生物质精炼与制浆造纸工业相结合的研究

第

23

卷 　第

1

期

纸张表面施胶剂 、浆料内部添加剂 , 以达到与常规助
剂 、填料相同的效果 。例如 : 用作表面施胶剂 , 其效
果可与变性淀粉 (如磷酸酯淀粉 ) 相媲美 ; 提纯后
的变性半纤维素经过改性后还可以生产其他化学品 ,
例如 : 变性半纤维素可以经过羧甲基化改性后生产药
物 , 如羧甲基茯苓多糖等 ; 变性半纤维素还可以用作
煤团黏结剂 、瓦楞纸板和纸箱的黏合剂等

[ 14 ]

。

3

12　黑液中木素的回收利用

传统治理黑液的方法是燃烧法 , 包括黑液提取 、

蒸发 、燃烧和苛化 4个步骤 , 回收的无机钠盐回用于
蒸煮 , 有机固形物则被燃烧掉以回收热量 。这种方法
在技术上已相当成熟 , 被广泛而成功地应用于大型企
业 , 但因投资大 、运行费用高 , 而不适于生产能力较
小的企业 , 使大多数中小型厂家不能实现黑液回收
治理 。

一种经济有效的回收碱法制浆黑液中木素的方法

已在一些中小型企业中获得尝试 , 该方法是将分离半
纤维素后所得的滤液蒸馏回收甲醇 , 并蒸发 1 /3水分
后 , 再用 CO

2

气体 (可用工厂锅炉的烟道气 ) 中和

至 pH值为 9

15左右 , 此悬浮液经过滤后的滤饼即为

粗木素 。其反应可用下式表示 :

2Na

2L ignin + CO

2

+ H

2

O →2H

2L ignin +Na

2

CO

3

分离木素后所得的滤液主要成分为 Na

2

CO

3

, 经

石灰乳液直接苛化后得 N aOH 溶液 。该方法具有投
资小 、可综合利用黑液中各种成分的特点 。与传统
的碱回 收 方 法 相 比 , 可 降 低 1 /3 的 能 耗 及 设 备 投
资

[ 14 ]

。分离出来 的 粗 木 素 经 过 提 纯 改 性 , 可在 农

林 、石油工业 、冶金工业 、燃料工业 、水泥和混凝
土工业及高分子材料上广泛应用 。例如 : 可作沥青
乳化剂 、胶 合 板 和 刨 花 板 胶 黏 剂 、耐 火 材 料 黏 结
剂 、饲料添加剂 、农药缓释剂 、植物促进剂 、酚醛
树脂添加剂和代用品 , 另外还可制造活性炭 、制造
油田钻井用的稀释剂等 。

4　黑液气化

黑液成分因所采用植物原料及制浆蒸煮条件的差

异而有所不同 。在碱法制浆黑液里 , 有机成分主要是
碱木素和羟基酸 , 其组成元素主要是 C、O、H、Na、

S。黑液中固形物的 2 /3 为有机物 , 这使黑液成为世

界第 6大重要能源

[ 15 ]

。表 1 列出了北美某硫酸盐针

叶木浆厂黑液的有机成分含量及其元素组成

[ 16 ]

。

对黑液气化的研究开始于 20世纪 80年代中期 ,

黑液气化主要分为 3个过程 , 如图 1所示 。第 1个阶
段是蒸发黑液中的水分以形成固形物 ; 第 2个过程是

通过高温分解 , 使可挥发 、易分解的物质转变为混合
气体 (CH

4

等 ) , 在此过程中随着分解时间的延长 ,

Na

2

CO

3

和 Na

2

SO

4

等无机物也会分解 , 并放出 CO

2

、

CO、 SO

2

等气体 , 最终形成的残渣即为焦炭 ; 第 3

个过程是气化阶段 , 焦炭与气化剂 ( CO

2

或 H

2

O )

反应生成可燃气体 , 如 CO、H

2

等 。研究者发现焦炭

中的碱性物质对焦炭的气化起了很重要的催化作用 ,
反应速度是纯碳反应速度的几倍

[ 17 ]

。

表

1

　黑液的有机物组成及不同元素含量

有机物含量

/ %

元素含量

/ %

碱木素

30

～

45

C

34

～

39

K

0

1

1

～

5

羟基酸

25

～

35

H

3

～

5

Cl

0

1

1

～

2

抽出物

3

～

5

O

33

～

38

其他

0

1

1

～

0

1

3

乙酸

5

N

0

1

01

～

0

1

2

甲酸

3

Na

17

～

23

甲醇

1

S

3

～

7

图

1

　黑液的气化过程

　　黑液气化与传统的黑液碱回收处理方式相比 , 最

大的优点是挖掘了黑液中有机物质的潜在价值 , 从而
实现了 资 源 的 充 分 利 用 。美 国 缅 因 大 学 的 A

1Van

Heiningen教授在将现有硫酸盐制浆厂转变为林产品

生物精炼联合企业 ( Integrated Forest Products B iore

2

finery, 简称 IFBR ) 的构想中提到

[ 4 ]

: 在 IFBR 工厂

中 , 黑液气化产生的热可以用于单糖转化的过程 ; 产
生的合成气体可以取代石油燃料用于石灰窖 ; 产生的
液态烃 、甲醇和高级醇的混合物可以成为生产运输燃
油的原料 。

目前黑液气化过程要解决的关键问题是 : 在商业

化规模下回收制浆化学品必须显示出技术上的可靠性
和效率上的优越性 。由近 2年美国和瑞典有关示范工
厂的运行情况可以预见 , 不久的将来 , 这一技术就可
以用于实际生产 。关于将黑液气化后产生的合成气体

转化为运输燃油 , 可以采用石油化工行业已经使用的
有关技术 , 而且在过程中未能转化的气体不需循环 ,
可以作为燃料直接应用于 IFBR 工厂中的其他生产过
程 。据估计 , 在 IFBR 工厂中 , 黑液转化生产的液体
燃料产值可以达到纸浆产值的 1 /3。因此 , 黑液气化
作为 IFBR模式下生物质精炼的一个重要组成部分 ,
很值得关注并加大研究以优化工艺 。

2

8