农副产品秸秆资源化清洁生产纸和改性木质素新工艺.pdf

本发明公开了一种农副产品秸秆资源化清洁生产纸和改性木质素新工艺。该工艺将黑液作为宝贵的资源，在蒸煮及其浓缩两阶段分别加入改性剂、蒸煮剂、分子量及性能调控剂，充分利用秸秆中的纤维、木质素等成分，将传统草浆制浆总污染负荷约90％消除在工艺过程中。该工艺适合大、中、小型草浆造纸厂使用，生产出的纸浆得率高、粘度低，易洗易漂，更重要的是副产物木质素经改性后，具有良好的分散、粘结、螯合等性能，广泛用于水泥外加剂、水煤浆添加剂、农药分散剂等。

1、  农副产品秸杆资源化清洁生产纸和改性木质素新工艺，该工艺首先将秸秆进行改性蒸煮，蒸煮后提取黑液，得到粗浆，经过漂洗、打浆配料，抄造得到成品纸；将提取的黑液浓缩并二次改性，经喷雾干燥塔进行喷雾干燥，得到改性木质素磺酸钠；同时，对中段水进行物化、生化处理，使外排水达标排放。其特征在于，秸秆蒸煮制浆的同时加入蒸煮剂、改性剂、分子量及性能调控剂，提高纸浆收率、改善纸张质量、改善木质素的理化性能；在对黑液浓缩时再加入改性剂，进一步提高木质素的质量和实用性能，实现清洁生产。

2、  如权利要求1所述的新工艺，其特征在于，所加的蒸煮剂、改性剂、分子量及性能调控剂为烧碱、亚硫酸钠、十二胺基苯磺酸、聚氧乙烯醚、蒽醌及其衍生物、甲酸钠。

3、  如权利要求1所述的新工艺，其特征在于，黑液浓缩时加入的改性剂为硝酸、丙烯酸、氯乙酸。

4、  如权利要求1或3所述的新工艺，其特征在于，黑液浓缩至30～50％时加入木质素量的0～3％硝酸、0～20％丙烯酸、0～10％氯乙酸的一种或多种木质素性能调控剂。

5、  如权利要求1或2所述的新工艺，其特征在于，每1吨秸杆中，加入蒸煮剂、改性剂、分子量调控剂量为：烧碱8～20kg，十二胺基苯磺酸0.1～0.8kg，聚氧乙烯醚0.1～0.6kg，蒽醌及其衍生物0.5～1kg，亚硫酸钠80～100kg，甲酸钠0.1～2kg。

