用于获得纤维素纤维的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于从纤维生物质(10)获得纤维素纤维的方法，其中：首先在热压水解设备(100)中对生物质(10)进行热压水解，优选利用蒸汽爆破，然后在至少一个分离设备(300、300A、300B、300C、300D)中对从热压水解设备(100)获得的纤维污泥(20)进行分离，其中获得了优选具有大于20％，优选大于25％的干物质含量的纤维素纤维的压滤饼(30)，以及可流动的、富含固体的稀污泥的滤液(40、40A、40B、40C、40D、40E、40F、41、41A)，并且其中所述稀污泥作为发酵底物被进料至沼气设备(2000)以获得沼气。本发明专利技术还涉及一种用于实施该方法的设备(1000)。(1000)。(1000)。

Methods and equipment for obtaining cellulose fibers

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于获得纤维素纤维的方法和设备
[0001]本专利技术涉及用于从纤维生物质中获得纤维素纤维的方法，以及相关设备。
[0002]为了生产作为纸制品的主要成分的纸浆，根据原产地和地点，在热带木材种植园中使用肥料、除草剂、杀虫剂、杀真菌剂和杀蚁剂的生长了至少7年的木材(热带纸浆生产)或在天然林中生长了60至120年的木材(温带地区的纸浆生产)被通过合适的收割机收获并剥去树枝，因此使用大量能量。
[0003]被切割成一定长度并部分去皮的原木然后被运送到纸浆厂，其通常最远达250km。
[0004]在现代纸浆厂中，通常需要约2.5吨木材才能生产一吨纸浆。使用大量能量，将通常呈原木形式的材料切成木片。木片从木场运输到一个罐子，其中它们通常用蒸汽和碱浸渍以进行进一步加工。
[0005]浸渍后，通常将木片转移到连续消化器中。在这个消化器中，木质素在化学/热制浆过程中通过压力、温度和白液(氢氧化钠和硫化钠)溶解，以暴露纸浆纤维。所获得的粗纤维然后作为未漂白的、尚未充分细碎的纸浆存在，然后对其进行各种清洁和洗涤步骤以除去杂质。产生的洗液(也称为黑液)代表了严重的环境负担，需要在流出物处理中采取复杂的技术措施，包括浓缩液的焚烧。
[0006]除了未溶解的和/或矿物成分诸如磷酸盐和硅酸盐外，这些待除去的杂质特别地还包括有机物质，诸如作为溶解的糖存在的半纤维素，以及木质素。在常规的流出物处理过程中，有机物被矿化，并且矿物质被转化为非反应性、无害的物质。清洁的流出物然后排放到水体中，并且有机残余物被燃烧。
[0007]未漂白的纸浆可以在不同的漂白工艺中进行漂白，现在大多数都是无氯的。根据等级要求，成品纸浆直接运输到造纸机进行一体化纸生产，或在卷筒纸干燥机或闪蒸干燥机中干燥，以便以捆或卷运输。
[0008]因此，这种生产纸浆的成熟方法需要大量投入昂贵的生长缓慢的原材料、化学品和能源。
[0009]因此，本专利技术的目的是提供一种替代的生产纸浆的方法，该方法是环境友好的、可持续的、节能的并且同时是经济的。
[0010]根据本专利技术，该目的通过引言中所述类型的方法实现，其中首先在热压水解设备中对生物质的纤维进行热压水解，优选利用蒸汽爆破，然后在至少一个分离设备中进行从所述热压水解设备获得的纤维污泥的分离，其中获得了优选地具有大于20％的干物质含量的由纤维素纤维形成的压滤饼，以及由可流动、高固体的稀污泥形成的滤液，并且其中将所述稀污泥作为发酵底物进料至沼气设备以获得沼气。
[0011]根据本专利技术，优选地提供了，纤维生物质首先通过热压水解利用蒸汽爆破制浆。纸浆纤维在该方法步骤期间以类似于根据现有技术用白液然后用黑液消化木片的方式爆破。热压水解和随后的蒸汽爆破本身已在由能源作物生产发酵底物中得到证明，其中这些发酵底物随后在沼气设备中通过厌氧发酵转化为沼气。一种这样的方法可以例如在EP 2 177 280 B1中找到。
[0012]通过厌氧发酵从植物生物质中产生沼气是一项成熟的技术。用于此的原材料主要
是所谓的能源作物，通常是青贮饲料的形式。这些原材料包含不同比例的由木质纤维素键组成的纤维材料，这些纤维材料在沼气设备中难以分解。因此，来自发酵的残余物仍然包含很大比例的稳定的纤维材料，这些纤维材料在发酵过程中排出后被处理掉，而不用于能源。
[0013]生物质中的这些稳定纤维的比例越大，发酵的成功率和因此的经济效率就越低。因此，大多数沼气设备仅使用具有相对低的纤维含量的作物，诸如玉米，但这些作物的精耕细作成本高昂，而且从生态学的角度来看并非没有争议。一般来说，基于能源作物的沼气设备面临着越来越大的压力，特别是因为生产优选原材料的成本正在增加，而基于国家补贴关税的收入是有时间限制的，或甚至在某些模型中是递减的。
