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1生物質(zhì)精煉技術(shù)及綜合林業(yè)生物質(zhì)精煉工廠

工業(yè)革命以來(lái),化石資源一直是人類的主要能源和化學(xué)品資源。然而地球上可利用的化石資源非常有限。樂(lè)觀估計(jì),石油資源(包括新發(fā)現(xiàn)的石油和油砂儲(chǔ)量)將在100年內(nèi)消耗殆盡。然而地球上的生物質(zhì)資源其生產(chǎn)周期在1月到80年不等,相對(duì)于化石資源,卻是可再生的,合理使用,可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期可持續(xù)性經(jīng)營(yíng)。可中列出了主要生物質(zhì)的再生循環(huán)周期。地球上植物生物質(zhì)或木質(zhì)纖維素生物質(zhì)(Ligno-cellulosicbiomass)總年生產(chǎn)量為1700億噸,其中森林面積約占地球面積的9.5%、陸地面積的32%,年生產(chǎn)量最大,約為730億噸,約占總的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的42.9%;其次是草類木質(zhì)纖維素生物質(zhì),其年生產(chǎn)量為187億噸,約占總木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的11%。生物質(zhì)精煉技術(shù)(BiorefineryTechnolo-gy)是最大化地利用生物質(zhì)資源,將其轉(zhuǎn)化為各種生物質(zhì)產(chǎn)品和能源等技術(shù),可實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能源、生物質(zhì)材料、生物質(zhì)化學(xué)品、生物質(zhì)燃料與生物質(zhì)之間的可持續(xù)循環(huán),是一項(xiàng)高效率、低成本、綠色無(wú)污染的技術(shù);采取能量和碳元素的“捕捉-釋放”的使用方式,不會(huì)額外增加大氣環(huán)境的CO2排放量,減緩地球氣溫變暖速度,同時(shí)滿足人們當(dāng)前對(duì)化學(xué)品、材料和能源等各方面的需求,符合可持續(xù)發(fā)展的要求,目前主要包括生物發(fā)酵、提取分離、綠色制漿、熱解、氣化等技術(shù)。近年來(lái),北美森林工業(yè)面臨巨大的挑戰(zhàn),有多方面原因:高昂的能源費(fèi),不斷增加的纖維成本,未得到充分更新的老化設(shè)備。北美森林工業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者們正在尋求創(chuàng)造性的措施以重振該工業(yè),綜合林業(yè)生物精煉工廠(IntegratedFor-estBiorefinery,IFBR)工廠對(duì)他們來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)很好的選擇,過(guò)去的幾年中呈現(xiàn)了勃勃生機(jī)。美國(guó)紐約州立大學(xué)環(huán)境科學(xué)與林業(yè)科學(xué)學(xué)院(SUNYESF)、緬因州州立大學(xué)化學(xué)與生物工程系等研究單位提出了IFBR的概念,對(duì)傳統(tǒng)的漂白硫酸鹽漿廠進(jìn)行改變,使之不再僅僅局限于生產(chǎn)紙漿和與其相關(guān)的紙產(chǎn)品,還將生產(chǎn)具有更高附加值的生物產(chǎn)品,諸如乙醇、有機(jī)聚合物、碳纖維和內(nèi)燃機(jī)燃料等。這種新型工廠將以木材為原料,生產(chǎn)出多種生物制品和能源。是SUNYESF提出的生物精煉工廠的流程圖。中黑體表示的該工廠可能生產(chǎn)的產(chǎn)品或副產(chǎn)品。其主要特征如下:(1)在制漿前先從木片中抽提出半纖維素,再轉(zhuǎn)化成乙醇和糖基聚合物,進(jìn)一步生產(chǎn)各種化學(xué)品;(2)將黑液和樹(shù)皮廢料等生物質(zhì)進(jìn)行氣化以提供能源(電力、蒸汽)和可制造燃液的合成氣;(3)沉析出的木質(zhì)素制取聚氨酯、膠粘劑、或表面活性劑等化學(xué)品;(4)保留生產(chǎn)本色紙漿或漂白木漿。傳統(tǒng)制漿造紙企業(yè)是一些以大量生產(chǎn)傳統(tǒng)產(chǎn)品,如紙漿、紙板或其他纖維素產(chǎn)品的企業(yè),其特點(diǎn)是輸入的原料量和化學(xué)品很多,所消耗的能源巨大,輸出品單一,對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響大。由于優(yōu)良制漿造紙?jiān)系亩倘?石油等傳統(tǒng)資源價(jià)格的持續(xù)上漲,勞動(dòng)力成本的上升,以及全球化競(jìng)爭(zhēng)所帶來(lái)的巨大壓力,傳統(tǒng)制漿造紙企業(yè)面臨著前所未有的困難,將原木僅僅轉(zhuǎn)變成基于纖維素的制漿造紙產(chǎn)品的這種老的商業(yè)模式已不適用,而充分利用生物質(zhì)資源生產(chǎn)多種產(chǎn)品的綜合林業(yè)生物質(zhì)精煉工廠將呈現(xiàn)良好的發(fā)展前景。

