制漿廠的生物質精煉,雷以超教授

制漿廠的生物質精煉雷以超纖維素(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組成北美幾種制漿用木材的化學組成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構長鏈(木材纖維素分子聚合度可達到10000)具有還原性和非還原性末端基部分有結晶區(qū)2.纖維素的結構特點及其應用D葡萄糖的結構纖維素的應用造紙漿；溶解漿；生物質能源，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晶區(qū)3.半纖維素的結構特點及其應用針葉木半纖維素闊葉木半纖維素半纖維素的應用發(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半纖維素的應用

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

2C2H5OH+2CO23C5H10O5

5C2H5OH+5CO2糖轉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連接的交叉網狀的聚合物；還和聚糖鏈有連接。4.木素的結構特點及應用22CarbohydratesExtractivesLigninBlackliquor化學漿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——木素的高附加值應用復合材料中的結構材料重量輕高強度、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?。喝巛逑?，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可以轉化成脂肪酸皂（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，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)有制漿廠生物質精煉路線圖樹皮的化學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）比木質素（27MJ/kg）低得多。預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量；增加新的產業(yè)鏈，提高企業(yè)的經濟效益。熱水預抽提蔗渣（160℃，30分鐘）燒堿法制漿結果未水解蔗渣水解蔗渣裝鍋量（g）28028