6、  如权利要求1所述的新工艺，其特征在于，蒸煮温度控制在150～170℃。

农副产品秸杆资源化清洁生产纸和改性木质素新工艺
技术领域
本发明涉及制浆造纸技术和环境保护新方法，尤其涉及农副产品秸杆资源化，清洁生产纸和改性木质素新工艺。
背景技术
我国森林资源匮乏，林纸一体化进展缓慢，严重缺乏造纸原料。而我国是一个农业大国，农副产品秸杆丰富，尤其禁烧后，如何利用秸杆造纸又不污染环境值得研究。传统草浆造纸仅利用秸杆的纤维，其余全部作为废物排放，不仅浪费资源而且严重污染环境。而木质素是自然界第二丰富的天然高分子化合物，它在植物中的含量仅次于纤维素，是一种可持续发展的天然资源。在化学制浆过程中不易分解的木质素溶解在溶液中，是造纸黑液地主要成分。木质素的回收利用不仅在经济效益上，而且在治理环境的污染方面均具有重大的意义。
目前造纸废水污染治理方法不少，但多属“末端治理”。末端治理有许多弊病：如基建投资大，运行费用高，造成二次污染等，最重要的是末端治理一般都是生产过程中的一种额外负担，从经济上讲有投入无产出或高投入低产出。与企业将经济效益作为最主要追求目标相抵触，这一矛盾是造成环保与生产一直难以有效结合的原因。草浆碱回收方法投资大，其过工艺程中由于蒸发和燃烧困难，造成生产成本高和难以稳定运行，且有白泥二次污染，加之将木质素烧掉，实为资源的浪费。草浆造纸黑液资源化生产不同产品的专利很多，如CN1032378C、CN1249373A、CN1075574C、CN1208027A、CN1275430A、CN1341568A、CN1379152A等专利均存在一定问题：产品质量低无出路或工艺复杂、成本高等，不符合企业追求经济效益的目标使其应用难以推广。
本申请人的专利CN1249373A从草浆黑液中提取的木质素品质低，只能作为燃料或作型煤添加剂出售，销路不畅；CN1075574C直接将黑液提取后蒸发浓缩，干燥，最终产品是木质素钠盐，又称碱木素、木糖粉。这种产品残碱含量高，表面活性差，市场销路狭窄，价位很低，经济效益不佳。使用此法最早的几个厂家，因产品销路不畅，处于半停产状态。由此可见，直接回收生产的碱木素，用途不大，只有通过对木质素改性加工，赋予优良的理化特性，才能成为附加值高的精细化工产品。已有不少文献报道了黑液改性方法，但工艺复杂，且需要额外增加设备投资，消耗人力、能源，属于先污染后治理的末端治理方法，企业不易接受。
发明内容
本发明提供一种农副产品秸杆资源化清洁生产纸和木质素磺酸钠新工艺，其目的不仅在于将草浆造纸黑液作为一种资源加以利用，生产出高质量、市场容量大的改性木质素产品，而且还在于提高纸浆得率、使纸浆的质量得到改善、纸浆粘度降低，易洗易漂，实现清洁生产，外排水稳定达标，达到节能、降耗、减污、增效的目的。
为实现本发明目的，本发明技术方案如下：
本发明以资源综合利用为宗旨，将污染最大限度地消除在工艺过程中，改变了以往将黑液作为污染废物进行被动治污的“末端治理”途径。在新工艺中将黑液视为宝贵的资源，在蒸煮的同时，就进行化学改性；蒸煮所得固形物即纸浆用于造纸；溶液即黑液经净化、并在蒸发浓缩时，根据不同用途进行二次改性，经雾干燥生产出市场广阔、附加值高的系列改性木质素产品。这些产品可广泛用作水泥外加剂、水煤浆添加剂、防风固沙剂、油田助剂和农药分散剂等。
