制浆厂的生物质精炼,雷以超教授

制浆厂的生物质精炼雷以超纤维素(41-53%)半纤维素(25-41%)木素(16-33%)抽提物(2-5%)无机物(<1%)含氮化合物(少量)1.木材植物主要的化学组成北美几种制浆用木材的化学组成SpeciesCellulose%Hemicelluloses%Lignin%BalsamFir冷杉442729EasternHemlock铁杉422633EasternWhiteCedar西洋杉442531WhiteSpruce云杉442927JackPine松树413029Tamarack美洲落叶松432829“Typical”Softwood432829Beech山毛榉423622TremblingAspen杨树533116WhiteElm榆树492724RedMaple枫树413524WhiteBirch桦木414019YellowBirch403921“Typical”Hardwood463420单一的葡萄糖单元线性结构长链(木材纤维素分子聚合度可达到10000)具有还原性和非还原性末端基部分有结晶区2.纤维素的结构特点及其应用D葡萄糖的结构纤维素的应用造纸浆；溶解浆；生物质能源，乙醇；纳米纤维素；纤维素聚合物PLA；透明膜。8CelluloseProductsNanoCelluloseKraftPulpFibresTransparentFilmsFibrePLAComposite溶解浆的应用前景粘胶人造丝：服装，装饰织物，轮胎帘子线，强力运输带，玻璃纸，海绵，肠衣等；纤维素醋酸酯：过滤嘴丝束，塑料薄膜，服装，装饰织物，油漆；纤维素硝酸酯：炸药，漆，薄膜；羧甲基纤维素：洗涤剂，化妆品，食品、纺织和造纸添加剂；甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基纤维素：食品、涂料、药品、油墨、洗涤剂。不只是一个单糖带支链和取代基链短(50-300个糖单元)有还原性和非还原性末端基无结晶区3.半纤维素的结构特点及其应用针叶木半纤维素阔叶木半纤维素半纤维素的应用发酵制备乙醇；阔叶木或草类原料的半纤维素以戊糖为主，可以制备糠醛、木糖醇和乳酸；碱抽提半纤维素可以作为纸张的表面施胶剂；制备水凝胶，气体隔离膜；糖酸、食品乳化剂；聚合物PLA15半纤维素的应用

气体隔膜水凝胶纸张増强剂OHOOHOHOOHOOHOOHOOOHHOHOOHOOHOHOOHOOOHOOHOOHOOHOOOHOHHOHOOOOOHOHOHOOOHOOHOOHOOHOHOOOHOHOOHOOOOOHOOHOHOOHHOOC(Z)SWfibre4-5timeshighersurfacecharge生产乙醇厌氧发酵:工作机理C6H12O6

2C2H5OH+2CO23C5H10O5

5C2H5OH+5CO2糖转化为乙醇的理论得率:51.14%多糖：(纤维素,聚葡萄糖甘露糖)

HO(C6H10O5)nH+(n–1)H2O2nC2H5OH+2nCO2

理论得率56.82%聚木糖:(Xylan)

3HO(C5H8O4)nH+3(n–1)H2O5nC2H5OH+5nCO2

理论得率58.12%糠醛H+xylosefurfural通过木糖在酸性条件下脱水制备木糖醇防龋齿的甜味剂H219木聚糖为原料制备乳酸和聚乳酸PLAAcidicorenzymehydrolysisPentosesandhexosesLacticacidFermentationoralkalineoxidationPolymerizationPolylactide(PLA)Hemicelluloses(glucomannanand/orxylan)原生木质素是松柏醇/愈创木基(coniferylalcohol/guaiacyl)、芥子醇/紫丁香基(sinapylalcohol/syringyl)和对-香豆醇(p-coumarylalcohol)的聚合物；是一种混杂的、带支链的、以苯丙烷单元通过C-C和C-O连接的交叉网状的聚合物；还和聚糖链有连接。4.木素的结构特点及应用22CarbohydratesExtractivesLigninBlackliquor化学浆50%的木材组分进入黑液WoodtokraftpulpmillPulpCelluloseproducts23黑液的LignoBoost处理

