一种黑液中提取木质素的方法

摘要

本发明公开了一种黑液中提取木质素的方法，包括原料黑液预处理系统、烟气净化系统系统、无机膜浓缩过滤系统和酸析系统、还设有节能干燥、自动包装，采用洁净锅炉或石灰窑烟气预处理黑液装置，降低其pH值；经预处理的黑液经无机膜浓缩过滤，提高木素得率、纯度，比传统工艺节能；浓缩分离的木质素液体经压滤提高干度至60%，加入硫酸酸析木素，木质素产品洗涤的酸性废水回用到黑液预处理系统，无废水排放，最大程度降低酸用量等特点。

权利要求

1.一种黑液中提取木质素的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

（1）窑炉烟气净化，将窑炉烟道气经三级炉气净化塔除尘、除杂，净化后，再经炉气鼓风机将洁净的CO2气体通过管道分别压入碳化槽组中的各级碳化槽内底部，洁净的CO2气体由碳化槽内底部冒出；

（2）黑液预处理，将制浆车间送来的混合黑液连续送入碳化槽组，混合黑液在碳化槽组中经一级至高级的顺序进行逐级递增溢流，碳化槽内通过搅拌器进行不间断均匀搅拌黑液，同时将洁净的CO2气体分别压入各级的碳化槽中，与槽内的黑液充分混合，进行碳酸化，最后一级碳化槽内碳酸化反应达到pH=9～7，停止压入对应级碳化槽内的CO2气体，最后一级碳化槽内的液体从溢流口溢流入半成品储槽，制得碳化黑液，备用；

（3）膜过滤，将步骤（2）中制得的碳化黑液通过泵送入膜过滤系统，碳化黑液通过膜过滤系统制得膜截留液和滤出液，膜截留液送至酸化槽；滤出液送至制浆回用或蒸发处理；

（4）酸析木素，将浓硫酸加入步骤（3）中的酸化槽内进行酸化，边加入浓硫酸边均匀搅拌，在酸化达到pH= 3～4后停止加酸，制得酸化黑液，将酸化黑液送至酸析木素陈化槽，制得酸析木素液；再将酸析木素液送至压滤机进行固液分离，制得酸析木素液和酸滤出液；酸滤出液送回一级碳化槽，酸析木素液送至磺化再送入干燥系统或直接送至干燥系统；

（5）干燥酸析木素液，酸析木素液送入干燥系统的空心桨叶干燥机进行干燥，木素干燥成粉状后，冷却，包装，即制得木质素产品；

所述碳化槽包括槽体（1）和搅拌器，搅拌器竖直安装于槽体（1）的中心，所述槽体（1）的顶端面上设有烟气进口（3），靠近槽体（1）顶端面上设有黑液进口（2）和黑液出口（6），槽体（1）下半段设有排污口（7）；

所述膜过滤系统内设有膜元件和膜组件，所述的膜元件为多孔无机陶瓷，设计通量选取50～100LMH；所述的膜组件采用串并碳化硅陶瓷；

所述膜截留液为浓截留液。

2.据权利要求1所述的黑液中提取木质素的方法，其特征在于：所述黑液进口（2）、烟气进口（3）、黑液出口（6）和排污口（7）上均设有法兰盘组（8）。

3.根据权利要求2所述的黑液中提取木质素的方法，其特征在于：所述法兰盘组（8）为两片法兰盘组成。

4.根据权利要求1所述的黑液中提取木质素的方法，其特征在于：所述搅拌器包括电动机（4）、变速器（5）、转动轴（9）和叶轮（10）；电动机（4）与变速器（5）连接，变速器（5）与转动轴（9）连接，转动轴（9）上固定安装有叶轮（10）。

说明书

一种黑液中提取木质素的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及黑液中提取木质素的领域，具体涉及一种黑液中提取木质素的方法。

背景技术

[0002] 木质素(1ignin)是一种天然的多羟基芳香类化合物，在木材和草类植物中大量存在，它和纤维素、半纤维素均系植物的主要构成成分。木质素作为第二大可再生资源，在地球上的产量仅次于纤维素。以木质素为原料通过溶解裂解过程生产生物质能源、有机化工原料及木质素的改性是近年来的研究和开发热点。木质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资源，用其来制备高附加值化学品是提高生物质资源利用效率的关键。由其开发的高附加值产品将大大提高从可循环利用生物质生产能源的经济性。在现代化的造纸厂，造纸废液中的木质素及半纤维素被烧掉以回收碱和部分热能，只有很小的部分被用于其他商业目的。如能有效地利用这部分木质素，不仅可以减轻环境污染；而且可以开发生产能源。从制浆黑液中提取出的木质素以及衍生物在化工、农业、水泥与混凝土、塑料和高分子材料等领域得到广泛的应用。

