[发明专利]分离含木质纤维素的生物质的方法

说明书

本发明涉及一种用于分离(特别是来自木材或谷物秸秆的)含木质纤维素的生物质成木质素、半纤维素和纤维素形式的基本成分的方法。

传统纸浆方法的缺点主要是耗水量高，废水中有机物质含量高以及相对较高的生产成本。后者特别是由清理碱液和废液流或残余液流的辅助成本所造成的。传统方法中不使用含硫化合物就不能分离木质素；而使用硫化合物会产生气味问题。典型的浆化方法(硫酸盐，亚硫酸盐，Milox)是化学裂解木质素，且主要溶解裂解产物(木质素磺酸)的方法。

按传统方法的设计，从经济角度考虑，年生产能力高于200000吨才可运行。总体上，化学纸浆(Chemiezellstoff)的生产只占生产能力的少部分，约4％。另一方面，每位化学纸浆加工者都希望得到按他们的利益所需的纸浆，并且纸浆尽可能成为不同的质量等级。

在较新的方法中，Formacell方法是一种主要是溶解而只少量裂解的方法。ASAM和Organocell是复合方法。其中，特别是ASAM方法要求一个复杂的化学药品回收系统。

溶解木质素的方法具有一个优点是容易分离木质素和其它副产品。

与纸用纸浆(Papierzellstoff)(纸，纸板，绒纸(Fluff))的情况不同，对于化学纸浆起决定性的是纸浆纤维的化学性能，而非其物理性能，因为纤维的结构在化学纸浆加工过程中遭到破坏。这里起作用的是下列标准：聚合度和聚合分布，白度和NaOH中的溶解性。

工业上采用的纸浆方法的缺点是干燥必定引起的反应活性损失。所谓不干浆(浆化和漂白后，湿度不低于30％的干燥纸浆)相反是高反应活性的。为运输纸浆，需要在造纸机上成片和干燥。为此需要大量的技术费用，至少对纸浆加工成衍生物是不利于生产率的，因此这里为化学纸浆的反应化附带产生了高成本。对于化学上进一步加工将更合适得多的是浆化后存在的纤维形式(未干燥)。

在蒸汽-爆炸方法中，按现有技术为了超过木质素及多糖的软化温度，20巴以上的压力是常见的。结合高压，高于200℃的蒸汽温度一方面引起纤维素的强烈链分解，另一方面也导致木质素的缩合，这结果导致了较差的可提取性。蒸汽不太可能进入木质纤维素结构的结晶区域；就这点而言，那里不可能改性。

蒸汽-爆炸方面的现有技术在许多专利中有记录，其主要涉及方法设计和基本的工艺方法。大部分研究以木材作原料来进行。多数情况下，难点是对强度因子(Severity-Faktor)(蒸汽温度对作用时间的积分)的优化。

使用水蒸汽的缺点是，不能或只有使用了高技术成本的情况下才能将助剂引入蒸汽中。更确切地说，生物质必须在蒸汽爆炸前与添加的材料接触，这一般伴随着较差的分布或高剂量。类似地，这也适于蒸汽精制(Steam-Refining)方法(紧接有机械拆散(Auffaserung)的蒸汽浸出(Dampfaufschluss)方法)，其用较少的高压力蒸汽(10-15巴)加工，使用机械装置拆散。

唯一可完全连续运转的可在工业规模上实现的纸浆浸出(Zellstoffaufschluss)方法是碎屑或其它生物质用StakeTech StakeTechnology公司的Stake系统II的蒸汽爆炸方法。

去除木质素是所有浆化方法中最大的挑战。在19世纪末已经揭示了用于醇提取木材的木质素的工作。那时存在不同于现在确立的用于发展环境友好的浆化方法的目标。不断增加的对传统的浆化方法给环境的影响的评论，对废水污染，向空气中排放以及残余物处理的更严格的法律规章，还有改善木材物质利用的努力可以看作近20年不断加强地努力发展新的环境友好的浆化方法的主要原因。因为化学纸浆的地位较次(只约占世界纸浆生产的4％)，所以研究和发展工作集中在用于制备纸用纸浆的浆化方法。但是，对化学纸浆，比对纸用纸浆更重要的是定量除去木质素。

木材中间片层中富集有高的木质素含量。由此木材表现出坚硬。在工业规模下，纸浆浸出后，引入漂白之前，最大的允许的木质素含量的数值是40。