本发明具体如下：在浸、蒸煮工艺过程中，一并加入蒸煮剂、改性剂及木质素分子量调控剂，即在分离纤维的同时对木质素进行改性。蒸煮后高浓提取黑液，提取的黑液经净化、浓缩、二次改性，经雾干燥得到高附加值的改性木质素产品；得到的粗浆，经筛选、洗漂、打浆配料，抄造为成品纸；粗浆逆流洗涤，洗涤液分段回收利用，浓洗涤液配蒸煮剂、改性剂回用，大大削减了中段水的污染负荷，其余中段水进行物化、生化处理，稳定达标排放。关键在于，在对秸秆原料蒸煮制浆的同时，加入改性剂、蒸煮剂、分子量调控剂，以提高纸浆的质量、有效地改变木质素的存赋状态，使综合利用秸杆原料中的纤维、木质素等成分清洁生产纸张的工艺得以实现。所加的蒸煮剂、改性剂、分子量及性能调控剂为烧碱、亚硫酸钠、十二胺基苯磺酸、聚氧乙烯醚、蒽醌及其衍生物、甲酸钠。每1吨秸杆中，加入量为：亚硫酸钠80～100kg，烧碱8～20kg，十二胺基苯磺酸0.1～0.8kg，聚氧乙烯醚0.1～0.6kg，蒽醌及其衍生物0.5～1kg，甲酸钠0.1～2kg：并在黑液浓缩时加入改性剂：硝酸、丙烯酸、氯乙酸。即黑液浓缩至30～50％时加入木质素量的0～3％硝酸、0～20％丙烯酸、0～10％氯乙酸的一种或多种木质素性能调控剂。蒸煮温度控制在150～170℃。秸杆原料指木材外的一年生禾草植物，包括麦草、稻草、龙须草、芦苇、蔗渣等。
本发明有益效果在于：该工艺充分利用可再生资源秸杆中的纤维、木质素等成分，把制浆造纸黑液当做资源加以利用；在制浆蒸煮的同时加入改性剂，纤维和木素分离的同时进行改性，且缩短了蒸煮时间，减少了设备投资，节约了能源和人力，实现节能、降耗、增效的目的；以清洁生产替代传统的先污染后治理的制浆工艺，从源头削减造纸废水污染总负荷的90％，外排水稳定达标(如COD_cr＜350ml/L，标准为450ml/L)，不仅解决了草浆造纸企业的污染问题，而且变废为宝，显著提高企业的经济效益，增强企业竞争力；工艺简单、易操作易实施、环境效果好，投资小、经济效益高；纸浆得率高，所得纸浆粘度低，易洗易漂；改性后黑液的存赋性能改观，减少了浓缩结垢麻烦，提高了蒸发效率，减少了维修；改性木质素质量显著提高，使其用途得以推广，市场容量大，可用于水泥外加剂、水煤浆添加剂、防风固沙剂、采油助剂、农药分散剂等，经济、社会、环境效益显著，很好地实现了造纸企业追求经济效益的目标与“治污”协调一致，变造纸企业传统的被动治污为主动资源利用，实现清洁生产。本项目对造纸行业和新兴木质素产业具有双重重大意义。
附图说明
图为本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
为对本发明进行更好地说明，结合工艺流程图，举实例详细说明。
首先将5吨麦草进行预浸、蒸煮、改性，提取黑液，得到粗浆，经过漂洗、打浆配料，抄造得到成品纸，浓中段水回配蒸煮剂、改性剂利用，稀中段水进行物化、生化处理，达标排放；提取后的黑液经自控装置浓缩再改性，经喷雾干燥塔进行喷雾干燥，得到改性木质素产品。关键在于在对麦草蒸煮制浆的同时，加入蒸煮剂、改性剂、分子量及性能调控剂，提高纸张的质量；并且在黑液浓缩至30～50％时再加入改性剂，对黑液进行改性，以提高木质素产品的质量和实用性。所加的蒸煮剂、改性剂、分子量及性能调控剂为烧碱、十二胺基苯磺酸，聚氧乙烯醚，蒽醌及其衍生物，亚硫酸钠、甲酸钠、硝酸等。加入的量为：烧碱50kg，十二胺基苯磺酸0.5kg，聚氧乙烯醚2.5kg，蒽醌及其衍生物1kg，亚硫酸钠480kg，甲酸钠0.8kg。黑液浓缩时加入的改性剂为硝酸30kg。蒸煮温度控制在150～160℃。
实施例2
其他如实施例1，在对麦草蒸煮制浆时，所加的蒸煮剂、改性剂、分子量及性能调控剂为烧碱、十二胺基苯磺酸，聚氧乙烯醚，蒽醌及其衍生物，亚硫酸钠、甲酸钠、硝酸等。加入的量为：烧碱100kg，十二胺基苯磺酸2.5kg，聚氧乙烯醚2.5kg，蒽醌及其衍生物5kg，亚硫酸钠400kg，甲酸钠8kg。黑液浓缩30～50％时加入的改性剂为丙烯酸200kg、氯乙酸100kg。蒸煮温度控制在160～170℃。
用该工艺生产出的木质素，可用于水泥外加剂、水煤浆添加剂、防风固沙剂、采油助剂、农药分散剂等，经济、社会、环境效益显著，很好地实现了造纸企业追求经济效益的目标与“治污”协调一致，变造纸企业传统的被动治污为主动资源利用，实现清洁生产。本项目对造纸行业和新兴木质素产业具有双重重大意义。