2造紙工廠改造為綜合生物質(zhì)精煉工廠的原理

植物生物質(zhì)(或木質(zhì)纖維素)主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種主要基本成分和少量揮發(fā)性抽出物組成?，F(xiàn)代造紙工廠主要通過(guò)蒸煮(例如化學(xué)制漿)和化學(xué)與機(jī)械結(jié)合的方法(例如機(jī)械制漿)將木材或其它植物纖維(例如竹材、葦、麥草等原料)分離成單根纖維即紙漿的過(guò)程?；瘜W(xué)制漿過(guò)程中,木質(zhì)素從紙漿中分離出來(lái),脫除的木質(zhì)素進(jìn)入液相(黑液),通過(guò)堿回收系統(tǒng)回收能源和化學(xué)品(主要是NaOH和Na2S);制得的紙漿纖維(主要成分是纖維素,還含少量木質(zhì)素和半纖維素)進(jìn)入后續(xù)紙品生產(chǎn)系統(tǒng),木片中大部分半纖維素在蒸煮時(shí)進(jìn)入液相,少量隨紙漿纖維進(jìn)入后續(xù)工序。生物質(zhì)主要組分在造紙工廠和IFBR工廠的轉(zhuǎn)化路線。中實(shí)線箭頭表示現(xiàn)在造紙工廠的工藝路線,其設(shè)備系統(tǒng)和工藝技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。虛線表示綜合生物質(zhì)精煉工廠新增的產(chǎn)品路線。對(duì)現(xiàn)有造紙工業(yè)的設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改造就可以做到半纖維素、木質(zhì)素、纖維素和揮發(fā)性抽出物的分離。在木片進(jìn)行硫酸鹽制漿前,使用近中性或酸性的水基抽提技術(shù)(Water-basedExtraction),可以做到將大部分的半纖維素從木片中抽提出來(lái)。DrvanHeinigen等人(美國(guó)緬因州立大學(xué)化工系)提出使用近中性的水基抽提技術(shù),可以從木材組分中抽提出大約10%的木材物質(zhì)(主要是半纖維素),抽提液通過(guò)微生物發(fā)酵可以用來(lái)生產(chǎn)乙醇和乙酸產(chǎn)品。NikolaiDeMartini等人(美國(guó)喬治亞技術(shù)學(xué)院造紙科學(xué)技術(shù)研究所)使用1%硫酸對(duì)木材原料進(jìn)行抽提,可以抽提出約10%~18%的木材組分用于生產(chǎn)乙醇產(chǎn)品。水基抽提后對(duì)木材的制漿漂白性能不僅沒(méi)有不良影響,還可以對(duì)制漿系統(tǒng)帶來(lái)積極的作用[4]。水基抽提加制漿造紙的綜合生物質(zhì)精煉工廠在美國(guó)已開(kāi)始投資運(yùn)作。紙漿纖維(化機(jī)漿除外)主要成分是纖維素,可以使用生物技術(shù)生產(chǎn)乙醇。這樣造紙工廠轉(zhuǎn)化IFBR工廠就面臨是否保留紙漿生產(chǎn)的爭(zhēng)議。從目前北美情況看,考慮到成本和經(jīng)濟(jì)效益,一般認(rèn)為IFBR工廠的新生物產(chǎn)品應(yīng)由半纖維素和木素轉(zhuǎn)化而來(lái),而不是立即停止紙漿生產(chǎn),將纖維素亦轉(zhuǎn)化為新生物產(chǎn)品。但研究人員沒(méi)有停止將紙漿轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)燃料的積極嘗試。TsutomuIkeda等人(日本林業(yè)和林產(chǎn)品研究所木材化學(xué)實(shí)驗(yàn)室)通過(guò)堿預(yù)處理,脫除木片中的木質(zhì)素,通過(guò)生物技術(shù)生產(chǎn)生物燃料。纖維素是一種由單一葡萄糖基通過(guò)β-O-4甙鍵連接的天然長(zhǎng)鏈高分子均聚物。通過(guò)機(jī)械或酶處理方法,似乎纖維素長(zhǎng)鏈斷開(kāi)聯(lián)結(jié)鍵生成葡萄糖單糖似乎非常簡(jiǎn)單,但事實(shí)并非如此。自然選擇的結(jié)果,形成了以纖維素和木質(zhì)素結(jié)合為主要結(jié)構(gòu)的生物材料,具有較高的抗拒生物菌酶的降解能力,否則樹(shù)木易倒伏或木質(zhì)植物長(zhǎng)不高。但目前為止,把纖維素中的六碳葡萄糖結(jié)構(gòu)通過(guò)生物技術(shù)轉(zhuǎn)化為乙醇的經(jīng)濟(jì)型路線仍然是重要的研究課題。其原因有:(1)植物生物質(zhì)個(gè)體組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜;(2)木質(zhì)素的存在大大降低了生物發(fā)酵時(shí)微生物和酶的作用效果。用植物纖維素生產(chǎn)乙醇比用谷物生產(chǎn)乙醇成本要高很多。

