专利名称：玉米秆人造纤维浆粕、木糖醇零排放清洁生产方法
玉米秆人造纤维浆粕、木糖醇零排放清洁生产方法本发明涉及一种用玉米秸秆草纤维制取人纤浆粕，并在废水中提取木 糖制取木糖醇。将两种产品生产结合起来，合理使用废水。生产木糖醇产品的废水除本工艺直接回用外多余的废水在浆粕生产线 作补充用水，浆粕生产线不再补充新鲜水。只在木糖醇生产工艺中补充新 鲜水。为了合理利用废水，必须改造落后的生产工艺，使制浆不用高温高压， 没有黑液产生，漂白用全无氯漂白，实现闭路循环。在不影响两种产品质量情况下，废水得到合理全部回用，节水90%以上，使生产中用水不排水， 达到全工艺过程的零排放。真正达到两种产品的清洁生产方法。人造纤维的原料——浆粕的来源传统方法，多以针叶树为主要原料， 而此原料越来越少。国内多用棉短绒作生产浆粕原料。而棉短绒产量不可 能无限扩大，棉短绒只能解决部分化纤的原料问题。所以在化纤行业就开 始研究用阔叶树为主要原料生产浆粕，但我国木材不丰富，近年来，我国 粘胶纤维行业的原料来源异常紧张，影响了化纤行业的发展，每年不得不 用去大量外汇从国外进口浆粕，补充国内原料的不足。化纤工作者们开始 注意过去曾一度不受人注意的用非木材的一年生草本植物制取人纤浆粕的研究工作。比如甘蔗渣、芦苇等人造纤维浆粕的应用。在我国农业生产方面，农作物秸秆的产量每年5—6亿吨，玉米秆每年 有近3亿吨，其他秸秆作造纸原料。唯独玉米秸秆的没有被大量开发。根 据我们对玉米秆研究的结果，玉米秆纤维的含量45.2%、木质素含量16.8%、 聚戊醣含量在22—24%。从种植面积而论，北方十一省区种植-fe:米，原料 充足，可建一批相当规模的浆粕厂和造纸厂。在广大农村，玉米收割后， 玉米秆无处存放，又没有销售渠道，直接就地焚烧污染环境也影响交通安 全。所以对玉米秆开发生产出比较高价值的产品是当务之急。 传统的制浆方法为化学法，用高温高压煮，以去掉植物内杂质为手段，结果产生黑液，污染水源，浪费动力，使浆粕成本降不下来。本发明的目的，在于避免以上在技术中的不足之处，而提供一种用廉价充足的玉米秆为原料，用氧化催解法制浆。氧化催解剂是用常见的有机、无机盐和有机溶剂的化学品配制，配合氧压，用无污染的生产方法，同时节约大量水、电、气。一种甲种纤维素—人造纤维浆粕的制造方法其特征在于玉米秆三分离，其中叶和髓内含有大量的糖类和矿物质，杂纤维细胞多，不适用作 浆粕原料，但是适用生产草本饲料。其皮内含纤维素多，是作浆粕的主要 原料。其工艺流程如下玉米秆三分离(用机械分离)后的皮一"^刀草^^八辊除尘一"《^搓 磨分丝—皮带输送—计量螺旋_^预浸水解—压榨挤浆_ 高速洗浆~~ 浸渍氧化催解—压榨一~ 除节—洗桨^ 筛浆~> 中浓除砂一~ 过滤浓縮—氧脱木素—漂白—洗浆—除沙— 过滤浓縮~"^调浆箱"~K氏浓除砂~^高位调桨箱~ 抄浆~^打包—入库。一浆賴部分其工艺参数经过酸预水解后的残渣进行制桨 1:浸渍氣化催解液比1: 4一 6硅酸钠4— 6% 硫酸钠6—8% 乙醇2—3% 水扬酸钠1.5—2 % 氧压0.4~0.6MPa 温度95—100°C时间90—110分钟。2:漂白(1) :氧脱木素浆浓10% 氢氧化钠2.6—3% 温度100 °C氧压0.6 MPa硫酸镁0.5%氧脱木素反应塔通过时间60分钟 用氧量2.2—2.7%。(2) :漂白漂前用尿素预处理30分钟a: 一漂 浆浓10%过氧乙酸用量2—4%温度50~60°C 时间6O~90分钟 PH值4—5.5。 b: 11202漂浆浓10%温度80~85°C 时间:80—90分钟PH值10—11EDTA : 0.5 % 处理30分钟后加入H202 : 2—4 %NaOH : 1.5—2% Na2Si03 : 3—4%MgS04 : 0.5 %。 c:过酸浆浓6% H3COOH : 1—2 % PH值2—2.5温度 至温 时间50分钟六偏磷酸钠03~0.5%氟化钠0.4~0.6%草酸每一漂塔加入2 Kg。 因为我国没有制定草浆标准，我们是按部颁粘胶纤维桨粕(FJ518 — 82)木浆标准研制的。根据以上工艺参数生产，经多次的测试结果，其玉米秆浆粕质量如下甲种纤维素92.3—93.4%聚合度 63O~650铁含量 15 PPM灰分 0.15%多縮戊糖 3.85—4% 白度 81.9— 84%。