專利名稱：用竹加工廢棄物生產生物基天然氣聯(lián)產木質素、微晶纖維素的生產工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用生物材料生產生物質能源以及生產高分子材料的工藝方法。
背景技術：
我國有得天獨厚的竹材資源，竹林面積、活立竹蓄積量和竹年產量均居于世界前列。 我國有竹林面積約500萬hm2， 500余種。竹林主產區(qū)分布在湖南、福建、江西、浙江、安 徽、廣東、廣西等省區(qū)。到2000年，我國的竹林面積已達到500萬hm2，總蓄積量為1.3 億噸。計劃到2010年我國還將新增竹林面積120萬hm2，到時我國的竹林面積將超過600 萬hm2。
80年代初開始，為了緩解我國木材供需緊張的矛盾，人們提出了 "以竹代木"的設 想，從此開始了我國竹材工業(yè)化利用新的發(fā)展時期。經(jīng)過20多年的時間，我國的竹材 工業(yè)化利用規(guī)模從無到有，從小到大，迅速發(fā)展起來。今天我國的竹材加工工業(yè)已經(jīng)成 為國民經(jīng)濟中的一個新興產業(yè)，各種竹材產品正在國民經(jīng)濟建設和人們生活中發(fā)揮著越 來越重要的作用。
竹材加工的用途較多，消耗最大的如竹膠合板、竹纖維板、竹層壓板等產品。這些 產品對毛竹實際使用率不超過30%。也即竹材中有70%剩余物得不到充分的利用。每年 僅六安市采伐毛竹并就地加工的生物量可達32萬噸左右。這32萬噸竹子加工產生 70-80%的竹加工廢棄物，約22-25萬噸。這些廢棄物沒能得到應有的利用，未能產生應 有的價值?？梢?，六安市的竹加工廢棄物的資源量是很大的。
竹子加工的下腳料主要是竹枝、竹節(jié)、竹簧、竹屑等。這些材料的主要成分是纖維 素、半纖維素和木質素。目前已有將竹枝、竹節(jié)、竹簧等下腳料在經(jīng)過一定的加工處理 后，通過炭化、活化、干餾等工藝生產出竹炭、竹活性炭及竹醋液等系列產品；細竹條、 竹屑等可用來制造中密度纖維板、刨花板和竹材碎料復合板等竹質人造板產品；竹屑加 入一定的物質可直接加工成食用菌的培養(yǎng)基質，用于食用菌的生產。
但是，目前大部分竹加工廢棄物還是作為燃料的替代物燒鍋爐，其熱值低、粉塵大， 又對環(huán)境產生新的污染。
4由上述分析看出，竹加工廢棄物的利用率較低，利用層次較低，尚未有利用竹加工 廢棄物生產生物基天然氣的報道，也未見將竹加工廢棄物制取木質素和開發(fā)成微晶纖維 素制品的綜合利用報道。

發(fā)明內容
為了解決竹加工廢棄物的經(jīng)濟有效利用問題，本發(fā)明提供一種能耗低、無污染、投 資少的利用竹加工廢棄物生產生物基天然氣、木質素、微晶纖維素的生產工藝。
實現(xiàn)上述目的的技術方案是這樣的，利用竹加工廢棄物生產生物基天然氣、木質素 和微晶纖維素的生產工藝包括以下步驟
輛述竹加工廢棄物是指:毛竹、園竹等在加工成各種制品時的下腳料，包括竹枝、
竹節(jié)、竹葉、竹簧、竹屑、竹刨花、竹鋸末等，這些下腳料的主要成分是纖維素、半纖
維素和木質素，其水分含量為5-50%。
A、 脈沖汽爆預處理
將上述竹加工廢棄物裝滿汽爆機的爆腔，脈沖汽爆條件汽爆壓力1.5MP-4.0MP， 保壓時間為0.5 min -9min，得汽爆物；汽爆后，有70%以上的半纖維素被水解，大部 分纖維素被分離和膨化，這個預處理的工藝非常重要，為高效生產生物基天然氣以及聯(lián) 產木質素和微晶纖維素奠定了良好的基礎。
B、 汽爆物浸提分離
按汽爆物水=1 : 5 10重量比在汽瀑物中加水進行充分攪拌，浸出汽爆物中水溶 物，經(jīng)過離心或壓搾等方法分離浸提物，得固相物和液相物。
C、 液相物發(fā)酵產沼氣
(1) 將所得液相物用堿液調節(jié)其PH值為6. 5-7. 0，通過過濾器泵入?yún)捬醢l(fā)酵罐， 并加入液相物重量10% -20%的活性沼泥，進行厭氧發(fā)酵，厭氧發(fā)酵罐PH值控制在6. 5 一7.5之間，溫度為30-40'C;經(jīng)過12小時開始產沼氣；所產沼氣的組分為65%-75%的 甲烷，20%-25%的二氧化碳，其余為氫氣、硫化氫等其它的雜質；
