一種制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法及利用該方法的制漿方法

權利要求書

1.一種制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法，其特征在于步驟如下：

（1）將木片置于80～100 ℃的熱水中浸泡20～40 min，然后將熱水浸泡過的木片進行螺旋擠壓，螺旋擠壓的壓縮比為3∶1～5∶1。

（2）向經過螺旋擠壓處理后的木片中加入水，使木片的絕干質量與加入水后的總液體體積比(kg：L)為1∶4～1∶10，將木片和水的混合物進行自水解預處理，自水解預處理的條件為：升溫時間控制在20～60 min，蒸煮溫度為110～180 ℃，保溫時間為10～60 min，處理后得預水解液和自水解預處理后的木片。

（3）將預水解液抽出，作為濃提取液貯存；自水解預處理后的木片用清水洗滌，并置于螺旋擠壓機中擠壓，螺旋擠壓機的壓縮比均為3∶1～5∶1，收集洗后和再次擠壓后的濾液，混合后作為稀提取液，然后并入濃提取液混合得提取液，貯存備用；收集擠壓后的木片作為化機漿的原料，即得熱水預處理后的木片，備用。

（4）將收集到的提取液在45～65 ℃的溫度范圍內進行蒸發濃縮，直至原提取液濃度的15%～50%為止， 再利用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值為2.0～2.5 以沉淀木素，然后進行離心分離處理，離心條件為， 離心機轉速5 000～8 000 r/min， 離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃。

離心分離處理后， 分別收集上層清液部分和沉淀部分，進行以下處理：

①對于上層清液部分，將2～4 倍于上層清液體積的乙醇加入到上層清液中， 然后進行離心分離處理以沉淀半纖維素類物質，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃；離心分離處理結束后，收集上層清液中的乙醇，以循環使用；收集離心過程中形成的沉淀，將沉淀經洗滌、分離和純化，并于45～60 ℃下干燥后，即得可用于生產和開發的半纖維素基產品。

②將步驟(4)中的沉淀部分用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值至2.0～2.5，離心分離處理，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30℃，經離心分離處理后所得到的沉淀部分即為酸不溶木素， 收集這部分木素用于后續生產和開發木素基產品。

2.根據權利要求1 所述的制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法， 其特征在于所述木片的長寬尺寸為10～30 mm，厚度為3～6 mm。

3.根據權利要求1 所述的制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法，其特征在于所述步驟(4)中質量分數為3.0%的稀酸為硫酸或鹽酸。

4.一種利用如權利要求1 至3 任一項所述的制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法的制漿方法，其特征在于步驟如下：

（1）將木片置于80～100 ℃的熱水中浸泡20～40 min，然后將熱水浸泡過的木片進行螺旋擠壓，螺旋擠壓的壓縮比為3∶1～5∶1。

（2）向經過螺旋擠壓處理后的木片中加入水，使木片的絕干質量與加入水后的總液體體積比(kg：L)為1∶4～1∶10， 將木片和水的混合物進行自水解預處理，自水解預處理的條件為，升溫時間控制在20～60 min，蒸煮溫度為110～180℃，保溫時間為10～60 min，處理后得預水解液和自水解預處理后的木片。

（3）將預水解液抽出，作為濃提取液貯存；自水解預處理后的木片用清水洗滌， 并置于螺旋擠壓機中擠壓，螺旋擠壓機的壓縮比均為3∶1～5∶1，收集洗后和再次擠壓后的濾液，混合后作為稀提取液，然后并入濃提取液混合得提取液，貯存備用；擠壓后的木片作為化機漿的原料送至制漿工段，備用。

（4）將收集到的提取液在45～65 ℃的溫度范圍內進行蒸發濃縮，直至原提取液濃度的15%～50%為止， 再利用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值為2.0～2.5 以沉淀木素，然后進行離心分離處理，離心條件為， 離心機轉速5 000～8 000 r/min， 離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃。

離心分離處理后， 分別收集上層清液部分和沉淀部分，進行以下處理：

①對于上層清液部分，將2～4 倍于上層清液體積的乙醇加入到上層清液中， 然后進行離心分離處理以沉淀半纖維素類物質，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃；離心分離處理結束后，收集上層清液中的乙醇，以循環使用；收集離心過程中形成的沉淀，將沉淀經洗滌、分離和純化，并于45～60 ℃下干燥后，即得可用于生產和開發的半纖維素基產品。

②將步驟（4）中的沉淀部分用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值至2.0～2.5，經離心分離處理后，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃，所得到的沉淀部分即為酸不溶木素， 收集這部分木素用于后續生產和開發木素基產品。

（5）將步驟(3)中所述的經過熱水預處理后的木片送至化機漿制漿工段制漿， 制漿的化學預浸漬的步驟如下：

對于制備化學熱磨機械漿，化學預浸漬過程中，加入NaOH、金屬離子螯合劑、H2O2或Na2SO3，NaOH的添加量為步驟（3）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～7%，金屬離子螯合劑的添加量為步驟（3）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的0.1%～0.3%，H2O2的添加量為步驟（3）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～7%，或Na2SO3的添加量為步驟(3)中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～4%。

該化學預浸漬的處理溫度為60～100 ℃，處理時間10～40 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（6）將步驟（5）中所述的經過化學預浸漬處理的木片進行兩段磨解處理：第一段為壓力磨解，具體條件為，溫度120～170 ℃，壓力0.1～0.7 MPa，磨解時的漿料濃度為10%～30%，磨解2～7 min；第二段為常壓磨解，具體條件為，盤磨間隙0.08～0.10 mm，漿料濃度5%～30%， 經過兩段磨解處理后得到磨解后的木材纖維漿料。

（7）將步驟（6）中的木材纖維漿料置于消潛池中進行處理，條件為：漿料的質量百分數4.0%，水溫80～95 ℃，時間20～40 min，將消潛后的漿料在縫寬0.10～0.15 mm 的篩漿機上進行篩選，然后脫水至漿料濃度為15%～30%，即得漿料成品。

5.根據權利要求4 所述的制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法的制漿方法， 其特征在于所述步驟(5)中金屬離子螯合劑為DTPA 或EDTA。

6.一種利用如權利要求1 至3 任一項所述的制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法的制漿方法，其特征在于步驟如下：

（1）將木片置于80～100 ℃的熱水中浸泡20～40 min，然后將熱水浸泡過的木片進行螺旋擠壓，螺旋擠壓的壓縮比為3∶1～5∶1。

（2）向經過螺旋擠壓處理后的木片中加入水，使木片的絕干質量與加入水后的總液體體積比（kg：L）為1∶4～1∶10， 將木片和水的混合物進行自水解預處理，自水解預處理的條件為，升溫時間控制在20～60 min，蒸煮溫度為110～180℃，保溫時間為10～60 min，處理后得預水解液和自水解預處理后的木片。

（3）將預水解液抽出，作為濃提取液貯存；自水解預處理后的木片用清水洗滌， 并置于螺旋擠壓機中擠壓，螺旋擠壓機的壓縮比均為3∶1～5∶1，收集洗后和再次擠壓后的濾液，混合后作為稀提取液，然后并入濃提取液混合得提取液，貯存備用；擠壓后的木片作為化機漿的原料送至制漿工段，備用。

（4）將收集到的提取液在45～65 ℃的溫度范圍內進行蒸發濃縮，直至原提取液濃度的15%～50%為止， 再利用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值為2.0～2.5 以沉淀木素，然后進行離心分離處理，離心條件為， 離心機轉速5 000～8 000 r/min， 離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃。

離心分離處理后， 分別收集上層清液部分和沉淀部分，進行以下處理：

①對于上層清液部分，將2～4 倍于上層清液體積的乙醇加入到上層清液中， 然后進行離心分離處理以沉淀半纖維素類物質，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃；離心分離處理后，收集上層清液中的乙醇，以循環使用；收集離心過程中形成的沉淀，將沉淀經洗滌、分離和純化，并于45～60 ℃下干燥后，即得可用于生產和開發的半纖維素基產品。

②將步驟（4）中的沉淀部分用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值至2.0～2.5，經離心分離處理后，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃，所得到的沉淀部分即為酸不溶木素， 收集這部分木素用于后續生產和開發木素基產品。

（5）將步驟（3）中所述的經過熱水預處理后的木片送至化機漿制漿工段制漿， 制漿的化學預浸漬的步驟如下：

對于制備漂白化學熱磨機械漿， 化學預浸漬過程中，加入NaOH、金屬離子螯合劑、H2O2或Na2SO3，NaOH 的添加量為步驟(3)中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～7%，金屬離子螯合劑的添加量為步驟（3）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的0.1%～0.3%，H2O2的添加量為步驟（3）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～7%，或Na2SO3的添加量為步驟（3）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～4%。

