[发明专利]结合生物炼制的植物纤维原料制浆方法

说明书

技术领域

本发明属结合生物炼制的植物纤维原料制浆方法的技术领域。

背景技术

随着能源、资源、环境问题的日趋严峻，生物炼制已成为世界各国的战略研究方向。美国国家委员会预测，到2020年，将有50％的有机化学品和材料产自生物质原料，2000年～2020年将是世界各国大力发展生物质能的关键时期。预计到2010年我国生物质能的利用量将占到一次能源总消费量的1％，2020年将达到4％。但是，自从世界各国逐步调整政策减少或禁止将粮食(淀粉)转换为燃料乙醇后，利用年产量巨大的植物纤维资源，生产纤维质乙醇和其他大宗化学品的技术成为发展工业生物技术的重点。纤维素生物质资源化的技术，已从单一的木材加工、造纸、发酵堆肥、焚烧利用热能等方式，转换到将生物质尽可能在一个相对完整的生产系统内实现多组分全分离及综合利用，通过生物质炼制技术分别提取其中的纤维素、半纤维素和木质素，并生产为各种化学品、燃料、生物基材料和纸浆等，已成为世界可再生资源利用的发展趋势。

纤维植物中主要组成是纤维素、半纤维素、木质素。统计资料表明，全球植物每年产生的纤维素、半纤维素总量可高达8.5×10¹⁰t干物质。其中半纤维素有3.5×10¹⁰t之多，是自然界含量第二丰富的糖类资源。半纤维素在植物中的含量约为15％～30％，不同植物含量不同，例如针叶木的半纤维素含量为15％～20％(以聚甘露糖为主)，非木材纤维原料的半纤维素含量为20％～30％(以聚木糖为主，含量为18％～26％)。这些植物纤维原料中所含有的多糖类物质如半纤维素、植物粘液、淀粉、果胶质等均能溶于水，可以转化为燃料乙醇或化学品，替代石化产品成为化工聚合物的原材料。如何充分利用好半纤维素是生物量全利用的关键之一，但是半纤维素的利用长期被忽视。

目前对植物纤维原料利用量最大的途径之一是制浆造纸。制浆造纸过程主要利用的成份是纤维素纤维和少量的木质素和半纤维素。传统化学法制浆过程没有对原料半纤维素等糖类物质进行抽提提取的预处理工艺，而是直接将原料与蒸煮药剂混合后在高温下将木质素降解获得纤维素纤维纸浆，同时原料的20％～30％会以半纤维素和木质素的形式降解进入废液系统，增加污染负荷，这些可进一步加工成乙醇等高附加值产品的半纤维素、木质素基本被烧掉，但是半纤维素和木质素的燃烧值都很低(分别为13.6MJ/kg和27MJ/kg)，如果转化为新的生物质产品则可以大大提高其附加值。

近年来，有机溶剂法制浆因其具有无臭气、无需昂贵的黑液回收系统、成浆容易漂白、能回收木质素和其他副产品进行综合利用等优点，受到广泛关注。在中国专利申请中，《高沸醇溶剂制备纤维素及木质素的方法》(申请号02157689.0)、《利用植物废弃物制备高沸醇木质素的方法》(申请号200510018127.7)等均采用了高沸醇为溶剂从植物或植物废弃物中提取木质素和纤维素。虽然这些技术方案都有不少积极效果，但是将植物纤维原料直接用高沸醇提取木质素和纤维素遇到的最大问题是：原料中的半纤维素糖类大部分降解溶于蒸煮残液中，使得木质素、醇、溶解的糖类等产物难于分离。而如何将木质素、醇、溶解的糖类分离，获得纯的木质素，去除醇中残留的糖份，是决定醇能否回收循环使用的关键，也是有机溶剂法制浆产业化必须解决的瓶颈问题。

专利号为ZL02145150.8的中国发明专利《由生物质水解制备还原性单糖的方法》，公布了一种以生物质为原料，以稀酸为催化剂，在100℃～200℃的温度范围内水解制备还原性单糖的方法。该发明针对现有生物质水解方法的水解产品中糖浓度低的缺点，目的是提高生物质水解产品中糖浓度，将生物质尽可能水解为单糖产物(如木糖、葡萄糖等)，没有涉及原料水解仅作为预处理的制浆方法。

总之，现有制浆方法有以下不足：

(1)植物纤维原料的传统化学法制浆和高得率法制浆过程，均没有对原料抽提提取半纤维素等糖类进行利用的预处理工艺，这部分糖类与溶于废液中的木质素一起基本被烧掉，其利用价值低，造成资源的极大浪费和环境污染；

(2)现有有机溶剂法制浆工艺，也没有对原料抽提提取半纤维素等糖类的预处理工艺。这部分糖类与木质素一起溶于蒸煮后的有机溶剂残液中，除了造成半纤维素多糖资源的浪费、不能实现生物质多组分全分离及综合利用外，还增加了糖与有机溶剂的分离难度，严重影响有机溶剂的循环再利用和有机溶剂法制浆产业化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种能提取半纤维素等糖类进行综合利用的结合生物质炼制的植物纤维原料制浆方法。