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以制浆造纸产业为平台的生物炼制新模式

作者: 中国纸业网 阅读: 247 发布日期: 2017-03-31
信息摘要:


由于木质生物质是制浆造纸的原料,针对美国政府最近提出利用木材原料生产纤维素乙醇和其他生物炼制产品的能源战略发展计划,有学者认为这将会对现有木材制浆厂的原料供应构成潜在威胁,制浆造纸工业的转型势在必行。

1、木质生物质炼制的研究概况

统计资料表明,全球植物每年产生的纤维素、半纤维素总量可高达8.5×1010t干物质,这是一个巨大的能源库和物质库,以能量换算,相当于目前石油年产量的15-20倍。

中国石油和化学工业协会有关专家认为 ,粮食和木薯等只是中国生产燃料乙醇的过渡性原料,开发以秸秆为代表的木质生物质燃料乙醇的规模化工业技术, 是解决燃料乙醇原料有限、成本高的根本出路。

针对纤维素发酵乙醇成本高的问题,提出了秸秆分层多级转化液体燃料的新构思,以秸秆“组分分离、分级定向转化”为核心,将生物转化和热转化有机结合,多级转化生产燃料乙醇与生物油的复合水解发酵工艺,产业化前景看好 。

2、半纤维素水解产物的利用是木质生物质炼制技术关键之一

(1)半纤维素排列松散,无晶体结构,很容易被水解为戊糖(以木糖为主的五碳糖) 和己糖(主要是葡萄糖)。而这些戊糖一般不能被通常的酿酒酵母发酵成酒精。

(2)与从淀粉和蔗糖转化来的单一葡萄糖相比,木质生物质衍生的水解物中常含有不利于发酵的抑制剂如醋酸和糠醛等,当浓度较高时,需要采用工艺除去或者开发超强菌株来解决这个难题。

目前,能同时发酵戊糖和己糖的菌种也已发现和改良,并能够达到较高的产率。

3、制浆造纸工业是木质生物质炼制的大平台

⑴清洁生产是制浆造纸工业转型的原动力

制浆造纸过程能利用的成分是纤维素纤维和少量的木质素和半纤维素。化学法制浆过程中,原料的20 % —30 %会以半纤维素和木素的形式溶解在废液中,既增加污染负荷,又浪费这部分可以进一步炼制的生物资源。尽管这些废液通过燃烧产生蒸气和发电,也可得到用来制浆的化学药品,如NaOH和Na2S,但半纤维素和木素的燃烧值都很低,分别为13.6MJ/kg和27MJ/kg。如果将这些半纤维素和木素都转化为新的生物质产品如聚合物则可以大大提高其附加值。

⑵制浆造纸工业具有的生物炼制基础

在现有工业体系中,制浆造纸工业在木质生物质化学水解领域已有较好的实践。将工业制浆方法和木质生物质水解反应体系结合起来是一种化学制备可发酵糖的有效途径。

生物炼制过程对植物有效成分的提取与制浆过程的工艺有类似之处。制浆造纸工业为了获得良好的纤维纸浆,从提高纸浆得率、节约药品消耗和降低能耗等制浆过程工艺优化角度,对原料中的纤维素纤维、木质素、半纤维素及其他一些组分的化学组成、结构特性、分离机理以及原料的预处理进行了长期研究并拥有完善、系统的理论基础。

将传统的化学浆厂变成一个联合的生物炼制厂提供了很好的机遇和平台,使制浆造纸企业获得纸浆和纸之外,还可以生产高附加值的燃料和化学药品(如乙醇、碳纤维、聚合物、煤油和生物柴油等) 。这些产品都来自半纤维素和木素,而不是来自于纤维素。这种经营模式是将来制浆造纸工业可持续发展的趋势和必由之路。

⑶制浆过程实现生物炼制的重要途径是原料抽提预处理

现有制浆造纸企业实现生物炼制主要有以下技术路线:制浆前的原料进行抽提预处理,利用抽提液组分生产乙醇、化学品和结构材料;黑液气化;木质素沉积和从塔罗油提取生物柴油。

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