhì)精煉技術(shù)原料中有機(jī)碳去向

表2　第三代生物質(zhì)精煉技術(shù)原料中有機(jī)碳去向

圖1　生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生物燃料工藝路線

圖2　木質(zhì)纖維生物質(zhì)精煉示意圖

2生物質(zhì)精煉的原料、基礎(chǔ)技術(shù)及產(chǎn)品

目前生物質(zhì)精煉的開發(fā)研究主要基于生物質(zhì)能源、生物基材料和生物質(zhì)化學(xué)品三大平臺,以全谷物、木質(zhì)纖維素和油脂植物為主要原料,采用生物法、化學(xué)法、物理法等技術(shù)生產(chǎn)各種燃料、化學(xué)品和材料。其中,生物質(zhì)燃料生產(chǎn)占主導(dǎo)地位,比較成熟的工藝路線見圖1[5]。今后對木質(zhì)纖維原料的生物質(zhì)精煉是重點(diǎn)的研究及發(fā)展方向。

3木質(zhì)纖維原料的生物質(zhì)精煉

木質(zhì)纖維原料主要包括：木材、竹子、灌木、林業(yè)廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、蔗渣、蘆葦、廢紙等。木質(zhì)纖維原料具有復(fù)雜的化學(xué)組成,其中纖維素、半纖維素和木素是主要的三大化學(xué)組分,還有少量的蛋白質(zhì)、樹脂、脂肪和淀粉等。生物質(zhì)精煉就是希望在以生物質(zhì)為原料的加工工業(yè)中,打破傳統(tǒng)生產(chǎn)方式中僅僅利用生物質(zhì)中的某一種組分生產(chǎn)單一種/ 類產(chǎn)品的觀念,盡可能地充分考慮將原料中每一種主要組分都分別轉(zhuǎn)化為不同的產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)原料全組分的高效充分利用和產(chǎn)品價值的最大化[6-7]。圖2為木質(zhì)纖維原料生物質(zhì)精煉的示意圖[6]。

(1)纖維素：纖維素是一種多羥基的聚合物,可以進(jìn)行一系列類似醇類化合物的化學(xué)反應(yīng),生成完全不同于纖維素性質(zhì)的衍生物,如纖維素酯、醚等。

(2)半纖維素：是戊糖(木糖、阿拉伯糖)、己糖(甘露糖、葡萄糖、半乳糖)和糖酸所組成的不均一聚糖,可水解生產(chǎn)乙醇、糠醛、木糖醇、乳酸等。

(3)木素：是一種高分子芳香族化合物,可通過物理、化學(xué)等方法從水解液中分離出來,經(jīng)多種化學(xué)反應(yīng)降解而得到酚、苯、香蘭素、苯甲醛、苯甲酸及不同低分子量芳香和雜環(huán)化合物。

4造紙工業(yè)與生物質(zhì)精煉

4.1制漿造紙現(xiàn)狀及趨勢

近10年來發(fā)達(dá)國家或地區(qū)的制漿造紙生產(chǎn)和消費(fèi)總量持續(xù)下降,原料、能源和勞動力等生產(chǎn)成本不斷增加,盈利空間越來越小,不少企業(yè)已經(jīng)關(guān)停并轉(zhuǎn)；我國近30年來造紙工業(yè)快速發(fā)展,產(chǎn)能釋放過大也出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的產(chǎn)能過剩,大部分造紙企業(yè)出現(xiàn)虧損,行業(yè)發(fā)展出現(xiàn)危機(jī),現(xiàn)已進(jìn)入深度調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級新時期。

圖3　造紙企業(yè)生物質(zhì)精煉工藝路線圖

圖4　集成的硫酸鹽制漿生物質(zhì)精煉流程圖

制漿造紙工業(yè)是最早大規(guī)模利用生物質(zhì)的產(chǎn)業(yè),擁有規(guī)?；占?、處理、加工生物質(zhì)的基礎(chǔ)設(shè)施和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。傳統(tǒng)制漿造紙工業(yè)是一個低層次的生物質(zhì)精煉產(chǎn)業(yè),除生產(chǎn)纖維產(chǎn)品外,還擁有比較成熟的精煉技術(shù),如黑液堿回收的生物質(zhì)能源利用,制漿廠回收松節(jié)油和塔爾油等化學(xué)品,生物質(zhì)鍋爐的開發(fā)與應(yīng)用,酸法制漿紅液生產(chǎn)酒精、飼料酵母、提取木素磺酸鈣等。 因此,漿紙聯(lián)合企業(yè)是生物質(zhì)精煉不可多得的發(fā)展平臺,通過制漿或造紙與生物質(zhì)精煉的緊密結(jié)合,將傳統(tǒng)的漿、紙廠變成一個漿、紙和生物質(zhì)精煉相結(jié)合的加工廠,將是今后造紙工業(yè)的重要標(biāo)志和發(fā)展趨勢。