該化學預浸漬的處理溫度為60～100 ℃，處理時間10～40 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（6）將步驟（5）中所述的經過化學預浸漬處理的木片進行兩段磨解處理：第一段為壓力磨解，具體條件為，溫度120～170 ℃，壓力0.1～0.7 MPa，磨解0.5～5 min，磨解時的漿料濃度為10%～30%；第二段為常壓磨解，具體條件為，盤磨間隙0.08～0.10 mm，漿料濃度5%～30%， 經過兩段磨解處理后得到磨解后的木材纖維漿料。

（7）漂白步驟，在漂白過程中，用堿量為步驟（7）中得到的漿料絕干質量2.0%～6.0%的氫氧化鈉、漿料絕干質量0.1%～0.3%的二乙烯三胺五乙酸溶于水，氫氧化鈉與水的比例（kg：L），以及二乙烯三胺五乙酸與水的比例(kg：L)均為1∶3，然后分散到漿料中并充分均勻混合；隨后加入步驟（7）中漿料絕干質量1.0%～3.0%的硅酸鈉與2.0%～8.0%的過氧化氫和需額外補加的水的混合液， 其中， 硅酸鈉與水的比例（kg∶L）及過氧化氫與水的比例（kg∶L）均為1∶3，使漂白體系中漿料濃度為10%～35%，迅速攪拌漿料使其混合均勻，然后進行漂白反應；漂白反應的具體條件為， 溫度60～90 ℃， 時間100～160 min， 攪拌速度300～1 000 r/min；漂白反應結束后，將漂白后的漿料用水充分洗滌，并調節漿料pH 值為5.0，即得漂白后漿料成品。

7.根據權利要求6 所述的制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法的制漿方法， 其特征在于所述步驟（5）中金屬離子螯合劑為DTPA 或EDTA。

8.一種利用如權利要求1 至3 任一項所述的制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法的制漿方法，其特征在于步驟如下：

（1）將木片置于80～100 ℃的熱水中浸泡20～40 min，然后將熱水浸泡過的木片進行螺旋擠壓，螺旋擠壓的壓縮比為3：1～5：1。

（2）向經過螺旋擠壓處理后的木片中加入水，使木片的絕干質量與加入水后的總液體體積比（kg：L）為1∶4～1∶10， 將木片和水的混合物進行自水解預處理，自水解預處理的條件為，升溫時間控制在20～60 min，蒸煮溫度為110～180 ℃，保溫時間為10～60 min，處理后得預水解液和自水解預處理后的木片。

（3）將預水解液抽出，作為濃提取液貯存；自水解預處理后的木片用清水洗滌， 并置于螺旋擠壓機中擠壓，螺旋擠壓機的壓縮比均為3∶1～5∶1，收集洗后和再次擠壓后的濾液，混合后作為稀提取液，然后并入濃提取液混合得提取液，貯存備用；擠壓后的木片作為化機漿的原料送至制漿工段，備用。

（4）將收集到的提取液在45～65 ℃的溫度范圍內進行蒸發濃縮，直至原提取液濃度的15%～50%為止， 再利用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值為2.0～2.5 以沉淀木素，然后進行離心分離處理，離心條件為， 離心機轉速5 000～8 000 r/min， 離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃。

離心分離處理后， 分別收集上層清液部分和沉淀部分，進行以下處理：

①對于上層清液部分，將2～4 倍于上層清液體積的乙醇加入到上層清液中， 然后進行離心分離處理以沉淀半纖維素類物質，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃；離心分離處理結束后，收集上層清液中的乙醇，以循環使用；收集離心過程中形成的沉淀，將沉淀經洗滌、分離和純化，并于45～60 ℃下干燥后，即得可用于生產和開發的半纖維素基產品。

②將步驟(4)中的沉淀部分用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值至2.0～2.5，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min， 離心時間10～30 min， 溫度20～30 ℃， 經離心分離處理后所得到的沉淀部分即為酸不溶木素， 收集這部分木素用于后續生產和開發木素基產品。

（5）將步驟（3）中所述的經過熱水預處理后的木片送至化機漿制漿工段制漿。

（6）木片進入預汽蒸倉進行汽蒸，預汽蒸條件為，90～95 ℃，停留時間3～10 min；隨后通過第一段螺旋壓榨預浸漬器，預浸漬時間為1～8 min；螺旋壓榨的壓縮比為3∶1～6∶1； 化學預浸漬過程中， 加入NaOH、金屬離子螯合劑、硅酸鈉和H2O2，NaOH 的添加量為步驟(5)中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～8%，金屬離子螯合劑的添加量為步驟（5） 中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的0.1%～0.5%，硅酸鈉的添加量為步驟（5）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的0.5%～3.0%，H2O2的添加量為步驟（5）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～7%；該化學預浸漬的處理溫度為60～90 ℃，處理時間10～40 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（7）經過第一段預浸漬處理后的木片，進行第二臺常壓預蒸倉反應，預汽蒸條件為，90～95℃，停留時間3～10 min，得第二段預浸漬處理后的木片。

（8）由反應倉出來的物料，進入第二段螺旋壓榨浸漬器；化學預浸漬過程中，加入NaOH、金屬離子螯合劑、 硅酸鈉和H2O2，NaOH 的添加量為步驟（7）中第二段預浸漬處理后木片的絕干質量的1%～8%，金屬離子螯合劑的添加量為步驟（7）中第二段預浸漬處理后木片的絕干質量的0.1%～0.5%， 硅酸鈉的添加量為步驟（7）中第二段預浸漬處理后木片的絕干質量的0.5%～3.0%，H2O2的添加量為步驟 （7）中第二段預浸漬處理后木片的絕干質量的1%～7%；該化學預浸漬的處理溫度為60～90 ℃， 處理時間10～60 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（9）經過第二段預浸漬后的木片進入第三臺常壓預蒸倉， 繼續通汽進行化學反應， 反應條件為，90～95℃，停留時間3～10 min。

（10）隨后送入第一段磨漿機，進行常壓磨漿，磨后粗漿稀釋后，進入第二段磨漿機再進行常壓磨漿；第一段磨的磨漿濃度為15～35%， 第二段磨的磨漿濃度為10～20%，得木材纖維漿料。

（11）將步驟(10)中的木材纖維漿料置于消潛池中進行處理，處理條件為，漿料濃度3.0%～4.0%，水溫70～95 ℃，時間20～40 min，將消潛后的漿料在縫寬0.10～0.15 mm 的篩漿機上進行篩選，然后脫水至漿料濃度為15%～30%，即得漿料成品。

9. 根據權利要求8 所述的制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法的制漿方法，其特征在于所述步驟（6）和（8）中金屬離子螯合劑為DTPA 或EDTA。

10.一種利用如權利要求1 至3 任一項所述的制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法的制漿方法，其特征在于步驟如下：

（1）將木片置于80～100 ℃的熱水中浸泡20～40 min，然后將熱水浸泡過的木片進行螺旋擠壓，螺旋擠壓的壓縮比為3：1～5：1。

（2）向經過螺旋擠壓處理后的木片中加入水，使木片的絕干質量與加入水后的總液體體積比(kg：L)為1∶4～1∶10，將木片和水的混合物進行自水解預處理，自水解預處理的條件為，升溫時間控制在20～60 min，蒸煮溫度為110～180 ℃，保溫時間為10～60 min，處理后得預水解液和自水解預處理后的木片。

（3）將預水解液抽出，作為濃提取液貯存；自水解預處理后的木片用清水洗滌， 并置于螺旋擠壓機中擠壓，螺旋擠壓機的壓縮比均為3∶1～5∶1，收集洗后和再次擠壓后的濾液，混合后作為稀提取液，然后并入濃提取液混合得提取液，貯存備用；擠壓后的木片作為化機漿的原料送至制漿工段，備用。

（4）將收集到的提取液在45～65 ℃的溫度范圍內進行蒸發濃縮，直至原提取液濃度的15%～50%為止， 再利用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值為2.0～2.5 以沉淀木素，然后進行離心分離處理，離心條件為， 離心機轉速5 000～8 000 r/min， 離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃。時間3～10 min，得第二段預浸漬處理后的木片。

離心分離處理后， 分別收集上層清液部分和沉淀部分，進行以下處理：

①對于上層清液部分，將2～4 倍于上層清液體積的乙醇加入到上層清液中，然后進行離心分離處理以沉淀半纖維素類物質，具體離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃；離心分離處理結束后，收集上層清液中的乙醇，以循環使用； 收集離心過程中形成的沉淀， 將沉淀經洗滌、分離和純化，并于45～60 ℃下干燥后，即得可用于生產和開發的半纖維素基產品。

