一种联产生物基水溶肥的酸法制浆新工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种联产生物基水溶肥的酸法制浆新工艺，该酸法新工艺是用强酸催化的低浓度亚硫酸氢钙作为拆分剂制浆，可显著提高对植物原料的软化能力和浆得率，大幅降低制浆温度和压力，浆料白度更高，同时联产木质素磺酸钙水溶肥。该新工艺在创造性上实现了显著节能降耗高得率制浆的同时，可生产增产提质效果显著的多功能生物基水溶肥，很好破解了秸秆难利用和毛竹等原料难制浆的问题，拓展了制浆原料范围，可推动植物原料的全价高值化利用，大幅降低制浆及水溶肥生产成本。低制浆及水溶肥生产成本。低制浆及水溶肥生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种联产生物基水溶肥的酸法制浆新工艺


[0001]本技术属于生物质深加工与应用领域，涉及制浆造纸、新材料及水溶肥等广泛领域，具体的涉及一种联产生物基水溶肥的酸法制浆新工艺。

技术介绍

[0002]生物质规模化、低成本加工及全价利用是人类社会发展的根本方向，制浆造纸和生物基材料是符合可持续发展战略要求的具有巨大发展潜力的国民经济基础产业。
[0003]中国纸品的浆年用量超过1亿吨，由于森林禁伐、生态环境保护使制浆原料和生产受限，导致目前原浆产能不足2000万吨/年。废纸再生虽然是造纸原料的主要途径，但存在浆回收率仅70％左右，回收浆质量和安全性差，回收加工过程及产品存在严重二次污染等问题。我国2021年1月1日已全面禁止废纸进口，全面收紧的限废令使造纸行业的浆原料供应出现了巨大缺口，制浆造纸行业面临多重挑战，许多制浆造纸厂由于原料无法保证，不能达标，能耗大、成本高等原因被迫大量关闭。显然，因地制宜大力发展非木材原料的清洁制浆及生物质全价利用技术，可以更好实施产业链自主可控和乡村振兴战略，可以有力推动有“白色冶金”之誉的万亿级绿色制浆造纸及新材料产业的快速发展。显然，开发和充分利用秸秆、加工剩余物、竹子、芦竹、芦苇等丰富的生物质原料，创新清洁制浆生产工艺，实现“木材替代”和生态发展意义重大。
[0004]竹子是生长最快的植物之一，特别是人工培育的超级芦竹和优势牧草的干基产量可达5吨/亩以上，是具生态修复和“碳中和”巨大价值的优势资源型植物，秸秆制浆由于浓缩结垢导致碱回收困难，各地常见的主要竹种
‑
毛竹由于竹材粗壮致密成浆困难。显然，开发可破解上述难题，克服制浆造纸行业的技术瓶颈，可广泛适用于各种植物原料(包括难成浆的毛竹、最有生态修复价值和生长优势并能机械化收割的资源型植物——芦竹和“绿洲一号”菌草及秸秆等原料)的全价和低成本利用，高得率生产高品质本色浆料的清洁制浆工艺，就是具有“颠覆性”的可以解决行业痛点的生物质分拆解聚技术，也是发展生物基产业链的重点、亮点和支点。