4.2制漿造紙企業(yè)生物質(zhì)精煉的主要內(nèi)容

關(guān)于制漿造紙?jiān)趺锤镔|(zhì)精煉技術(shù)相結(jié)合,世界各國至少提出了三種類型：一是以美國為代表的,把原來生產(chǎn)過剩的制漿造紙工廠改造為生物質(zhì)精煉,主要方向是生產(chǎn)乙醇；二是建設(shè)一個工廠,但是還借鑒制漿造紙技術(shù)；三是把兩者結(jié)合起來進(jìn)行改造對生物質(zhì)組分合理利用。許多專家和學(xué)者們認(rèn)為,目前把兩者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合是最佳途徑。根據(jù)生物質(zhì)精煉技術(shù)現(xiàn)狀,制漿造紙企業(yè)生物質(zhì)精煉工藝路線如圖3所示,與制漿造紙相結(jié)合生物質(zhì)精煉的內(nèi)容主要有[8-9]：①在制漿前先從原料中抽提出半纖維素,再轉(zhuǎn)化成乙醇,或者生產(chǎn)其他各種化學(xué)品；②從黑液中分離出的木素制取膠黏劑、表面活性劑等化學(xué)品；③將黑液、樹皮、污泥等生物質(zhì)進(jìn)行氣化以提供能源(合成氣、電力、蒸汽),或者制成化學(xué)品；④纖維素生產(chǎn)紙漿、溶解漿或進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)燃料；⑤回收松節(jié)油、皂化物等副產(chǎn)物。

4. 3制漿造紙廠生物質(zhì)精煉的可行模式及關(guān)鍵精煉技術(shù)

4.3.1具有代表性的幾種模式

傳統(tǒng)制漿造紙工業(yè)與現(xiàn)代生物質(zhì)精煉技術(shù)相結(jié)合,就是要把傳統(tǒng)的紙漿廠變成一個現(xiàn)代的紙漿和生物質(zhì)精煉的聯(lián)合加工廠,達(dá)到高值化利用原料和資源化利用三廢的目的。目前國際上研究課題五花八門,嘗試的運(yùn)營模式也多種多樣,但有以下幾種主要可行生物質(zhì)精煉模式可供參考。

(1)堿法預(yù)抽提生物質(zhì)精煉模式[9-10]。該模式在傳統(tǒng)硫酸鹽化學(xué)法制漿前增加一段堿抽提,以提取半纖維素和脂肪酸等組分,使組分進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為燃料乙醇及其他高附加值產(chǎn)品，見圖4。

該方法最初是由美國緬因大學(xué)教授 Van Heiningen 等學(xué)者提出,技術(shù)的主要環(huán)節(jié)是在闊葉木硫酸鹽法制漿之前增加半纖維素的提取段,從而將提取出的半纖維素進(jìn)行單獨(dú)利用,同時綜合考慮所提取廢液中木素的轉(zhuǎn)化和利用。優(yōu)點(diǎn)就是預(yù)先抽提的半纖維素不含硫比較純凈,有利于后序的深加工和轉(zhuǎn)化,提高了生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品的可能性,減少了蒸煮過程的化學(xué)品消耗,并降低了黑液最終處理的負(fù)擔(dān)。

(2)溶劑制漿生物質(zhì)精煉模式[10-12]。在該模式中,乙醇是整個工藝中唯一使用的化學(xué)品,且可以自行生產(chǎn)。木片經(jīng)過有機(jī)溶劑制漿后,纖維素用于造紙工業(yè),同時半纖維素和部分纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇,還可以通過半纖維素生產(chǎn)糠醛。該方法獲得的木素純度高,可以進(jìn)行木素深加工,生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，見圖5。