②將步驟(4)中的沉淀部分用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值至2.0～2.5，經離心分離處理后，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃，所得到的沉淀部分即為酸不溶木素， 收集這部分木素用于后續生產和開發木素基產品。

（5）將步驟（3）中所述的經過熱水預處理后的木片送至化機漿制漿工段制漿。

（6）木片進入預汽蒸倉進行汽蒸，預汽蒸條件為，90～95 ℃，停留時間3～10 min；隨后通過第一段螺旋壓榨預浸漬器，預浸漬時間為1～8 min；螺旋壓榨的壓縮比為3∶1～6∶1；化學預浸漬過程中，加入NaOH、金屬離子螯合劑、 硅酸鈉和H2O2，NaOH 的添加量為步驟（5） 中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～8%，金屬離子螯合劑的添加量為絕干木片質量的0.1%～0.5%， 硅酸鈉的添加量為絕干木片質量的0.5%～3.0%，H2O2的添加量為絕干木片質量的1%～7%；該化學預浸漬的處理溫度為60～90 ℃，處理時間10～40 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（7）經過第一段預浸漬處理后的木片，進行第二臺常壓預蒸倉反應，預汽蒸條件為，90～95 ℃，停留

（8）由反應倉出來的物料，進入第二段螺旋壓榨浸漬器；化學預浸漬過程中，加入NaOH、金屬離子螯合劑、 硅酸鈉和H2O2，NaOH 的添加量為步驟（7）中第二段預浸漬處理后木片的絕干質量的1%～8%，金屬離子螯合劑的添加量為步驟（7）中第二段預浸漬處理后木片的絕干質量的0.1%～0.5%， 硅酸鈉的添加量為步驟（7）中第二段預浸漬處理后木片的絕干質量的0.5%～3.0%，H2O2的添加量為步驟 （7）中第二段預浸漬處理后木片的絕干質量的1%～7%；該化學預浸漬的處理溫度為60～90 ℃， 處理時間10～60 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（9）經過第二段預浸漬后的木片進入送入第一段磨漿機，進行常壓磨漿，磨漿濃度為15%～35%，即得經過第一段磨解的木片。

（10）將上述步驟（9）中經過第一段磨解的木片置于高濃漂白塔中進行反應，反應條件為，溫度80～95℃，漿料濃度20%～35%，停留時間60～180 min。

（11）經過高濃停留反應的漿料隨后送入第二段磨漿機，進行常壓磨漿，磨漿濃度為10%～20%。

（12）將步驟（10）中的木材纖維漿料置于消潛池中進行處理，處理條件為，漿料濃度3.0%～4.0%，水溫70～95 ℃，時間20～40 min，將消潛后的漿料在縫寬0.10～0.15 mm 的篩漿機上進行篩選，然后脫水至漿料濃度為15%～30%，即得漿料成品。

技術領域

本發明屬于制漿造紙與生物質資源利用的技術領域， 尤其是一種制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法，亦即自水解處理，及利用該方法的制漿方法。

背景技術

生物質是地球上最豐富的取之不盡、 用之不竭的可再生資源，是地球上僅次于煤炭、石油和天然氣資源的第四大能源材料， 每年的產量達到1 700 億t，這些豐富的生物質資源對實現世界經濟的可持續發展、 實現環境保護和資源的有效利用具有重要的意義。制漿造紙工業若能很好地利用生物質資源，在生產紙漿的同時， 還能將其剩余物轉化為高附加值的材料、化學品和燃料等，這將十分有利于制漿造紙工業的可持續發展。

木質纖維原料， 作為自然界中的一種重要的生物質資源和制漿造紙工業的重要原材料， 其預處理是提取和回收半纖維素并將其轉化為生物質能源或高附加值產品的重要前提， 也是現有制漿造紙企業向著“復合型森林生物質精煉工業”轉變的重要技術路線之一。 研究發現，在堿法制漿蒸煮過程中，大部分半纖維素都溶解在了黑液里， 如果將其送入堿回收系統濃縮、燃燒，就會造成半纖維素資源的浪費。所以，在制漿前提取適量的半纖維素，并將其轉化高值化產品將帶來額外的收益， 其收益也遠遠大于將其燃燒產生的收益， 因為半纖維素的燃燒熱值僅僅為木質素的一半。 近年來， 以化學熱磨機械漿（CTMP）、漂白化學熱磨機械漿（BCTMP），堿性過氧化氫機械漿（APMP）和預處理加盤磨化學處理的堿性過氧化氫機械漿（P-RC APMP）為代表的化學機械制漿（也稱其為高得率制漿）工藝，因其制漿得率高、木材消耗量小、廢液中污染物負荷低而得到了造紙行業的普遍關注并取得了快速的發展。 高得率紙漿的需求呈現不斷增長的趨勢。 化學機械漿制漿過程中，溶出的半纖維素可達到15%左右。 伴隨著半纖維素的溶出，一些陰離子垃圾（DCS）等物質也會不斷積累，且隨著水系統的封閉循環而不斷富集，進而影響造紙的生產過程， 如引起紙機濕部化學性能變化和紙機運行穩定性， 同時也將增加制漿廢液負荷，增加廢液處理成本。 因此，在制漿之前預提取部分半纖維素不僅能夠充分利用半纖維素資源， 還能降低制漿過程中的化學品用量和能耗， 降低廢液污染負荷及其處理成本， 同時也有助于解決由于紙漿而引起的紙機運行過程中的一些問題。

通過檢索， 發現一篇與本發明專利申請相關的如下專利公開文獻： 堿性過氧化氫化學機械漿制備技術（CN1554827），涉及一種用植物纖維原料制備堿性過氧化氫化學機械漿的工藝技術。 本技術工藝流程包括： 木片—洗滌—汽蒸—熱堿或熱水預處理—一段雙螺旋磨漿機—反應倉—盤磨磨漿—消潛—篩選凈化—濃縮—紙漿。 本技術的制漿漂白技術是： 將配制好的濃度在5%～10%的H2O2水溶液，加入H2O2貯罐中； 將NaOH、Na2SiO3用水配成濃度5%～10%混合液，加入另一貯罐中。 分別用兩個計量泵先經兩個管路再合并為一個管路， 經雙螺旋磨漿機上的加藥孔， 將最終的混合藥液定量連續地注入該機內，使物料在機殼內產生化學反應，排出堿液可軟化物料。由于取代了擠壓疏解機和浸漬機，節省了能源，節約了占地面積。

通過對比， 本發明與文獻中的發明存在本質區別， 本發明通過自水解預處理以達到提取一部分半纖維素、一定量乙酸和少量木素的目的，而自水解后的木片仍進行化機漿的制造和生產， 通過這樣的處理不僅能夠得到半纖維素、木素和乙酸等物質，得到化機漿產品，同時也可降低磨漿能耗，改善部分漿料的性能； 而文獻中的內容只是針對一定范圍的制漿工藝進行了保護，因此，本發明專利申請與上述專利公開文獻存在本質的不同。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種方法簡單、操作方便、能源消耗降低、較大地節省綜合生產成本， 同時也有利于現有企業將制漿造紙與生物質精煉有效融合起來， 降低化學機械漿磨漿能耗， 減少后續制漿廢液污染的制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法及利用該方法的制漿方法和造紙方法。

為了實現上述目的， 本發明所采用的技術方案如下：

一種制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法，步驟如下：

（1）將木片置于80～100 ℃的熱水中浸泡20～40 min，然后將熱水浸泡過的木片進行螺旋擠壓，螺旋擠壓的壓縮比為3∶1～5∶1。

（2）向經過螺旋擠壓處理后的木片中加入水，使木片的絕干質量與加入水后的總液體體積比（kg：L）為1∶4～1∶10， 將木片和水的混合物進行自水解預處理，自水解預處理的條件為，升溫時間控制在20～60 min，蒸煮溫度為110～180 ℃，保溫時間為10～60 min，處理后得預水解液和自水解預處理后的木片。

（3）將預水解液抽出，作為濃提取液貯存；自水解預處理后的木片用清水洗滌， 并置于螺旋擠壓機中擠壓，螺旋擠壓機的壓縮比均為3∶1～5∶1，收集洗后和再次擠壓后的濾液，混合后作為稀提取液，然后并入濃提取液混合得提取液，貯存備用；收集擠壓后的木片作為化機漿的原料， 即得熱水預處理后的木片，備用。

