利用秸秆生产生物质燃料、瓦楞纸、有机肥的方法技术

本发明专利技术涉及利用秸秆生产生物质燃料、瓦楞纸、有机肥的方法，包括秸秆切断、干法及水膜除尘、热水抽提洗涤除砂、连续蒸煮水解、喷放接收、多级逆流洗涤、高浓磨浆、纤维分级处理、长纤维浓缩、长纤维熟化处理、长纤维磨浆、长纤维生产瓦楞纸；以及短纤维浓缩、细碎纤维酶解发酵蒸馏生产纤维素乙醇、废醪分离利用等。本发明专利技术实现了秸秆物料各组分高值化综合利用，废水COD生化降解性好，没有无机盐累积，过程高浓废水生产沼气并净化为天然气，低浓废水处理后循环利用，水系统封闭循环，废水零排放；细碎纤维组分比表面积大、酶解效率高；长纤维组分生产瓦楞纸强度高、质量好，可降纤维素乙醇的成本；生物天然气、生物质颗粒燃料可减少矿物燃料的使用。

Production of Biomass Fuel, Corrugated Paper and Organic Fertilizer from Straw

【技术实现步骤摘要】
利用秸秆生产生物质燃料、瓦楞纸、有机肥的方法
本专利技术属于生物质原料综合利用
，具体涉及一种利用秸秆生产生物质燃料、瓦楞纸、有机肥的方法。
技术介绍
我国木材资源缺乏，瓦楞纸等工业包装纸主要原料是回收废箱板纸，主要来源有国内回收废纸和进口废纸。2017年，我国瓦楞箱板等工业包装纸总产量4720万吨，占中国造纸总体产量11130万吨体量的42%；我国是世界废纸进口第一大国，2017年进口废纸2572万吨；纸类产品的20%以上，随货物出口和一次性消费用纸损失；另有大约20%左右做为书籍资料等存储起来，国内废纸回收量已经超过5000万吨，接近回收极限；特别是工业包装纸（废纸箱）产品，由于多次回收循环再利用，导致纤维强度、得率下降，纤维品质越来越差，致使化学助剂的用量增加，污水处理费用增加；只能靠进口OCC（废箱板纸）来增加新鲜纤维的加入，以提高纤维强度和得率。历史上，我国的瓦楞箱板等工业包装纸的自制浆生产，主要以植物秸秆为原料，使用半化学法，加入碱性化学药品进行蒸煮制浆，由于污染严重、技术落后、效能低下，自上世纪90年代，已全部逐步关停；现在生产运行的瓦楞箱板等工业包装纸企业，大部分采用国内回收废纸和进口废纸为原料；我国的第一大废纸进口来源是美国，由于限制进口等原因，导致近两年原料和成品市场像过山车一样剧烈波动，严重影响了整个行业的健康发展。我国是货物贸易顺差大国，也就是说，出口货物量远大于进口货物量，这就导致大量工业包装物随出口货物一起出口，使工业包装纤维原料一直处于总量净减少状态，更加剧了纤维原料的短缺。纤维原料缺乏，将是我国长期的痛点，解决我国瓦楞箱板等工业包装纸用自产纤维浆料，可减少对进口废纸的严重依赖，降低整个行业的成本，具有重大的战略意义和长远的经济意义。