一种利用制浆黑液制备生物质的方法与流程

本发明属于制浆技术领域，具体涉及一种利用制浆黑液制备生物质的方法。

背景技术：

碱法制浆过程中，包括化学浆、半化学浆或化学机械浆，主要的化学反应是烧碱与原料中的木质素反应生成碱木素而溶于碱液。蒸煮所得的废液含有大量木质素和半纤维素等降解产物、色素、戊糖类、果胶物质、脂肪腊质、残碱及其它溶出物，废水颜色呈现棕黑色，因此蒸煮废水又称为黑液，制浆过程中黑液的固形物约有65~70%有机物、30~35%的无机物。这些高浓度大水量的废水未经处理不能直接排放，且其中含有的木质素等有机物还具有一定回收价值。

cn102650109b公开一种利用复合微生物将制浆黑液转化为含黄腐酸和氨基酸粉体的方法，其向制浆黑液中加入复合菌种进行生物转化，留30%作为菌种继续加入碱法制浆黑液进行生物转化，其余液体经蒸发浓缩后喷雾干燥得到粉末，重复多次，可将黑液转化黄腐酸、氨基酸，但是将黑液转化黄腐酸、氨基酸且需要加入营养源等条件下才能实现，且存在利用率低的问题。

cn110372883b提供一种从黑液中提取木质素和硅酸的方法，通过多次调节黑液的ph、酶解除去黑液中未脱除的纤维素和半纤维素，以获得高纯度硅酸、高纯度酸溶木质素、高纯度酸不溶木质素和小分子木质素盐，但是其仅提取出木质素和硅酸成分，黑液中仍含有大量有机成分难以回收，黑液的综合利用率并不高，且工艺复杂，成本高、不易于产业化。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，对现有工艺进行进一步优化，本发明提供一种利用制浆黑液制备生物质的方法，以实现将制浆黑液制备成生物质，实现了黑液变废为宝，生物质产率达到3.5-4吨/吨制浆黑液，同时生物质热值达到20.5-21.4mj/kg的发明目的。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种利用制浆黑液制备生物质的方法，其特征在于，所述制备方法，包括脱水处理、高温蒸发、干法备料、混料、旋转蒸发和制粒步骤；

所述制浆黑液，浓度为2-5wt%，粘度10-60mpa·s；

所述高温蒸发，温度为120-130℃，蒸发至浓黑液浓度50-60wt%，粘度4000-5000mpa·s；

所述干法备料，沙石、泥土和草叶的混合比例为5-8：12-15:1-2；

所述干法备料，干性料直径不超过1cm，切草长度3-5cm；

所述混料，需将干性料加水调浓得到混湿料，所述混湿料浓度10-15wt%；

所述混料，浓黑液与混湿料的混合比例为1:3-4；

所述旋转蒸发，蒸发潜热为550-560kcal/kg，蒸发至含水量10-20%；

所述旋转蒸发，多环滚筒干燥机主机进口温度400-500℃，出口温度100-110℃；

所述制粒，需加入减水剂，所述减水剂为改性马来酸酐减水剂，用量占混合物总量的0.8-2.5wt%；

所述减水剂的制备方法，包括：

将马来酸酐加入到乙醇中搅拌溶解，配置釜盘管中通入4℃左右冰水混合物降温，边降温边加入氢氧化钠溶液，控制溶液温度不超过40℃，调节体系ph值至10-12，加入一定尿素，搅拌反应7-8h，经过滤洗涤干燥，得到改性马来酸酐减水剂；