(2) 沼氣脫硫
將上述方法所產沼氣采用天然氣脫硫裝置進行脫硫，得脫硫物；
(3) 脫硫物壓縮分離天然氣
將所得脫硫物輸入中壓壓縮機，在壓力7-8Mpa條件下，使二氧化碳液化，此時二氧化碳和甲烷自動分離，得生物基天然氣，所得生物基天然氣的技術指標符合GB 17820-1999天然氣技術指標。
D、 固相物堿處理
在所述固相物中加入3-5倍的堿液，在50°C-IOO'C的溫度蒸煮，時間為0.5-3.5 小時，得蒸煮物；離心或壓搾分離蒸煮物，得竹纖維素濾渣和黑液；所述堿液濃度為 1%-15%氫氧化鈉溶液；
E、 從黑液中分離木質素 第一種方法膜處理分離木質素
膜技術處理堿液(黑液)提取木質素采用膜處理技術將木質素、氫氧化鈉(NaOH) 及其它成分水液三者分離，將木質素部分噴霧干燥得木質素，堿液膜濃縮后循環(huán)再利用， 其它成分的水液可用發(fā)酵生產天然氣。
F、 酸水解得到微晶纖維素把D步驟中得到的固相物(堿渣，即竹纖維素)用3-10 倍體積5%-10%的鹽酸在50'C-10(TC條件下水解1-5小時，其纖維素水解達到平衡聚合 度后，可以通過離心、過濾等方法分離得到微晶纖維素粗品和酸液。酸液經(jīng)過膜濃縮回 收，達到循環(huán)利用。
G、 漂白把酸水解得到的微晶纖維素粗品經(jīng)過充分水洗后，按照微晶纖維素粗品 體積的1-5倍加入2%-5%的雙氧水，溫度30-8(TC進行漂白，或者用5%-10%的次氯酸鈉 溶液在30-60'C進行漂白，用白度儀檢測，直到白度達到90以上，分離收集即得到成品 微晶纖維素。
所述竹加工廢棄物為毛竹、園竹等在加工成各種制品時的下腳料，包括竹枝、竹 節(jié)、竹葉、竹簧、竹屑、竹刨花、竹鋸末，其水分含量為5-50%。 從黑液中分離木質素的另兩種方法如下
第二種方法乙酸法沉淀木質素。向堿液(黑液)中加入5%-10%的乙酸溶液中和其 中氫氧化鈉，再用5%-10%乙酸溶液調節(jié)使溶液pH值在1. 5-5. 5范圍沉降出木質素，將 沉降的木質素分離出來，殘液用于發(fā)酵產生物基天然氣。
第三種方法鹽酸法沉淀木質素。向堿液(黑液)中加入2%-10%的鹽酸溶液中和其 中氫氧化鈉，再用2%-10%的鹽酸溶液調節(jié)使溶液pH值在1. 5-5. 5范圍沉降出木質素， 將沉降的木質素分離出來，殘液用于發(fā)酵產生物基天然氣。本發(fā)明的有益技術效果體現(xiàn)在以下幾個方面
1、 將難以降解的竹加工廢棄物轉化成生物基天然氣，并聯(lián)產竹木質素、微晶纖維 素等產品，為竹加工廢棄物的資源化和高值化綜合利用探索了一條更有效更經(jīng)濟實用的 工藝路線。整個工藝無廢液和環(huán)境污染物產生，屬真正意義上的"綠色"生產工藝。
2、 采用了汽爆技術，環(huán)保、節(jié)能、無需浸泡、蒸煮、不需添加任何化學試劑，即 可將竹加工廢棄物爆碎，從而達到理想的預處理效果，實現(xiàn)將竹加工廢棄物進行厭氧發(fā) 酵產沼氣的目的，同時為聯(lián)產相關產品提供合適的原料保證。
3、 采用二相厭氧發(fā)酵技術，使得單位容積產氣率得到大幅提高。使得整個發(fā)酵系 統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)態(tài)運行，實現(xiàn)工業(yè)化的連續(xù)和穩(wěn)定產沼氣，從而能夠實現(xiàn)沼氣的能源化利用。
4、 從竹加工廢棄物中生產木質素和微晶纖維素，實現(xiàn)了廢物資源化利用。竹纖維
中甲種纖維素含量很高，可以作為竹再生纖維素、羧甲基纖維素、微晶纖維素的加工原 料，用途十分廣泛。生產的木質素則可替代石油基產品在橡膠等中的應用。