圖5　溶劑制漿生物質(zhì)精煉流程

圖6　預(yù)水解硫酸鹽溶解漿生物質(zhì)精煉流程

圖7　亞硫酸鹽溶解漿生物質(zhì)精煉流程

圖8　黑液氣化生物質(zhì)流程

溶劑法制漿是目前造紙領(lǐng)域相對比較熱門的一種新型紙漿生產(chǎn)工藝,加拿大纖維素乙醇和生物化學(xué)聯(lián)產(chǎn)品公司(Lignol)與美國通用電子公司合作開發(fā)了溶劑預(yù)處理技術(shù)以及和雷派柏公司合作開發(fā)了溶劑制漿技術(shù),并于2009年6月宣布,已從其位于不列顛哥倫比亞省Burnaby的完全一體化工業(yè)規(guī)模生物質(zhì)煉油廠中型裝置生產(chǎn)出纖維素乙醇。該提煉技術(shù)的優(yōu)勢是：①制漿工藝靈活簡便,只添加乙醇且可以自主生產(chǎn),環(huán)保特點(diǎn)鮮明；②得到的木素產(chǎn)品純度較高,適宜進(jìn)行深加工,從而得到木素類衍生增值產(chǎn)品；③乙醇燃料即可與制漿充分結(jié)合,也可相對獨(dú)立的生產(chǎn)。

(3)預(yù)水解硫酸鹽溶解漿——生物乙醇或木糖醇的復(fù)合型生物質(zhì)精煉模式[11-12]。加拿大 New Brunswick 大學(xué)造紙研究中心、加拿大制漿造紙研究院和 AV Nackawic 造紙廠聯(lián)合開發(fā),將原闊葉木硫酸鹽漿生產(chǎn)線改建為預(yù)水解硫酸鹽溶解漿系統(tǒng)，見圖6。同時結(jié)合了生物質(zhì)提取和利用技術(shù),構(gòu)建了綜合利用纖維素、半纖維素、木素以及提取物的生產(chǎn)模式。

該方法除了在制漿之前提取脂肪酸、樹脂酸以及生產(chǎn)溶解漿之外,同時進(jìn)行半纖維素的分離和加工利用。半纖維的提取和回收是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙醇或乳酸、糠醛、木糖、木糖醇等其他產(chǎn)品的關(guān)鍵環(huán)節(jié),半纖維素抽提過程是選擇性的去除半纖維素而不降解造紙主要成分——纖維素。我國某廠的溶解漿項(xiàng)目克服了連續(xù)水解和連續(xù)抽提的技術(shù)難題,對木片預(yù)水解后的纖維素生產(chǎn)溶解漿,用預(yù)水解液的主要成分半纖維素生產(chǎn)糠醛、木糖和木糖醇等,設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn)1萬 t結(jié)晶木糖醇和4000 t液體木糖醇,產(chǎn)品有木糖醇及其相關(guān)衍生物[13-14]。

(4)天柏模式。加拿大Tembec公司是一個集原木加工、紙漿、紙板加工于一體的集團(tuán)公司,該公司在魁北克 Temiscaming 的亞硫酸鹽溶解漿廠就是一個典型集成的制漿造紙/生物質(zhì)精煉加工廠。

該廠最大的特點(diǎn)就是充分利用了木材的三大組分,預(yù)先從纖維中提取木素,從而制得高α-纖維素含量的溶解漿,相比硫酸鹽漿更易于漂白,使整個漂白工藝完全無氯,產(chǎn)生廢水量少,系統(tǒng)封閉污染輕(見圖7)。其中纖維素用來生產(chǎn)包括食品增稠劑、高分子材料、織物、薄膜、醫(yī)藥產(chǎn)品等在內(nèi)的特種纖維素產(chǎn)品；半纖維素則經(jīng)過發(fā)酵工藝(使用能轉(zhuǎn)化五碳糖和六碳糖的酵母菌)來生產(chǎn)乙醇；木素則在制漿過程中轉(zhuǎn)化為磺化木素,廣泛用于生產(chǎn)肥料、飼料黏合劑、炭黑以及表面活性劑等[11-12]。

4.3.2制漿廢液精煉技術(shù)和生物質(zhì)熱分解技術(shù)

制漿廢液及固體廢棄物的技術(shù)是解決阻礙傳統(tǒng)造紙工業(yè)發(fā)展瓶頸的主要環(huán)節(jié),國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)及學(xué)者也進(jìn)行了許多研究,目前,有代表性的生物質(zhì)精煉流程或技術(shù)主要有以下幾種。