在浆粕生产中，酸预水解水解液内含有木质素，多縮戊糖等，如果将 其排放，将污染水源，可将其提取木糖以生产木糖醇。将玉米秆生产浆粕 和水解液生产木糖相结合，将是物尽其用，各取所需，真乃是一举多得， 弃之为害，用之为宝的好事。但是两工艺是非常难控制的，既不让纤维降 解乂要将多戊糖提取出来，而保证纤维浆粕和木糖两者的质量和收率。为 此我们做了大量的研究工作。二 木糖醇部分在水解液中提取木糖制取木糖醇的工艺流程为水解液^ 中和一次脱色~~ 过滤~~^一次离子交换"~ 一次 蒸发—二次脱色—二次离子交换~~ 蒸发浓縮~>结晶— 离心分蜜 一 粗木糖~>溶解~—加氢~~ 三次离子交换^ I——^木糖母液。浓縮一~ 结晶~~ 离心分蜜一" 木糖醇母液^ 浓縮~~ I~~ 高纯度木糖醇。 结晶一~ 离心分蜜~~ 食用级木糖醇。 I^木糖醇母液。1 、中和脱色水解液中和，用中和剂碳酸钙，中和周期4.30 — 5小时，中和后残余 无机酸0.074%，总酸0.5% ，有机酸0.43% 。2、 蒸发经中和后，进行五效蒸发，平均糖浓3.4_3.5% ，温度60~80°C ， 糖浓60~65%， 浓縮至82—85 % (折光)， 含糖32—35 %， 糖浓31 — 34 % 。总酸1.1一1.6% 无机酸0.1~0.3% PH: 2.5—3.9Ca: 0.05% Fe: 0.07~0.1% 灰份1.3%。3、 脱色脱色过程，采用75—8(TC温度。加入对糖15%活性炭脱色，含糖 32—35%全部脱色收率为90%。脱色之后糖浆的无机酸为().21%，总酸1.11%，有机酸0.9%，透光度基本上都在10以上。在蒸发过程中，加入一定量的晶体硫酸钙，能提高糖 浆的脱色效果，以上情况达到了离子交换的要求。4、 离子交换脱色糖浆交换工艺是采用一套PH阴阳流程进行的，阳树脂的DOOl X7、阴树脂D301，阳树脂和阴树脂的加量比是1丄3、交换速比是1:0.25、 负荷比1:0.5净化液质量完全符合了加氢的要求，达到的技术经济指标如 下(1)糖收率85%以上 (2)酸耗0.22kg/kg糖(3)碱耗0.32kg/kg糖 (4)交换周期35小时(5)净化液质量透光90%以上，含糖10~13%，灰份0.01%， 总酸0.006%，无机酸0,转美离子23PPM， PH: 6~7。5、 加氧反应塔氢压70~80kg/cm2 (用含镍催化剂) 物料反应温度115—125" 进料平均糖浓12.05% 净化液调到PH 7.5—8 氢化过程转化率99一100%氢化液分析结果含糖10~12% 含酸11—13% PH : 5.85钙12PPM 透光度93—94% 残糖0~0.2%。6 、结晶工艺条件加氢液分批泵入个装有活性炭的压滤机中过滤，去除催化剂粉末后得到澄清液，分析指标如下折光10^12% 含醇10^12%透光97.5—99%。此溶液先经过两段蒸发 第一段真空600~640 温度47—50°C 蒸至BYX: 40—50。第二段真空62O~640 温度75—80°C 蒸至BYX85。在64。C加入少量晶种刺激，采用缓慢降温助晶，结晶完毕，用离心 机甩干半小时，分出母液。结晶离心，醇膏冷至30。C左右，收率一般在55%左右。玉米秆水解 液制木糖醇分析结果含醇98% 含水1.9% 灰分0.11%残糖0.16%。所制得的木糖醇用途很广(1) :制作牙膏的原料。(2) :作各种增塑剂原料。(3) :医用可作为糖尿病，肝炎病人的治疗剂和营养剂。(4) :是油漆、油剂的原料，在甘油不足时，也可代替甘油用于生产巻烟，玻璃纸等。若建-个年产5万吨/年人纤浆粕厂，其水解液中可提取5000多吨 木糖，能产5000多吨木糖醇和4000多吨木糖醇母液。目前我国生产-一 吨增塑剂，需要5吨粮食作原料，而用木糖醇母液制取增塑剂，配合成脂肪酸的副产品G5—9酸制增塑剂。每吨木糖醇母液可以代替10吨粮食。提取15吨木糖醇母液就相当于节约150吨粮食。三3t纸用浆和人纤用浆不同点生产人造纤维浆粕的主要工序是制浆，浆粕的浆为溶解浆。生产废 水主要是蒸煮废液和中段废水。蒸煮废液的污染负荷约占制浆废液的 80%。这是主要的污染源，其次是中段废水。