禾本科植物秸秆原料的组分，灰分2.5-6%，稻草可以达到16%；冷水抽出物2.5-8%；热水抽出物达13-29%（秸秆样品在蒸馏水中煮沸180min后损失的物质，主要是水溶性的糖、植物碱、环多醇、单宁、色素，以及胶质、粘液、淀粉、果胶质、多乳糖等多糖类物质，大部分具有良好的生化降解性）；1%氢氧化钠抽出物27-40%，麦草和稻草可以达到45-48%（秸秆样品1%氢氧化钠溶液中煮沸60min后损失的物质，主要是部分低分子量木质素、多戊糖、多己糖、树脂酸及糖醛酸等）；多戊糖（主要是阿拉伯糖和木糖）18-26%；纤维素36-44%；木质素含量14-23%，且分子量分布范围广，平均分子量约为8000-10000，其中20000以上大约5%，10000以下约占75%，结构单元中酚羟基含量较高，约有35-45%的酚型结构，其他酸性基团也较木材多；秸秆类物料的半纤维素主要是4-O-甲基葡萄糖醛酸、阿拉伯糖、木糖的复合多糖聚合物。阔叶木材原料的组分，灰分0.2-0.7%；冷水抽出物1-1.7%；热水抽出物1.6-3.5%；1%氢氧化钠抽出物17-22%；多戊糖（主要是木糖）21-29%；纤维素49-55%；木质素18-23%，平均分子量约为16000-20000，其中20000以上大约24%，10000以下约占43%，只有约20-30%的酚型结构单元；半纤维素主要是4-O-甲基葡萄糖醛酸和木糖的复合多糖聚合物。从纤维形态来看，禾本科植物秸秆原料纤维平均长度1.3-2.0mm，长宽比110-174；以阔叶木材速生杨为例，纤维平均长度0.8-1.3mm，长宽比40-64；仅从纤维形态来看，秸秆纤维要优于速生阔叶木材。化学浆在蒸煮过程中，要求尽量脱除木质素，保留纤维素和半纤维素；瓦楞纸用浆的制造方法和使用目的，不同于化学浆，要求在保留纤维素和半纤维素的同时，也要保留木质素以保持纸浆的强度和得率，以提高瓦楞纸的挺度、环压强度等指标；木质素作为植物细胞之间的黏结物和细胞壁的填充物，使植物体具有刚性，木材木质素平均分子量是秸秆物料的两倍，采用同样工艺技术，以木材为原料生产的瓦楞纸用浆，强度指标要远好于秸秆原料生产的纸浆，这是主要原因之一。作为植物秸秆原料，生产瓦楞纸用浆，如果加入氢氧化钠等化学品，大部分1%氢氧化钠抽出物组分将进入蒸煮液，较高灰分含量中的一大部分，主要是硅酸盐类无机物也进入蒸煮液，使蒸煮液不仅溶解物含量高，且粘度高，滤水性差，洗涤用水增加，导致废水浓度较低且量大，由于碱性降解物的生化降解性较差，一般BOD5/COD不超过0.35，属于难降解废水，废水处理设施的投资和运行费用极高，且难以达标，这也是历史上大量这类工厂没能生存到今天的主要原因。还有采用蒸汽爆破的方式处理秸秆物料，再经过磨浆作为瓦楞纸浆配料使用，由于没有充分的洗涤和纤维润涨过程，爆破方向选择性差，产生大量纤维碎片，大部分是喷放冲击波击碎的径向断裂碎片，并不是从内部纤维各个润涨点形成的轴向撕裂，从而无法形成纵向撕裂为主的细纤维化形态；没有使物料微细纤维化，产生可以氢键结合的位点较少，严格意义上讲，这种方法制作的物料，不能算作纸浆，不具备纸浆所需的技术特性，无法单独使用生产纸，只是作为配料使用的，或在废纸浆中掺入、或在化学浆中掺入生产纸品；配入的产品有瓦楞纸或餐盒、餐盘等纤维压制品；还有一类方法，是将秸秆原料切断浸渍后，直接使用高浓磨浆机或双螺杆制浆机与高浓磨浆机组合进行磨浆，这种产品的品质与上述方式一样，用途与作用也基本一致；所制备的“纸浆”不具备纸浆的技术特征，是生产不出瓦楞纸等纸制品的，只能作为少量配料使用。