（4）將收集到的提取液在45～65 ℃的溫度范圍內進行蒸發濃縮，直至原提取液濃度的15%～50%為止， 再利用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值為2.0～2.5 以沉淀木素，然后進行離心分離處理，離心條件為， 離心機轉速5 000～8 000 r/min， 離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃。

離心分離處理后， 分別收集上層清液部分和沉淀部分，進行以下處理：

①對于上層清液部分，將2～4 倍于上層清液體積的乙醇加入到上層清液中， 然后進行離心分離處理以沉淀半纖維素類物質，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃；離心分離處理結束后，收集上層清液中的乙醇，以循環使用；收集離心過程中形成的沉淀，將沉淀經洗滌、分離和純化，并于45～60 ℃下干燥后，即得可用于生產和開發的具有高附加值的半纖維素基產品。

②將步驟(4)中的沉淀部分用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值至2.0～2.5，經離心分離處理后，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃，所得到的沉淀部分即為酸不溶木素， 收集這部分木素用于后續生產和開發木素基產品。

而且，所述木片的長寬尺寸為10～30 mm，厚度為3～6 mm。

而且，所述步驟（4）中質量分數為3.0%的稀酸為硫酸或鹽酸。

利用如上所述的制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法的制漿方法，步驟如下：

（1）將木片置于80～100 ℃的熱水中浸泡20～40 min，然后將熱水浸泡過的木片進行螺旋擠壓，螺旋擠壓的壓縮比為3∶1～5∶1。

（2）向經過螺旋擠壓處理后的木片中加入水，使木片的絕干質量與加入水后的總液體體積比(kg：L)為1∶4～1∶10， 將木片和水的混合物進行自水解預處理，自水解預處理的條件為，升溫時間控制在20～60 min，蒸煮溫度為110～180 ℃，保溫時間為10～60 min，處理后得預水解液和自水解預處理后的木片。

（3）將預水解液抽出，作為濃提取液貯存；自水解預處理后的木片用清水洗滌， 并置于螺旋擠壓機中擠壓，螺旋擠壓機的壓縮比均為3∶1～5∶1，收集洗后和再次擠壓后的濾液，混合后作為稀提取液，然后并入濃提取液混合得提取液，貯存備用；擠壓后的木片作為化機漿的原料送至制漿工段，備用。

（4）將收集到的提取液在45～65 ℃的溫度范圍內進行蒸發濃縮，直至原提取液濃度的15%～50%為止， 再利用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值為2.0～2.5 以沉淀木素，然后進行離心分離處理，離心條件為， 離心機轉速5 000～8 000 r/min， 離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃。

離心分離處理后， 分別收集上層清液部分和沉淀部分，進行以下處理：

①對于上層清液部分，將2～4 倍于上層清液體積的乙醇加入到上層清液中， 然后進行離心分離處理以沉淀半纖維素類物質，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃；離心分離處理結束后，收集上層清液中的乙醇，以循環使用；收集離心過程中形成的沉淀，將沉淀經洗滌、分離和純化，并于45～60 ℃下干燥后，即得可用于生產和開發的具有高附加值的半纖維素基產品。

②將步驟(4)中的沉淀部分用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值至2.0～2.5，經離心分離處理后，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃，所得到的沉淀部分即為酸不溶木素， 收集這部分木素用于后續生產和開發木素基產品。

（5）將步驟（3）中所述的經過熱水預處理后的木片送至化機漿制漿工段制漿， 制漿的化學預浸漬的步驟如下：

對于制備化學熱磨機械漿，化學預浸漬過程中，加入NaOH、金屬離子螯合劑、H2O2或Na2SO3，NaOH的添加量為步驟（3）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～7%，金屬離子螯合劑的添加量為步驟（3）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的0.1%～0.3%，H2O2的添加量為步驟（3）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～7%，或Na2SO3的添加量為步驟（3）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～4%。

該化學預浸漬的處理溫度為60～100 ℃，處理時間10～40 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（6）將步驟（5）中所述的經過化學預浸漬處理的木片進行兩段磨解處理：第一段為壓力磨解，具體條件為，溫度120～170 ℃，壓力0.1～0.7MPa，磨解時的漿料濃度為10%～30%，磨解2～7 min；第二段為常壓磨解，具體條件為，盤磨間隙0.08～0.10 mm，漿料濃度5%～30%， 經過兩段磨解處理后得到磨解后的木材纖維漿料。

（7）將步驟（6）中的木材纖維漿料置于消潛池中進行處理，處理條件為，漿料濃度4.0%，水溫80～95 ℃，時間20～40 min， 將消潛后的漿料在縫寬0.10～0.15 mm的篩漿機上進行篩選，然后脫水至漿料濃度為15%～30%，即得漿料成品。

而且，所述步驟（5）中金屬離子螯合劑為DTPA或EDTA。

利用如上所述的制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法的制漿方法，步驟如下：

（1）將木片置于80～100 ℃的熱水中浸泡20～40 min，然后將熱水浸泡過的木片進行螺旋擠壓，螺旋擠壓的壓縮比為3∶1～5∶1。

（2）向經過螺旋擠壓處理后的木片中加入水，使木片的絕干質量與加入水后的總液體體積比(kg：L)為1∶4～1∶10， 將木片和水的混合物進行自水解預處理，自水解預處理的條件為，升溫時間控制在20～60 min，蒸煮溫度為110～180℃，保溫時間為10～60 min，處理后得預水解液和自水解預處理后的木片。

（3）將預水解液抽出，作為濃提取液貯存；自水解預處理后的木片用清水洗滌， 并置于螺旋擠壓機中擠壓，螺旋擠壓機的壓縮比均為3∶1～5∶1，收集洗后和再次擠壓后的濾液，混合后作為稀提取液，然后并入濃提取液混合得提取液，貯存備用；擠壓后的木片作為化機漿的原料送至制漿工段，備用。

（4）將收集到的提取液在45～65 ℃的溫度范圍內進行蒸發濃縮，直至原提取液濃度的15%～50%為止， 再利用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值為2.0～2.5 以沉淀木素，然后進行離心分離處理，離心條件為， 離心機轉速5 000～8 000 r/min， 離心時間10～30 min，溫度20～30℃。

離心分離處理后， 分別收集上層清液部分和沉淀部分，進行以下處理：

①對于上層清液部分，將2～4 倍于上層清液體積的乙醇加入到上層清液中， 然后進行離心分離處理以沉淀半纖維素類物質，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃；離心分離處理結束后，收集上層清液中的乙醇，以循環使用；收集離心過程中形成的沉淀，將沉淀經洗滌、分離和純化，并于45～60 ℃下干燥后，即得可用于生產和開發的具有高附加值的半纖維素基產品。

②將步驟(4)中的沉淀部分用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值至2.0～2.5，經離心分離處理后，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃，所得到的沉淀部分即為酸不溶木素， 收集這部分木素用于后續生產和開發木素基產品。

（5）將步驟（3）中所述的經過熱水預處理后的木片送至化機漿制漿工段制漿， 制漿的化學預浸漬的步驟如下：

對于制備漂白化學熱磨機械漿， 化學預浸漬過程中，加入NaOH、金屬離子螯合劑、H2O2或Na2SO3，NaOH 的添加量為步驟（3）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～7%，金屬離子螯合劑的添加量為步驟（3）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的0.1%～0.3%，H2O2的添加量為步驟（3）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～7%，或Na2SO3的添加量為步驟（3）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～4%。

該化學預浸漬的處理溫度為60～100 ℃，處理時間10～40 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（6）將步驟（5）中所述的經過化學預浸漬處理的木片進行兩段磨解處理：第一段為壓力磨解，具體條件為，溫度120～170 ℃，壓力0.1～0.7 MPa，磨解2～7 min，磨解時的漿料濃度為10%～30%；第二段為常壓磨解，具體條件為，盤磨間隙0.08～0.10 mm，漿料濃度5%～30%， 經過兩段磨解處理后得到磨解后的木材纖維漿料。

（7）漂白步驟，在漂白過程中，用堿量為步驟（7）中得到的漿料絕干質量2.0%～6.0%的氫氧化鈉，漿料絕干質量0.1～0.3%的二乙烯三胺五乙酸溶于水，氫氧化鈉與所用水的比例（kg∶L），以及二乙烯三胺五乙酸與所用水的比例（kg∶L）均為1∶3，然后分散到漿料中并充分均勻混合；隨后加入步驟（7）中漿料絕干質量1.0%～3.0%的硅酸鈉與2.0%～8.0%的過氧化氫和需額外補加的水的混合液，其中，硅酸鈉與所用水的比例（kg∶L），以及過氧化氫與所用水的比例（kg∶L）均為1∶3，使漂白體系中漿料濃度為10%～35%，迅速攪拌漿料使其混合均勻，然后進行漂白反應；漂白反應的具體條件為，溫度60～90 ℃，時間100～160 min，攪拌速度300～1 000 r/min；漂白反應結束后，將漂白后的漿料用水充分洗滌，并調節漿料pH值為5.0 左右，即得漂白后漿料成品。

