一种使生物制浆工业化连续生产的方法
【专利摘要】本发明属于生物制浆领域是，一种使生物制浆工业化连续生产的方法。本发明的目的是为了解决生物制浆法转化为工业化生产的过程中遇到了难以突破的瓶颈——白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)分解木质素的时间太长，在工业化生产过程中无法连续生产，效率太低，性价比倒挂，工厂无法采用。使生物制浆替代化学制浆目前仍走不出实验室的难题。本发明申请的一种使生物制浆工业化连续生产的方法可很好地突破这一至今尚未突破的瓶颈，解决了生物制浆替代化学制浆走不出实验室的难题，该法可有效去除70％～80％的木质素、水解40％～60％的半纤维素，保留95％的纤维素。是清洁的生物制浆法走向工业化替代严重污染环境的传统制浆法、化学制浆法的有效方法。
【专利说明】一种使生物制浆工业化连续生产的方法
[0001]【技术领域】本发明属于生物制浆领域，是一种使生物制浆工业化连续生产的方法。【背景技术】
[0002]以生物制浆方法替代传统的制浆方法或化学制浆方法，解决生产过程中废水、废气、废渣严重污染环境的问题，是长期以来世界各国都在积极研究探索的课题。国内外研究以白腐菌为主制取木浆纤维的实验室研究已取得成功的经验。如:2005-7-28中国自动化网“白腐菌在制浆造纸工艺中的应用” 一文中谈到:国内外研究以白腐菌为主制取木浆纤维的实验室研究已取得成功的经验，制浆造纸工业的废液由于含有毒.致突变、难降解的有机氯化物而日益受到高度的重视。白腐菌具有能降解木质素和变性木质素的活酶系统，能将漂白废水中的有机氯化物转变成无机氯和二氧化碳，并破坏发色基团组织和结构，降低漂白废水中的总有机氯化物、B0D、C0D和色度。白腐菌除了可以降解废水中的木质素，还可以降解废水中异生物质，减轻造纸废水对环境的污染，具有很高的应用价值。2010-09-15中纸在线“白腐菌——制浆造纸行业未来之星” 一文中也谈到:由于白腐菌特有的降解木质素的功能，在原料预处理、生物漂白、废水处理和生物制浆等各个环节的应用都得到了重视，并且实验室阶段研究已取得了显著成效。但是，白腐菌在大规模生产中应用还存在很多问题:处理效率低、周期长、连续化培养生产各种白腐菌的生物反应器尚待进一步研究和完善。2011-11-9中国纸业网也在“生物技术在制浆造纸中应用与研究进展”一文对此问题进行了论述……但是如何缩短处理周期，提高处理效率仍然是一个亟需解决的问题。因此，研究如何处理效率高的生物反应器必将引起污染严重的传统制浆工艺的较大改革。20世纪90年代末，日本神户制钢所应用白腐菌在常温常压下分解木材成功制出优质纸浆。选定适宜温度，可以分解出80% 的木质素，比一般化学制浆法成本降低了 50%。这种白腐菌对木质素的脱除分解率极高，而对纸浆纤维中的纤维素分解极少，这样可使纸浆得率高达60%，超过化学法得浆率的50%。据此计算，木材的消耗量可节约I / 9。此种制浆方法将是对传统制浆方法的巨大挑战。利用白腐菌可以降解木质素、半纤维素和纤维素的特性，白腐菌在制浆造纸各个环节的应用都得到了很广泛的研究，但是利用白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)直接制浆却鲜见报道。应用白腐菌或其他可以分解木质素的任何菌类直接处理原料制浆应该是一个新的研究方向。2011年以前一些学者和研究者的结论..“白腐菌分解木质素能力较强，能有效地选择性的分解植物纤维中的木质素。生物法处理条件温和、能耗低、无污染，但周期太长，” “处理效率低，周期长，连续化培养生产各种白腐菌的生物反应器尚待进一步研究和完善”…随着这些研究的深入，必将引起污染严重的传统制浆工艺的较大改革。
[0003]本发明的目的是为了解决生物制浆法转化为工业化生产的过程中遇到了难以突破的瓶颈一白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)分解木质素的时间太长，在工业化生产过程中无法连续生产，效率太低，性价比倒挂，工厂无法采用，使生物制浆替代化学制浆目前仍走不出实验室的难题。本专利申请的生物制浆工业化连续生产的方法可很好地突破这一至今尚未突破的瓶颈，解决了生物制浆替代化学制浆走不出实验室的难题，该法可有效去除70 %~80 %的木质素、水解40 %~60 %的半纤维素，保留95 %的纤维素。是清洁的生物制浆法走向工业化，替代严重污染环境的传统制浆、化学制浆法的有效方法。
【发明内容】
[0004]以生物制浆工业化生产方法替代传统制浆、化学制浆的方法，解决:在工业化生产过程中无法连续生产，效率太低，性价比倒挂，工厂无法采用。使生物制浆替代化学制浆目前仍走不出实验室的难题。本专利申请的生物制浆工业化连续生产的方法可很好地解决这一难以突破的瓶颈，现就这种生物制浆工业化连续生产的方法说明如下:
[0005]1.先在工厂的制浆车间建一可以使生物制浆工业化连续生产的生物分解装置，装置如附图1所示:该装置为内径0.5~5米，长5~30米的筒、洞状的碳钢或不锈钢装置(也可选用耐温耐磨的厚塑料板材、砖混、水泥等材料制成，只要内部光滑即可)，①.该装置平装时，底部为长方形平底状，上部或整体内形为洞形状或类似洞形状。在该装置为长
方形平底状的底部或洞状装置中安装输送物料的装备(如传送带、斗车类......)'?.如
