一種黑液中提取木質素的方法與流程

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本發明涉及黑液中提取木質素的領域，具體涉及一種黑液中提取木質素的方法。

背景技術：

木質素(1ignin)是一種天然的多羥基芳香類化合物，在木材和草類植物中大量存在，它和纖維素、半纖維素均系植物的主要構成成分。木質素作為第二大可再生資源，在地球上的產量僅次于纖維素。以木質素為原料通過溶解裂解過程生產生物質能源、有機化工原料及木質素的改性是近年來的研究和開發熱點。木質素是自然界中唯一能大量提供可再生芳香基化合物的非石油資源，用其來制備高附加值化學品是提高生物質資源利用效率的關鍵。由其開發的高附加值產品將大大提高從可循環利用生物質生產能源的經濟性。在現代化的造紙廠，造紙廢液中的木質素及半纖維素被燒掉以回收堿和部分熱能，只有很小的部分被用于其他商業目的。如能有效地利用這部分木質素，不僅可以減輕環境污染；而且可以開發生產能源。從制漿黑液中提取出的木質素以及衍生物在化工、農業、水泥與混凝土、塑料和高分子材料等領域得到廣泛的應用。

造紙業是我國的重污染行業，其中最重要的原因就是造紙黑液的處理。通常情況下，企業對黑液治理一般采用兩種方法：一種是對黑液進行濃縮焚燒；另一種是利用黑液開發木質素產品。前種方法黑液經濃縮燃燒，雖然能回收黑液中的堿和部分熱值，但對堿木質素來說卻是一種低值利用方式，且設備投資大、耗能高。后一種方法通過對堿木素進行化學改性，開發木質素化工產品，提高其高附加值，是合理利用堿木質素的好方法，同時也是大規模利用造紙黑液、緩解并最終根除造紙黑液污染的根本出路。

經檢索有關提取木質素方法的中國專利文獻也有一些，如下：

1、中國專利<申請號> 201310082509.0<發明名稱>一種利用造紙黑液制備木質素的方法<申請人>浙江捷發科技有限公司<地址>浙江省紹興市紹興濱海新城瀝海鎮海濱大道299號207室<發明人>邵國標<摘要>本發明公開了一種利用造紙黑液制備木質素的方法，以造紙黑液為原料，對造紙黑液進行預處理，除去水不溶性顆粒和纖維狀雜質；再利用膜處理除去小于木質素分子量的有機物，得到濃縮液；然后對濃縮液中進行酸析處理，得到大分子粗木質素沉淀；最后經除鹽除去酸析所產生的無機鹽，即得高純度木質素。本發明的方法其收率不受原料黑液濃度變化的影響，分離提取木質素純度高，分子量大小較均一，雜質去除率高，經磺化縮合制得的改性木質素磺酸鈉分散劑應用性能得到顯著提高。

2、中國專利<申請號> 200880127214.8<發明名稱>從黑液分離木質素的方法、木質素產品及木質素產品在燃料或材料制造中的應用<申請人>李諾布斯特公司<地址>瑞典哥特堡<發明人>弗里德里克·厄曼，漢斯·特連德，佩爾·托馬尼，彼得·阿克塞高<摘要>本發明涉及在控制制漿廠中鈉和硫的平衡的同時從黑液中分離木質素的方法。還涉及由此方法獲得的木質素產品或中間木質素產品。本發明還涉及木質素產品或中間木質素產品在制備燃料（固體、氣體或液體）或材料中的應用。所述方法包括以下步驟：(1)利用酸將木質素沉淀，然后將其過濾，(2)將濾餅再懸浮，(3)過濾，形成第二濾餅，和(4)回收濾液，用于前述步驟中的清洗和懸浮。在一個優選的實施方案中，用在回收鍋爐中生成的富含硫酸鈉的ESP粉塵清洗沉淀的木質素。

3、中國專利<申請號>98100904.2<發明名稱>造紙黑液中木質素和堿雙回收<申請人>劉平<地址>河南省安陽市光輝路26號<發明人>劉平<摘要>本發明涉及一種造紙黑液污染治理和綜合利用的方法，特別是高濃度造紙黑液中木質素和堿雙回收的方法和裝置。它包括黑液的高濃度提取，用二氧化硫煙氣閃蒸黑液，在噴射鼓泡吸收器中用二氧化硫酸析分離木質素和苛化回收堿液四大步驟。本發明通過解決高濃度黑液木質素酸析問題，使回收的堿濃度提高達到回用要求，即克服了傳統堿回收能耗大，投資大，效益差的頑癥，又充分回收了黑液中的資源，具有較好的經濟效益和環境效益。

4、中國專利<申請號>201510561740.7<發明名稱> 一種由造紙黑液提取分離木質素的裝置及方法<申請人>武漢凱比思電力設備有限公司<地址>湖北省武漢市東湖高新技術開發區光谷大道特1號國際企業中心文昌樓A座402<發明人>許俊鴻，呂新璐<摘要>本發明涉及造紙廢水處理技術領域，具體涉及一種由造紙黑液提取分離木質素的裝置及方法。本發明的由造紙黑液提取分離木質素的裝置及方法利用堿回收鍋爐尾氣中的CO₂、SO₂等酸性氣體對黑液進行處理使木質素以沉淀形式析出，雖然對于整個制漿系統產生的氮、硫的脫除沒有實質上的幫助，但能使一部分氮、硫氧化物部分停留在木質素提取系統，從而緩解了尾氣處理的負荷，達到“以廢治廢”的效果，同時整個制漿系統并未引入新的雜質，生產工藝不需做太大調整。

