本发明涉及一种加工秸秆的方法，特别是一种将秸秆加工成有用的中间产物的方法，所述中间产物可以进一步加工和/或精制成一种或多种有用的最终产物，例如可用于造纸的纤维素纤维。尤其，所述秸秆可以是来自小麦、大麦、燕麦、稻或干草。
众所周知，从秸秆中提取纤维素纤维以生产纸浆，并且所述纸浆可用于各种纸制品中。但是，从秸秆中提取纤维素纤维的现有工艺是复杂和昂贵的，通常依赖于使用压力和/或大量温度。
因此，本发明的目的是寻求方法以缓解上述已发现的问题。
技术实现要素：
根据本发明的一个方面，提供了一种将秸秆加工成中间秸秆产物的方法，所述方法包括：
(a)在约20℃至约80℃的温度下，用ph为约10至约14的碱性溶液处理秸秆约6小时至约30小时；
(b)将过量的碱性溶液和所述处理后的秸秆相互分离；和
(c)将所述处理后的秸秆保存在约30℃至约45℃的厌氧环境中约6小时至约30小时，以制备中间秸秆产物。
值得注意的是，本发明所述的方法产生了中间产物，所述中间产物无需经受高压，即可进一步加工以生成一种或多种的最终产物。
虽然所述中间秸秆产物的进一步加工可以包括已知的步骤(例如使用制浆来生产纸浆)和进一步加工步骤以将浆精制成纸浆，本发明所述的方法产生了中间产物，其能够比采用其它可能的方式更容易并且更有效的进一步加工。
应注意的是，提到的“过量的碱性溶液”是指在步骤(a)期间未被所述秸秆吸收的碱性溶液。
优选地，步骤(b)包括除去过量的碱性溶液。或者，步骤(b)包括从所述过量的碱性溶液中除去处理后的秸秆。
优选地，步骤(a)、(b)和/或(c)在容器中进行，例如罐，优选生物罐。
优选地，步骤(a)、(b)和(c)在单个容器中进行，例如罐，优选生物罐。
优选地，步骤(a)包括将未处理的秸秆放置于容器中，并将碱性溶液从位于秸秆上方的入口加入到秸秆中。
或者，步骤(a)包括用碱性溶液填充所述容器并将未处理的秸秆放置于碱性溶液中。
优选地，用碱性溶液填充所述容器到预定高度。
优选地，步骤(a)包括将所述碱性溶液的液位保持在容器内的预定高度。例如，应当理解，在优选实施例中，在步骤(a)的过程中可以将碱性溶液加入到所述容器中，以使碱性溶液的液位保持在预定高度。
优选地，步骤(b)包括从所述容器中排出碱性溶液。优选地，碱性溶液从靠近或位于所述容器底部的出口排出。
优选地，所述秸秆在第一容器中处理，并且从第二容器加入所述碱性溶液。
值得注意的是，已经发现在步骤(b)过程中除去的碱性溶液含有比预期更高含量的木质素。
优选地，在步骤(c)之前，所述方法包括除去空气，例如从所述容器中除去空气，以形成厌氧环境。
在本发明的另一方面中，提供了一种从秸秆中提取木质素的方法，所述方法包括根据本文所述的方法将秸秆加工成中间秸秆产物，并提取木质素。
优选地，从过量的碱性溶液中提取木质素。
在本发明的另一方面中，提供了一种从秸秆中提取纤维素纤维以制备纸浆的方法，所述方法包括
(i)将秸秆加工成如本文所述的中间秸秆产物；和
(ii)将所述中间秸秆产物进一步加工成纸浆。
优选地，所述方法包括，
(d)将所述中间秸秆产物与水混合，并将所述秸秆和水的混合物制成浆；
(e)加工所述浆状秸秆，以从所述秸秆中获得纤维素纤维；和
(f)获得所述浆。
优选地，步骤(d)包括在将所述中间秸秆产物与水混合之前，将中间秸秆产物转移至碎浆机。
优选地，步骤(d)包括在碎浆机中将所述中间秸秆产物与水混合，并将秸秆和水的混合物制成浆。