也有使用高温高压（1.2-2.0Mpa，甚至更高）蒸汽爆破秸秆物料的方法，作为生产纤维素乙醇的预处理手段，过短的高温高压处理时间，使物料不能受热均匀（植物体和不能对流的水都是热的不良导体），特别是木质素不能充分受热软化（具有玻璃化特性，软化过程没有临界点，即随温度升高越来越软），增加了从内部向外撕裂植物细胞的阻力；没有充分的预先洗涤及纤维润涨，就不能产生内部的纤维轴向撕裂；过高的喷放压力，产生过强的冲击波，使长条形的物料径向断裂，形成接近圆形的颗粒状碎片，而圆形是相同体积物料中，比表面积最小的一种形态，远不如细纤维化形态的物料比表面积大，酶制剂的可及率就不高，酶解效果也就不会好；过高的温度，会发生过多的热化学反应，产生对酶解发酵具有抑制作用的衍生物；而植物秸秆热水抽提洗涤，使可抽提物大量溶出，抽提后的物料组分集中于纤维素、半纤维素和木质素；物料孔隙率增加，纤维润涨更好；在不加化学品的高温水蒸煮过程中，由于含有的较多的酚羟基、羧基等酸性基团，以及乙酰化聚糖水解产生的乙酸和糖醛酸基，可使蒸煮液ph值降至2.0-5.0，降低的ph值，使半纤维素水解进程加快；半纤维素降解生成的4-O-甲基葡萄糖醛酸、阿拉伯糖和木糖，进入蒸煮液，具有良好的生化降解性，而天然气的主要成分是甲烷，厌氧产生甲烷的途径就是有机物先降解为乙酸，才能再降解为甲烷；去除大部分热水抽提物的物料，其半纤维素降解产物相对纯净，也可进行高值化利用；半纤维素的大量降解，使物料孔隙率更高，剩余组分中主要是纤维素和木质素，在高温蒸煮预水解酸性条件下，木质素发生缩合反应，同时由于有化学键连接的半纤维素大量降解产生的空洞效应，木质素分子的空间结构和位置将发生变化和位移；而纤维素和木素质之间没有化学键连接，只有氢键作用，充分润本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.利用秸秆生产生物质燃料、瓦楞纸、有机肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：秸秆切断、干法及水膜除尘、热水抽提洗涤除砂、连续蒸煮水解、喷放接收、多级逆流洗涤、高浓磨浆、纤维分级处理、长纤维浓缩、长纤维熟化处理、长纤维磨浆、生产瓦楞纸；还包括细碎纤维浓缩、酶解发酵蒸馏生产纤维素乙醇、废醪渣料生产颗粒燃料；其中，水膜除尘、热水抽提洗涤除砂、多级逆流洗涤步骤产生的废水，还有废醪液，经废水混合罐混合后再经厌氧处理、好氧处理，其污泥浓缩后，与干法及水膜除尘碎屑、部分废醪渣料混合发酵生产有机肥；废水厌氧处理产生沼气然后净化为天然气；纤维浓缩步骤、生产瓦楞纸步骤的低浓废水经处理后，与好氧处理后的废水混合，在系统内封闭循环使用。

【技术特征摘要】
1.利用秸秆生产生物质燃料、瓦楞纸、有机肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：秸秆切断、干法及水膜除尘、热水抽提洗涤除砂、连续蒸煮水解、喷放接收、多级逆流洗涤、高浓磨浆、纤维分级处理、长纤维浓缩、长纤维熟化处理、长纤维磨浆、生产瓦楞纸；还包括细碎纤维浓缩、酶解发酵蒸馏生产纤维素乙醇、废醪渣料生产颗粒燃料；其中，水膜除尘、热水抽提洗涤除砂、多级逆流洗涤步骤产生的废水，还有废醪液，经废水混合罐混合后再经厌氧处理、好氧处理，其污泥浓缩后，与干法及水膜除尘碎屑、部分废醪渣料混合发酵生产有机肥；废水厌氧处理产生沼气然后净化为天然气；纤维浓缩步骤、生产瓦楞纸步骤的低浓废水经处理后，与好氧处理后的废水混合，在系统内封闭循环使用。