而且，所述步驟（5）中金屬離子螯合劑為DTPA或EDTA。

利用如上所述的制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法的制漿方法，步驟如下：

（1）將木片置于80～100 ℃的熱水中浸泡20～40 min，然后將熱水浸泡過的木片進行螺旋擠壓，螺旋擠壓的壓縮比為3∶1～5∶1。

（2）向經過螺旋擠壓處理后的木片中加入水，使木片的絕干質量與加入水后的總液體體積比（kg∶L）為1∶4～1∶10， 將木片和水的混合物進行自水解預處理，自水解預處理的條件為，升溫時間控制在20～60 min，蒸煮溫度為110～180 ℃，保溫時間為10～60 min，處理后得預水解液和自水解預處理后的木片。

（3）將預水解液抽出，作為濃提取液貯存；自水解預處理后的木片用清水洗滌， 并置于螺旋擠壓機中擠壓，螺旋擠壓機的壓縮比均為3∶1～5∶1，收集洗后和再次擠壓后的濾液，混合后作為稀提取液，然后并入濃提取液混合得提取液，貯存備用；擠壓后的木片作為化機漿的原料送至制漿工段，備用。

（4）將收集到的提取液在45～65 ℃的溫度范圍內進行蒸發濃縮，直至原提取液濃度的15%～50%為止， 再利用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值為2.0～2.5 以沉淀木素，然后進行離心分離處理，離心條件為， 離心機轉速5 000～8 000 r/min， 離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃。

離心分離處理后， 分別收集上層清液部分和沉淀部分，進行以下處理：

①對于上層清液部分，將2～4 倍于上層清液體積的乙醇加入到上層清液中， 然后進行離心分離處理以沉淀半纖維素類物質，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃；離心分離處理結束后，收集上層清液中的乙醇，以循環使用；收集離心過程中形成的沉淀，將沉淀經洗滌、分離和純化，并于45～60 ℃下干燥后，即得可用于生產和開發的具有高附加值的半纖維素基產品。

②將步驟（4）中的沉淀部分用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值至2.0～2.5，經離心分離處理后，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃，所得到的沉淀部分即為酸不溶木素， 收集這部分木素用于后續生產和開發木素基產品。

（5）將步驟（3）中所述的經過熱水預處理后的木片送至化機漿制漿工段制漿。

（6）木片進入預汽蒸倉進行汽蒸，預汽蒸條件為，90～95 ℃，停留時間3～10 min；隨后通過第一段螺旋壓榨預浸漬器，預浸漬時間為1～8 min；螺旋壓榨的壓縮比為4∶1～6∶1； 化學預浸漬過程中， 加入NaOH、金屬離子螯合劑、硅酸鈉和H2O2，NaOH 的添加量為步驟（5）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～8%，金屬離子螯合劑的添加量為步驟（5）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的0.1%～0.5%，硅酸鈉的添加量為步驟（5）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的0.5%～3.0%，H2O2的添加量為步驟（5）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～7%；該化學預浸漬的處理溫度為60～90 ℃，處理時間10～40 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（7）經過第一段預浸漬處理后的木片，進行第二臺常壓預蒸倉反應，預汽蒸條件為，90～95 ℃，停留時間3～10 min，得第二段預浸漬處理后的木片。

（8）由反應倉出來的物料，進入第二段螺旋壓榨浸漬器；化學預浸漬過程中，加入NaOH、金屬離子螯合劑、 硅酸鈉和H2O2，NaOH 的添加量為步驟（7）中第二段預浸漬處理后木片的絕干質量的1%～8%，金屬離子螯合劑的添加量為步驟（7）中第二段預浸漬處理后木片的絕干質量的0.1%～0.5%， 硅酸鈉的添加量為步驟（7）中第二段預浸漬處理后木片的絕干質量的0.5%～3.0%，H2O2的添加量為步驟 （7）中第二段預浸漬處理后木片的絕干質量的1%～7%；該化學預浸漬的處理溫度為60～90 ℃， 處理時間10～60 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（9）經過第二段預浸漬后的木片進入第三臺常壓預蒸倉， 繼續通汽進行化學反應， 反應條件為，90～95 ℃，停留時間3～10 min。

（10）隨后送入第一段磨漿機，進行常壓磨漿，磨后粗漿稀釋后，進入第二段磨漿機再進行常壓磨漿；第一段磨的磨漿濃度為15%～35%，第二段磨的磨漿濃度為10%～20%，得木材纖維漿料。

（11）將步驟（10）中的木材纖維漿料置于消潛池中進行處理，處理條件為，漿料的質量百分數3.0%～4.0%，水溫70～95 ℃，時間20～40 min，將消潛后的漿料在縫寬0.10～0.15 mm 的篩漿機上進行篩選，然后脫水至漿料濃度為15%～30%，即得漿料成品。

而且，所述步驟（6）和（8）中金屬離子螯合劑為DTPA 或EDTA。

利用如上所述的制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法的制漿方法，步驟如下：

（1）將木片置于80～100 ℃的熱水中浸泡20～40 min，然后將熱水浸泡過的木片進行螺旋擠壓，螺旋擠壓的壓縮比為3∶1～5∶1。

（2）向經過螺旋擠壓處理后的木片中加入水，使木片的絕干質量與加入水后的總液體體積比（kg∶L）為1∶4～1∶10， 將木片和水的混合物進行自水解預處理，自水解預處理的條件為，升溫時間控制在20～60 min，蒸煮溫度為110～180 ℃，保溫時間為10～60 min，處理后得預水解液和預處理后的木片。

（3）將預水解液抽出，作為濃提取液貯存；自水解預處理后的木片用清水洗滌， 并置于螺旋擠壓機中擠壓，螺旋擠壓機的壓縮比均為3∶1～5∶1，收集洗后和再次擠壓后的濾液，混合后作為稀提取液，然后并入濃提取液混合得提取液，貯存備用；擠壓后的木片作為化機漿的原料送至制漿工段，備用。

（4）將收集到的提取液在45～65 ℃的溫度范圍內進行蒸發濃縮，直至原提取液濃度的15%～50%為止， 再利用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值為2.0～2.5 以沉淀木素，然后進行離心分離處理，離心條件為， 離心機轉速5 000～8 000 r/min， 離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃。

離心分離處理后， 分別收集上層清液部分和沉淀部分，進行以下處理：

①對于上層清液部分，將2～4 倍于上層清液體積的乙醇加入到上層清液中， 然后進行離心分離處理以沉淀半纖維素類物質，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃；離心分離處理結束后，收集上層清液中的乙醇，以循環使用；收集離心過程中形成的沉淀，將沉淀經洗滌、分離和純化，并于45～60 ℃下干燥后，即得可用于生產和開發的具有高附加值的半纖維素基產品。

②將步驟（4）中的沉淀部分用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值至2.0～2.5，經離心分離處理后，離心條件為，離心機轉速5 000～8 000 r/min，離心時間10～30 min，溫度20～30 ℃，所得到的沉淀部分即為酸不溶木素， 收集這部分木素用于后續生產和開發木素基產品。

（5）將步驟（3）中所述的經過熱水預處理后的木片送至化機漿制漿工段制漿。

（6）木片進入預汽蒸倉進行汽蒸，預汽蒸條件為，90～95 ℃，停留時間3～10 min；隨后通過第一段螺旋壓榨預浸漬器，預浸漬時間為1～8 min；螺旋壓榨的壓縮比為4∶1～6∶1； 化學預浸漬過程中， 加入NaOH、金屬離子螯合劑、硅酸鈉和H2O2，NaOH 的添加量為步驟（5）中所述經過熱水預處理后木片的絕干質量的1%～8%， 金屬離子螯合劑的添加量為絕干木片質量的0.1%～0.5%，硅酸鈉的添加量為木片絕干質量的0.5%～3.0%，H2O2的添加量為木片絕干質量的1%～7%；該化學預浸漬的處理溫度為60～90 ℃，處理時間10～40 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（7）經過第一段預浸漬處理后的木片，進行第二臺常壓預蒸倉反應，預汽蒸條件為，90～95 ℃，停留時間3～10 min，得第二段預浸漬處理后的木片。

