一种秸秆综合利用的方法技术

本发明专利技术公开了一种秸秆综合利用的方法，包括以下步骤：一、生产纸产品：（1）秸秆切断；（2）干法除尘；（3）热水抽提逆流洗涤除沙；（4）蒸煮水解；（5）喷放接收；（6）多级逆流洗涤；（7）高浓磨浆；（8）低浓磨浆；（9）造纸。二、生产天然气：（1）厌氧处理；（2）好氧处理；（3）沼气净化；三、生产有机肥：（1）步骤一中干法除尘产生的碎屑以及热水抽提逆流洗涤水滤出的植物碎屑，还有来自多级逆流洗涤水固液分离出的固态物，用于发酵生产有机肥料；（2）步骤二中厌氧处理和好氧处理生产的浓缩污泥，以及气浮浮渣和植物碎屑混合，发酵生产有机肥。本发明专利技术提供的一种秸秆综合利用的方法，环境友好，过程废水资源化利用，可提高我国自产浆料的能力，缓解我国纤维原料缺乏的难题，又可以有效利用农作物秸秆，并增加农业收入。

A method of comprehensive utilization of straw

【技术实现步骤摘要】
一种秸秆综合利用的方法
本专利技术涉及制浆造纸
，具体说是一种秸秆综合利用的方法。
技术介绍
近现代以来，由于我国木材资源相对匮乏，在自制浆的生产中，植物秸秆原料曾占有较大比重，主要采用碱法制浆或亚硫酸盐法制浆，包括漂白技术，基本都是在借鉴木材制浆造纸技术的基础上发展起来的；秸秆与木材相比，无论组织结构还是化学组分，都有较大差别，秸秆类原料蒸煮黑液灰分含量高、粘度大，浆料滤水性差，黑液提取率和蒸发效率远不如木材原料，导致碱回收率低、水处理成本高、整体效益低，自上世纪90年代以来，已大部分逐步关停；目前，制浆企业基本使用木片为原料，技术成熟，效益良好，但由于我国缺乏可采伐的成熟林，大型制浆厂木片原料基本依赖进口，而且我国也是世界上最大的木浆进口国和最大的废纸净进口国。以工业包装纸为例，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%；主要原料是废纸，进口量2572万吨，使我国成为世界废纸进口第一大国；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。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，解决我国自产纤维浆料问题，可减少对进口废纸、木浆和木片的严重依赖，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。同时，农作物秸秆的合理利用，也是急需突破的难题。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。韧皮类（以构树皮、檀树皮和黄麻为例）原料的组分，灰分3-6%；冷水抽出物6-9%；热水抽出物达11-21%；1%氢氧化钠抽出物30-36%；多戊糖5-11%；纤维素40-65%；木素含量10-12%；果胶含量1-9%。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。根据现代制浆理论，制浆过程的主要目标是脱除木素，手段有热力、压力、化学品、机械力、微生物等作用，都要求尽量脱除木素，保留纤维素和半纤维素；木材制浆是世界主流趋势，理论、技术、装备的发展，也是围绕以木材原料为基础进行的；由于秸秆原料组织结构和化学组分与木材的巨大差距，借鉴现代木材制浆技术发展起来的秸秆制浆技术，整体技术上的不适应性已严重制约了秸秆制浆造纸企业的发展，以秸秆为原料的制浆造纸企业已逐渐式微，并逐步退出市场。造纸术，是我国的四大专利技术之一，对世界文明进步做出了巨大贡献，西汉时期我国已经开始生产书写用纸，至东汉时期，经过蔡伦对制浆造纸技术的系统改造专利技术，形成了系统完整的古造纸法，就是利用树皮、碎布(麻布)、麻头、鱼网等为原料，经过原料切割、浸泡洗涤、浸渍石灰水、蒸煮、舂捣打浆、抄纸，最后晾干成纸；包括后来的宣纸等高级书画用纸，都是在这种技术的基础上发展起来的，至宋代，原料扩展至竹子、麦草、稻草等，又经过元、明、清数百年的发展，到清代中期，我国手工制浆造纸已相当发达。有研究认为，约90%的木素与碳水化合物复合体（纤维素和半纤维素混合物，简称LCC）有化学键连接，连接键的92%是与木聚糖和葡甘露聚糖（半纤维素）的化学键合作用，只有约8%是与纤维素之间的化学键连接；也就是说，溶出热水抽提物，最高可解除木素大约10%的化学键作用；半纤维素降解溶出，可解除木素与半纤维素的键合作用，最高可使木素剩余90%化学键中的92%解除；也就是可以分离出93%以上的木素。古法制浆造纸中，主要原料是秸秆和韧皮类植物，典型特征就是热水抽出物达11-29%，与速生阔叶木材热水抽出物的1.6-3.5%相比，差别巨大；古法制浆中，先经过浸泡洗涤，实际去除了2.5-9%的冷水抽出物；石灰水是弱碱性的，浸渍只能去除少部分低分子量木质素；蒸煮相当于热水抽提洗涤过程，使11-29%热水抽出物去除，物料结构变的更加多孔疏松，物料中纤维素的占比大幅度提高；其中的浸泡洗涤过程长达数月至一年，使大量半纤维素缓慢降解，而木素主要与半纤维素有化学键连接，再通过舂捣打浆等外力作用，可将木素与纤维分离，并使纤维束分丝帚化，最终抄造出靓丽的手工宣纸等纸产品。古法造纸产品可数百年甚至千年保存也不变质，最重要的原因是其中的半纤维素去除率极高，纸成品中半纤维素含量很少；这些优点是用现代制浆造纸技术生产的产品无法达到的。使用现代制浆方法处理秸秆原料，要求尽量保留纤维素和半纤维素；加入化学品使木素降解溶出的过程中，大量的热水抽出物、1%氢氧化钠抽出物随之溶出进入蒸煮液，不仅使蒸煮液粘度增加，物料收率降低、而且消耗大量的化学品；秸秆原料的化学组分和结构特性，使秸秆制浆采用以木材为原料发展起来的现代制浆技术具有很大的不适应性。秸秆原料热水抽提后，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溶出；剩余物料组分集中于纤维素、半纤维素和木素，物料孔隙率增加，纤维润涨更好，结构更疏松；在不加化学品的高温蒸煮水解处理过程中，秸秆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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种秸秆综合利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n一、生产纸产品：/n（1）秸秆切断：将秸秆物料切成30-50mm且合格率在70%以上的秸秆碎片，并将秸秆碎片送入干法除尘机中；/n（2）干法除尘：秸秆碎片在干法除尘机内松散翻转，将秸秆碎片上粘附的泥沙、部分叶、穗、髓等碎屑通过筛孔孔径为3-10mm的筛子筛出，泥沙排除，碎屑留用；/n（3）热水抽提逆流洗涤除沙：秸秆物料进入热水抽提逆流洗涤除沙步骤，使热水溶解性物质溶出，并将热水抽提逆流洗涤水中的泥沙分离出来，洗涤时间2-180min，抽提逆流洗涤水温35-100℃，抽提洗涤物料含量2-15%，抽提逆流洗涤水送厌氧处理系统；/n（4）蒸煮水解：对经过热水抽提逆流洗涤除沙的秸秆物料进行蒸煮水解，蒸煮液为普通的工业用水，蒸煮水解料水比1:2.5-15，蒸煮温度143-206℃，蒸煮压力0.3-1.7Mpa，蒸煮时间5-60min，蒸煮全过程不加任何化学品；/n（5）喷放接收：接收带有压力的喷放物料，将接收的喷放物料浓度稀释至2-15%；/n（6）多级逆流洗涤：来自步骤（5）的物料，进行多级逆流洗涤，将蒸煮水解过程中产生的溶解物、胶体物和细小颗粒物洗出，多级逆流洗涤水固液分离后，与步骤（3）中产生的抽提逆流洗涤水混合形成高浓废水，进入厌氧处理系统；/n（7）高浓磨浆：经步骤（6）处理后的物料，进行高浓磨浆处理；/n（8）低浓磨浆：待步骤（7）完成后，再将物料进行低浓磨浆处理，磨浆至抄纸所需的要求；/n（9）造纸：使用磨浆后的浆料根据不同的要求，生产各种纸产品。/n二、生产天然气：/n（1）厌氧处理：高浓废水先进行厌氧处理，生产沼气，也可以将沼气直接引入锅炉燃烧，在此过程中产生的污泥进行浓缩处理；/n（2）好氧处理：经厌氧处理后的废水，再经过好氧处理，在系统内封闭循环使用，在此过程中产生的污泥进行浓缩处理；/n（3）沼气净化：将厌氧处理生产的沼气净化为天然气。/n三、生产有机肥：/n（1）步骤一中干法除尘产生的碎屑以及热水抽提逆流洗涤水滤出的植物碎屑，还有来自多级逆流洗涤水固液分离出的固态物，用于发酵生产有机肥料；/n（2）步骤二中厌氧处理和好氧处理生产的浓缩污泥，以及气浮浮渣和植物碎屑混合，发酵生产有机肥。/n...