草浆黑液碱回收比较困难， 硅干扰比较大，碱回收能耗高，成本高，碱回收率很低，部分污染负荷 被转移到中段废水中，使中断废水处理费用居高不下，进而影响整个企 业的经济效益，这是制浆工业污染防治面临的大问题。世界制浆造纸生产工艺技术与设备的发展，主要围绕着减少污染， 节约能源，充分利用纤维资源为目标。重点是降低粗浆卡伯值，减少漂 白化学品用量或不产生有害物质的化学替代品，并不断改进技术设备将 科技转化为生产力。目前造纸行业己经开发研究了 一系列环境无害化技 术与工艺。如FPMS清洁机械制浆，爆破，氧化法制浆。但在溶解浆 方面行不通。因为甲种纤维素要求在90%以上，多縮戊糖在4%以下， 聚合度在630~650范围(根据化纤厂要求生产)，白度在80%以上。浆 粕的反应性能和纺丝的过滤性能，虽然标准上没有明确规定，但化纤企 业对此要求很高，按造纸方案制浆是行不通的。根据人造纤维浆粕的实 际标准，我们作了一段艰苦的研究工作，终于解决了减轻污染负荷，提 高了粗浆得率和产品质量的零排放清洁生产方法。四水处理回用特点(具体看图l-2)原工艺污水处理是将所有的废水集中处理，治理难度大，费用高，处 理不彻底，从而导致二次污染，建设成本与运行成本过高等弊端。用浸渍 氧化催解法清洁制浆工艺是将各段废水分段处理回用，治理难度小，费用低，处理彻底，生产用水逐级处理，循环回用，实现了用水不排水，无污 染，和木糖醇生产相结合。木糖工序的废水作浆粕工序的补充水，而木糖 醇生产工序则补充新鲜水。因为我们生产的是高纯度的医药级木糖醇。制浆生产不采用高压蒸煮，不产生黑液，无废水排放；漂白用全无氯 漂白，即无污染，并且节约了大量水和动力，同时提高了产品质量，降低 产品成本，真正做到了国家清洁生产的要求。整套工艺和技术优势完全符 合清洁制浆的要求。在用水方面，原来浆粕和木糖醇生产，每吨产品需耗水90^110吨/ 吨产品，采用我们发明的氧化催解法制浆和全无氯漂白后，在木糖醇生产 又将木 母液再进行结晶浓縮，提高了产品质量和收率，两种产品结合 用水，实现了每吨产品平均需耗水9~10吨/顿产品。五ifelC处理后的污泥利用废水处理后的污染是一种生物固体废弃物，除含有大量的细小纤维 外，还含有可被植物吸收利用的有机质N 、 P、 K等养分及中微量元素， 是一种质优价廉的有机肥原。而且有机碳含量高达31 %，总钾高达 1100mg/Kg，具有很好的肥效作用。利用处理废水絮疑沉淀的污泥，再配合适当的有机物，调节适当的水 份，制造成污泥堆肥。它是一种含有机碳的有机无机复合肥。根据研究结 果施用堆肥调节了土壤的水、气、热状况，进而改变了土壤的容重、持 水量和空隙度等物理状况，具有保水保肥功能。在国外堆肥已经大量用做 土壤的改良剂。
图1为水处理回用工艺流程图 图2为漂白废水回用图。
权利要求
1. 一种从植物原料制造甲种纤维素——用玉米秆制造纤维浆粕、木糖醇零排放清洁生产方法。包括玉米秆三分离(叶、髓、皮)叶和髓作草本饲料，其皮作浆粕原料，水解液作木糖醇原料。其工艺流程玉米秆分离后的皮→切草→八棍除尘→搓磨分丝→皮带输送→计量螺旋→予浸水解→洗浆→浸渍氧化催解→除节→洗浆→压力筛→除砂→压榨浓缩→氧脱木素→漂白→洗浆→除砂→压榨浓缩→调浆箱→低浓除砂→高位调浆箱→抄浆→打包→入库。其特征用玉米秆作为植物原料；可以从酸预水解废液中进一步提取木糖制作木糖醇。
全文摘要
一种用玉米秸草纤维制造人纤浆粕，并在废水中提取木糖制取木糖醇，将两种产品生产结合起来，合理利用废水。用氧化催解法，在常压下进行氧化催解，不用高温高压，不产生黑液，用全无氯漂白，实现全工艺线路闭路循环，废水得到合理全部回用，节水90％以上。生产中用水不排水，达到全工艺过程的零排放，真正达到两种产品的清洁生产方法。用氧化催解法，催解剂是用常见的有机、无机盐和有机溶剂的化学配制，配合氧压提纯纤维素，是无污染的生产方法。水由原来的产品平均用水90-110吨/吨，降到目前的平均耗水9-10吨/吨。废水处理采用高效净水剂，全程动态，无停留，只需几十秒时间“污水进、清水出”。生产木糖醇工序的废水除本工序回用外，多余的废水作浆粕工序的补充水，而木糖醇工序则补充新鲜水。
文档编号D21C11/00GK101245565SQ20061013847
公开日2008年8月20日 申请日期2006年11月16日 优先权日2006年11月16日
发明者褚全慧 申请人:褚全慧