[发明专利]生物基料纤维材料的处理方法

说明书

本发明涉及一种通过加工生物基料纤维材料而生产多种有价值产品的方法，所述生物基料尤其是指谷物加工业产生的废料。

在生产谷物主要产品的过程中，在生产谷物的同时产生大量废料和残渣。这些包括在收获、贮藏和运输过程中产生的茎杆和谷物废料。为了使田地准备下一次种植，经常在田间将茎杆焚烧掉。但是，这样造成大量空气污染，因此现在许多国家都加以禁止。

目前谷物加工业的利润低。扭转这种状况并避免在田间敞开焚烧的一种方法是将这些废料和残渣转变成可增加加工业收入的可销售产品。

在中国认识到该方法的价值已有几个世纪了，其中在遍及谷物生产地区的许多小型制造厂中已将茎杆用于生产造纸用浆。不幸的是，当小规模进行时，目前用于生产该纸浆的制浆方法，烧碱法，存在严重污染，其中不能经济地调整钠回收。由于这些小型制造厂的流出物导致水污染，这样在90年代末期迫使中国关闭了几千个最小的茎杆制浆烧碱制造厂。

一种新型制浆技术，称之为有机溶胶制浆，对谷物农业具有明显的好处。它几乎没有环境上的问题，比牛皮纸的资本密集度低，它生产多种副产品，理想地适宜于对无机物含量高的非木生物基料制浆，并能有益地以比传统制浆法更小的规模进行。用于谷物加工业的更吸引人之处在于其与农业经济的相容性。其主要方法中所需的化学药品之一是乙醇，它能够通过将水解的废淀粉发酵容易地制得。而且，该方法的许多副产品立即在农业中找到用途和价值，例如动物饲料添加物和释放缓慢的肥料和杀虫剂。将茎杆生物基料残渣的有机溶胶制浆和来自谷物加工的废料流的加工和发酵集成在单个制造厂将使谷物加工业获得大量利润。与此同时，这一策略将获得高度的环境保护并将支持以该方法的副产品为基础的相邻加工业的开发。

一方面，本发明提供了一种将生物基料纤维材料去木质的方法，包括：

在升温和升压下在一种含有乙醇和水的混合物的液体中消化生物基料纤维材料一定的时间，所述的时间足以至少部分地将该生物基料纤维材料去木质并形成纸浆，

使废液与所述的纸浆分离，

用新鲜的乙醇和水的混合物洗涤所述的纸浆，

回收所述的新鲜的乙醇和水的混合物，用作再循环的液体，

降低压力使残留在纸浆中的乙醇和水蒸发，以及

回收所述的纸浆。

该方法可以包括以下步骤：处理废液罐中的废液以回收木质素、醋酸、糠醛、木糖和其它副产品，回收乙醇以在该方法中再使用，以及使来自该方法的和来自水解谷物废料的各种液体废料流经过发酵以制得乙醇和其它可以在该方法中使用的发酵产物。

另一方面，本发明提供一种从生物基料生产纸浆和乙醇的集成方法，该方法包括下列步骤：

在一种含有乙醇和水的混合物的液体中消化生物基料纤维材料以形成纸浆和废液，

使所述的纸浆和所述的废液分离，

从所述的废液中回收乙醇，

对所述废液的提取物和/或所述生物基料的上游加工段的物流进行发酵以制备乙醇。

本方法观念可应用到油棕榈残渣、糖甘蔗残渣、谷类茎杆残渣和其它生物基料残渣。将前面两个分开的行动集成为单个操作单元的潜在优点是很多的。它们包括总投资成本较低、组合了普通产品回收的不同液体流、有机会节省加工热能、内加工生产化学药品、降低运输成本、环境的巨大改善和在共享操作中使用更大、更有效设备的潜力。采用单独操作的分开设备不可能经济。产品流经一个集成的全过程而将上述优点带入谷物加工业中。

甲醇也可以与乙醇一起使用或作为乙醇的替换物，特别是当其价格较低时。

将茎杆以传统方式带到加工厂。在一优选实施方式中，干茎杆被切割成短片段并送到批量蒸煮罐中与适宜浓度(35％-70％w/w)的含水乙醇一起在175-185℃下制浆约1-2小时。可以一个或两个阶段进行该蒸煮，这取决于所需纸浆的类型和性能。蒸煮之后，将部分液体从该蒸煮罐泵送到废液罐中，将纸浆和部分液体从蒸煮罐中排出。废液被泵送到一闪蒸罐，在此将富含乙醇的蒸汽冷凝并回收。

将纸浆从蒸煮罐出料之后，可以将褐色原料茎杆浆通过一精炼机或水力碎浆机，经传统制浆设备筛选和净化并转移到根据最终产品的所需纸浆的类型经适当设计的漂白厂中。应注意到这里乙醇基有机溶胶纸浆正常情况下比牛皮纸浆更容易漂白，因此该漂白厂可以是相对简单的设计。而且，有机溶胶纸浆通常比牛皮纸浆具有产率优势。然后可以将漂白阶段的混合流出物通过湿氧化处理，从而制得醋酸钠作为商品化学药品销售。由于该方法的集成性能，例如来自谷物加工的废料的其它残渣的湿氧化可以在相同设备中同时或有顺序地进行。