用于处理木质素的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于处理木质素的方法和系统发明领域
[0001]本发明涉及根据下面给出的独立权利要求从含有木质素的液体介质，如纸浆厂黑液分离木质素并且处理分离的木质素的系统和方法。本发明还涉及通过本发明的方法可获得的含碳产物以及该含碳产物的用途。
[0002]发明背景
[0003]先前已知从纸楽厂黑液(blackliquor)提取木质素--木材的一种组分。木质素可被用作燃料。然而，分离木质素作为燃料的益处与黑液直接在碱回收锅炉中用作燃料相比是较低的。因此，分离木质素的价值与其燃料价值相关，因此木质素分离工艺或其它下游工艺的收益率通常是不足以投资。
[0004]已知的用于从纸浆厂黑液分离木质素的方法依次包括以下阶段:
[0005]-通过纸浆厂黑液的第一沉淀阶段使木质素沉淀，其中通过添加pH降低剂，优选二氧化碳来降低黑液的PH，
[0006]-随后进行第一脱水阶段，同时形成第一滤饼，
[0007]-在第二沉淀阶段中使用第二酸或酸的混合物使第一滤饼悬浮，其中获得木质素悬浮液，
[0008]-通过第二脱水阶段使木质素悬浮液脱水以形成第二滤饼，
[0009]-通过向洗涤阶段添加洗涤液来洗涤第二滤饼，以及
[0010]-使洗涤的第二滤饼脱水以获得木质素产品，所述脱水通常在洗涤装置的最后阶段进行。
[0011]通常情况下，上述工艺连接至回收操作(其接收来自纸浆厂蒸煮器的黑液)。
[0012]该方法参见例如欧洲专利EP 1797236 BI和美国专利申请US 2010/0325947 Al。
[0013I在提交本申请时，用于分离木质素的上述工艺以商标LignoBoost?出售。该LignoBoost工艺产生可以用作燃料的木质素产品。
[0014]发明概述
[0015]本发明的一个目的是提供一种新方法，其使用得自植物材料的木质素以将其转化为更精炼的广品。
[0016]本发明的目的是提供一种方法和系统，其用于从含有木质素的液体介质，尤其是源自生物质分馏的废液(如纸浆厂黑液)分离木质素，以及进一步加工与纸浆厂相关的分离的木质素以使得该工艺是成本有效的。
[0017]本发明的目的尤其是提供一种方法和系统，其提高了木质素的价值并且因此该木质素还能够在其它方案中作为燃料使用。
[0018]—个另外的目的是通过具有高的碳效率的方法从含有木质素的液体介质回收碳。
[0019]—个另外的目的是提供一种方法，其能够被整合在化学纸浆厂中的硫酸盐浆(kraft)(硫酸盐(sulphate))制楽工艺中。
[0020]为了实现尤其是上述目的，本发明的特征在所附独立权利要求的特征部分中提出。
[0021]本文中提及的实施方式和优点(在适用时)同时涉及根据本发明的系统和方法，SP使并没有一直明确提到。
[0022]在该方法中，木质素从含有木质素的液体介质中沉淀，随后以湿态经受的水热碳化工艺，此后回收作为碳化结果的源自木质素的含碳材料(富碳材料)。
[0023 ]碳化材料(含碳材料)是水热碳化(HTC)工艺的结果，其能够对在HTC工艺中存在于悬浮液中的木质素实施。这种含碳材料(其在该工艺中经木质素转化)可以被描述为“HTC-碳”。在HTC工艺中，与初始木质素原料相比，材料的碳含量增加。该方法的特点是碳效率高。无需干燥木质素就可以制备含碳产物，因为HTC工艺是当原料在悬浮液中时进行的，并且结果是含碳材料的浆料。