圖9　黑液中木素生物質(zhì)精煉流程

圖10　粗塔羅油生物質(zhì)精煉流程

(1) 黑液氣化。黑液氣化技術(shù)被譽(yù)為目前最有前景的堿回收技術(shù),總發(fā)展趨勢是替代傳統(tǒng)堿回收。黑液的氣化與傳統(tǒng)的堿回收爐黑液堿回收相比,最大的優(yōu)勢就是以最低的成本、最大限度地挖掘了黑液中有機(jī)物質(zhì)的潛在價值,從而實(shí)現(xiàn)資源的充分利用[18-21]。目前,黑液氣化已是一個比較熱門的研究領(lǐng)域,總體來說研究比較多的是低溫和高溫氣化技術(shù),由于在嘗試低溫氣化黑液時,雖然避免了由于熔融物遇水爆炸的危險(xiǎn),但幾乎都遇到流化失敗問題。因此,在生產(chǎn)實(shí)踐中用的較多的還是以 Chemrec 高溫氣化技術(shù)為主(見圖8[14])。2010年加拿大多倫多一家生產(chǎn)牛皮箱紙板的企業(yè)就用黑液氣化技術(shù)[15]。

黑液氣化工業(yè)化主要有2個發(fā)展模式,即黑液氣化聯(lián)合發(fā)電精煉工藝和黑液氣化及化學(xué)合成精煉工藝。其中,黑液氣化聯(lián)合發(fā)電是最直接和簡便的發(fā)展方向。

(2) 廢液中木素的精煉。將廢液中木素進(jìn)行沉積析出,并將析出的木素進(jìn)行純化處理,再進(jìn)一步加工利用,該技術(shù)是減輕堿回收爐壓力、提高資源利用的有效途徑。目前,達(dá)到工業(yè)規(guī)模的是由酸沉淀得到的硫酸鹽木素,該方法主要通過加入酸來降低溶液的pH值并在pH值為10.5～11.0的范圍內(nèi)中和木素中的酚羥基,然后提高廢液的濃度,從而使木素大量沉淀析出,對提取的木素采用不同的方法生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，見圖9[15]。

要使廢液中的木素通過提取分離得到高值化的利用或擴(kuò)大使用范圍,木素的提取純度及結(jié)構(gòu)非常關(guān)鍵,目前研究的提取方法很多,諸如采用生物技術(shù)用復(fù)合酶對制漿黑液中的碳水化合物進(jìn)行降解,然后經(jīng)過發(fā)酵從降解產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為能源物質(zhì)——乙醇,可以將黑液中的木素提純,提純后的木素可以得到更好地分離和利用,防止在利用木素過程中所產(chǎn)生二次污染；采用無硫木素提取及改性技術(shù),獲得更加環(huán)保的不含硫元素的木素,使之性能更加優(yōu)異,應(yīng)用在現(xiàn)代合成高分子領(lǐng)域,生產(chǎn)酚醛樹脂、聚氨酯泡沫塑料和環(huán)氧樹脂等產(chǎn)品[16-17]。

(3)粗塔羅油的精制。粗塔羅油是針葉木漿蒸煮生產(chǎn)過程所回收的一種副產(chǎn)品,主要成分為樹脂酸、脂肪酸及中性物,由于具有顏色深和惡臭味等缺點(diǎn),不能得到廣泛應(yīng)用,若進(jìn)行精制或進(jìn)一步將木漿浮油分離出樹脂酸、脂肪酸等產(chǎn)品,則能得到更為廣泛的利用。粗塔羅油的精制主要分為堿金屬氫氧化物分級皂化法、部分酯化分離法、吸附法、溶劑萃取法和蒸餾法[18]。其中前4種方法均存在精制過程復(fù)雜而繁瑣,產(chǎn)品質(zhì)量差,成本高以及分離效果不理想等缺點(diǎn)而難以推廣應(yīng)用,蒸餾法操作簡單,成本低且產(chǎn)品質(zhì)量較好,因而得到廣泛的應(yīng)用。

由于塔羅油中各主要成分對高溫都比較敏感,因此一般采用減壓蒸餾[9]。其中常見的減壓蒸餾方法有兩種：間歇蒸餾和連續(xù)蒸餾。連續(xù)蒸餾具有生產(chǎn)能力大、蒸餾時間短、降低設(shè)備投資、減少瀝青的形成以及提高松香和脂肪酸的得率等優(yōu)點(diǎn),因而是工廠大規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用較多的工藝流程，見圖10[9]。