所述改性马来酸酐减水剂，马来酸酐和尿素的摩尔比为1:2-2.2；

所述制粒，制得的生物质含水量0.5-3%，粒径3-5mm。

采用上述技术方案，本发明的有益效果为：

1、采用本发明的制备方法，将制浆黑液制备成生物质，不仅解决了制浆造纸黑液的污染环境、难以处理的难题，而且实现了黑液变废为宝，提高了制浆黑液的综合利用价值；

2、采用本发明的制备方法，将制浆黑液制备成生物质，生物质产率达到3.5-4吨/吨制浆黑液，生物质产率较高；

3、采用本发明的制备方法，制备出的生物质热值高，燃烧效率好，密度为1.34-1.37×10³kg/m3，热值为20.5-21.4mj/kg，灰分8-10%；

4、采用本发明的制备方法，制备出的生物质点燃时间10-13s，综合燃烧特性指数为2.30-2.55×10⁷，具有优异的燃烧性能；

5、采用本发明的制备方法，制浆黑液可实现全部回收利用，废水可回用，且制得的生物质产品，作为副产品，增加了额外效益。

具体实施方式：

下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明。

实施例1一种利用制浆黑液制备生物质的方法

所述利用制浆黑液制备生物质的方法，包括脱水处理、高温蒸发、干法备料、混料、旋转蒸发和制粒步骤，具体制备方法如下：

1、脱水处理

将麦草生物化学机械浆制备系统产生的制浆黑液进行挤压脱水处理；

所述制浆黑液，浓度为2.0wt%，粘度20mpa·s；

所述脱水处理，脱水至黑液浓度20%；

2、高温蒸发

将黑液泵入蒸发釜进行高温蒸发，对黑液进一步浓缩处理，得到浓黑液；

所述高温蒸发，温度为120℃；

所述高温蒸发，蒸发至浓黑液浓度50wt%，粘度4110mpa·s；

3、干法备料

将沙石、泥土、草叶等干性料成分分别进行粉碎及筛分，按比例进行混合，后通过绞龙系统输送到生物质制备系统中；

所述干性料，沙石、泥土和草叶的混合比例为5：12：1；

所述干性料，直径不超过1cm，切草长度3-5cm；

4、混料

将干性料加水调浓得到10%混湿料，后将处理后的浓黑液加入其中，以50rpm的速度搅拌混合；

所述混料，浓黑液与混湿料的混合比例为1:3；

5、旋转蒸发

对混合料采用多环滚筒干燥机进行旋转蒸发，配备双壳体燃气炉，采用天然气燃烧供热，烘干至含水量20%；

所述多环滚筒干燥机，主机进口温度400℃，出口温度100℃；

所述旋蒸蒸发，机内湿球温度70℃，蒸发潜热为560kcal/kg，处理量10t/h；

6、制粒

向混合料中加入少量减水剂，后置于烘干机内，烘干至水分含量在1.5%，后转移至造粒机内，制成粒径为3-5mm的柱形条状生物质成品；

所述减水剂，为改性马来酸酐减水剂，用量占混合物总量的0.8wt%；

所述减水剂，其制备方法为：

将19.6kg马来酸酐加入到200kg乙醇中搅拌溶解，配置釜盘管中通入4℃左右冰水混合物降温，边降温边加入氢氧化钠溶液，控制溶液温度不超过40℃，调节体系ph值至12，加入一定尿素，搅拌反应8h，经过滤洗涤干燥，得到改性马来酸酐减水剂；

所述改性马来酸酐，马来酸酐和尿素的摩尔比为1:2.0。

采用本发明实施例1的制备方法，工艺简单，制浆黑液可实现全部回收利用，制备出的生物质，产率达到3.5吨/吨制浆黑液，密度为1.35×10³kg/m3，热值为21.4mj/kg，灰分8.2%，该生物质点燃时间11.5s，综合燃烧特性指数为2.55×10⁷，用做燃料具有优异的燃烧性能。