本发明工艺的优点在于，在低温且不使用压力的情况下，可以从秸秆中分离纤维素纤维。由于所述工艺可以使用再循环液，所以使液体的消耗最小化。所使用的碱性溶液可以是廉价的，合适的示例是烧碱(氢氧化钠)。因此，纤维素纤维可以以简单且经济有效的方式获得，并且可以通过环境友好的工艺获得。所得的浆可用于各种行业。因此，例如所述浆可以用在造纸行业中，用于生产报纸或其它产品。所得的浆可以不经过进一步清洗而用于生产，例如蛋盒、瓶分离器(bottleseparators)和包含容器的成型纤维包装产品。可以进一步清洗所述浆以制造其它纸制品，例如纸巾。
优选地，步骤(e)包括以下子步骤中的一个或多个，优选全部：
(e1)通过过滤器过滤所述浆状秸秆，以从秸秆中提取纤维素纤维；
(e2)在精制机中精制所述过滤后的浆状秸秆，以从秸秆中进一步提取纤维素纤维；
(e3)筛选所述精制后的浆，以从纤维素纤维中分离木质素和/或灰分；
(e4)用水洗涤所述筛选后的浆，以分离更多的木质素和/或灰分；和
(e5)从步骤(e2)中回收液体以在本文所述的方法中重复使用。
或者，或另外，步骤(e)可以包括通过碎解(de-flaking)来加工所述浆状秸秆。
本发明所述的方法可以包含回收已经从纤维素纤维中分离的木质素。可以进一步加工所述木质素以除去二氧化硅和任何其它目标杂质。
优选地，所述碱性溶液包括烧碱。可以使用其它碱性溶液，例如，所述碱性溶液可以包括碳酸钠。或者，所述碱性溶液可以包括氢氧化钾或碳酸钾。
优选地，步骤(a)的ph为约14。
优选地，步骤(a)的温度为约80℃。
优选地，步骤(a)的时间为约12小时。
优选地，步骤(a)包括以下子步骤中的一个或多个，优选全部：
(a1)将所述秸秆放置在第一容器中；
(a2)在第二容器中将水和碱混合，以制备ph为约10至约14的碱性溶液；
(a3)将所述第二容器中的溶液加热至温度为约20℃至约80℃；
(a4)将所述加热后的溶液从第二容器转移到第一容器；
(a5)在约20℃至约80℃的温度下，将所述溶液与秸秆留在第一容器中约6至约30小时，在此期间秸秆吸收部分溶液；和
(a6)将所述第一容器中的剩余溶液转移至第二容器。
优选地，步骤(a2)的ph为约14。
优选地，步骤(a3)的温度为约80℃。
优选地，步骤(a5)的温度为约80℃。
可以采用其它温度和时间。
优选地，步骤(a)包括以重复的检查间隔，优选在初始时间段内，检查所述碱性溶液的液位和/或碱性溶液的ph。
优选地，检查所述碱性溶液的液位以确保其始终淹没秸秆。检查所述碱性溶液的液位，因为秸秆吸收碱性溶液，优选地，秸秆不应吸收过多碱性溶液以致碱性溶液的液位低于秸秆的高度。
优选地，所述检查间隔为大约每三十分钟一次。如果需要的话，所述检查间隔可以更长或更短。
优选地，进行重复检查的所述初始时间段为大约前4小时。如果需要的话，所述时间段可以更短或更长。
优选地，未被所述秸秆吸收的碱性溶液基本上全部转移到第二容器中。例如，所述转移的碱性溶液可以是最初提供的碱性溶液的约70％。在这种情况下，约30％的所述最初提供的碱性溶液已被秸秆吸收。所述转移的碱性溶液可以多于或少于最初提供的碱性溶液的70％，和被秸秆吸收的量共计100％。
步骤(a)可以使制备碱性溶液、浸泡秸秆以及加热都在第一容器中进行。如果仅使用所述第一容器，则在将秸秆加入容器之前，优选地，将碱性溶液加热至所需温度。在这种情况下，优选地，将所述秸秆加入容器中，使得碱性溶液不会从容器溢出。
优选地，步骤(c)的温度为约35℃。