(4)生物質(zhì)熱分解技術(shù)。生物質(zhì)熱分解技術(shù)包括生物質(zhì)直接氣化、間接氣化和城市垃圾氣化3種技術(shù)[19]。①直接氣化技術(shù)。工藝過程就是將木質(zhì)生物質(zhì)(如樹枝、樹皮、鋸末等)進(jìn)行氣化經(jīng)過預(yù)處理、干燥,然后在循環(huán)式氣化爐中熱分解生產(chǎn)出生物質(zhì)燃?xì)?其生物質(zhì)燃?xì)饪蛇M(jìn)行直接燃燒,代表案例為芬蘭瓦薩市的Voima 電廠,裝機(jī)容量是140 MW,將生物質(zhì)熱分解出的生物質(zhì)燃?xì)夤┙o電力鍋爐,250 MW 燃煤鍋爐,可以替代40%的燃煤。②間接氣化技術(shù)。該工藝過程是將森林殘留物和木質(zhì)生物質(zhì)進(jìn)行干燥、預(yù)處理,然后送入鼓泡式流化床氣化爐,經(jīng)過系列過程,最后生產(chǎn)出生物質(zhì)甲烷氣體,可以用做汽車燃?xì)饣虿⒕W(wǎng)后用于別的目的,代表案例為瑞典Gothenburg的GoBiGas 項(xiàng)目,用樹枝及樹冠等林區(qū)的剩余物經(jīng)過熱分解來生產(chǎn)20 MW/a的生物質(zhì)甲烷氣。③城市垃圾氣化技術(shù)。該工藝流程包括對城市垃圾進(jìn)行分類、預(yù)處理,再在生物質(zhì)氣化爐中熱分解,然后將生產(chǎn)的生物質(zhì)燃?xì)饨?jīng)過冷卻過濾,最后送入鍋爐燃燒,芬蘭拉赫提Energia 電廠是全球首座用城市垃圾進(jìn)行熱電生產(chǎn)的工廠。

5發(fā)展趨勢

綜觀紙業(yè)特點(diǎn),造紙企業(yè)本來就是一個簡單的生物質(zhì)精煉廠,制漿過程實(shí)際就是各組分的初步分離過程。傳統(tǒng)制漿廠的生物質(zhì)精煉主要包括造紙用紙漿、生物質(zhì)直接燃燒和松節(jié)油、塔爾油的提取等[18]。目前研發(fā)的生物質(zhì)精煉新技術(shù)主要包括：纖維原料半纖維素的預(yù)提取、廢棄物生產(chǎn)乙醇、黑液中木素的提取及其利用、生物質(zhì)氣化生產(chǎn)生物質(zhì)柴油、納米纖維素、溶解漿等[19-20]。綜合生物質(zhì)精煉技術(shù)研究及進(jìn)展,對生物精煉技術(shù)發(fā)展趨勢的基本觀點(diǎn)如下。

(1) 全世界造紙用的木材都變成乙醇,也抵不上現(xiàn)在全球消耗石油總量的1%[21],因此,行業(yè)不應(yīng)把造紙業(yè)生物質(zhì)精煉的主要精力放在化學(xué)制漿等原料前期處理上。但利用秸稈進(jìn)行生物質(zhì)精煉研究是對其成分綜合利用和保護(hù)生態(tài)的最佳方向。

(2) 用于禾草類生產(chǎn)的常規(guī)堿法制漿黑液提取率低,前景黯淡,先期看好的生物法制漿也不明朗；溶劑法制漿(如甲酸法、半纖維素酶造紙等)應(yīng)是有效解決禾草類原料制漿弊端的有效方法,是今后制漿研究應(yīng)用的主導(dǎo)方向。

(3) 制漿造紙固體廢棄物產(chǎn)生量多(含廢紙廢棄物和污泥等),對其生物精煉高值化利用或資源化利用應(yīng)是主要研究方向,其中資源化利用技術(shù)可參考我國某廠的“造紙廢渣無害化處理和綜合利用技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目[22]。