[0024]沉淀的木质素也可含有源自生物质的其它有机组分。这些组分在HTC工艺中也与木质素一起被转化为HTC碳。
[0025]木质素液体介质的组成和其中木质素的形式取决于其中木质素进入该液态介质的在前工艺和其条件。该液体介质优选为水性介质，其中木质素能够作为溶液、胶体分散体或浆料存在。例如，已知木质素以胶体形式溶解或分散于黑液中，这取决于黑液的PH和木质素的分子量。胶体分散体通过木质素上带电的酸酸和羧酸基团稳定(Marton，J.,On thestructure of kraft lignin，Tappi ,47(11) ,713-719(1964))。在木质素从液体介质中沉淀时，产生这样的粒径增大的木质素，其能够通过物理方法，尤其是过滤而从液体介质分离。
[0026]该方法尤其适合于将来自生物质分馏方法的废液的木质素转化为富碳产物。生物质分馏方法是这样的方法，其中木质素从剩余的生物质分离并且其产生含有木质素的废液。该分馈方法尤其是这样一个工艺，其中木质素在能够称之为脱木素(delignificat1n)的工艺中从纤维素分离，并且其可以是亚硫酸盐、苏打或硫酸盐浆(kraf t)(硫酸盐(sulphate))脱木素工艺。因此，废液可以是例如来自硫酸盐浆蒸煮的黑液。
[0027]湿态的分离的木质素(其可以是例如木质素的水性悬浮液)被供给至HTC工艺。用于HTC工艺的木质素在木质素的分离工艺中从含有木质素的液体介质获得。该分离工艺包括木质素的沉淀。在水性悬浮液中的沉淀的木质素在HTC工艺中被碳化为含碳材料的水性浆料。
[0028]可以使用任何合适的从废液分离木质素的分离方法。如果废液是碱性的，木质素可以通过降低PH进行沉淀而分离。
[0029]根据本发明的用于从含有木质素的碱性液体介质，如纸浆厂黑液分离木质素并且处理分离的木质素的典型方法包括至少以下步骤:
[0030]-沉淀阶段，其中pH降低剂被添加至含有木质素的碱性液体介质中以用于使木质素沉淀，
[0031]-随后进行第一分离阶段，其中沉淀的木质素从含有木质素的浆料的剩余液相分离，
[0032]-悬浮阶段，其中沉淀并分离的木质素被悬浮或溶解以获得木质素悬浮液，
[0033]-水热碳化阶段，其中木质素悬浮液被处理以获得含碳材料(HTC碳)的浆料作为产物，以及
[0034]-第二分离阶段，其中从浆料分离含碳材料(HTC碳)。
[0035]根据本发明的典型系统包括
[0036]-沉淀单元，其用于使含有木质素的液体介质的木质素沉淀，
[0037]-第一分离单元，尤其是过滤单元，其用于从含有木质素的液体介质的剩余液相分离沉淀的木质素，
[0038]-悬浮单元，其用于悬浮沉淀并分离的木质素，
[0039]-水热碳化反应器(HTC反应器)，以及
[0040]-第二分离单元，其用于从得自水热碳化的含碳材料的浆料分离含碳材料(HTC碳)。
[0041]本发明还提供根据本发明的方法可获得的含碳产物以及含碳产物代替石化碳在例如轮胎或钢的生产中作为原料或在活性炭生产中作为原料的用途。
[0042]在整个说明书中，表述“含有木质素的液体介质”意指任何液体，其含有溶解或分散形式的木质素，尤其指来自生物质分馏工艺的任何废液。这种液体可以是源自化学纸浆厂中的生物质分馏的含有木质素的工艺液体。木质素的来源是木材或其它生物质(如稻草)，其已在纸浆厂中在称为蒸煮的工艺中被消化以制备化学浆。废蒸煮液的组成取决于蒸煮方法。来自硫酸盐浆(硫酸盐)蒸煮的废液(其在浆液分离之后获得)称为黑液，其含有溶解和分散的有机木材材料以及残余的碱化合物。在以下