优选地，步骤(c)的时间段为约12小时。
优选地，将所述秸秆和水的混合物制浆约10和约20分钟，优选约15分钟。如果需要的话，可以制浆超过20分钟。
优选地，通过筛网过滤器过滤浆状秸秆。优选地，所述筛网过滤器包括6mm的筛网过滤器。在其它实施例中，可以使用更大或更小的筛网过滤器。可以使用除筛网过滤器以外的过滤器。
优选地，从所述秸秆中过滤提取大部分纤维素纤维。
优选地，例如在步骤(e2)中，所述过滤、精制和/或碎解的浆状秸秆的ph为约9至约10。
优选地，用双盘精制机精制所述浆状秸秆。也可以使用其它精制装置。步骤(e2)中的精制对于从所述秸秆中进一步获得纤维素纤维是有效的，从而比没有精制的情况下产生更高的产率。
优选地，在本发明步骤中的液体(碱性溶液和/或水)转移是通过一个或多个泵。
优选地，在步骤(a)之前将所述秸秆放置在容置器中。优选地，所述容置器是笼子。可以使用其它类型的容置器。优选地，所述容置器设置成在多个位置之间可移动，以使秸秆浸泡在碱性溶液中，然后将其转移到碎浆罐中。
在本发明的一个方面，提供了一种从秸秆中提取木质素的方法，所述方法包括如本文所述的加工秸秆的方法或从秸秆中提取纤维素的方法。
优选地，所述提取木质素的方法包括从液体中获得木质素，所述液体已用于处理、加工和/或洗涤秸秆、中间秸秆产物和/或由其生产的产物。
根据本发明的另一方面，提供了通过本文所述的方法生产的中间产物。
根据本发明的另一方面，提供了通过本文所述的方法生产的纤维素纤维。
根据本发明的另一方面，提供了通过本文所述的方法生产的木质素。
根据本发明的另一方面，提供了通过本文所述的方法生产的纸浆。
根据本发明的另一方面，提供了一种生产纸浆产品或纸制品的方法，所述方法包括根据本文所述的方法获得纸浆，并进一步将所述纸浆加工成一种或多种纸浆产品或纸制品。
优选地，所述一种或多种纸浆产品包括蛋盒、瓶分离器和成型纤维包装产品。
优选地，所述一种或多种纸制品包括纸、纸板、报纸和薄纸。
根据本发明的另一方面，提供了通过本文所述的方法生产的纸浆产品。
根据本发明的另一方面，提供了通过本文所述的方法生产的纸制品。
根据本发明的另一方面，提供了用于根据本文所述的方法加工秸秆的容器。
优选地，所述容器包括(i)用于将碱性溶液引入到所述容器的入口，(ii)用于从所述容器中除去过量碱性溶液的第一出口，(iii)用于从所述容器中除去空气的第二出口，和(iv)用于加热所述容器中的碱性溶液的加热器。
优选地，所述容器进一步包括用于指示容器中碱性溶液液位的液位指示器。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于根据本文所述的方法加工秸秆的装置，其中所述装置包括(i)如本文所述的容器，以及(ii)容置器，其用于固定秸秆并将所述秸秆浸泡在容器内的液体中。
优选地，所述容置器包括笼子。
优选地，所述装置包括(a)如本文所述的第一容器，和(b)第二容器，所述第二容器包括出口和入口，该第二容器的出口连接第一容器的入口，用于将液体从第二容器转移到第一容器，该第二容器的入口连接第一容器的第一出口，用于将液体从第一容器转移到第二容器。
优选地，所述第二容器包括在其中用于加热液体容器的加热器。
优选地，所述装置设置成允许所述容置器在第一容器、第二容器和/或碎浆机中的两个或多个之间移动。
在本说明书中，以能够清楚和简明的书写规范的方式描述实施例，但是应当理解的意图是实施例可以在不脱离本发明的情况下进行不同地组合或分离。
