[发明专利]用于制备木质素的方法

说明书

本发明涉及通过用醇，尤其是用C_1-4的醇，水和碱制浆（Aufschluss）由木质纤维素材料制备木质素的方法。

就原油短缺而言，再生原材料木质纤维素（秸秆、木头、废纸等）作为化学产品和燃料的原料变得非常重要。木质纤维素由超结构（ultrastrukturell）交联的聚合的主要成分纤维素、半纤维素和木质素组成，其通常构成原料的约85-90%。剩余的量可归入术语提取物质下。

生物精炼的目的在于裂解作为聚合物存在的成分并将其分离成各产物流且将其进一步加工成高价值的产品。这里仅意在提及生物化学平台的生物精炼。这样的生物精炼的收益性很大程度取决于能实现创造怎样的价值。这又大大地影响各产品流的纯度，因为会使得下游的分离过程变得困难而费用巨大。作为理想的方案，也可以考虑尽可能选择性地进行各主要组分的裂解的工艺。除了使用的碳水化合物的比例之外，所制得的木质素的量和品质对整个过程的价值创造也具有强烈的影响。作为石油化工生产的芳香化合物的替代品，木质素获得了极大的经济意义。

生物精炼可以达到多种目的，这些目的由各自的化学制浆原理及其由此实现的选择度来确定。例如可提及生物醇生产和制备纸浆（Zellstoff）。

在生产生物醇时，对制浆方法和分离方法提出最低的要求。其主要目的是改善纤维素酶和半纤维素酶的酶作用物可达性，以水解释放出生产乙醇所需要的糖。这已经可以用通过所谓的“蒸汽爆破”法用部分解聚的半纤维素通过轻微的脱木素作用来实现。例如，在DONG，DK研发的秸秆的自发水解过程中，通过近200℃的温度和由此裂解的醋酸使至2/3的秸秆溶解并被用作饲料。纤维素和残余的半纤维素可在酶促水解后被发酵为乙醇。木质素被塑化、冷凝成小滴且不适于进一步的化学利用。其用作热能源。在另一类似的方法中（ENREL, IOGEN, SEKAB）加入酸，以提高制浆度并因此提高乙醇产率。

在用于制备木浆的过程中，主要对制浆方法的选择性提出了更高的要求。目的是在尽可能小的纤维素固体损失和尽可能低的半纤维素损失条件下尽可能高的脱木素作用，以获得高的产率。该目的主要通过碱性方法得以实现。

苏打法是最古老的方法之一，该方法仍然用于以小规模由秸秆生产纸浆，在该方法中，在略低于100℃下，用氢氧化钠水溶液将秸秆制浆(J.H.Lora & E. Escudero, 2000, Soda pulping of agricultural fibres for boardmaking application;Paper Technology, 5月 2000, 37-42)。由于秸秆具有一些与木材相比不利的特性（季节性产出、可存储性、短纤维、脱水特性），其应用可能性是有限的。在木质素作为石油化学生产的芳香化合物的替代品的经济意义日益增长的进程中，由Granit研发了以氢氧化钠水溶液蒸煮制备木质素的方法，在该方法中不能通过事后的加热和熟化分离和制备出可过滤的木质素，除非进行酸沉降(A. Abaecherli, F. Doppenberg, 2003, Method for preparing alkaline solutions containing aromatic polymers, EP0970275 (B1))。无硫木质素可在商品名Protobind下获得。

最为人所知的碱性制浆法是硫酸盐-或“牛皮纸”-工艺，其中用氢氧化钠水溶液和亚硫酸钠制浆。该工艺在170℃下，使用高浓度NaOH（18-24％，基于具有卡伯值约为5的纸浆的木TG计）进行，并优化耐撕裂的浅色纸浆的生产。由此产生的硫酸盐木质素通过重聚合反应在蒸煮过程中部分高度缩合并且此外包含约2％的硫，因此其作为化学原料的应用范围非常有限。通过新近研发的Lignoboost工艺(P. Tomani, 2009, The Lignoboost Process, NWBC-2009 The 2^nd Nordic Wood Biorefinery Conference, Helsinki, Finland, September 2-4, 2009, 181-188.) 沉淀牛皮纸木质素，并主要用于热利用，例如在化学药品回收中。

工业木质素的第二大来源是亚硫酸-纸浆法，其中主要在酸性pH值的条件下用亚硫酸钙或亚硫酸镁将木材制浆。由此形成的硫酸木质素同样被缩合并含有硫，但由于其水溶性适合于更宽的应用范围。