(4) 溶解漿生產(chǎn)過程預(yù)水解提取半纖維素綜合利用已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化運(yùn)行,不僅得到高附加值的附加產(chǎn)品,而且減少黑液黏度提高蒸發(fā)效能,可參考我國某廠預(yù)水解硫酸鹽法連續(xù)蒸煮生產(chǎn)溶解漿的模式。

(5)硫酸鹽法制漿仍是今后制漿方法的主流,目前有兩項(xiàng)生物質(zhì)精煉技術(shù)比較成熟。一是對原料預(yù)處理提?。禾崛“肜w維素應(yīng)以不影響造紙用漿特性為前提,提取的其他成分太少,初步認(rèn)為對原料預(yù)抽提沒有意義；二是黑液氣化：現(xiàn)木漿堿回收和石灰回收已非常成熟,但目前如果堿回收系統(tǒng)正常似乎沒有新建黑液氣化的必要性,只有新建或擴(kuò)改項(xiàng)目時才會考慮。

(6)從硫酸鹽制漿黑液中提取半纖維素和木素,尤其是提取無硫木素,進(jìn)行生物質(zhì)高值化利用,應(yīng)是今后研究發(fā)展的主要課題。

(7)合成生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品、開發(fā)纖維素(半纖維素、木素)的新產(chǎn)品等,拓寬生物質(zhì)產(chǎn)品的應(yīng)用渠道尤其是木素生物質(zhì)產(chǎn)品的應(yīng)用渠道以及附加值的提高是長期研究的方向。

6結(jié)語

生物質(zhì)精煉技術(shù)是全世界近年來的研究熱點(diǎn),體現(xiàn)了人類對世界能源以及生態(tài)環(huán)境問題的深入思考。高效益、低能耗、低污染的生物質(zhì)精煉技術(shù)研究及推廣應(yīng)用,符合產(chǎn)業(yè)綠色高效、資源節(jié)約的發(fā)展趨勢。目前,造紙企業(yè)已被認(rèn)為是生物質(zhì)精煉不可多得的發(fā)展平臺,是對傳統(tǒng)制漿造紙行業(yè)的深度調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級的機(jī)遇與挑戰(zhàn),制漿造紙企業(yè)怎樣與生物質(zhì)精煉相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)高值化利用原料和資源化利用三廢的目標(biāo),已是造紙行業(yè)和科研部門高度關(guān)注和研究的課題。從長遠(yuǎn)看,我國具有豐富的秸稈資源,秸稈生物質(zhì)精煉的綜合利用更是今后生物質(zhì)精煉技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域。

總之,木質(zhì)纖維原料的生物質(zhì)精煉是今后的發(fā)展方向,國內(nèi)外科研部門及學(xué)者進(jìn)行了多方面的研究,但很多技術(shù)還很難從產(chǎn)業(yè)化角度去評估技術(shù)經(jīng)濟(jì)的可行性,只有通過示范工程平臺才能進(jìn)行較為正確的綜合評估。因此,研究成果要真正轉(zhuǎn)換為工業(yè)化生產(chǎn)并達(dá)到理想的運(yùn)行效果還需要做大量的工作,在應(yīng)用過程一定要符合國情和結(jié)合廠情,絕不可盲目隨從,一定要產(chǎn)學(xué)研緊密合作,以嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的態(tài)度在行業(yè)內(nèi)示范驗(yàn)證和成功推廣。

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(責(zé)任編輯：馬忻)·水力碎漿機(jī)·

Application and Its Trend of Biorefinery in Paper Industry

CHEN An-jiang

(WenruiMachinery(Shandong)Co.Ltd.,Anqiu,ShandongProvince, 262100)

(E-mail: yuchen0105@126)

Abstract：Biorefinery was an effective way to convert biomass resources into energy and diversified valuable biomass products. It was also an effective way to high-value utilizeraw material and resource “three wastes” (waste gas, waste water and waste industrial residue). Paper industry provides an important platform for developing biorefinery. This paper emphasizes several feasible models in conjunction with traditional pulp & paper industry and biorefinery, relevant technology application and development trend.

Key words：biorefinery；lignocelluloses； straw resource；transformation and upgrade；high-value utilization; resource utilization

收稿日期：2014- 12- 09(修改稿)

中圖分類號：TS79

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0254- 508X(2015)04- 0061- 07

作者簡介：陳安江先生，工程師；主要從事制漿造紙工藝及裝備的研發(fā)以及工程設(shè)計(jì)工作。