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1、制浆厂的生物质精炼,雷以超,纤维素(41-53%)半纤维素 (25-41%)木素 (16-33%)抽提物 (2-5%)无机物 (1%)含氮化合物(少量),1. 木材植物主要的化学组成,北美几种制浆用木材的化学组成,单一的葡萄糖单元线性结构长链(木材纤维素分子聚合度可达到10000)具有还原性和非还原性末端基部分有结晶区,2.纤维素的结构特点及其应用,D葡萄糖的结构,纤维素的应用,造纸浆；溶解浆；生物质能源，乙醇；纳米纤维素；纤维素聚合物PLA；透明膜。,8,Cellulose Products,NanoCellulose,Kraft Pulp Fibres,Transparent Films,
2、Fibre PLA Composite,溶解浆的应用前景,粘胶人造丝：服装，装饰织物，轮胎帘子线，强力运输带，玻璃纸，海绵，肠衣等；纤维素醋酸酯：过滤嘴丝束，塑料薄膜，服装，装饰织物，油漆；纤维素硝酸酯：炸药，漆，薄膜；羧甲基纤维素：洗涤剂，化妆品，食品、纺织和造纸添加剂；甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基纤维素：食品、涂料、药品、油墨、洗涤剂。,不只是一个单糖带支链和取代基链短(50-300个糖单元)有还原性和非还原性末端基无结晶区,3.半纤维素的结构特点及其应用,针叶木半纤维素,阔叶木半纤维素,半纤维素的应用,发酵制备乙醇；阔叶木或草类原料的半纤维素以戊糖为主，可以制备糠醛、木糖醇和乳酸；碱抽
3、提半纤维素可以作为纸张的表面施胶剂；制备水凝胶，气体隔离膜；糖酸、食品乳化剂；聚合物PLA,15,半纤维素的应用,气体隔膜,水凝胶,纸张増强剂,4-5 times higher surface charge,生产乙醇,厌氧发酵: 工作机理C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO23C5H10O5 5 C2H5OH + 5 CO2糖转化为乙醇的理论得率: 51.14% 多糖： (纤维素, 聚葡萄糖甘露糖)HO(C6H10O5)nH + (n1)H2O 2nC2H5OH + 2nCO2 理论得率56.82%聚木糖: (Xylan)3HO(C5H8O4)nH + 3(n1)H2O 5nC2H5
4、OH + 5nCO2 理论得率 58.12%,糠醛,H,+,xylose,furfural,通过木糖在酸性条件下脱水制备,木糖醇,防龋齿的甜味剂,H2,19,木聚糖为原料制备乳酸和聚乳酸 PLA,Acidic or enzyme hydrolysis,Pentoses and hexoses,Lactic acid,Fermentation or alkaline oxidation,Polymerization,Polylactide (PLA),Hemicelluloses(glucomannan and/or xylan),原生木质素是松柏醇/愈创木基(coniferyl alcohol
5、 /guaiacyl)、芥子醇/紫丁香基(sinapyl alcohol/syringyl)和对-香豆醇(p-coumaryl alcohol)的聚合物；是一种混杂的、带支链的、以苯丙烷单元通过C-C和C-O连接的交叉网状的聚合物；还和聚糖链有连接。,4.木素的结构特点及应用,22,Carbohydrates,Extractives,Lignin,Black liquor,化学浆50% 的木材组分进入黑液,Wood to kraft pulp mill,Pulp,Cellulose products,23,黑液的 LignoBoost 处理,Lignin OUT,Recovery Boiler
6、,Digester,Evaporation,Bleaching,Wood Chips,Pulp/Paper,Lignin IN Replacement of fossil fuel in lime kilns 50 L fuel oil ptp can be saved,Wood,Lime Kiln,24,黑液的 LignoBoost 处理,25,LignoBoost 木素 ：一种新原料,C 64 - 66 Na0.05 - 0.4 Ash 0.3 - 1 S 1 - 3 N 0.1,Typical composition, %,26,Metso filter in Innventias li
7、gnin demo plant,VPA 104024 chambers1-1.2 t lignin/h,27,Fossil fuel in pulp mill lime kilnsIn Sweden ca 300.000 tonne oil/year,28,碳纤维木素的高附加值应用,复合材料中的结构材料重量轻高强度、高弹性模量高的耐热和耐腐蚀性高附加值,由木素制备的碳纤维,29,30,650 000 ton pulp/year,10% lignin extracted = 33 000 ton, 16 000 ton carbon fibres,can replace 40 % steel i
8、n 160.000 cars,黑液木素的其它应用,活性炭水泥减水剂粘合剂分散剂塑化剂,5.木材抽提物的组成和应用,脂肪酸树脂酸木脂素蒎烯、莰烯、柠檬烯谷甾醇脂肪芪类（二苯乙烯）,松木制浆副产品,抽提物：脂肪、树脂酸、萜稀脂肪：主要成分，脂肪酸甘油酯，在碱性条件下，发生水解，生产脂肪酸皂和甘油；树脂酸：松香酸，在碱性条件下，成为树脂酸皂；萜稀：如蒎烯，松节油的主要成分，超过160成为气体，硫酸盐蒸煮过程中如果有小放气，可以回收，如果没有小放气，则进入黑液体系，高温时呈气态，和甲烷等气体混在一起，易发生爆炸。黑液浓缩到20-30浓度时，脂肪酸皂和树脂酸皂会发生盐析，成为泡沫加以回收，得到粗塔罗油，
9、再经过酸中和并精炼，可以得到脂肪酸和树脂酸，脂肪酸和树脂酸都是重要的化工原料。,松节油和塔罗油,松节油成分：蒎烯、莰烯、柠檬烯松节油用途：香水、聚合物添加剂、溶剂、柴油添加剂塔罗油成分：皂化的脂肪酸和树脂酸、谷甾醇，美国南方一松木硫酸盐浆厂回收34kg/吨木材塔罗油用途：肥皂、润滑油、造纸施胶剂、食品添加剂、生物柴油,脂肪的皂化,脂肪与碱通过皂化反应可以转化成脂肪酸皂（C17H33COONa黑液泡沫）和甘油.,树脂酸的皂化,树脂酸（枞酸C19H29COOH）、萜稀等抽提物也会和碱发生皂化反应，消耗碱，并存在于黑液泡沫中。,树脂酸,木脂素,萜类化合物,蒎烯（松节油的主要成分）,化学名称：2,6,
10、6-三甲基二环3,1,1-2-庚烯分子式：C10H16熔点：-102.2沸点：155-156,6.现有制浆厂生物质精炼路线图,树皮的化学组成,碳水化合物脂肪酸树脂酸甾醇二苯乙烯（抗菌剂）低分子量的酚丹宁酸（抗氧化剂）,制浆前后木材主要组分的变化,制浆前预抽提半纤维素,原因：1.制浆时半纤维素降解成异变糖酸，增加蒸煮用碱的消耗；2. 增加黑液的粘度，降低洗浆效率，降低碱回收的蒸发效率；3. 半纤维素燃烧热值（13.6 MJ/kg）比木质素（27 MJ/kg）低得多。,预抽提半纤维素制浆的优点,减少蒸煮用碱量；降低蒸煮温度，减少蒸煮时间；提高脱木素效率，减少漂白药品消耗；提高碱回收的效率，提高因碱回收限制制浆厂的产量；增加新的产业链，提高企业的经济效益。,热水预抽提蔗渣（160，30分钟）烧碱法制浆结果,谢谢！,