[0003] 造纸业是我国的重污染行业，其中最重要的原因就是造纸黑液的处理。通常情况下，企业对黑液治理一般采用两种方法：一种是对黑液进行浓缩焚烧；另一种是利用黑液开发木质素产品。前种方法黑液经浓缩燃烧，虽然能回收黑液中的碱和部分热值，但对碱木质素来说却是一种低值利用方式，且设备投资大、耗能高。后一种方法通过对碱木素进行化学改性，开发木质素化工产品，提高其高附加值，是合理利用碱木质素的好方法，同时也是大规模利用造纸黑液、缓解并最终根除造纸黑液污染的根本出路。

[0004] 经检索有关提取木质素方法的中国专利文献也有一些，如下：

[0005] 1、中国专利<申请号> 201310082509.0<发明名称>一种利用造纸黑液制备木质素的方法<申请人>浙江捷发科技有限公司<地址>浙江省绍兴市绍兴滨海新城沥海镇海滨大道299号207室<发明人>邵国标<摘要>本发明公开了一种利用造纸黑液制备木质素的方法，以造纸黑液为原料，对造纸黑液进行预处理，除去水不溶性颗粒和纤维状杂质；再利用膜处理除去小于木质素分子量的有机物，得到浓缩液；然后对浓缩液中进行酸析处理，得到大分子粗木质素沉淀；最后经除盐除去酸析所产生的无机盐，即得高纯度木质素。本发明的方法其收率不受原料黑液浓度变化的影响，分离提取木质素纯度高，分子量大小较均一，杂质去除率高，经磺化缩合制得的改性木质素磺酸钠分散剂应用性能得到显著提高。

[0006] 2、中国专利<申请号> 200880127214.8<发明名称>从黑液分离木质素的方法、木质素产品及木质素产品在燃料或材料制造中的应用<申请人>李诺布斯特公司<地址>瑞典哥特堡<发明人>弗里德里克·厄曼，汉斯·特连德，佩尔·托马尼，彼得·阿克塞高<摘要>本发明涉及在控制制浆厂中钠和硫的平衡的同时从黑液中分离木质素的方法。还涉及由此方法获得的木质素产品或中间木质素产品。本发明还涉及木质素产品或中间木质素产品在制备燃料（固体、气体或液体）或材料中的应用。所述方法包括以下步骤：(1)利用酸将木质素沉淀，然后将其过滤，(2)将滤饼再悬浮，(3)过滤，形成第二滤饼，和(4)回收滤液，用于前述步骤中的清洗和悬浮。在一个优选的实施方案中，用在回收锅炉中生成的富含硫酸钠的ESP粉尘清洗沉淀的木质素。

[0007] 3、中国专利<申请号>98100904.2<发明名称>造纸黑液中木质素和碱双回收<申请人>刘平<地址>河南省安阳市光辉路26号<发明人>刘平<摘要>本发明涉及一种造纸黑液污染治理和综合利用的方法，特别是高浓度造纸黑液中木质素和碱双回收的方法和装置。它包括黑液的高浓度提取，用二氧化硫烟气闪蒸黑液，在喷射鼓泡吸收器中用二氧化硫酸析分离木质素和苛化回收碱液四大步骤。本发明通过解决高浓度黑液木质素酸析问题，使回收的碱浓度提高达到回用要求，即克服了传统碱回收能耗大，投资大，效益差的顽症，又充分回收了黑液中的资源，具有较好的经济效益和环境效益。

[0008] 4、中国专利<申请号>201510561740.7<发明名称> 一种由造纸黑液提取分离木质素的装置及方法<申请人>武汉凯比思电力设备有限公司<地址>湖北省武汉市东湖高新技术开发区光谷大道特1号国际企业中心文昌楼A座402<发明人>许俊鸿，吕新璐<摘要>本发明涉及造纸废水处理技术领域，具体涉及一种由造纸黑液提取分离木质素的装置及方法。本发明的由造纸黑液提取分离木质素的装置及方法利用碱回收锅炉尾气中的CO2、SO2等酸性气体对黑液进行处理使木质素以沉淀形式析出，虽然对于整个制浆系统产生的氮、硫的脱除没有实质上的帮助，但能使一部分氮、硫氧化物部分停留在木质素提取系统，从而缓解了尾气处理的负荷，达到“以废治废”的效果，同时整个制浆系统并未引入新的杂质，生产工艺不需做太大调整。