2.如权利要求1所述的利用秸秆生产生物质燃料、瓦楞纸、有机肥的方法，其特征在于：秸秆切断步骤具体为：将秸秆物料切断，送入干法除尘机，扬起的尘土和碎屑被引风机吸入水膜除尘；干法除尘步骤具体为：切断的秸秆物料，在干法除尘机内松散翻转，将料片上粘附的泥沙筛出并排出系统，然后送入热水抽提洗涤除砂步骤；扬起的尘土和碎屑也被引风机吸入水膜除尘；水膜除尘步骤具体为：引风机送来的含有尘土和碎屑的气流，在喷淋水膜和旋流器的作用下，干净空气排空，植物碎屑和泥沙沉降下来，过滤出植物碎屑，分离出泥沙，过滤水再循环使用，至COD值达到一定数值后，再送厌氧处理产沼气并净化为天然气，植物碎屑主要是叶、髓部分，用于生产有机肥料；热水抽提洗涤除砂步骤具体为：秸秆物料送入热水抽提洗涤除砂步骤；使水溶性物质溶解，并将洗涤水中的泥沙分离出来，输送出系统，抽提洗涤水循环使用至一定COD值，过滤出植物碎屑，用于生产有机肥料；过滤水分别送厌氧处理系统和回用至水膜除尘步骤做为喷淋水使用；使用蔗渣、甜高粱秸秆等挤压破碎后的物料为原料，可以直接进入热水抽提洗涤除砂步骤。连续蒸煮水解步骤具体为：直接对热水抽提洗涤除砂后的秸秆物料进行蒸煮水解；喷放接收步骤具体为：接收带有压力的喷放物料；多级逆流洗涤步骤具体为：来自喷放接收步骤的物料，通过多级逆流洗涤，将蒸煮过程中的溶解物和胶体物洗出，主要成分是半纤维素降解物、低分子量溶解物、胶体物、木质素和有机酸等，多级逆流洗涤水送厌氧处理产沼气并净化为天然气；高浓磨浆步骤具体为：洗涤后的物料，进行高浓磨浆，并调节ph值；纤维分级处理步骤具体为：使用回用水稀释高浓磨浆后的物料，并进行纤维分级处理；长纤维浓缩步骤具体为：脱除分级处理后长纤维组分多余的水分，脱除的水循环利用；长纤维熟化处理步骤具体为：将长纤维进行加热软化处理；长纤维磨浆步骤具体为：对熟化后的物料进行磨浆处理；长纤维生产瓦楞纸步骤为：使用磨浆后的长纤维生产瓦楞纸；瓦楞纸生产过程中的烘缸冷凝水，是干净的蒸汽冷凝水，收集用于发酵系统；细碎纤维浓缩步骤具体为：脱除分级处理后细碎纤维组分多余的水分，脱除的水循环利用；细碎纤维酶解发酵蒸馏生产纤维素乙醇，废醪渣料生产颗粒燃料步骤具体为：浓缩后的细碎纤维组分，进行酶解、发酵、蒸馏生产纤维素乙醇，废醪渣料可生产颗粒燃料，也可用于生产有机肥，还可以掺入长纤维组分用于生产瓦楞纸；高浓度废水厌氧处理、好氧处理、污泥浓缩、水封闭循环、沼气净化为天然气、植物碎屑生产有机肥步骤具体为：高浓废水进行厌氧处理，生产沼气并净化为天然气；经厌氧处理后的废水，再经过好氧处理，与部分低浓废水一起在系统内封闭循环使用；厌氧处理和好氧处理的浓缩污泥、气浮浮渣、植物碎屑、还可使用废醪渣料，用于混合发酵生产有机肥。3.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘同林，刘笑辰，朱晨杰，
申请(专利权)人：刘同林，
类型：发明
国别省市：山东,37