[0014]在这种情况下，沼气设备的经营者很难使用更环保的替代生物质来源，因为这些生物质来源通常具有较低的每公顷产量，同时具有比来自能源作物的普通青贮饲料更高的纤维含量。
[0015]使用合适的技术，特别是利用蒸汽爆破的热压水解，使得沼气设备可以使用木质(即含木质纤维素)原材料作为能源作物的替代品，因为在通过热压水解处理后，这些可以高效率地发酵并转化为沼气。
[0016]然而，迄今为止，这种卓越的技术仅在沼气设备技术中的个别案例中得到确立，因为它需要高投资和增加的运营成本。在关税补贴饲料到期和缺乏其他激励措施的背景下，需要具有更高附加值的优化流程。
[0017]申请人的研究现已表明，已知的热压水解方法本身适合作为生产纸浆的第一个方法步骤，其中根据本专利技术，在该第一个方法步骤中获得的纤维污泥仍被机械分离成纤维素纤维和稀污泥形式的滤液。因此，根据本专利技术的方法使得可以在不使用对环境有害的化学品且能耗较低的情况下由富含纤维的生物质生产纸浆，其中生物质可以选自大量不同的植物材料。在本公开的上下文中，术语“纸浆”将被理解为是指通过热压水解和清洁从生物质获得的纤维饼，其中使用的生物质可以不仅是木材，还可以是任何合适的作物或作物残余物。
[0018]同时，产生了适合在沼气设备产生能量的发酵底物。在根据本专利技术的方法中以稀污泥形式从纤维中分离出的杂质包含很大比例的可用于沼气设备中的能量的生物质。研究揭示了超过60％的比例的可用能源潜力。为了避免长途运输路线，特别优选该沼气设备位于纸浆生产设备附近，其中在沼气设备中获得的沼气有利地用作根据本专利技术的方法的能源。
[0019]在适当的调节(切碎、青贮等)之后，将优选作为大田作物或副产品在区域内生产的生物质首先在升高的压力和升高的温度下进行预处理(热压水解，优选利用蒸汽爆破)，即在沼气设备的现场或附近。紧接着，经处理的产物被分离成经加工的纤维级分(纤维素)，其用作造纸的原材料，以及高污染子流，其用作沼气设备中的发酵底物。
[0020]发酵残余物作为沼气生产的残余产物出现，并且除了矿物和发酵底物的有机残余物外，还包含矿物肥料成分(氮、磷、钾、微量元素)和高浓度的木质素，木质素在发酵过程是惰性的。作为可持续农业的一部分，来自沼气设备的这些富含营养的发酵残余物作为肥料返回到种植植物基原材料的地区，从而还特别实现腐殖质平衡的改善。
[0021]通过将所述纤维处理与沼气设备相结合，实现了许多有利效果：
[0022]·
由于纤维制浆不是造纸厂进行的，那里随后的分离过程中产生的稀污泥必须作
为流出物处置或处理，所以纸生产的生态平衡显著改善。
[0023]·
此外，由于提取原材料的区域路径(其中原材料种植和纸浆生产在本地进行)以及将最终产品(压缩纸浆纤维)而不是体积大得多的原材料(生物质)运输到例如尽可能靠近的造纸厂，所以运输成本显著降低。
[0024]·
使用区域获得的纸浆也减少了使用从海外进口的纸浆，例如从人工种植的木材中生产的纸浆。
[0025]·
通过有针对性地将木质素返回农业种植区，由于其对腐殖质的影响，土壤的肥力得以保持甚至改善，从而使集约化且可持续的农业原材料生产成为可能。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于从纤维生物质(10)获得纤维素纤维的方法，其特征在于，首先在热压水解设备(100)中对所述生物质(10)进行热压水解，优选利用蒸汽爆破，然后在至少一个分离设备(300、300A、300B、300C、300D)中进行从所述热压水解设备(100)获得的纤维污泥(20)的分离，其中获得了优选地具有大于20％，优选大于25％的干物质含量的由纤维素纤维形成的压滤饼(30)，以及由可流动、高固体的稀污泥形成的滤液(40、40A、40B、40C、40D、40E、40F、41、41A)，并且其中将所述稀污泥作为发酵底物进料至沼气设备(2000)以获得沼气。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将在所述热压水解之后获得的所述纤维污泥(20)在分散单元(900)中分散，优选在温度T≥60℃下。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将在所述热压水解之后获得的所述纤维污泥(20)在后续步骤中调节至干物质含量优选为3％至20％，特别优选3％至10％，其中该调节优选在舂捣罐(400)中进行，并且然后在至少一个分离设备(300、300A、300B、300C、300D)中进行捣碎的纤维污泥(31)的分离。