[0009] 5、中国专利<申请号>200910077742.3<发明名称>造纸黑液中提取木质素的方法<申请人>北京嘉禾木科技有限公司<地址>北京市海淀区北太平庄路18号城建大厦A1108室<发明人>宋玉军，吴勇<摘要>发明涉及造纸黑液中提取木质素的方法。造纸黑液的无污染利用是困扰造纸工业发展的难题。本发明将造纸黑液进行pH调节至8-10，通过预处理系统进行预处理，除去大的悬浮颗粒和胶体杂质；预处理系统为一过滤精度为100到300目范围的机械振动筛过滤器或袋式过滤器，以及一个截留分子量为20万-50万范围经过改性后的分离膜；改性分离膜材料经过本体接枝改性、表面接枝改性或合金化改性；经过二级或二级以上分离膜进行精滤，各级分离膜的截留分子量从150到50000不等。该发明产品中纯木质素含量不小于55%，浓缩提纯后可高达90.O%以上；耐温可达130℃以上；表观灰分含量可小于5%；并可调节分子量大小和分布，生产不同品质的木质素产品；同时可以做到水的充分循环利用。

[0010] 从公开的技术文献中，可知，从造纸废液中提取木质素的传统方法是酸析法。酸析法是提取木质素的有效方法，它主要是使碱木质素中的钠离子用酸中的氢离子来取代，以便使碱木质素再次成为不溶性的沉淀物，能够通过过滤等方法从制浆造纸黑液中分离提取出木质素。还有用有机膜超滤法直接从黑液中提取木质素。

[0011] 酸析法的优点是投资低，操作简单，缺点是酸性废水量大，环保处理成本高，木质素产品纯度低，只能作为低端应用。

发明内容

[0012] 本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种既节能，同时又可以提高木质素提取能力，降低投资和制造成本，减少污染排放量和污染负荷的节能环保、连续提取的黑液中提取木质素的方法。

[0013] 为了实现上述本发明目的，采用的技术方案为：

[0014] 一种黑液中提取木质素的方法，所述方法包括以下步骤：

[0015] （1）窑炉烟气净化，将窑炉烟道气经三级炉气净化塔除尘、除杂，净化后，再经炉气鼓风机将洁净的CO2气体通过管道分别压入碳化槽组中的各级碳化槽内底部，洁净的CO2气体由碳化槽内底部冒出；

[0016] （2）黑液预处理，将制浆车间送来的混合黑液连续送入碳化槽组，混合黑液在碳化槽组中经一级至高级的顺序进行逐级递增溢流，碳化槽内通过搅拌器进行不间断均匀搅拌黑液，同时将洁净的CO2气体分别压入各级的碳化槽中，与槽内的黑液充分混合，进行碳酸化，最后一级碳化槽内碳酸化反应达到pH=9～7，停止压入对应级碳化槽内的CO2气体，最后一级碳化槽内的液体从溢流口溢流入半成品储槽，制得碳化黑液，备用；

[0017] （3）膜过滤，将步骤（2）中制得的碳化黑液通过泵送入膜过滤系统，碳化黑液通过膜过滤系统制得膜截留液和滤出液，膜截留液送至酸化槽；滤出液送至制浆回用或蒸发处理；

[0018] （4）酸析木素，将浓硫酸加入步骤（3）中的酸化槽内进行酸化，边加入浓硫酸边均匀搅拌，在酸化达到pH= 3～4后停止加酸，制得酸化黑液，将酸化黑液送至酸析木素陈化槽，制得酸析木素液；再将酸析木素液送至压滤机进行固液分离，制得酸析木素液和酸滤出液；酸滤出液送回一级碳化槽，酸析木素液送至磺化再送入干燥系统或直接送至干燥系统；

[0019] （5）干燥酸析木素液，酸析木素液送入干燥系统的空心桨叶干燥机进行干燥，木素干燥成粉状后，冷却，包装，即制得木质素产品。

[0020] 以上所述碳化槽包括槽体和搅拌器，搅拌器竖直安装于槽体的中心，所述槽体的顶端面上设有烟气进口，靠近槽体顶端面上设有黑液进口和黑液出口，槽体下半段设有排污口。

[0021] 以上所述黑液进口、烟气进口、黑液出口和排污口上均设有法兰盘组。

[0022] 以上所述法兰盘组为两片法兰盘组成。

[0023] 以上所述搅拌器包括电动机、变速器、转动轴和叶轮；电动机与变速器连接，变速器与转动轴连接，转动轴上固定安装有叶轮。

[0024] 以上所述膜过滤系统内设有膜元件和膜组件，所述的膜元件为多孔无机陶瓷，设计通量选取50～100LMH；所述的膜组件采用串并碳化硅陶瓷。

[0025] 以上所述膜截留液为浓截留液。

[0026] 本发明相对于现有技术具有的突出实质性特点和显著的进步：

[0027] 1、本发明能有效利用窑炉烟气对制浆废液进行预处理，降低pH值，节约酸耗，充分发挥碳化硅无机膜的特长，因此有效的节约了能耗，减少酸性废水排放，适合大规模生产；