5、 本發(fā)明的應用不僅有很大的社會效益，還會產生很大的經(jīng)濟效益，使得企業(yè)在 生物質能源的轉化過程中會產生經(jīng)濟效益，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。這一點在目前的很多生物 質能源生產企業(yè)中很難做的到。


圖l為本發(fā)明工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步地說明。 實施例1:
參見圖1，利用竹加工廢棄物生產生物基天然氣、木質素和微晶纖維素的生產工藝 包括下列操作步驟
A、 汽爆預處理
取100kg竹刨花分次裝滿汽爆機的爆腔，脈沖汽爆條件在1.5MPa的壓力下保壓 9min，得汽爆物；
B、 汽爆物浸提分離
按汽爆物水=1 : 5的重量比，在汽瀑物中加入水進行充分攪拌，經(jīng)過離心或壓榨 分離取得固相物和液相物；C、 液相物采用厭氧發(fā)酵產沼氣
用堿液調節(jié)其pH值為7. 0后分別泵入3個產甲垸罐，再加入20%的沼泥，進行厭氧 發(fā)酵。第2天開始產氣，初期日產氣量50-60L，以后逐日增加，高峰時每天產氣1.2— 2.0m3，然后逐日降低。在產氣期間，每天檢測產氣罐料液的酸堿度，當其pH值大于7.5 時，就補充泵入酸液，使其pH下降至6.5，便于產甲垸菌的連續(xù)產氣活動。經(jīng)過10天 產酸結束，約42天產氣結束，總產氣量約18.6m3。氣體的成分甲垸占68. 1%、 二氧化碳 占27.4%，其余為雜質氣體。
D、 固相物堿處理
在所述固相物中加入3倍的氫氧化鈉(NaOH)堿液，濃度為15%,在溫度50'C蒸煮， 時間為0.5小時，得堿煮物；冷卻后離心分離堿煮物得到約500kg黑液和約210kg竹纖 維素濾渣。
E、 從黑液中分離木質素
黑液用管膜濾除懸浮物后再用納膜濃縮，除去水份和堿性物質，得到的濃液進行噴 霧干燥，分離出木質素17kg，黑液中的堿濃縮回收利用。
F、 酸水解得微晶纖維素
取竹纖維素濾渣100kg,加入3倍體積10%的鹽酸，在溫度IO(TC條件下，煮1小時， 再通過離心、過濾，分離得到微晶纖維素粗品和酸液，酸液用膜濃縮回收重復利用。
G、 漂白
微晶纖維素粗品用2%-5%的雙氧水在溫度30-8(TC進行漂白，用白度儀檢測，當白 度達到90以上，分離收集即得到成品微晶纖維素55kg。 實施例2:
取100kg竹屑或竹鋸末分次裝滿汽爆機的爆腔，在4.0MPa的壓力下保壓0.5min (30s)后，進行脈沖汽爆，得汽爆物；按汽爆物水=1 : 10的重量比，在汽瀑物中加 入水進行充分攪拌，經(jīng)過離心或壓榨分離取得固相物和液相物。液相物用于厭氧發(fā)酵生 產沼氣同實施例l。固相物加入3倍體積質量分數(shù)1%的氫氧化鈉溶液，在溫度10(TC煮 3.5小時，得蒸煮物；冷卻蒸煮物后離心分離得到約500kg黑液和約210kg竹纖維素濾 渣。黑液用管膜濾除懸浮物后再用納膜濃縮，除去水份和堿性物質，得到的濃液進行噴 霧干燥，分離出木質素17kg，黑液中的堿濃縮回收利用。取竹纖維素濾渣100kg，加入
810倍體積5%的鹽酸，在溫度5(TC條件下，煮5小時，再通過離心、過濾，分離得到微 晶纖維素粗品和酸液，酸液用膜濃縮回收重復利用。微晶纖維素粗品用5%-10%的次氯 酸鈉在30-6(TC進行漂白，用白度儀檢測，當白度達到90以上，分離收集即得到成品微 晶纖維素51kg。 實施例3:
工藝和方法同實施例1,只是在"黑液"中分離木質素時采用的是乙酸中和的方法 即向黑液中加入5%-10%的乙酸溶液中和其中氫氧化鈉，再用5-10%乙酸溶液調節(jié)使溶液 pH值在1. 5-5. 5范圍沉降出木質素，將沉降的木質素分離出來，殘液用于發(fā)酵產生物基 天然氣。
實施例4:
工藝和方法同實施例1，只是在"黑液"中分離木質素時采用的是鹽酸中和方法
即向黑液中加入2-10%的鹽酸溶液中和其中氫氧化鈉，再用2-10%的鹽酸溶液調節(jié)使溶 液pH值在1.5-5.5范圍沉降出木質素，將沉降的木質素分離出來，殘液用于發(fā)酵產生 物基天然氣。