实施例2一种利用制浆黑液制备生物质的方法

所述利用制浆黑液制备生物质的方法，包括脱水处理、高温蒸发、干法备料、混料、旋转蒸发和制粒步骤，具体制备方法如下：

1、脱水处理

将麦草生物化学机械浆制备系统产生的制浆黑液进行挤压脱水处理；

所述制浆黑液，浓度为2.8wt%，粘度32mpa·s；

所述脱水处理，脱水至黑液浓度25%；

2、高温蒸发

将黑液泵入蒸发釜进行高温蒸发，对黑液进一步浓缩处理，得到浓黑液；

所述高温蒸发，温度为120℃；

所述高温蒸发，蒸发至浓黑液浓度55wt%，粘度4520mpa·s；

3、干法备料

将沙石、泥土、草叶等干性料成分分别进行粉碎及筛分，按比例进行混合，后通过绞龙系统输送到生物质制备系统中；

所述干性料，沙石、泥土和草叶的混合比例为8：15：1；

所述干性料，直径不超过1cm，切草长度3-5cm；

4、混料

将干性料加水调浓得到12%混湿料，后将处理后的浓黑液加入其中，以50rpm的速度搅拌混合；

所述混料，浓黑液与混湿料的混合比例为1:3；

5、旋转蒸发

对混合料采用多环滚筒干燥机进行旋转蒸发，配备双壳体燃气炉，采用天然气燃烧供热，烘干至含水量16%；

所述多环滚筒干燥机，主机进口温度500℃，出口温度100℃；

所述旋蒸蒸发，机内湿球温度60℃，蒸发潜热为550kcal/kg，处理量10t/h；

6、制粒

向混合料中加入少量减水剂，后置于烘干机内，烘干至水分含量在2.4%，后转移至造粒机内，制成粒径为3-5mm的柱形条状生物质成品；

所述减水剂，为改性马来酸酐减水剂，用量占混合物总量的1.5wt%；

所述减水剂，其制备方法为：

将19.6kg马来酸酐加入到200kg乙醇中搅拌溶解，配置釜盘管中通入4℃左右冰水混合物降温，边降温边加入氢氧化钠溶液，控制溶液温度不超过40℃，调节体系ph值至12，加入一定尿素，搅拌反应8h，经过滤洗涤干燥，得到改性马来酸酐减水剂；

所述改性马来酸酐，马来酸酐和尿素的摩尔比为1:2.0。

采用本发明实施例2的制备方法，工艺简单，制浆黑液可实现全部回收利用，制备出的生物质，产率达到3.8吨/吨制浆黑液，密度为1.37×10³kg/m3，热值为20.5mj/kg，灰分9.7%，该生物质点燃时间12.0s，综合燃烧特性指数为2.35×10⁷，用做燃料具有优异的燃烧性能。

实施例3一种利用制浆黑液制备生物质的方法

所述利用制浆黑液制备生物质的方法，包括脱水处理、高温蒸发、干法备料、混料、旋转蒸发和制粒步骤，具体制备方法如下：

1、脱水处理

将麦草生物化学机械浆制备系统产生的制浆黑液进行挤压脱水处理；

所述制浆黑液，浓度为3.5wt%，粘度48mpa·s；

所述脱水处理，脱水至黑液浓度30%；

2、高温蒸发

将黑液泵入蒸发釜进行高温蒸发，对黑液进一步浓缩处理，得到浓黑液；

所述高温蒸发，温度为120℃；

所述高温蒸发，蒸发至浓黑液浓度60wt%，粘度4950mpa·s；

3、干法备料

将沙石、泥土、草叶等干性料成分分别进行粉碎及筛分，按比例进行混合，后通过绞龙系统输送到生物质制备系统中；

所述干性料，沙石、泥土和草叶的混合比例为8：12：1；

所述干性料，直径不超过1cm，切草长度3-5cm；

4、混料

将干性料加水调浓得到10%混湿料，后将处理后的浓黑液加入其中，以50rpm的速度搅拌混合；

所述混料，浓黑液与混湿料的混合比例为1:4；

5、旋转蒸发

对混合料采用多环滚筒干燥机进行旋转蒸发，配备双壳体燃气炉，采用天然气燃烧供热，烘干至含水量15%；

所述多环滚筒干燥机，主机进口温度400℃，出口温度110℃；

所述旋蒸蒸发，机内湿球温度60℃，蒸发潜热为550kcal/kg，处理量10t/h；

6、制粒

向混合料中加入少量减水剂，后置于烘干机内，烘干至水分含量在1.5%，后转移至造粒机内，制成粒径为3-5mm的柱形条状生物质成品；

所述减水剂，为改性马来酸酐减水剂，用量占混合物总量的2.0wt%；

所述减水剂，其制备方法为：

将19.6kg马来酸酐加入到200kg乙醇中搅拌溶解，配置釜盘管中通入4℃左右冰水混合物降温，边降温边加入氢氧化钠溶液，控制溶液温度不超过40℃，调节体系ph值至12，加入一定尿素，搅拌反应8h，经过滤洗涤干燥，得到改性马来酸酐减水剂；

所述改性马来酸酐，马来酸酐和尿素的摩尔比为1:2.2。

采用本发明实施例3的制备方法，工艺简单，制浆黑液可实现全部回收利用，制备出的生物质，产率达到4.0吨/吨制浆黑液，密度为1.34×10³kg/m3，热值为20.9mj/kg，灰分9.1%，该生物质点燃时间11.0s，综合燃烧特性指数为2.30×10⁷，用做燃料具有优异的燃烧性能。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。