3造紙工廠改造為綜合林業(yè)生物質(zhì)精煉工廠的幾種模式

木材造紙工廠改造為林業(yè)生物質(zhì)精煉工廠有三種類型:(1)首先對(duì)木片進(jìn)行酸性或堿性預(yù)抽提,抽提液經(jīng)進(jìn)一步分離和水解為易于生物發(fā)酵的糖類物質(zhì),抽提后的木片進(jìn)入傳統(tǒng)造紙工廠的制漿漂白生產(chǎn)系統(tǒng);(2)使用傳統(tǒng)造紙工廠的制漿系統(tǒng)首先對(duì)木片進(jìn)行脫木質(zhì)素,然后紙漿進(jìn)行水解和發(fā)酵,生產(chǎn)乙醇等生物質(zhì)燃料和化學(xué)品;(3)對(duì)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)進(jìn)行分級(jí)利用,通過(guò)預(yù)抽提分離出半纖維素物質(zhì),水解發(fā)酵生產(chǎn)乙醇、乙酸和其它化學(xué)品,然后對(duì)抽提后的木片進(jìn)行用制漿方法分離出木質(zhì)素,分離出的木質(zhì)素生產(chǎn)表面活性劑等化學(xué)品;脫除木質(zhì)素后的紙漿纖維進(jìn)行水解和發(fā)酵,生產(chǎn)乙醇等燃料和化學(xué)品。