技术实现思路

[0005]我们在研究中发现，亚硫酸钙的溶度积为3.1
×
10
‑7(25℃)，比硫酸钙4.93
×
10
‑5(25℃)低二个数量级；而亚硫酸氢钙却极易溶于水，水溶液的pH可在3
‑
5范围内调节，而亚硫酸溶液的pH在2.5左右，其酸性可以很好地中和木质素盐沉淀出木质素。基于亚硫酸氢钙的低成本，易水溶，具有酸性，并且二价钙离子具有较大体积能够有效结合并中和负离子的静电排斥作用的特点，我们推测其有可能在较低温度、较短时间和较少用量下通过酸催化作用对木质素分子结构中的双键进行加成，借助体积较大的钙离子对中间产物磺酸基的结合能力可以降低磺酸基负离子间的静电排斥作用，维持亚硫酸钙对木质素大分子的持续加成磺化，可以克服中性或碱性条件下亚硫酸钙无法水溶，可溶性的亚硫酸钠、钾、铵盐需要更大用量、更高温度和更长时间下并且活性差，浆料颜色太深等不足，有效避免水解和聚合
副反应。有可能开辟通过植物原料在弱酸性条件下加成磺化实现植物原料分拆解聚，低成本高得率获得本色浆料的新途径。
[0006]本研发团队针对以上技术及原理分析，通过大量实验摸索和工艺优化，成功开发了一种联产生物基水溶肥的酸法制浆新工艺。酸法制浆新工艺采用亚硫酸氢钙与其用量五分之一左右具有催化促进作用的硫酸作为拆分剂，实现了对包括毛竹等难制浆原料在内的所有植物原料的有效软化，大幅降低了拆分剂用量、降低制浆中的蒸煮温度和蒸煮压力，显著提高了浆料的品质、得率和白度，并同时可联产木质素磺酸钙水溶肥。
[0007]具体的，本专利技术提供了一种联产生物基水溶肥的酸法制浆新工艺，酸法制浆新工艺为：采用强酸催化的低用量亚硫酸氢钙作为拆分剂在较低的浸泡及蒸煮温度和压力下对各种植物原料进行软化制浆，强酸催化的低用量亚硫酸氢钙能够显著提升对难制浆的各种植物原料的软化能力，大幅提高浆料得率和白度，同时能够联产包含木质素磺酸钙的水溶肥产品。
[0008]优选的，所述强酸为硫酸或硫酸溶液，所述低用量亚硫酸氢钙是指亚硫酸氢钙的用量为植物原料绝干质量的5％
‑
20％。
[0009]优选的，上述酸法制浆新工艺中，所述新工艺为：植物原料绝干质量与亚硫酸氢钙溶液的固液比为1∶3
‑
10，亚硫酸氢钙溶液中亚硫酸氢钙的用量为植物原料绝干质量的5％
‑
20％，亚硫酸氢钙溶液用硫酸或硫酸溶液调节pH值为1
‑
5，浸泡及蒸煮温度为80
‑
130℃，蒸煮时间为2
‑
6h，然后进行搓揉、磨浆、过滤、洗涤、过滤得到本色浆料。
[0010]优选的，上述酸法制浆新工艺中，所述亚硫酸氢钙溶液中亚硫酸氢钙的用量为植物原料绝干质量的10％左右，亚硫酸氢钙溶液中亚硫酸氢钙浓度为2％左右，亚硫酸氢钙溶液用硫酸或硫酸溶液调节pH值为1.5左右，浸泡及蒸煮温度为100
‑
130℃，蒸煮时间为3小时左右。
[0011]优选的，上述酸法制浆新工艺中，所述所述“左右”是指本领域技术人员能够理解的小幅度变化范围，例如用量10％左右为用量9
‑
11％；浓度为2％左右为浓度为1.5
‑
2.5％；pH值为1.5左右为pH值为1.3
‑
1.7，3小时左右为2.5
‑
3.5小时。
[0012]优选的，上述酸法制浆新工艺中，所述磨浆后的物料中添加0.5wt％
‑
10wt％的硫酸铝，添加硫酸铝可显著增加浆料强度，提高得浆率，包括难成浆的毛竹在内的各种植物原料的风干本色浆料得率为75％
‑
95％。