（8）由反應倉出來的物料，進入第二段螺旋壓榨浸漬器；化學預浸漬過程中，加入NaOH、金屬離子螯合劑、 硅酸鈉和H2O2，NaOH 的添加量為步驟（7）中第二段預浸漬處理后的木片的絕干木片質量的1%～8%，金屬離子螯合劑的添加量為步驟（7）中第二段預浸漬處理后木片的絕干質量的0.1%～0.5%，硅酸鈉的添加量為步驟（7）中第二段預浸漬處理后木片的絕干質量的0.5%～3.0%，H2O2的添加量為步驟（7）中第二段預浸漬處理后木片的絕干質量的1%～7%；該化學預浸漬的處理溫度為60～90 ℃，處理時間10～60 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（9）經過第二段預浸漬后的木片進入送入第一段磨漿機，進行常壓磨漿，磨漿濃度為15%～35%，即得經過第一段磨解的木片。

（10）將上述步驟（9）中經過第一段磨解的木片置于高濃漂白塔中進行反應，反應條件為，溫度80～95 ℃，漿料濃度20～35%，停留時間60～180 min。

（11）經過高濃停留反應的漿料隨后送入第二段磨漿機，進行常壓磨漿，磨漿濃度為10%～20%。

（12）將步驟（10）中的木材纖維漿料置于消潛池中進行處理，處理條件為：漿料濃度3.0%～4.0%，水溫70～95 ℃，時間20～40 min，將消潛后的漿料在縫寬0.10～0.15 mm 的篩漿機上進行篩選，然后脫水至漿料濃度為15%～30%，即得漿料成品。

本發明的優點和積極效果是：

（1）本發明預處理方法方法簡單、操作方便，制備得到的水解木片得率高達96.9%， 充分地利用了制漿工業中現有的部分設備而不需要額外復雜設備投資，只需要使用水、少量的稀酸和乙醇，而不需要購買其他化學品，即可完成預處理工藝，降低了能源的消耗和綜合生產成本， 同時也有利于現有企業將制漿造紙與生物質精煉有效融合起來， 降低化學機械漿磨漿能耗，減少后續制漿廢液污染。

（2）本發明預處理方法不僅能夠獲取一定量的半纖維素和木素類等物質， 還能保證后續的制漿生產， 提高了木質纖維生物質資源的高效和高值化利用， 通過該預處理方法還能帶來諸如降低后續化學機械制漿的磨漿能耗， 減輕溶解與膠體類物質的累積問題等優勢。

（3）本發明制漿方法操作容易，方法簡便，成本低廉， 所制備得到的漿料與未經自水解預處理的制漿工藝流程相比，該制漿方法的壓力磨漿部分和打漿能耗分別節省高達23.1%和38.7%；本發明的漿料的漿張各項物理性能分別為：松厚度2.34～2.54 cm3/g，抗張指數13.5～17.4 N·m/g， 撕裂指數1.58～1.83 mN·m2/g，ISO 白度42.4%～63.3%，不透明度為90.6%～96.9%，光散射系數為39～43 m2/kg， 光吸收系數為0.6～2.5 m2/kg；與未經自水解預處理的漿料相比，本發明的漿料的松厚度降低6.3%～9.1%， 抗張指數增加17.8%～28.9%、撕裂指數降低3.1%～22.7%，ISO 白度降低19.1%～33.0%，不透明度提高5.7%～7.0%，光散射系數提高2.4%～7.1%， 光吸收系數提高133.3%～316.7%。

具體實施方式

下面結合實施例，對本發明進一步說明；下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本發明的保護范圍。

本發明中所使用的方法，如無特殊說明，均為本領域的常規方法；本發明中所使用的試劑，如無特殊說明，均為本領域的常規試劑；本發明中的各原料百分數含量均為質量百分含量。

本發明在化學機械漿(如闊木化學機械漿，主要指化學熱磨機械漿（CTMP）、 漂白化學熱磨機械漿（BCTMP），堿性過氧化氫機械漿（APMP）和預處理加盤磨化學處理的堿性過氧化氫機械漿（P-RC APMP）制漿前，首先利用自水解預處理提取部分半纖維素和木素，提取后的木片用于制備化學機械漿。本發明旨在實現生物質的高效和高值化利用， 降低化學機械漿磨漿能耗，減少后續制漿廢液污染。

實例1

一種制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法，步驟如下：

（1）從獲取的木片中篩選尺寸合格的木片（長寬尺寸介于10～30 mm，厚度介于3～6 mm），將篩選后的木片置于90 ℃的熱水中浸泡30 min， 然后將熱水浸泡過的木片進行螺旋擠壓， 螺旋擠壓的壓縮比為4∶1。

（2）向經過螺旋擠壓處理后的木片中加入水，使木片的絕干質量與加入水后的總液體體積比（kg∶L）為1∶4，將木片和水的混合物置于蒸煮器中或壓力容器中進行自水解預處理， 蒸煮過程中升溫時間控制在30 min，蒸煮溫度為140 ℃，保溫時間為30 min。

（3）將蒸煮鍋或壓力容器內的預水解液抽出，作為濃提取液貯存。 自水解預處理后的木片用稀提取液用清水洗滌，并置于螺旋擠壓機中擠壓，螺旋擠壓機的壓縮比均為4∶1， 收集洗后和再次擠壓后的濾液，混合后作為稀提取液，然后并入濃提取液混合得提取液，貯存備用；收集擠壓后的木片作為化機漿的原料，即得熱水預處理后的木片，備用，例如送至制漿工段。

（4）將收集到的提取液在45 ℃的溫度范圍內進行蒸發濃縮，直至原提取液濃度的30%為止，再利用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值為2.0 以沉淀木素（酸不溶木素），然后進行離心分離處理。 離心條件為，離心機轉速5 000 r/min，離心時間20 min，溫度25 ℃。 離心分離處理后，分別收集上層清液部分和沉淀部分。

其一，收集上層清液部分，將3 倍于上層清液體積的乙醇加入到上層清液中， 然后進行離心分離處理以沉淀半纖維素類物質。 離心條件為， 離心機轉速5 000 r/min，離心時間20 min，溫度25 ℃。 離心分離處理結束后，收集上層清液中的乙醇，以便循環使用。 在此過程中形成的沉淀， 即為通過醇沉得到的以木糖為主、 伴有很少量阿拉伯糖和糠醛的半纖維素類物質。再經洗滌、分離和純化，并于45 ℃下干燥后， 即可用于生產和開發具有高附加值的半纖維素基產品。

其二，將步驟（4）中的沉淀部分用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值至2.0， 進行離心分離處理，離心處理條件為，離心機轉速5 000 r/min，離心時間20 min，溫度25 ℃，分離所得到的沉淀部分即為酸不溶木素， 收集這部分木素用于后續生產和開發木素基產品。

利用上述熱水預處理的方法制備得到的木片的制漿方法，步驟如下：

（1）將經過熱水預處理后的木片送至本發明所述及的化機漿制漿工段制漿。 化學預浸漬過程中，加入NaOH、金屬離子螯合劑和H2O2，NaOH 的添加量為絕干木片質量的3.5%，金屬離子螯合劑（DTPA）的添加量為絕干木片質量的0.1%，H2O2的添加量為絕干木片質量的2.0%，處理溫度為80 ℃，處理時間25 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（2）將步驟（1）中述及的經過化學預浸漬處理的木片進行兩段磨解處理：第一段為壓力磨解，具體條件為，溫度150 ℃，壓力0.3 MPa，磨解時的漿料濃度為25%，磨解3 min；第二段為常壓磨解，具體條件為，盤磨間隙0.08 mm，漿料濃度15%。 經過兩段磨解處理后得到磨解后的木材纖維漿料。

（3）將步驟（2）中的木材纖維漿料置于消潛池中進行處理，處理條件為，漿料濃度4.0%，水溫90 ℃，時間40 min，將消潛后的漿料在縫寬0.15 mm 的篩漿機上進行篩選， 然后脫水至漿料濃度約為30%，即得漿料成品。

利用上述制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法制備得到的漿料成品制作手抄片，步驟如下：取出少許漿料抄造手抄片， 將上述漿料經過PFI 磨打漿至游離度為250 mL， 或肖氏打漿度45 °SR，依據國家標準方法進行手抄片的抄造和相應的物理性能檢測。 檢測結果如下：

提取液中主要組分含量：葡萄糖150 kg，木糖340 kg，乙酸100 kg，以上均為基于1 t 絕干木片的含量；水解木片得率96.9%。

與未經自水解預處理的制漿工藝流程相比，本發明壓力磨漿部分和打漿能耗分別節省13.2%和13.8%； 本發明的漿料的漿張的各項物理性能分別為：松厚度2.54 cm3/g，抗張指數13.5 N·m/g，撕裂指數1.63 mN·m2/g，ISO 白度63.3%，不透明度90.6%，光散射系數42 m2/kg，光吸收系數0.6 m2/kg。