3.1近中性預(yù)抽提模/制漿模式

近中性預(yù)抽提模式其特點(diǎn)是,進(jìn)行硫酸鹽制漿之前先抽提出半纖維素,抽提液經(jīng)過(guò)蒸發(fā)、水解、分離、發(fā)酵和蒸餾,用于生產(chǎn)乙醇和乙酸,在生產(chǎn)紙漿產(chǎn)品的同時(shí)生產(chǎn)來(lái)源于半纖維素的副產(chǎn)品。該模式的技術(shù)路線是木片原料首先使用3%NaOH進(jìn)行預(yù)抽提,然后使用12%NaOH制漿獲取造紙紙漿。其具體工藝條件如下:抽提用堿量3%NaOH(有效堿,以Na2O計(jì)),AQ0.05%,160℃,110min,H因子700小時(shí),蒸煮用堿量12%(有效堿,以Na2O計(jì)),硫化度30%,溫度170℃,液比1/4.5,H因子800小時(shí)。木片抽提在汽蒸罐中進(jìn)行,大約10%的木材組分抽提出來(lái)。抽提液(160℃,0.76MPa)進(jìn)入閃蒸罐進(jìn)行蒸發(fā),回收蒸汽,降低溫度至130℃和0.14MPa。離開(kāi)抽提罐時(shí)抽提液中可溶固含量為8.5%。抽提物在多效蒸發(fā)系統(tǒng)中進(jìn)一步蒸發(fā)。其中碳水化合物使用硫酸進(jìn)行水解。硫酸酸水解pH為1,水解溫度126℃。由于乙酸和糖醛酸的質(zhì)子化和碳酸鹽的消耗,硫酸的添加量為2.84%,水解時(shí)間為1.3h,以徹底分解木聚糖低聚物(xylo-oligomer)。木質(zhì)素則被徹底沉淀出并通過(guò)過(guò)濾除去。接著使用一套專利液-液抽提設(shè)備分離乙酸、糠醛和混合液中痕跡量的甲醇。使用該技術(shù),乙酸和糠醛的回收率約90%,抽提出的乙酸和糠醛通過(guò)精熘進(jìn)一步提純后供市場(chǎng)銷售。在液-液抽提(乙酸和糠醛回收)后,用生石灰對(duì)抽提液進(jìn)行石灰化,調(diào)節(jié)pH至近中性,便于乙醇發(fā)酵。石灰同時(shí)作為滅菌劑使用。Ca2+離子沉淀SO2-4,作為石膏(CaSO4.2H2O)析出,降低SO2-4離子濃度至發(fā)酵菌能夠忍受的濃度水平,石膏通過(guò)過(guò)濾方法去除。在發(fā)酵步驟,使用E.Coli(KO11)進(jìn)行發(fā)酵,五碳和六碳有機(jī)物可以同步發(fā)酵;使用E.ColiB,葡萄糖醛酸可以發(fā)酵為乙酸和乙醇。用于轉(zhuǎn)化糖組分為乙醇的微生物現(xiàn)場(chǎng)制備。糖和葡萄醛酸轉(zhuǎn)化為乙醇和乙酸的理論轉(zhuǎn)化率達(dá)90%,發(fā)酵后的乙醇經(jīng)過(guò)預(yù)精熘到50%的純度,進(jìn)一步精熘到95%的純度(水、乙醇的共沸物濃度),通過(guò)分子篩技術(shù),濃縮至99.9%的濃度作為成品出廠。