[0013]研究发现，酸法浆料与碱法浆料混合抄纸或在磨浆后的物料中添加一定量的硫酸铝都可显著增加浆料强度，达到化学浆品质要求；按本方法制浆，植物原料不同浆得率和品质虽存在差异，但能使包括难成浆的毛竹在内的各种植物原料的风干本色浆料得率提高。
[0014]上述酸法制浆新工艺可以实现显著节能降耗和高得率制浆，可根据需要联产多功能生物基水溶肥，并很好破解秸秆高附加值利用和毛竹等原料难制浆问题，大大拓展制浆原料范围，促进植物原料的全价高附加值利用，可大幅降低本色浆料及水溶肥的生产成本。上述酸法制浆新工艺中，所述强酸催化的低用量亚硫酸氢钙拆分剂不但水溶性好，而且来源广泛，廉价安全，可巧借碱法工艺再生的亚硫酸钙副产物进行转化，进一步节能降耗和大幅降低酸法工艺生产成本；特别是可以利用二氧化硫及脱硫灰等工业三废作为原料，产品生产成本低，绿色安全。
[0015]优选的，上述酸法制浆新工艺中，亚硫酸氢钙原料通过二氧化硫与石灰石、石灰、
熟石灰、电石渣、半干法脱硫得到的脱硫灰中的亚硫酸钙，或湿法脱硫石膏转化的亚硫酸钙反应制备得到，其中二氧化硫通过燃煤锅炉烟道气净化、硫磺燃烧及各种途径的脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、天然石本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种联产生物基水溶肥的酸法制浆新工艺，酸法制浆新工艺为：采用强酸催化的低用量亚硫酸氢钙作为拆分剂在较低的制浆温度和压力下对各种植物原料进行软化制浆，强酸催化的低用量亚硫酸氢钙能够显著提升对难制浆的各种植物原料的软化能力，大幅提高浆料得率和白度，同时联产包含木质素磺酸钙的水溶肥产品。2.根据权利要求1所述的酸法制浆新工艺，其特征在于低用量亚硫酸氢钙是指亚硫酸氢钙的用量为植物原料绝干质量的5％
‑
20％，植物原料绝干质量与亚硫酸氢钙溶液的固液比为1∶3
‑
10，亚硫酸氢钙溶液中亚硫酸氢钙的用量为植物原料绝干质量的5％
‑
20％，亚硫酸氢钙溶液用硫酸或硫酸溶液调节pH值为1
‑
5，浸泡及蒸煮温度为80
‑
130℃，蒸煮时间为2
‑
6h，然后进行搓揉、磨浆、过滤、洗涤、过滤得到本色浆料。3.根据权利要求2所述的酸法制浆新工艺，其特征在于亚硫酸氢钙溶液中亚硫酸氢钙的用量为植物原料绝干质量的10％左右，亚硫酸氢钙溶液中亚硫酸氢钙浓度为2％左右，亚硫酸氢钙溶液用硫酸或硫酸溶液调节pH值为1.5左右，浸泡及蒸煮温度为100
‑
130℃，蒸煮时间为3小时左右，优选的，所述亚硫酸氢钙的制备方法为：石灰、石灰石或亚硫酸钙通入二氧化硫转化为水溶性亚硫酸氢钙。4.根据权利要求2所述的酸法制浆新工艺，其特征在于在磨浆后的物料中添加0.5wt％
‑
10wt％的硫酸铝，添加硫酸铝可显著增加浆料强度；优选的，所述植物原料为毛竹，添加硫酸铝后毛竹制备本色浆料的风干本色浆料得率为75％
‑
95％。5.根据权利要求1所述的酸法制浆新工艺，其特征在于所述植物原料为毛竹、菌草、秸秆、芦竹、或芦苇中的一种或多种，优选的，植物原料为经过预压裂的块状原料，特别优选的，所述毛竹为高强度致密毛竹，其通过压裂和机械分丝增加拆分剂的渗透和可及度，减少拆分剂用量和制浆时间。6.根据权利要求1所述的酸法制浆新工艺，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹应武，吴承祯，蔡成伟，郑文德，赵升云，张海双，李正名，赵玉芬，
申请(专利权)人：北京紫光英力化工技术有限公司厦门大学，
类型：发明
国别省市：