制漿廠的生物質(zhì)精煉,雷以超教授

制漿廠的生物質(zhì)精煉雷以超纖維素(41-53%)半纖維素(25-41%)木素(16-33%)抽提物(2-5%)無機物(<1%)含氮化合物(少量)1.木材植物主要的化學(xué)組成北美幾種制漿用木材的化學(xué)組成SpeciesCellulose%Hemicelluloses%Lignin%BalsamFir冷杉442729EasternHemlock鐵杉422633EasternWhiteCedar西洋杉442531WhiteSpruce云杉442927JackPine松樹413029Tamarack美洲落葉松432829“Typical”Softwood432829Beech山毛櫸423622TremblingAspen楊樹533116WhiteElm榆樹492724RedMaple楓樹413524WhiteBirch樺木414019YellowBirch403921“Typical”Hardwood463420單一的葡萄糖單元線性結(jié)構(gòu)長鏈(木材纖維素分子聚合度可達(dá)到10000)具有還原性和非還原性末端基部分有結(jié)晶區(qū)2.纖維素的結(jié)構(gòu)特點及其應(yīng)用D葡萄糖的結(jié)構(gòu)纖維素的應(yīng)用造紙漿；溶解漿；生物質(zhì)能源，乙醇；納米纖維素；纖維素聚合物PLA；透明膜。8CelluloseProductsNanoCelluloseKraftPulpFibresTransparentFilmsFibrePLAComposite溶解漿的應(yīng)用前景粘膠人造絲：服裝，裝飾織物，輪胎簾子線，強力運輸帶，玻璃紙，海綿，腸衣等；纖維素醋酸酯：過濾嘴絲束，塑料薄膜，服裝，裝飾織物，油漆；纖維素硝酸酯：炸藥，漆，薄膜；羧甲基纖維素：洗滌劑，化妝品，食品、紡織和造紙?zhí)砑觿?；甲基纖維素、乙基纖維素、羥丙基纖維素：食品、涂料、藥品、油墨、洗滌劑。不只是一個單糖帶支鏈和取代基鏈短(50-300個糖單元)有還原性和非還原性末端基無結(jié)晶區(qū)3.半纖維素的結(jié)構(gòu)特點及其應(yīng)用針葉木半纖維素闊葉木半纖維素半纖維素的應(yīng)用發(fā)酵制備乙醇；闊葉木或草類原料的半纖維素以戊糖為主，可以制備糠醛、木糖醇和乳酸；堿抽提半纖維素可以作為紙張的表面施膠劑；制備水凝膠，氣體隔離膜；糖酸、食品乳化劑；聚合物PLA15半纖維素的應(yīng)用

氣體隔膜水凝膠紙張増強劑OHOOHOHOOHOOHOOHOOOHHOHOOHOOHOHOOHOOOHOOHOOHOOHOOOHOHHOHOOOOOHOHOHOOOHOOHOOHOOHOHOOOHOHOOHOOOOOHOOHOHOOHHOOC(Z)SWfibre4-5timeshighersurfacecharge生產(chǎn)乙醇厭氧發(fā)酵:工作機理C6H12O6

2C2H5OH+2CO23C5H10O5

5C2H5OH+5CO2糖轉(zhuǎn)化為乙醇的理論得率:51.14%多糖：(纖維素,聚葡萄糖甘露糖)

HO(C6H10O5)nH+(n–1)H2O2nC2H5OH+2nCO2

理論得率56.82%聚木糖:(Xylan)

3HO(C5H8O4)nH+3(n–1)H2O5nC2H5OH+5nCO2

理論得率58.12%糠醛H+xylosefurfural通過木糖在酸性條件下脫水制備木糖醇防齲齒的甜味劑H219木聚糖為原料制備乳酸和聚乳酸PLAAcidicorenzymehydrolysisPentosesandhexosesLacticacidFermentationoralkalineoxidationPolymerizationPolylactide(PLA)Hemicelluloses(glucomannanand/orxylan)原生木質(zhì)素是松柏醇/愈創(chuàng)木基(coniferylalcohol/guaiacyl)、芥子醇/紫丁香基(sinapylalcohol/syringyl)和對-香豆醇(p-coumarylalcohol)的聚合物；是一種混雜的、帶支鏈的、以苯丙烷單元通過C-C和C-O連接的交叉網(wǎng)狀的聚合物；還和聚糖鏈有連接。4.木素的結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用22CarbohydratesExtractivesLigninBlackliquor化學(xué)漿50%的木材組分進入黑液WoodtokraftpulpmillPulpCelluloseproducts23黑液的LignoBoost處理