近中性預(yù)抽提及制漿模式的優(yōu)點(diǎn):(1)對(duì)照傳統(tǒng)硫酸制漿(制漿條件:15%NaOH(EA,以Na2O計(jì)),硫化度30%,AQ0.05%,液比1/4.5,170℃,H因子1500小時(shí)),紙漿的強(qiáng)度和得率沒(méi)有明顯差異;(2)預(yù)抽提使用中性條件,直接使用硫酸制漿堿回收工序中的綠液,白液使用量的降低,降低了堿回收系統(tǒng)苛化工序的負(fù)荷,同時(shí)因?yàn)楹谝褐杏袡C(jī)物的含量的減少,降低了堿回收爐的負(fù)荷,可以提高工廠的制漿能力。(3)增加了新的有機(jī)物(糖類)物質(zhì)流,用于生產(chǎn)生物質(zhì)燃料和可持續(xù)化學(xué)品,可以為企業(yè)帶來(lái)額外的收益。近中性預(yù)抽提模式使用連續(xù)生產(chǎn)工藝,可以利用工廠原有的傳統(tǒng)浸漬器改造成預(yù)抽提設(shè)備。紙漿得率和質(zhì)量保持不變,堿回收爐和石灰煅燒爐降低負(fù)荷20%。據(jù)測(cè)算設(shè)備的投資回報(bào)率為7.1%~13.0%。酸性預(yù)水解/制漿模式的流程見(jiàn),其特點(diǎn)是在制漿之前使用少量的硫酸對(duì)木片原料進(jìn)行預(yù)水解。使用1%硫酸在130℃對(duì)火炬松木材火炬松(loblollypine)進(jìn)行水解抽提,抽提時(shí)間根據(jù)欲達(dá)到的抽提程度而定。抽提液用石灰中和,移除石膏和乙酸。對(duì)液相溶解糖類物質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵,發(fā)酵液使用硫酸鹽漿生產(chǎn)系統(tǒng)的蒸汽進(jìn)行精熘,發(fā)酵殘余物在多效蒸發(fā)器中進(jìn)行濃縮,在堿回收爐中燃燒回收熱值。酸預(yù)水解抽提制漿生產(chǎn)紙漿和乙醇技術(shù)面臨如下挑戰(zhàn):(1)生產(chǎn)的乙醇產(chǎn)量偏小;(2)木材原料的抽提量存在限制,以避免制漿工序紙漿強(qiáng)度性能的過(guò)度下降;使用闊葉木進(jìn)行預(yù)抽提,碳水化合物的降解是可以避免的,而使用針葉木原料時(shí)確難以避免;(3)對(duì)漿廠的荷載和操作的影響較大。對(duì)其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)估,發(fā)現(xiàn)該模式增加了堿回收系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷,但是可以通過(guò)降低制漿時(shí)有效用堿量來(lái)獲得一定的補(bǔ)償。制漿脫木質(zhì)素時(shí),有效堿用量的降低可以減輕蒸發(fā)和堿回收爐的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷。通過(guò)分離木質(zhì)素技術(shù)(如木質(zhì)素膜分離或木質(zhì)素酸化分離),有助于解決堿回收爐的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷。