9
權利要求
1、用竹加工廢棄物生產生物基天然氣聯(lián)產木質素、微晶纖維素的生產工藝，其特征在于包括下列操作步驟A、汽爆預處理取竹加工廢棄物裝滿汽爆機的爆腔，汽爆條件汽爆壓力為1.5-4.0MPa，保壓時間為0.5min-9min，得汽爆物；B、汽爆物浸提分離按汽爆物∶水＝1∶5～10的重量比，在汽瀑物中加入水進行充分攪拌，經(jīng)過離心或壓榨分離取得固相物和液相物；C、液相物用于厭氧發(fā)酵產沼氣；D、固相物堿處理在所述固相物中加入3-5倍的堿液，在50℃-100℃的溫度蒸煮，時間為0.5-3.5小時，得堿煮物；離心或壓榨分離堿煮物得竹纖維素濾渣和黑液；所述堿液濃度為1％-15％；E、從黑液中分離木質素采用膜處理將木質素、氫氧化鈉和殘液分離，將木質素部分噴霧干燥得木質素，殘液用于發(fā)酵產生物基天然氣；F、酸水解得微晶纖維素將D步驟中得到的竹纖維素用3-10倍體積5％-10％的鹽酸，溫度50℃-100℃條件下水解1-5小時，再通過離心、過濾，分離得到微晶纖維素粗品和酸液；G、漂白水洗微晶纖維素粗品，按照微晶纖維素粗品體積的1-5倍加入2％-5％的雙氧水，溫度30-80℃進行漂白，用白度儀檢測，直到白度達到90以上，分離收集即得到成品微晶纖維素。
2、 根據(jù)權利要求1所述的用竹加工廢棄物生產生物基天然氣聯(lián)產木質素、微晶纖 維素的生產工藝，其特征在于所述竹加工廢棄物為毛竹、園竹等在加工成各種制品 時的下腳料，包括竹枝、竹節(jié)、竹葉、竹簧、竹屑、竹刨花、竹鋸末，其水分含量為5-50%。
3、 根據(jù)權利要求1所述的用竹加工廢棄物生產生物基天然氣聯(lián)產木質素、微晶纖 維素的生產工藝，其特征在于所述堿液為1%-15%氫氧化鈉溶液。
4、 根據(jù)權利要求1所述的用竹加工廢棄物生產生物基天然氣聯(lián)產木質素、微晶纖 維素的生產工藝，其特征在于從黑液中分離木質素的操作取D步驟黑液加入5-10%的 乙酸溶液，中和氫氧化鈉，并調節(jié)其pH值，使pH值在1.5-5.5范圍，木質素沉降，分 離得木質素和殘液，殘液用于發(fā)酵產生物基天然氣。
5、 根據(jù)權利要求1所述的用竹加工廢棄物生產生物基天然氣聯(lián)產木質素、微晶纖 維素的生產工藝，其特征在于從黑液中分離木質素的操作取D步驟黑液加入2%-10% 的鹽酸溶液，中和氫氧化鈉，并調節(jié)其pH值，使溶液pH值在1.5-5.5范圍，木質素沉 降，分離得木質素和殘液，殘液用于發(fā)酵產生物基天然氣。
6、 根據(jù)權利要求1所述的用竹加工廢棄物生產生物基天然氣聯(lián)產木質素、微晶纖 維素的生產工藝，其特征在于所述漂白操作水洗微晶纖維素粗品，按照其體積的1-5 倍加入5%-10%的次氯酸鈉溶液，溫度30-6(TC進行漂白，用白度儀檢測，直到白度達到 90以上，分離收集即得到成品微晶纖維素。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用竹加工廢棄物生產生物基天然氣、木質素和微晶纖維素的生產工藝，解決了竹加工廢棄物的經(jīng)濟有效利用問題。本發(fā)明包括以下操作步驟竹加工廢棄物汽爆預處理、用水浸提分離汽爆物、液相物用于厭氧發(fā)酵產沼氣、固相物堿處理得竹纖維素濾渣和黑液、從黑液中分離木質素、竹纖維素濾渣酸水解得微晶纖維素。本發(fā)明工藝具有轉化熱能高，可實現(xiàn)沼氣的能源化，聯(lián)產的木質素、微晶纖維素實現(xiàn)了將廢棄物進行資源化利用；本發(fā)明工藝屬于封閉式內循環(huán)系統(tǒng)，環(huán)保綠色無污染；經(jīng)濟效益高。
文檔編號C08H7/00GK101497833SQ20091011626
公開日2009年8月5日 申請日期2009年3月3日 優(yōu)先權日2009年3月3日
發(fā)明者莉 張, 管淑清, 陳乃富, 陳存武 申請人:安徽六安市春成綠色化工有限公司