[发明专利]生产商品级纸浆、天然木素和单细胞蛋白质的新催化反应器方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种木质纤维材料的处理方法，特别是涉及使浸渍木片达到木素基质部分解聚的酸催化水解，以及随后酸催化剂的蒸馏、冷凝和回收。

背景技术

现有技术中木质纤维材料的处理方法经常需要高温和高压以保证足够速率的化学反应进程。因此，必须特定的高压容器和专用设备来经受所述苛刻的条件。这使得处理设备的装配和保养十分昂贵，而且操作也非常昂贵，另外能量需求高。

此外，通常需要烈性化学品以便产生希望的氧化或还原反应。化学品侵蚀设备和木质纤维材料，反过来又将增加设备的维护费用。一旦使用，化学品必须除掉，这将产生潜在的环境危害和污染。甚至在处理过程中使用的水也会被污染，所以需要慎重的处置，以防污染和环境损害。然后，必须再购买新鲜的化学品以补充在处理过程中损失的那部分化学品。

安装好的大多数处理设备，即使是昂贵的先进设备，也仅能用来处理有限种类的植物材料。不同的植物材料需要不同的处理条件和化学品，并且有时候还需要不同的处理方法，这意味着如果不完全更换生产流水线，则不能处理其它的植物材料。如果能处理多种植物材料，而无需更换或改变设备，那是最为理想的。

因此，本发明的一个目的是提供一种木质纤维材料的处理方法，所述方法不仅克服了上述的限制而且提供了其它所希望的特征。

本发明的这一目的和其他目的通过参考发明内容以及随后优选实施例的详细说明将得以理解。

发明内容

本发明涉及一种由任何形式的植物在一密闭的过程中生产纤维素、天然木素和单细胞蛋白质的连续和间歇系统。

水解催化反应器法(Catalytic Reactor Process，CRP)可生产商品级纸浆，并可从天然形式的木素中分离出甜液(糖类和半纤维素)——高温或不利工艺条件下未被变性的天然木素。再将甜液转换成单细胞蛋白质，后者可转换成许多不同的产品。所述方法的水和催化化学品被回收利用。

CRP方法的关键是浸渍木片的酸催化水解。酸催化剂使化学反应器中的木素基质部分解聚，随后是酸催化剂的蒸馏、冷凝和回收，以及天然形式木素的回收。本领域中大量的现有技术方法均使用氧化/还原化学反应机理。反应机理的这种根本区别使得CRP方法具有显著的优点。

例如，在硝酸和/或氢氧化铵的水溶液中对植物进行浸渍。在常温常压一段时间之后使化学溶液再循环。然后将生物质移至催化反应器中并加热。蒸发出的浸渍液通过吸附塔回收，并再返回至化学溶液中。在冷却之前将生物质移至碱性溶液中以便从黑液中分离纸浆。纸浆可以按照需要进行处理，以便生产出可销售的产品。将黑液泵送至分离罐处理，以使木素沉淀。对所述溶液进行过滤以分离出甜液和木素。干燥木素，并使甜液发酵以生产单细胞蛋白质。

该方法可使用任何种类的植物，包括阔叶木、针叶木、灌木、谷类、草类等等。该方法可将锯末作为唯一的原料使用(在至今已审查的专利中指出，有些原料不能够工业化或者不能被具体实施)。

所产生木素的数量和质量决定了整个过程的反应条件。一个明显的优点是消除了“干燥”原料。实际上，能够使用绿色原料，并且对取决于所需纸浆、木素和甜液质量的天然木素聚合物的酸催化水解而言甚至是优选的。

CRP制浆方法既不要求在任何阶段的外加压力，也不要求接近于传统硫酸盐制浆方法的温度范围。在所述方法各阶段的温度基本上均低于90℃并且不对反应系统施加外压。

CRP制浆方法是一个密闭体系，实际上这个体系中使用的所有化学品均被回收回用。在该制浆方法中所用的水以可售副产品的形式回收、过滤回用或者作为蒸汽排出。排出的蒸汽可为该制浆方法提供能量，由此避免甚至很少量的水分损耗以及潜在能源的损耗。催化化学品的回收解决了在每个制浆过程的循环中高化学品成本的问题。在再次引入至制浆过程中之前，只需要少量的化学品使浓度恢复至每一种回收化学品的浓度。各种化学品的回收不需要消耗外部能量(这与硫酸盐纸浆厂目前的回收工段不一样)。

通过使用该新颖的方法，取得如下益处：

1.可使用湿原料——由于水分对于水解是必要的，因此无需对木片进行干燥。

2.使用低温、低压以及很少的能量输入进行水解。

3.使用弱酸和弱碱，最大程度地降低了原料成本和减少了终产物的降解。

4.酸催化剂被蒸馏和再循环，使之能够进行密闭循环。

5.本化学反应器制浆方法基本上无污染。

6.本化学反应器制浆方法使天然Klason木素具有高得率。

7.化学反应器的α纤维素的纸浆得率高。

8.沉淀后甜液适合用于单细胞蛋白质的发酵。