3.3堿預(yù)處理和纖維素糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇模式

生物乙醇是環(huán)境友好的能源,引起了廣泛的重視。在美國(guó)和巴西,生物乙醇汽車燃料的生產(chǎn)迅速增加,主要使用甘蔗汁和玉米生產(chǎn)。然而,這樣的生物乙醇的生產(chǎn),勢(shì)必與人類的動(dòng)物爭(zhēng)奪食物資源,導(dǎo)致農(nóng)作物價(jià)格的上漲。有必要使用非食物原料來(lái)生產(chǎn)生物乙醇。給出了一種從木片生產(chǎn)乙醇的一種路線。使用堿預(yù)處理和酶糖化生產(chǎn)乙醇,由于其堿處理系統(tǒng)非常類似原有制漿系統(tǒng),可以利用現(xiàn)有制漿造紙工廠的設(shè)備系統(tǒng),比較容易進(jìn)行大規(guī)模的生物乙醇生產(chǎn),大大降低了生產(chǎn)費(fèi)用。木質(zhì)纖維素中的碳水化合物主要是多聚糖(纖維素和半纖維素),在進(jìn)行生物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇之前,需要通過(guò)酶糖化作用轉(zhuǎn)化為單糖。同時(shí),酶糖化之前,需要進(jìn)行預(yù)處理,以增加糖化的速率和單糖的得率。在諸多建議的預(yù)處理方法中,有幾種方法可以對(duì)糖化工藝進(jìn)行改進(jìn),但仍存在擴(kuò)大到工業(yè)級(jí)的生產(chǎn)時(shí)預(yù)處理費(fèi)用難以達(dá)到可接受的程度的問(wèn)題。日本林業(yè)和林產(chǎn)品研究所木材化學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用三種木質(zhì)纖維素原料(日本雪松、桉木和木材,三種原料克拉松木質(zhì)素含量分別為31.5%、20.6%和27.0%)對(duì)生產(chǎn)生物質(zhì)乙醇的堿處理?xiàng)l件進(jìn)行了研究。研究結(jié)論認(rèn)為木質(zhì)素的存在會(huì)阻止發(fā)酵酶預(yù)纖維素和半纖維素的接觸。為了增加糖得率,酶糖化前必須部分脫除木質(zhì)纖維素原料中的木質(zhì)素。低木質(zhì)素含量的木質(zhì)纖維素(例如桉木)生產(chǎn)生物乙醇就有優(yōu)勢(shì)。六碳糖(如葡萄糖)通過(guò)發(fā)酵(通常用酵母)很容易轉(zhuǎn)化為乙醇,而五碳糖(如木糖)需要使用混合酵母才能轉(zhuǎn)化為乙醇。由于使用混合酵母糖化時(shí)間較長(zhǎng)、費(fèi)用較高,六碳糖含量較高的原料如雪松和桉木,將是生產(chǎn)生物乙醇的好原料。三種原料中,桉木原料木質(zhì)素含量低、六碳糖含量高,最適于進(jìn)行生物乙醇生產(chǎn)。堿預(yù)處理主要目的是脫除木質(zhì)素。糖化和發(fā)酵之前,木質(zhì)素脫除到何種程度是一個(gè)值得考量的課題。研究表明,雪松經(jīng)保溫時(shí)間為2.5h堿預(yù)處理(其它脫木質(zhì)素條件:26%NaOH用量,AQ用量0.1%,液比1:6,在旋轉(zhuǎn)壓力鍋中進(jìn)行預(yù)處理,從20℃升溫到170℃,升溫時(shí)間90min,在170℃進(jìn)行保溫),漿料中的克拉松木素為10%時(shí)糖化作用較好,經(jīng)過(guò)24h發(fā)酵作用,此時(shí)酶消化率為90%,幾乎所有的碳水化合物都經(jīng)酶解糖化,葡萄糖的得率為90%,說(shuō)明此時(shí)堿預(yù)處理?xiàng)l件是合適的。桉木經(jīng)保溫時(shí)間為0.5h堿處理(其它脫木質(zhì)素條件為:23%NaOH用量,AQ用量0.1%,液比1:4,在旋轉(zhuǎn)壓力鍋中進(jìn)行預(yù)處理,從20℃升溫到155C,升溫時(shí)間90min,在155℃進(jìn)行保溫),漿料中的克拉松木素約5%時(shí)糖化作用較強(qiáng),此時(shí)酶消化率為93%,碳水化合物都經(jīng)酶解糖化作用充分。竹材原料的脫木質(zhì)素條件為:23%NaOH用量,AQ用量0.1%,液比1:2.75,在旋轉(zhuǎn)壓力鍋中進(jìn)行預(yù)處理,從20℃升溫到155C,升溫時(shí)間90min,在155℃進(jìn)行保溫,保溫時(shí)間根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。竹材經(jīng)堿預(yù)處理脫木素比雪松容易,比桉木困難。竹材漿料克拉松木素很容易脫除到10%,但是脫除到9%以下較困難。竹材半纖維素含量較高,使用較低的堿處理溫度,漿料得率較高。竹材適宜的堿處理保溫時(shí)間為3h,此時(shí)漿料得率為36.5%,克拉松木素含量為9.8%,糖化后葡萄糖得率為80%。