【技术特征摘要】
1.一种秸秆综合利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、生产纸产品：
（1）秸秆切断：将秸秆物料切成30-50mm且合格率在70%以上的秸秆碎片，并将秸秆碎片送入干法除尘机中；
（2）干法除尘：秸秆碎片在干法除尘机内松散翻转，将秸秆碎片上粘附的泥沙、部分叶、穗、髓等碎屑通过筛孔孔径为3-10mm的筛子筛出，泥沙排除，碎屑留用；
（3）热水抽提逆流洗涤除沙：秸秆物料进入热水抽提逆流洗涤除沙步骤，使热水溶解性物质溶出，并将热水抽提逆流洗涤水中的泥沙分离出来，洗涤时间2-180min，抽提逆流洗涤水温35-100℃，抽提洗涤物料含量2-15%，抽提逆流洗涤水送厌氧处理系统；
（4）蒸煮水解：对经过热水抽提逆流洗涤除沙的秸秆物料进行蒸煮水解，蒸煮液为普通的工业用水，蒸煮水解料水比1:2.5-15，蒸煮温度143-206℃，蒸煮压力0.3-1.7Mpa，蒸煮时间5-60min，蒸煮全过程不加任何化学品；
（5）喷放接收：接收带有压力的喷放物料，将接收的喷放物料浓度稀释至2-15%；
（6）多级逆流洗涤：来自步骤（5）的物料，进行多级逆流洗涤，将蒸煮水解过程中产生的溶解物、胶体物和细小颗粒物洗出，多级逆流洗涤水固液分离后，与步骤（3）中产生的抽提逆流洗涤水混合形成高浓废水，进入厌氧处理系统；
（7）高浓磨浆：经步骤（6）处理后的物料，进行高浓磨浆处理；
（8）低浓磨浆：待步骤（7）完成后，再将物料进行低浓磨浆处理，磨浆至抄纸所需的要求；
（9）造纸：使用磨浆后的浆料根据不同的要求，生产各种纸产品。
二、生产天然气：

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