具体实施方式
现在将仅通过示例并且参照附图来描述本发明的实施例，附图示出了用于实施本发明工艺的装置。
在本说明书中，术语“约”是指加或减20％，更优选加或减10％，甚至更优选加或减5％，最优选加或减2％。
在本说明书中，术语“秸秆”是指能够用于生产纸浆的任何含纤维素的植物材料，优选为“秸秆状”。
优选地，术语“秸秆”是指能够用于生产纸浆的含纤维素植物(例如谷类植物)的茎秆。
术语“秸秆”的具体例子包括小麦、大麦、燕麦、黑麦、稻、干草。
参见图1，示出了用于实施从秸秆4提取纤维素纤维以生产纸浆的工艺的装置2。所述工艺包括以下步骤：
(a)将所述第一罐6中的所述秸秆4浸泡在ph为10-14、温度为20-80℃的碱性溶液中6-30小时；
(b)除去过量的碱性溶液；
(c)从所述第一罐6中除去空气，以在第一罐6中形成厌氧环境，并将第一罐6的温度保持在30-45℃，持续6-30小时，以生产中间秸秆产物；
(d)将所述中间秸秆产物从第一罐6转移到碎浆罐10，并在碎浆机10中将水与中间秸秆产物混合，并将秸秆和水的混合物制成浆；
(e)加工所述浆状秸秆以从所述秸秆中获得纤维素纤维；和
(f)获得所述浆。
在优选实施例中，在步骤(a)期间将碱性溶液加入到所述容器中，以使碱性溶液的液位保持在预定的高度。
步骤(e)可以包括以下子步骤：
(e1)通过过滤器12过滤所述浆状秸秆，以从秸秆中获得纤维素纤维；
(e2)在精制机14中精制所述过滤后的秸秆，使所述浆中的纤维素纤维相互分离，从而从秸秆中进一步获得纤维素纤维；
(e3)筛选所述精制的浆，以从纤维素纤维中分离木质素和灰分；
(e4)用水洗涤所述筛选后的浆，以分离更多的木质素和灰分；和
(e5)从步骤(e2)中回收液体以在所述工艺中重复使用。
或者或另外，步骤(e)，例如步骤(e2)，可以是一个通过碎解加工所述浆状秸秆的步骤。
步骤(a)可以包括以下子步骤：
(a1)将所述秸秆放置在第一罐6中；
(a2)在第二罐8中将水和碱混合，以制备ph为10-14的碱性溶液；
(a3)将所述第二罐8中的溶液加热至20-80℃；
(a4)将所述加热后的溶液从第二罐8转移到第一罐6；
(a5)将所述溶液留在第一罐6中与秸秆在20-80℃的温度下接触6-30小时，在此期间，秸秆吸收部分溶液；和
(a6)将所述第一罐6中剩余溶液转移至第二罐8。
在步骤(e)中，与所述秸秆混合的水由水箱16提供。
通过加热器18加热所述第一罐6中的液体。
在转移到第一罐6之前，第二罐8中的液体可以通过加热器(未示出)加热。
所述碎浆罐10具有截头圆锥形(frusto-conical)底部20，除去其中的一些灰分或砂。
所述浆状秸秆由泵22泵送到精制机14。纸浆通过出口24流出所述精制机14。如图所示，提供液体泵26、28、30，并且其与所述过滤器12连接，木质素在所述过滤器12中分离。真空泵29为工艺中的步骤(c)的所述第一罐6提供所需的厌氧条件。
参照装置2，上述工艺如此进行：所述碱为烧碱(氢氧化钠)，步骤(a2)的ph为14，步骤(a3)的温度为80℃，步骤(a5)的时间为12小时，步骤(a5)的温度为80℃。
所述工艺中的步骤(a5)以初始时间段的重复检查间隔进行。所述初始检查是检查第一罐6中液体的液位，以确保液体始终淹没秸秆4。这是必要的，因为所述秸秆4吸收液体。所述初始检查也检查第一罐6中液体的ph。所述检查间隔为每30分钟一次，初始时间段为前4小时。
