制漿造紙生物質精煉技術研究進展

麻長發

摘 要：制漿造紙會產生大量的高濃度廢水，對生態環境造成了嚴重的破壞，隨著互聯網科技的發展，人們對紙制品的需求越來越少，造紙廠要想在資源緊張、紙制品需求量減少的兩大危機下順利發展，必須對高耗能、高污染的造紙技術進行改良。生物質精煉技術在制漿造紙中的應用，就很好的將造紙技術轉型成為低耗能、低污染的綠色技術。文章重點分析了制漿造紙生物質精煉技術的研究進展，以供造紙人員參考，促進造紙廠的產業轉型和技術進步。

關鍵詞：制漿造紙；生物質；精煉

隨著生產工業的不斷發展，我國的不可再生資源逐漸面臨枯竭，人類對大自然的無節制索取，導致生態環境遭到嚴重破壞，一系列環境問題由此產生，不利于可持續發展戰略。制漿造紙作為一種非常普遍的生產技術，其具有高耗能、高污染的劣性，再加上電子信息技術的高速發展，人們對紙制品的需求越來越少，造紙廠的社會地位已經變得岌岌可危，所以必須對制漿造紙技術進行合理性改革，生物質精煉技術是一種近幾年新出現的技術，它可以將傳統的制漿造紙企業轉型為生物精煉企業，實現產業結構的多樣化，生產內容的多元化，使造紙廠不再局限于對紙制品的制造，也逐漸生產一些生物質材料、化學能源等，從而告別生產結構的單一性，減少能源的消耗，降低高濃度廢水的排放。目前制漿造紙生物質精煉技術已經成為造紙企業發展的必然趨勢。

生物質精煉是通過運用蒸煮、燃燒、分離等手段對生物質原材料進行深層次的加工技術，從而改變生物質原材料的固有形態，慢慢向氣態、液態轉變。制漿造紙技術的第一道工序就是對造紙原料進行蒸煮，在蒸煮的過程中，會產生大量的廢水，也就黑液，黑液的成分會對生態環境造成破壞，生物質精煉技術就是為了對黑液進行轉化而存在的。

當前，木材蒸煮前的提取技術以預水解提取為主，采用低濃度堿液或者酸液提取工藝；蒸煮后黑液轉化技術包括黑液分離技術、黑液氣化聯合發電技術和黑液氣化聯合化學合成技術。

1 制漿造紙生物質精煉的基礎技術

1.1 木片抽提液的發酵技術

雖然通過色譜層析法可以在木材等原材料中提取各種糖類和乙醇，但是這種提取的技術難度比較高，生產成本比較高，不能被廣泛的使用，而且所提取出來的物質，研究意義比較低。所以說，目前木片抽提液的手段大部分都用在對乙醇的發酵上，市場對乙醇的需求還是比較大的，利用木片抽取液的發酵技術，不僅可以批量的提取低濃度的乙醇，而且經過后期的簡單加工，還能生產無水乙醇。

在進行木片抽提液的發酵技術時，需要用到某些乙醇酶微生物，但是這些微生物并不能直接作用于乙醇，而是會先對六碳糖產生反應，而乙醇發酵的先決條件是五碳糖的抽取。根據實驗發現，有一種發酵單細胞可以對各種糖類都產生發酵作用，這就解決了普通淀粉酶無法作用于五碳糖的缺陷。新發現的發酵菌可以對葡萄糖和木糖同時發酵，提高了發酵的效率和質量。

1.2 黑液分離技術

上面我們曾經說過，黑液是在紙漿造紙的蒸煮過程中產生的高濃度廢水，其本身具有很大的污染性，因此對黑液進行分離就顯得尤為重要。黑液分離技術簡單點說就是對黑液進行深加工，對黑液的成分進行稀釋、分離的技術，從而減少黑液的危害性。目前最常用的黑液分離技術是酸沉淀提取法，這種方法的技術原理主要是消除黑液排除的有毒氣體，對黑液的本體結構成分沒有太大的改變。因此，這種方法還存在著相當大的局限性，分離之后的黑液COD的數值并沒有得到相應的降低，沒有從源頭上解決污水排放的問題。研究人員在這一方面還在繼續的進行探索，不斷對新的分離技術進行試驗，目前已得到了初步的進展。

2 制漿造紙生物質精練技術應用與評價

2.1 預水解堿溶解精煉工藝

將木片蒸煮前的預水解、抽提液分離及發酵、木片蒸煮和黑液分離等4個工序結合，形成預水解堿溶解精煉工藝，其技術較為成熟，是目前正在推廣應用的技術。由于該法存在以下不足：⑴不能回收氫氧化鈉及硫化鈉；⑵主要產品之一的堿木素目前市場需求量有限，價格較低，庫存積壓量大；⑶后續廢水處理負荷較大。所以，該法的生產效益較低。

2.2 黑液氣化聯合發電精煉工藝

將木片蒸煮前的預水解、抽提分離及發酵、木片蒸煮、黑液氣化和燃燒發電等5個工序結合，形成黑液氣化聯合循環發電工藝。該工藝核心是黑液氣化聯合循環發電技術BIGCC。

BIGCC發電系統是黑液氣化技術和聯合循環技術相結合的高效動力系統，其工藝流程為：濃度為60%--75%的黑液進入氣化爐，在氧氣的作用下發生氣化；燃氣經過凈化，除去其中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物，變成清潔的氣體燃料，隨后被送入燃氣輪機的燃燒室燃燒；燃燒產生的熱量給氣體加熱，使之具有較高的膨脹勢能；在熱氣體通過透平室的過程中，膨脹勢能轉化為動能，推動葉輪轉動，從而帶動發電機運轉而產生電能；從燃氣輪機排除的熱氣被導入余熱鍋爐，用來生產過熱蒸汽，過熱蒸汽再驅動蒸汽輪機，增加一部分電能生產。

黑液氣化聯合發電精練技術難度大，技術含量高，其主要產品是紙漿、氫氧化鈉、硫化鈉、燃料乙醇和電能，其中燃料乙醇和電能是當前社會急需的能源產品，氫氧化鈉和硫化鈉是木材蒸煮必須的化學品，所以具有較高的經濟效益。同時，該法可以大量的減少有毒有害氣體排放，對社會的可持續發展具有一定的貢獻。但是該方法還處于一個工業應用的研究階段，其設備耐用性和生產連續性還有待于實踐的驗證。在相關的煤氣化生產實踐中，最長延續運行時間是13天，平均每3.4天因故停機一次，黑液氣化和煤氣化的工藝條件相當，黑液氣化也有可能經常發生間斷性的停機，這種間斷性停機將嚴重影響發電機組的正常運行，減少電能的產量，也對整個工廠的正常運轉帶來了很大的困擾。所以到目前為止，黑液氣化聯合發電技術還沒有廣泛的應用。

3 結束語

綜上所述，造紙企業要想在激烈的市場競爭中，在資源緊缺的背景下，在環境污染的情況下持續的發展，必須改變制漿造紙技術的高耗能、高污染的特性。生物質精煉技術的應用是最好的選擇。生物質精煉技術改變了造紙企業傳統的單一型生產模式，目前人們已經把制漿造紙技術與生物質精練技術進行完美的結合，使之形成為一種新型的技術，這種技術一經研發，就受到了廣泛的推廣。本文就制漿造紙生物質精煉的基礎技術、制漿造紙生物質精練技術的應用與評價方面進行了分析，闡述了制漿造紙生物質精練技術對于造紙產業的重要意義，及其廣闊的發展前景。

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