與未經自水解預處理的漿料相比， 本發明的漿料的松厚度降低9.1%，抗張指數增加17.8%、撕裂指數降低22.7%，ISO 白度降低19.1%， 不透明度提高5.7%， 光散射系數提高4.8%， 光吸收系數提高133.3%。

實例2

一種制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法，步驟如下：

（1）從獲取的木片中篩選尺寸合格的木片（長寬尺寸介于10～30 mm ，厚度介于3～6 mm），將篩選后的木片置于90 ℃的熱水中浸泡30 min， 然后將熱水浸泡過的木片進行螺旋擠壓， 螺旋擠壓的壓縮比為4∶1。

（2）向經過螺旋擠壓處理后的木片中加入水，使木片的絕干質量與加入水后的總液體體積比（kg∶L）為1∶4， 將木片和水的混合物置于蒸煮器中或壓力容器中進行自水解預處理。 蒸煮過程中升溫時間控制在35 min，蒸煮溫度為150 ℃，保溫時間為20 min。

（3）將蒸煮鍋或壓力容器內的預水解液抽出，作為濃提取液貯存。 自水解預處理后的木片用清水洗滌，并置于螺旋擠壓機中擠壓，螺旋擠壓機的壓縮比均為4∶1，收集洗后和再次擠壓后的濾液，混合后作為稀提取液，然后并入濃提取液混合得提取液，貯存備用；擠壓后的木片作為化機漿的原料送至制漿工段。

（4）將收集到的提取液在55 ℃的溫度范圍內進行蒸發濃縮，直至原提取液濃度的50%為止，再利用質量分數為3.0%的稀硫酸調節pH 值為2.0 以沉淀木素（酸不溶木素），然后進行離心分離處理。離心條件為，離心機轉速6 000 r/min，離心時間15 min，溫度25 ℃。 離心分離處理后，分別收集上層清液部分和沉淀部分。

其一，收集上層清液部分，將4 倍于上層清液體積的乙醇加入到上層清液中， 然后進行離心分離處理以沉淀半纖維素類物質。離心條件為，離心機轉速6 000 r/min，離心時間15 min，溫度25 ℃。離心分離處理結束后， 收集上層清液中的乙醇， 以便循環使用。 在此過程中形成的沉淀， 即為通過醇沉得到的以木糖為主、 伴有很少量阿拉伯糖和糠醛的半纖維素類物質。再經洗滌、分離和純化，并于45 ℃下干燥后， 即可用于生產和開發具有高附加值的半纖維素基產品。

其二，將步驟（4）中的沉淀部分用質量分數為3.0%的稀硫酸調節pH 值至2.0 和離心分離處理，離心條件為，離心機轉速5 000 r/min，離心時間20 min，溫度25 ℃，離心后所得到的沉淀部分即為酸不溶木素。 收集這部分木素用于后續生產和開發木素基產品。

利用上述熱水預處理的方法制備得到的木片的制漿方法，步驟如下：

（1）將經過熱水預處理后的木片送至化機漿制漿工段制漿。 化學預浸漬過程中，加入NaOH、金屬離子螯合劑和H2O2，NaOH 的添加量為絕干木片質量的3.5%，金屬離子螯合劑（DTPA）的添加量為絕干木片質量的0.1%，H2O2的添加量為絕干木片質量的2.0%，處理溫度為80 ℃，處理時間25 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（2）將步驟（1）中述及的經過化學預浸漬處理的木片進行兩段磨解處理：第一段為壓力磨解，具體條件為，溫度150 ℃，壓力0.3 MPa，磨解時的漿料濃度為25%；第二段為常壓磨解，具體條件為，盤磨間隙0.08 mm，漿料濃度20%。經過兩段磨解處理后得到磨解后的木材纖維漿料。

（3）將步驟（1）中的木材纖維漿料置于消潛池中進行處理，處理條件為，漿料濃度4.0%，水溫95 ℃，時間30 min。 將消潛后的漿料在縫寬0.15 mm 的篩漿機上進行篩選， 然后脫水至漿料濃度約為20%，得漿料成品。

利用上述制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法制備得到的漿料成品制作手抄片，步驟如下：取出少許漿料， 將漿料經PFI 磨打漿至游離度為250 mL 或肖氏打漿度45 °SR，依據國家標準方法進行手抄片的抄造和相應的物理性能檢測。 檢測結果如下：

提取液中主要組分含量，葡萄糖280 kg，木糖540 kg，乙酸140 kg，以上均為基于1 t 絕干木片的含量；水解木片得率96.8%。

與未經自水解預處理的制漿工藝流程相比，本發明壓力磨漿部分和打漿能耗分別節省22.5%和27.0%； 本發明的漿料的漿張的各項物理性能分別為：松厚度2.34 cm3/g，抗張指數17.3 N·m/g，撕裂指數1.58 mN·m2/g，ISO 白度45.4%，不透明度96.9%，光散射系數43 m2/kg，光吸收系數2.0 m2/kg。

與未經自水解預處理的漿料相比， 本發明的漿料的松厚度降低7.9%，抗張指數增加28.1%、撕裂指數降低3.1%，ISO 白度降低28.3%，不透明度提高7.0%， 光散射系數提高2.4%， 光吸收系數提高233.3%。

實施例3

一種制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法，步驟如下：

（1）從獲取的木片中篩選尺寸合格的木片(長寬尺寸介于10～30 mm，厚度介于3～6 mm)，將篩選后的木片置于90 ℃的熱水中浸泡30 min， 然后將熱水浸泡過的木片進行螺旋擠壓， 螺旋擠壓的壓縮比為4∶1。

（2）向經過螺旋擠壓處理后的木片中加入水，使木片的絕干質量與加入水后的總液體體積比（kg∶L）為1∶6，將木片和水的混合物置于蒸煮器中或壓力容器中進行自水解預處理。 蒸煮過程中升溫時間控制在30 min，蒸煮溫度為140 ℃，保溫時間為60 min。

（3）將蒸煮鍋或壓力容器內的預水解液抽出，作為濃提取液貯存。 自水解預處理后的木片用清水洗滌，并置于螺旋擠壓機中擠壓，螺旋擠壓機的壓縮比均為4∶1，收集洗后和再次擠壓后的濾液，混合后作為稀提取液，然后并入濃提取液混合得提取液，貯存備用；收集擠壓后的木片作為化機漿的原料，即得熱水預處理后的木片，備用，例如送至制漿工段。

（4）將收集到的提取液在60 ℃的溫度范圍內進行蒸發濃縮，直至原提取液濃度的40%為止，再利用質量分數為3.0%的稀酸調節pH 值為2.5 以沉淀木素（酸不溶木素），然后進行離心分離處理。離心條件為，離心機轉速6 000 r/min，離心時間15 min，溫度25 ℃。 離心分離處理后，分別收集上層清液部分和沉淀部分。

其一，收集上層清液部分，將3 倍于上層清液體積的乙醇加入到上層清液中， 然后進行離心分離處理以沉淀半纖維素類物質。離心條件為，離心機轉速6 000 r/min，離心時間15 min，溫度25 ℃。離心分離處理結束后， 收集上層清液中的乙醇， 以便循環使用。 在此過程中形成的沉淀， 即為通過醇沉得到的以木糖為主、 伴有很少量阿拉伯糖和糠醛的半纖維素類物質。再經洗滌、分離和純化，并于45 ℃下干燥后， 即可用于生產和開發具有高附加值的半纖維素基產品。

其二，將步驟（4）中的沉淀部分用質量分數為3.0%的稀硫酸調節pH 值至2.5 并進行離心分離處理，離心條件為，離心機轉速5 000 r/min，離心時間20 min，溫度25 ℃，所得到的沉淀部分即為酸不溶木素。 收集這部分木素用于后續生產和開發木素基產品。

利用上述熱水預處理的方法制備得到的木片的制漿方法，步驟如下：

（1）將上述經過熱水預處理后的木片送至本發明所述及的化機漿制漿工段制漿。 化學預浸漬過程中，加入NaOH、金屬離子螯合劑和H2O2，NaOH 的添加量為絕干木片質量的3.5%，