步骤(a6)使得所转移的液体基本上是未被秸秆4吸收的所有液体。该转移的液体是最初提供的液体的约70％。最初提供的液体的约30％将被所述秸秆吸收。该转移的液体是最初提供的液体的约70％。最初提供的液体的约30％将被所述秸秆吸收。
步骤(c)的温度为35℃，步骤(c)的时间为12小时。
在步骤(d)中，制浆时间为10-20分钟，更优选为15分钟。
在步骤(e1)中，过滤是通过筛网过滤器进行的。所述筛网过滤器是6mm的筛网过滤器。
在步骤(e2)中，过滤后的浆的ph为9-10。在步骤(e2)中，过滤后的浆用精制机14精制，所述精制机14是双盘精制机14。
在步骤(a1)之前，将所述秸秆4放置在容置器30中。所述容置器30是具有网状侧面32的笼子。容置器30具有如图所示的实心盖子34。
所述装置2包含运输架36。如图所示，所述运输架36具有立柱38和水平顶轨40。如图所示，当容置器30装载有秸秆4时，转移配件42能够将容置器30转移到第一罐6，然后转移到第二罐8。当容置器30在第二罐8的上方时，如图所示移开容置器的盖子34，以便将秸秆4与其含水量一起倒入碎浆罐10中。因此，所述转移配件42能够使容置器30在多个位置之间移动，以允许秸秆填充、浸泡在第一罐6中、从第一罐6移除，以及转移到碎浆罐10中。
所述碎浆罐10用作提取罐。所述碎浆罐10具有用于将秸秆和水的混合物制成浆的碎浆机(未示出)。所述碎浆机可用作混合设备。所述碎浆机可以使用刀片进行制浆/混合。
所述第三罐10的底部20中的过滤器(未示出)过滤浆状秸秆。在造纸行业中使用的已知的碎浆机能够用于实现所需的制浆、混合和过滤。
如图1所示，所述第一罐6的ph控制由ph控制器44控制。所述加热器18连接到第一罐6内的散热器46。该第二罐8的ph控制由ph控制器48控制。
本发明工艺的优点在于，可以使用过滤器12将木质素与水物理分离，所述过滤器12可以是压滤机。在低温下提取所述纤维素纤维，而不使用任何压力。此外，从图1可以看出，所述第一罐6、第二罐8和碎浆罐10通过管道连接，使得液体可以再循环。含有所述木质素的液体通常是黑色的，但是一旦液体被过滤，该液体就可以在所示的闭环管道系统中重新循环。当除去所述木质素后，水的颜色是棕色的。与已知的工艺相比，本发明的工艺可能花费更多的时间；但是，它更经济，因为它使用低温并且不需要压力。此外，有利地，与已知的工艺相比，所述分离的木质素可以更容易回收，然后用于制备基于和/或含有木质素的产品，例如作为某些塑料中的填料。
步骤(a)可以仅在第一罐6中进行。因此，所述第一罐6可以用于制备碱性溶液，然后再加入秸秆。在这种情况下，浸泡秸秆应该确保碱性溶液不会从第一罐6中流失，同时具有秸秆4的容置器30降低到第一罐6中。
优选地，所述装置2中使用的各种罐、容器和容置器由不锈钢制成，但如果需要的话，它们可以由其它合适和适当的材料制成。从所述出口24获得的浆可以在用作生产纸制品的浆之前，使用现有的已知技术进一步加工。或者，直接来自所述出口24的浆可用于生产纸制品。所述浆可以用于造纸行业，而不是用于生产报纸，以便例如所述浆可以用于提供纸巾、纸手巾、卫生纸、硬纸板、硬纸板包装纸和其它纸质物品。
应当理解，对本文描述的当前优选实施例的各种改变和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行这样的改变和修改，而不会减少其所附带的优点。因此，旨在通过所附权利要求书涵盖这些改变和修改。