4未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

木質(zhì)纖維素生物質(zhì)基本組成主要是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素,未來(lái)的IFBR工廠可以對(duì)這三種主要組分分別進(jìn)行充分利用,為森林工業(yè)提供更加豐厚的利潤(rùn)。隨著纖維素和纖維素轉(zhuǎn)化、黑液氣化、木素沉降、FT液制造等各項(xiàng)新技術(shù)的日益成熟和商業(yè)化,石油資源的日益枯竭和對(duì)溫室氣體排放更加嚴(yán)格的管制,石油價(jià)格的上漲,生物質(zhì)乙醇、FT液等替代品市場(chǎng)的擴(kuò)展,將加速促進(jìn)現(xiàn)代綜合林業(yè)生物精煉工廠的誕生。然而,雖然從傳統(tǒng)造紙工廠逐步向生物精煉廠過(guò)渡的大方向看來(lái)是可行的,但具體如何進(jìn)行,生產(chǎn)哪些生物產(chǎn)品更為有利,尚未最后定論。從單項(xiàng)技術(shù)來(lái)說(shuō),可以說(shuō)已經(jīng)成熟或接近成熟,但從整體上是否可行,特別是經(jīng)濟(jì)成本、市場(chǎng)銷售以及各工序間的配合仍需要仔細(xì)研究。造紙工廠轉(zhuǎn)化為獲利更多的IFBR工廠,未來(lái)將有很長(zhǎng)的一段路要走。未來(lái)IFBR工廠將充分利用纖維素、半纖維素生產(chǎn)紙漿、生物質(zhì)乙醇和其它平臺(tái)化學(xué)品,除此而外,木質(zhì)素綜合利用技術(shù)將是IFBR工廠未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。黑液氣化是造紙工廠堿回收系統(tǒng)進(jìn)行改造的重要商業(yè)化途徑,對(duì)美國(guó)能源市場(chǎng)將產(chǎn)生積極影響。Larson建議了一套在日產(chǎn)1900t的制漿系統(tǒng)中運(yùn)行CFA的渦輪機(jī)組。然而很多舊制漿企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模達(dá)不到要求,許多新制漿企業(yè)已擁有新式的Tomlin-son鍋爐,在未來(lái)的15~20年內(nèi)不大可能淘汰。舊有的企業(yè)、小型企業(yè)面臨重建、停產(chǎn)和重新選擇時(shí),也不大可能同時(shí)投資大型氣化系統(tǒng)和大型制漿系統(tǒng)。因此黑液氣化技術(shù)在造紙工業(yè)的應(yīng)用還有待時(shí)日?，F(xiàn)代硫酸鹽漿造紙工廠已經(jīng)能夠做到通過(guò)對(duì)造紙黑液送入堿回收爐焚燒成為了一個(gè)凈能源生產(chǎn)單位。黑液中木質(zhì)素等有機(jī)物的焚燒只能夠回收其熱值,未來(lái)將有可能將黑液中的木質(zhì)素加以利用。借助酸沉淀法,從黑液中析出木質(zhì)素,對(duì)其加以利用生產(chǎn)諸如碳纖維或聚氨酯等產(chǎn)品。

5結(jié)論

生物精煉技術(shù)在制漿造紙工業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用還面臨著不少困難:(1)將現(xiàn)有的制漿造紙廠轉(zhuǎn)變?yōu)樯镔|(zhì)精煉廠不僅是技術(shù)上的革新,更是思維方式上的革新,要讓那些專注于生產(chǎn)傳統(tǒng)紙和紙板產(chǎn)品的制漿造紙廠接受這種全新的生產(chǎn)模式可能還需要一段時(shí)間;(2)需要先進(jìn)的技術(shù)支持和大量的額外投資。目前,僅有少數(shù)國(guó)家和地區(qū)的制漿造紙廠掌握了這些新興的技術(shù),已成功轉(zhuǎn)型的工廠也不多,而且需要投入大量的資金對(duì)現(xiàn)有工廠進(jìn)行改造,這也限制了生物精煉技術(shù)的推廣;(3)需要相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科和研究的支持,如生物技術(shù)、納米技術(shù)和能源工程等。我國(guó)木材造紙工業(yè)生產(chǎn)能力還處于嚴(yán)重不足的狀態(tài),大多數(shù)木材造紙企業(yè)設(shè)備系統(tǒng)非常先進(jìn),多是近年新建起來(lái),裝備水平運(yùn)行狀態(tài)良好,若轉(zhuǎn)化為IFBR工廠,首先應(yīng)該考慮走保留制漿能力的IFBR工廠路線?，F(xiàn)有的IFBR工廠模型都是基于木材硫酸鹽制漿工廠。結(jié)合我國(guó)國(guó)情,我國(guó)造紙工業(yè)的草漿廠很多,草漿黑液用傳統(tǒng)堿回收法回收效率較低,面臨停產(chǎn)關(guān)門的危險(xiǎn),從草漿黑液直接沉淀木素和進(jìn)行黑液氣化,是一條可行的道路;同時(shí)草漿廠大都采用無(wú)硫的堿法蒸煮特別是亞硫酸鹽蒸煮,其從紙漿廠轉(zhuǎn)變?yōu)樯镔|(zhì)精煉工廠具有諸多優(yōu)勢(shì),值得探討。同時(shí)如何將化機(jī)漿制漿工廠轉(zhuǎn)化綜合生物質(zhì)精煉工廠也值得投入科研力量進(jìn)行研究。