2010

年

月

沈葵忠等

生物质精炼在造纸工业中的应用模式和发展趋势

工业 ,综合林业生物精炼工厂 ( Integrated For

est Bio refinery , IFB R) 工厂对他们来说无疑是
个很好的选择 ,过去的几年中呈现了勃勃生机。

美国纽约州立大学环境科学与林业科学学

院 ( SUN Y ESF) 、

缅因州州立大学化学与生物

工程系等研究单位提出了 IFBR 的概念 ,对传
统的漂白硫酸盐浆厂进行改变 ,使之不再仅仅
局限于生产纸浆和与其相关的纸产品 ,还将生
产具有更高附加值的生物产品 ,诸如乙醇、

有机

聚合物、

碳纤维和内燃机燃料等。这种新型工

厂将以木材为原料 ,生产出多种生物制品和能
源。图 1 是 SUN Y ESF 提出的生物精炼工厂
的流程图。图 1 中黑体表示的该工厂可能生产
的产品或副产品。其主要特征如下 : (1) 在制浆
前先从木片中抽提出半纤维素 ,再转化成乙醇
和糖基聚合物 ,进一步生产各种化学品 ; (2) 将
黑液和树皮废料等生物质进行气化以提供能源

(电力、

蒸汽) 和可制造燃液的合成气 ; (3) 沉析

出的木质素制取聚氨酯、

胶粘剂、

或表面活性剂

等化学品 ; (4) 保留生产本色纸浆或漂白木浆。

传统制浆造纸企业是一些以大量生产传统

产品 ,如纸浆、

纸板或其他纤维素产品的企业 ,

其特点是输入的原料量和化学品很多 ,所消耗
的能源巨大 ,输出品单一 ,对生态环境的负面影
响大。由于优良制浆造纸原料的短缺 ,石油等
传统资源价格的持续上涨 ,劳动力成本的上升 ,
以及全球化竞争所带来的巨大压力 ,传统制浆
造纸企业面临着前所未有的困难 ,将原木仅仅
转变成基于纤维素的制浆造纸产品的这种老的

商业模式已不适用 ,而充分利用生物质资源生
产多种产品的综合林业生物质精炼工厂将呈现
良好的发展前景。

2 　造纸工厂改造为综合生物质精炼工厂的
原理

　　植物生物质 (或木质纤维素) 主要由纤维

素、

半纤维素和木质素三种主要基本成分和少

量挥发性抽出物组成。现代造纸工厂主要通过
蒸煮 (例如化学制浆) 和化学与机械结合的方法

(例如机械制浆) 将木材或其它植物纤维 (例如

竹材、

苇、

麦草等原料) 分离成单根纤维即纸浆

的过程。化学制浆过程中 ,木质素从纸浆中分
离出来 ,脱除的木质素进入液相 (黑液) ,通过碱
回收系统回收能源和化学品 (主要是 NaO H 和

S) ;制得的纸浆纤维 (主要成分是纤维素 ,

还含少量木质素和半纤维素) 进入后续纸品生
产系统 ,木片中大部分半纤维素在蒸煮时进入
液相 ,少量随纸浆纤维进入后续工序。

图

　综合林业生物精炼工厂流程图

　　图 2 概述了生物质主要组分在造纸工厂和

IFB R 工厂的转化路线。图 2 中实线箭头表示

现在造纸工厂的工艺路线 ,其设备系统和工艺
技术已经相当成熟。虚线表示综合生物质精炼

工厂新增的产品路线。

图

　造纸工厂及生物质精炼工厂主要生物质

组分转化路线

　　对现有造纸工业的设备系统进行适当改造

就可以做到半纤维素、

木质素、

纤维素和挥发性

抽出物的分离。在木片进行硫酸盐制浆前 ,使
用近中性或酸性的水基抽提技术 ( Water -

based Ext ractio n) ,可以做到将大部分的半纤

维素从木片中抽提出来。Dr van Heinigen 等

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