[0028] 2、本发明的膜过滤系统中膜组件可在高浓度、高浓缩倍数下操作，节能效率高，大大减少污染排放；

[0029] 3、本发明所采用的提取工艺流程比传统提取木质素方法提高木质素得率10-15%，增加产量和产品质量，由于提高浓缩倍数，耗酸量仅为传统方法的十分之一；

[0030] 4、本发明高浓补充酸析木质素降低了能耗和酸耗，无酸性废水排放，减少后续干燥能耗；

[0031] 5、本发明连续化木质素提取工艺，兼有酸析法和膜法的特点，使流程简单，操作步骤简化，因此新建项目的投资低，特别适用于大型项目；

[0032] 6、本发明对各种纤维原料的木质素提取适应性强。

附图说明

[0033] 图1为本发明一种黑液中提取木质素的方法的工艺流程示意图。

[0034] 图2为碳化槽的结构示意图。

[0035] 图3为搅拌器的结构示意图。

[0036] 图4为烟气净化的工艺流程示意图。

[0037] 图5为黑液预处理工艺流程示意图。

[0038] 图6为膜过滤工艺流程示意图。

[0039] 图7为补充酸析工艺流程示意图。

[0040] 图8为干燥包装工艺流程示意图。

[0041] 图中元件名称及序号为：槽体1，黑液进口2，烟气进口3，电动机4，变速器5，黑液出口6，排污口7，法兰盘组8，转动轴9，叶轮10。

具体实施方式

[0042] 结合本发明的实施例对本发明进一步详细说明。

[0043] 参看图1-4所示，一种黑液中提取木质素的方法，所述方法包括以下步骤：

[0044] （1）窑炉烟气净化，将窑炉烟道气经三级炉气净化塔除尘、除杂，净化后，再经炉气鼓风机将洁净的CO2气体通过管道分别压入碳化槽组中的各级碳化槽内底部，洁净的CO2气体由碳化槽内底部冒出；

[0045] （2）黑液预处理，将制浆车间送来的混合黑液连续送入碳化槽组，混合黑液在碳化槽组中经一级至高级的顺序进行逐级递增溢流，碳化槽内通过搅拌器进行不间断均匀搅拌黑液，同时将洁净的CO2气体分别压入各级的碳化槽中，与槽内的黑液充分混合，进行碳酸化，最后一级碳化槽内碳酸化反应达到pH=9～7，停止压入对应级碳化槽内的CO2气体，最后一级碳化槽内的液体从溢流口溢流入半成品储槽，制得碳化黑液，备用；

[0046] （3）膜过滤，将步骤（2）中制得的碳化黑液通过泵送入膜过滤系统，碳化黑液通过膜过滤系统制得膜截留液和滤出液，膜截留液送至酸化槽；滤出液送至制浆回用或蒸发处理；

[0047] （4）酸析木素，将浓硫酸加入步骤（3）中的酸化槽内进行酸化，边加入浓硫酸边均匀搅拌，在酸化达到pH= 3～4后停止加酸，制得酸化黑液，将酸化黑液送至酸析木素陈化槽，制得酸析木素液；再将酸析木素液送至压滤机进行固液分离，制得酸析木素液和酸滤出液；酸滤出液送回一级碳化槽，酸析木素液送至磺化再送入干燥系统或直接送至干燥系统；

[0048] （5）干燥酸析木素液，酸析木素液送入干燥系统的空心桨叶干燥机进行干燥，木素干燥成粉状后，冷却，包装，即制得木质素产品。

[0049] 以上所述碳化槽包括槽体1和搅拌器，搅拌器竖直安装于槽体1的中心，所述槽体1的顶端面上设有烟气进口3，靠近槽体1顶端面上设有黑液进口2和黑液出口6，槽体1下半段设有排污口7；所述黑液进口2、烟气进口3、黑液出口6和排污口7上均设有法兰盘组8；所述法兰盘组8为两片法兰盘组成。

[0050] 以上所述搅拌器包括电动机4、变速器5、转动轴9和叶轮10；电动机4与变速器5连接，变速器5与转动轴9连接，转动轴9上固定安装有叶轮10。

[0051] 以上所述膜过滤系统内设有膜元件和膜组件，所述的膜元件为多孔无机陶瓷，设计通量选取50～100LMH；所述的膜组件采用串并碳化硅陶瓷。