LigninOUTRecoveryBoilerDigesterEvaporationBleachingWoodChips

Pulp/PaperLigninINReplacementoffossilfuelinlimekilns50Lfueloilptpcanbesaved

Wood

LimeKiln24黑液的LignoBoost處理25LignoBoost木素

：一種新原料C 64-66Na 0.05-0.4Ash 0.3-1S 1-3N 0.1Typicalcomposition,%26MetsofilterinInnventiaslignindemoplantVPA104024chambers1-1.2tlignin/h27FossilfuelinpulpmilllimekilnsInSwedenca300.000tonneoil/year28碳纖維——木素的高附加值應(yīng)用復(fù)合材料中的結(jié)構(gòu)材料重量輕高強度、高彈性模量高的耐熱和耐腐蝕性高附加值由木素制備的碳纖維

2930650000tonpulp/year10%ligninextracted=33000ton…16000toncarbonfibres…canreplace40%steelin160.000cars黑液木素的其它應(yīng)用活性炭水泥減水劑粘合劑分散劑塑化劑5.木材抽提物的組成和應(yīng)用脂肪酸樹脂酸木脂素蒎烯、莰烯、檸檬烯谷甾醇脂肪芪類（二苯乙烯）松木制漿副產(chǎn)品抽提物：脂肪、樹脂酸、萜稀脂肪：主要成分，脂肪酸甘油酯，在堿性條件下，發(fā)生水解，生產(chǎn)脂肪酸皂和甘油；樹脂酸：松香酸，在堿性條件下，成為樹脂酸皂；萜稀：如蒎烯，松節(jié)油的主要成分，超過160℃成為氣體，硫酸鹽蒸煮過程中如果有小放氣，可以回收，如果沒有小放氣，則進入黑液體系，高溫時呈氣態(tài)，和甲烷等氣體混在一起，易發(fā)生爆炸。黑液濃縮到20％-30％濃度時，脂肪酸皂和樹脂酸皂會發(fā)生鹽析，成為泡沫加以回收，得到粗塔羅油，再經(jīng)過酸中和并精煉，可以得到脂肪酸和樹脂酸，脂肪酸和樹脂酸都是重要的化工原料。松節(jié)油和塔羅油松節(jié)油成分：蒎烯、莰烯、檸檬烯松節(jié)油用途：香水、聚合物添加劑、溶劑、柴油添加劑塔羅油成分：皂化的脂肪酸和樹脂酸、谷甾醇，美國南方一松木硫酸鹽漿廠回收34kg/噸木材塔羅油用途：肥皂、潤滑油、造紙施膠劑、食品添加劑、生物柴油脂肪的皂化脂肪與堿通過皂化反應(yīng)可以轉(zhuǎn)化成脂肪酸皂（C17H33COONa黑液泡沫）和甘油.樹脂酸的皂化樹脂酸（樅酸C19H29COOH）、萜稀等抽提物也會和堿發(fā)生皂化反應(yīng)，消耗堿，并存在于黑液泡沫中。樹脂酸木脂素萜類化合物蒎烯（松節(jié)油的主要成分）化學(xué)名稱：2,6,6-三甲基二環(huán)[3,1,1]-2-庚烯分子式：C10H16熔點：-102.2℃沸點：155-156℃6.現(xiàn)有制漿廠生物質(zhì)精煉路線圖樹皮的化學(xué)組成碳水化合物脂肪酸樹脂酸甾醇二苯乙烯（抗菌劑）低分子量的酚丹寧酸（抗氧化劑）制漿前后木材主要組分的變化制漿前預(yù)抽提半纖維素原因：1.制漿時半纖維素降解成異變糖酸，增加蒸煮用堿的消耗；2.增加黑液的粘度，降低洗漿效率，降低堿回收的蒸發(fā)效率；3.半纖維素燃燒熱值（13.6MJ/kg）比木質(zhì)素（27MJ/kg）低得多。預(yù)抽提半纖維素制漿的優(yōu)點減少蒸煮用堿量；降低蒸煮溫度，減少蒸煮時間；提高脫木素效率，減少漂白藥品消耗；提高堿回收的效率，提高因堿回收限制制漿廠的產(chǎn)量；增加新的產(chǎn)業(yè)鏈，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。熱水預(yù)抽提蔗渣（160℃，30分鐘）燒堿法制漿結(jié)果未水解蔗渣水解蔗渣裝鍋量（g）28028