5、中國專利<申請號>200910077742.3<發明名稱>造紙黑液中提取木質素的方法<申請人>北京嘉禾木科技有限公司<地址>北京市海淀區北太平莊路18號城建大廈A1108室<發明人>宋玉軍，吳勇<摘要>發明涉及造紙黑液中提取木質素的方法。造紙黑液的無污染利用是困擾造紙工業發展的難題。本發明將造紙黑液進行pH調節至8-10，通過預處理系統進行預處理，除去大的懸浮顆粒和膠體雜質；預處理系統為一過濾精度為100到300目范圍的機械振動篩過濾器或袋式過濾器，以及一個截留分子量為20萬-50萬范圍經過改性后的分離膜；改性分離膜材料經過本體接枝改性、表面接枝改性或合金化改性；經過二級或二級以上分離膜進行精濾，各級分離膜的截留分子量從150到50000不等。該發明產品中純木質素含量不小于55%，濃縮提純后可高達90.O%以上；耐溫可達130℃以上；表觀灰分含量可小于5%；并可調節分子量大小和分布，生產不同品質的木質素產品；同時可以做到水的充分循環利用。

從公開的技術文獻中，可知，從造紙廢液中提取木質素的傳統方法是酸析法。酸析法是提取木質素的有效方法，它主要是使堿木質素中的鈉離子用酸中的氫離子來取代，以便使堿木質素再次成為不溶性的沉淀物，能夠通過過濾等方法從制漿造紙黑液中分離提取出木質素。還有用有機膜超濾法直接從黑液中提取木質素。

酸析法的優點是投資低，操作簡單，缺點是酸性廢水量大，環保處理成本高，木質素產品純度低，只能作為低端應用。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術的缺陷，提供一種既節能，同時又可以提高木質素提取能力，降低投資和制造成本，減少污染排放量和污染負荷的節能環保、連續提取的黑液中提取木質素的方法。

為了實現上述本發明目的，采用的技術方案為：

一種黑液中提取木質素的方法，所述方法包括以下步驟：

（1）窯爐煙氣凈化，將窯爐煙道氣經三級爐氣凈化塔除塵、除雜，凈化后，再經爐氣鼓風機將潔凈的CO₂氣體通過管道分別壓入碳化槽組中的各級碳化槽內底部，潔凈的CO₂氣體由碳化槽內底部冒出；

（2）黑液預處理，將制漿車間送來的混合黑液連續送入碳化槽組，混合黑液在碳化槽組中經一級至高級的順序進行逐級遞增溢流，碳化槽內通過攪拌器進行不間斷均勻攪拌黑液，同時將潔凈的CO₂氣體分別壓入各級的碳化槽中，與槽內的黑液充分混合，進行碳酸化，最后一級碳化槽內碳酸化反應達到pH=9～7，停止壓入對應級碳化槽內的CO₂氣體，最后一級碳化槽內的液體從溢流口溢流入半成品儲槽，制得碳化黑液，備用；

（3）膜過濾，將步驟（2）中制得的碳化黑液通過泵送入膜過濾系統，碳化黑液通過膜過濾系統制得膜截留液和濾出液，膜截留液送至酸化槽；濾出液送至制漿回用或蒸發處理；

（4）酸析木素，將濃硫酸加入步驟（3）中的酸化槽內進行酸化，邊加入濃硫酸邊均勻攪拌，在酸化達到pH= 3～4后停止加酸，制得酸化黑液，將酸化黑液送至酸析木素陳化槽，制得酸析木素液；再將酸析木素液送至壓濾機進行固液分離，制得酸析木素液和酸濾出液；酸濾出液送回一級碳化槽，酸析木素液送至磺化再送入干燥系統或直接送至干燥系統；

（5）干燥酸析木素液，酸析木素液送入干燥系統的空心槳葉干燥機進行干燥，木素干燥成粉狀后，冷卻，包裝，即制得木質素產品。

以上所述碳化槽包括槽體和攪拌器，攪拌器豎直安裝于槽體的中心，所述槽體的頂端面上設有煙氣進口，靠近槽體頂端面上設有黑液進口和黑液出口，槽體下半段設有排污口。

以上所述黑液進口、煙氣進口、黑液出口和排污口上均設有法蘭盤組。

以上所述法蘭盤組為兩片法蘭盤組成。

以上所述攪拌器包括電動機、變速器、轉動軸和葉輪；電動機與變速器連接，變速器與轉動軸連接，轉動軸上固定安裝有葉輪。

以上所述膜過濾系統內設有膜元件和膜組件，所述的膜元件為多孔無機陶瓷，設計通量選取50～100LMH；所述的膜組件采用串并碳化硅陶瓷。

以上所述膜截留液為濃截留液。

本發明相對于現有技術具有的突出實質性特點和顯著的進步：

1、本發明能有效利用窯爐煙氣對制漿廢液進行預處理，降低pH值，節約酸耗，充分發揮碳化硅無機膜的特長，因此有效的節約了能耗，減少酸性廢水排放，適合大規模生產；

2、本發明的膜過濾系統中膜組件可在高濃度、高濃縮倍數下操作，節能效率高，大大減少污染排放；

3、本發明所采用的提取工藝流程比傳統提取木質素方法提高木質素得率10-15%，增加產量和產品質量，由于提高濃縮倍數，耗酸量僅為傳統方法的十分之一；

4、本發明高濃補充酸析木質素降低了能耗和酸耗，無酸性廢水排放，減少后續干燥能耗；