LigninOUTRecoveryBoilerDigesterEvaporationBleachingWoodChips

Pulp/PaperLigninINReplacementoffossilfuelinlimekilns50Lfueloilptpcanbesaved

Wood

LimeKiln24黑液的LignoBoost处理25LignoBoost木素

：一种新原料C 64-66Na 0.05-0.4Ash 0.3-1S 1-3N 0.1Typicalcomposition,%26MetsofilterinInnventiaslignindemoplantVPA104024chambers1-1.2tlignin/h27FossilfuelinpulpmilllimekilnsInSwedenca300.000tonneoil/year28碳纤维——木素的高附加值应用复合材料中的结构材料重量轻高强度、高弹性模量高的耐热和耐腐蚀性高附加值由木素制备的碳纤维

2930650000tonpulp/year10%ligninextracted=33000ton…16000toncarbonfibres…canreplace40%steelin160.000cars黑液木素的其它应用活性炭水泥减水剂粘合剂分散剂塑化剂5.木材抽提物的组成和应用脂肪酸树脂酸木脂素蒎烯、莰烯、柠檬烯谷甾醇脂肪芪类（二苯乙烯）松木制浆副产品抽提物：脂肪、树脂酸、萜稀脂肪：主要成分，脂肪酸甘油酯，在碱性条件下，发生水解，生产脂肪酸皂和甘油；树脂酸：松香酸，在碱性条件下，成为树脂酸皂；萜稀：如蒎烯，松节油的主要成分，超过160℃成为气体，硫酸盐蒸煮过程中如果有小放气，可以回收，如果没有小放气，则进入黑液体系，高温时呈气态，和甲烷等气体混在一起，易发生爆炸。黑液浓缩到20％-30％浓度时，脂肪酸皂和树脂酸皂会发生盐析，成为泡沫加以回收，得到粗塔罗油，再经过酸中和并精炼，可以得到脂肪酸和树脂酸，脂肪酸和树脂酸都是重要的化工原料。松节油和塔罗油松节油成分：蒎烯、莰烯、柠檬烯松节油用途：香水、聚合物添加剂、溶剂、柴油添加剂塔罗油成分：皂化的脂肪酸和树脂酸、谷甾醇，美国南方一松木硫酸盐浆厂回收34kg/吨木材塔罗油用途：肥皂、润滑油、造纸施胶剂、食品添加剂、生物柴油脂肪的皂化脂肪与碱通过皂化反应可以转化成脂肪酸皂（C17H33COONa黑液泡沫）和甘油.树脂酸的皂化树脂酸（枞酸C19H29COOH）、萜稀等抽提物也会和碱发生皂化反应，消耗碱，并存在于黑液泡沫中。树脂酸木脂素萜类化合物蒎烯（松节油的主要成分）化学名称：2,6,6-三甲基二环[3,1,1]-2-庚烯分子式：C10H16熔点：-102.2℃沸点：155-156℃6.现有制浆厂生物质精炼路线图树皮的化学组成碳水化合物脂肪酸树脂酸甾醇二苯乙烯（抗菌剂）低分子量的酚丹宁酸（抗氧化剂）制浆前后木材主要组分的变化制浆前预抽提半纤维素原因：1.制浆时半纤维素降解成异变糖酸，增加蒸煮用碱的消耗；2.增加黑液的粘度，降低洗浆效率，降低碱回收的蒸发效率；3.半纤维素燃烧热值（13.6MJ/kg）比木质素（27MJ/kg）低得多。预抽提半纤维素制浆的优点减少蒸煮用碱量；降低蒸煮温度，减少蒸煮时间；提高脱木素效率，减少漂白药品消耗；提高碱回收的效率，提高因碱回收限制制浆厂的产量；增加新的产业链，提高企业的经济效益。热水预抽提蔗渣（160℃，30分钟）烧碱法制浆结果未水解蔗渣水解蔗渣装锅量（g）28028