金屬離子螯合劑(DTPA)的添加量為絕干木片質量的0.1%，H2O2的添加量為絕干木片質量的2.0%，處理溫度為80 ℃，處理時間25 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（2）將步驟（1）中述及的經過化學預浸漬處理的木片進行兩段磨解處理：第一段為壓力磨解，具體條件為，溫度150 ℃，壓力0.3 MPa，磨解時的漿料濃度為25%；第二段為常壓磨解，具體條件為，盤磨間隙0.08 mm，漿料濃度15%。經過兩段磨解處理后得到磨解后的木材纖維漿料。

（3）將步驟（2）中的木材纖維漿料置于消潛池中進行處理，處理條件為，漿料濃度4.0%，水溫90 ℃，時間40 min。 將消潛后的漿料在縫寬0.15 mm 的篩漿機上進行篩選， 然后脫水至漿料濃度約為30%，即得漿料成品。

利用上述制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法制備得到的漿料成品制作手抄片，步驟如下：取出少許漿料， 將漿料經PFI 磨打漿至游離度為250 mL 或肖氏打漿度45 °SR，依據國家標準方法進行手抄片的抄造和相應的物理性能檢測。 檢測結果如下：

預水解液中主要組分含量， 葡萄糖300 kg，木糖580 kg，乙酸170 kg，以上均為基于1 t 絕干木片的含量；水解木片得率96.6%。

與未經自水解預處理的制漿工藝流程相比，本發明壓力磨漿部分和打漿能耗分別節省23.1%和38.7%； 本發明的漿料的漿張的各項物理性能分別為：松厚度2.38 cm3/g，抗張指數17.4 N·m/g，撕裂指數1.83 mN·m2/g，ISO 白度42.4%，不透明度96.3%，光散射系數39 m2/kg，光吸收系數2.5 m2/kg。

與未經自水解預處理的漿料相比， 本發明的漿料的松厚度降低6.3%，抗張指數增加28.9%、撕裂指數增加12.3%，ISO 白度降低33.0%， 不透明度提高6.3%， 光散射系數降低7.1%， 光吸收系數提高316.7%。

實施例4

一種制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法，步驟同實施例3 中的步驟（1）～（4）。

利用上述熱水預處理的方法制備得到的木片的制漿方法(APMP)，步驟如下：

（5）將步驟（3）中所述的經過熱水預處理后的木片送至化機漿制漿工段制漿。

（6）木片進入預汽蒸倉進行汽蒸，預汽蒸條件為，90～95 ℃，停留時間3～10 min。 隨后通過第一段螺旋壓榨預浸漬器，預浸漬時間為1～8 min。 螺旋壓榨的壓縮比為4∶1～6∶1。 化學預浸漬過程中， 加入NaOH、金屬離子螯合劑、硅酸鈉和H2O2，NaOH 的添加量為絕干木片質量的1%～8%，金屬離子螯合劑的添加量為絕干木片質量的0.1%～0.5%， 硅酸鈉的添加量為絕干木片質量的0.5%～3.0%，H2O2的添加量為絕干木片質量的1%～7%；該化學預浸漬的處理溫度為60～90 ℃，處理時間10～40 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（7）經過第一段預浸漬處理后的木片，進行第二臺常壓預蒸倉反應，預汽蒸條件為，90～95 ℃，停留時間3～10 min；

（8）由反應倉出來的物料，進入第二段螺旋壓榨浸漬器。 化學預浸漬過程中，加入NaOH、金屬離子螯合劑、 硅酸鈉和H2O2，NaOH 的添加量為絕干木片質量的1%～8%， 金屬離子螯合劑的添加量為絕干木片質量的0.1%～0.5%，硅酸鈉的添加量為絕干木片質量的0.5%～3.0%，H2O2的添加量為絕干木片質量的1%～7%；該化學預浸漬的處理溫度為60～90 ℃，處理時間10～60 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（9）經過第二段預浸漬后的木片進入第三臺常壓預蒸倉， 繼續通汽進行化學反應， 反應條件為，90～95 ℃，停留時間3～10 min。

（10）隨后送入第一段磨漿機，進行常壓磨漿，磨后粗漿稀釋后，進入第二段磨漿機再進行常壓磨漿；第一段磨的磨漿濃度為15%～35%，第二段磨的磨漿濃度為10%～20%；

（11）將步驟（10）中的木材纖維漿料置于消潛池中進行處理，處理條件為：漿料濃度3.0%～4.0%，水溫70～95 ℃，時間20～40 min，將消潛后的漿料在縫寬0.15 mm 的篩漿機上進行篩選，然后脫水至漿料濃度為30%，即得漿料成品。

將上述漿料制備得手抄片，步驟如下：取出少許漿料， 將漿料經過PFI 磨打漿至游離度為250 mL或肖氏打漿度45 °SR，依據國家標準方法進行手抄片的抄造和相應的物理性能檢測。 檢測結果如下：

預水解液中主要組分含量， 葡萄糖300 kg，木糖580 kg，乙酸170 kg，以上均為基于1 t 絕干木片的含量；水解木片得率96.6%。

本發明的漿料的漿張的各項物理性能分別為：松厚度2.0～2.8 cm3/g，抗張指數12～25 N·m/g，撕裂指數1.0～2.0 mN·m2/g，ISO 白度40%～80%， 不透明度70%～95%，光散射系數30～50 m2/kg，光吸收系數2.0～4.0 m2/kg。

實施例5

一種制備化學機械漿前對木片熱水預處理的方法，步驟同實施例2 中的步驟（1）—（4）。

利用上述熱水預處理的方法制備得到的木片的制漿方法（P-RC APMP），步驟如下：

（5）將步驟（3）中所述的經過熱水預處理后的木片送至化機漿制漿工段制漿。

（6）木片進入預汽蒸倉進行汽蒸，預汽蒸條件為，90～95 ℃，停留時間3～10 min。 隨后通過第一段螺旋壓榨預浸漬器，預浸漬時間為1～8 min。 螺旋壓榨的壓縮比為4∶1～6∶1。 化學預浸漬過程中， 加入NaOH、金屬離子螯合劑、硅酸鈉和H2O2，NaOH 的添加量為絕干木片質量的1%～8%，金屬離子螯合劑的添加量為絕干木片質量的0.1%～0.5%， 硅酸鈉的添加量為絕干木片質量的0.5%～3.0%，H2O2的添加量為絕干木片質量的1%～7%；該化學預浸漬的處理溫度為60～90 ℃，處理時間10～40 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（7）經過第一段預浸漬處理后的木片，進行第二臺常壓預蒸倉反應，預汽蒸條件為，90～95 ℃，停留時間3～10 min。

（8）由反應倉出來的物料，進入第二段螺旋壓榨浸漬器。化學預浸漬過程中，加入NaOH、金屬離子螯合劑、硅酸鈉和H2O2，NaOH 的添加量為絕干木片質量的1%～8%，金屬離子螯合劑的添加量為絕干木片質量的0.1%～0.5%，硅酸鈉的添加量為絕干木片質量的0.5%～3.0%，H2O2的添加量為絕干木片質量的1%～7%；該化學預浸漬的處理溫度為60～90 ℃，處理時間10～60 min，得到化學預浸漬處理后的木片。

（9）經過第二段預浸漬后的木片進入送入第一段磨漿機，進行常壓磨漿，磨漿濃度為15%～35%，即得經過第一段磨解的木片。

（10）將上述步驟(9)中經過第一段磨解的木片置于高濃漂白塔中進行反應，反應條件為，溫度80～95 ℃，漿料濃度20%～35%，停留時間60～180 min。

（11）經過高濃停留反應的漿料隨后送入第二段磨漿機，進行常壓磨漿，磨漿濃度為10%～20%。

（12）將步驟（10）中的木材纖維漿料置于消潛池中進行處理，處理條件為：漿料濃度3.0%～4.0%，水溫70～95 ℃，時間20～40 min，將消潛后的漿料在縫寬0.15 mm 的篩漿機上進行篩選， 然后脫水至漿料濃度為30%，即得漿料成品。

將上述漿料制備得手抄片，步驟如下：取出少許漿料， 將漿料經過PFI 磨漿機打漿至游離度為250 mL 或肖氏打漿度45 °SR，依據國家標準方法進行手抄片的抄造和相應的物理性能檢測。 檢測結果如下：

提取液中主要組分含量，葡萄糖280 kg，木糖540 kg，乙酸140 kg，以上均為基于1 t 絕干木片的含量；水解木片得率96.8%。

本發明的漿料的漿張的各項物理性能分別為：松厚度2.0～2.8 cm3/g，抗張指數12～25 N·m/g，撕裂指數1.0～2.0 mN·m2/g，ISO 白度40%～80%， 不透明度70%～95%，光散射系數30～50 m2/kg，光吸收系數2.0～4.0 m2/kg。