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述至少一个分离设备(300、300A、300B、300C、300D)中的所述分离之前，首先在至少一个粉碎机(500)中进行来自所述舂捣罐(400)的所述捣碎的纤维污泥(31)中的纤维束的纤维分离和/或纤维切碎，然后在所述至少一个分离设备(300、300A、300B、300C、300D)中进行所述纤维污泥的分离。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在来自所述热压水解设备(100)的所述纤维污泥(20)已经在至少一个第一分离设备(300、300A)中分离之后，将获得的压滤饼(30)进料至舂捣罐(400)以将干物质含量设定为优选3％至20％，特别优选3％至10％，和然后将捣碎的纤维污泥(31)进料至至少一个粉碎机(500)，以便获得包含在捣碎的纤维污泥(31)中的纤维束的纤维分离和/或纤维切碎，然后在至少一个第二分离设备(300B、300C、300D)中进行纤维污泥(31)的分离。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在所述至少一个粉碎机(500)中的所述纤维分离和/或纤维切碎重复至少一次，优选多次，其中所述纤维污泥(31、32)优选以循环过程在所述舂捣罐(400)和所述粉碎机(500)之间传送。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，将来自所述至少一个分离设备(300、300A、300B、300C、300D)的呈稀污泥形式的滤液(40、40A、40B、40C、40D、40E、40F、41、41A)作为发酵底物至少部分地进料至所述沼气设备(2000)。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，收集来自所述至少一个分离设备(300、300A、300B、300C、300D)的呈稀污泥形式的滤液(40、40A、40B、40C、40D、40E、40F、41、41A)并至少部分返回到工艺中，特别是进料至所述舂捣罐(400)和/或添加到所述至少一个分离设备(300、300A、300B、300C、300D)上游的所述纤维污泥(20)中。9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，将所述稀污泥收集在两个子级分(41C、41D)中，其中将具有较低固体含量的第一子级分(41C)返回到工艺中，而将较高固体级分(41D)作为发酵底物进料至所述沼气设备(2000)。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，对从所述至少一个分离设备(300、300A、300B、300C、300D)获得的所述压滤饼(30)进行稳定化步骤，特别是通过添加防腐化学品(70)和/或热处理，优选通过供应工艺热(80)。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，对从所述至少一个分离设
备(300、300A、300B、300C、300D)获得的所述压滤饼(30)在混合反应器(600)中进行进一步的清洁步骤，其中洗涤水(50A)与清洁的纤维饼(30)在另一分离设备(300D)中分离。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，收集所述洗涤水(50A)并且优选地进料至所述热压水解设备(100)上游或中的所述生物质(10)中，以调节水含量。13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，将从所述至少一个分离设备(300、300A、300B、300C、300D)获得的所述压滤饼(30)压实然后包装，以获得可储存、易于处理的捆包。14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，将来自所述至少一个分离设备(300、300A、300B、300C、300D)的呈稀污泥形式的滤液(40、40A、40B、40C、40D、40E、40F、41、41A)在进一步的处理步骤中,特别是在过滤装置中,分离成高固体、增稠的稠相(40B、41B、40E)和低固体滤液(40A、41A、40F)，其中所述稠相...

【专利技术属性】
技术研发人员：赫尔曼，
申请(专利权)人：莱尼希控股有限公司，
类型：发明
国别省市：