因安装生物分解装置的地点面积或地貌不宜平装，进出料口高低相差30度以上或90度垂直安装时，分解装置内形为筒形状或类似筒形状，分解装置中的输送物料装备则宜采用适合分解装置内径的移动刮板式(如链条刮板式)输送物料装备或其它类型合适的输送物料装备。③.生物分解装置使用时，调节分解装置中载料输送物料装备的运料速度快慢，来决定被分解的物料在分解装置中的停留时间。以物料进入分解装置到出料口白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)可以正好分解完木质素为准。④.生物分解装置的大小以工厂设计的生产规模大小而定。⑤.该生物分解装置的主要特征为:在内形为筒、洞形状或类筒、洞形状的碳钢或不锈钢装置中(也可选用耐温耐磨的厚塑料板材、砖混、水泥等材料制成，只要内部光滑即可)，装配加热装备，保证装置内部的环境温度保持在10~55°C左右，另外在本装置的进料口内装配加水喷淋及接菌种装备，此喷淋装备能根据进料速度的快慢，自动调节加热加水量的大小。安装物料温度、湿度的检测装置，与自动控制仪器连接，以自行调节分解装置中的湿度、温度。当物料由输送设备送入该生物分解装置后，完成给物料加水加温及接菌种的过程，使其在自动控制设备的监控、调节下，物料的水份含量达到10~85%左右，物料温度达到10~55°C左右，为上述菌类创造一个优越的分解木质素的环境。用输送物料装置速度的快慢控制物料通过该分解装置中的通过及停留的时间，保证上述菌类充分分解木质素，使木材、秸杆类物料(制浆原料)经过该生物分解装置后，在下道工序中能完整分离纤维素，顺利的进入筛浆工艺。(见附图1.生物分解装置示意图及说明)
[0006]上述制作该生物分解装置的材料包括塑料、玻璃、玻璃钢制品、木材、钢材、水泥、砖混、钢筋结构网架、模板……及一切可以成型的材料。
[0007]2.生物分解装置即可以附图2所示建多个独立的生物分解室、池或场地(每个的容积大小以工厂设计的日生产规模大小而定)。如采用露天场地堆放式，气温低时可在其物料上覆盖保温物如塑料膜、篷布…以增加料温，利于白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)分解木质素。独立的生物分解室池或场地数量以3-7个以上为宜。太少被分解的物料在分解室或场地中的停留时间太短，白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)分解木质素不完全影响提取纤维素的质量、数量。太多则占地面积太大。该设施建成后是这样实施技术方案的:每天将生产所需物料(制浆原料)装入一个分解室、池或场地待三天后出料送入下一工序使用，第二天将生产所需物料(制浆原料)装入第二个分解室池或场地待三天后出料送入下一工序使用……每天均有新物料(制浆原料)装入前边已出过料空出的分解室、池或场地，亦有被白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)正好分解完木质素的物料(制浆料)出料，送入下一生产工序使用，……如此循环不已。这样，就完美完成了生物制浆工业化连续生产的工艺。既满足了白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)分解木质素所需的时间，又解决了工业化生产过程中怎样连续生产，效率低的问题，工厂在同一时间的产量提高了，效益上去了，就乐于采用生物制浆替代化学制浆，同时提高了产品的质量和数量，又解决生产过程中废水、废气、废渣严重污染环境的大问题。
[0008]3.把1.2.所述的工艺设施放入工厂的原料储存库或场地，合理布局即可大面积节约工厂用地。亦可在工厂的原料储存库或场地内隔断或划分若干个单元的生物分解区。
[0009]4.把2.所述的生物分解装置工艺设施分解为单个独立的生物分解室、池或场地放在工厂内外的任何合适地点，根据具体地形地貌的不同特点，变化组合为任意的形式。只要符合生产工艺要求，便利生产即可
[0010]5.可根据厂区地形地貌具体情况具体设计设置任意形状的单个独立的生物分解室、池或场地任意组建成生物分解物料的车间或场所，只要符合生产工艺要求，便利生产即 可。
[0011]上述1.2.3.4.5.所述的建造、制作该生物分解装置的材料包括塑料、玻璃、玻璃钢制品、木材、钢材、水泥、砖混、钢筋结构网架、模板……及一切可以成型的建筑材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]如附图2.所示，与附图1.所示的不同之处在于:图1所示生物分解装置，装置中装有输送物料的装备A，只有一个分解空间(洞、筒形)；是对应本说明书使生物制浆工业化连续生产的装置类形的示意图。
[0013]而如附图2.所示，设施中则无输送物料的装备A，却需有数个分解空间(室、池、场)；是对应本说明书、使生物制浆工业化连续生产的设施多种形式组合中的集中一类形的示意图。
[0014]从附图1可看出，生物分解装置底部为长方形平底状，上部或整体内形为筒、洞形状或类筒、洞形状。在该装置为长方形的底部或筒、洞形状(类筒、洞形状)装置中安装输
送物料(制浆原料)的装备A(如传送带、斗车类......)。在本装置进料口端B的I米
左右处装配加热、加水喷淋及接菌种装备E(如热水、气管，喷淋器，太阳能热源，微波发生器...，菌种喷撒器，...)，在进料口 2米左右处，安装物料温度、湿度的检测装备G (温、湿度计、检测器...)。物料温度、湿度的检测装备G，加水、加热及接菌种装备E通过联接电缆F与与自动控制仪器C、D(自动控制仪、器、计算机...)连接，以自动调节分解装置中的湿度、温度。当物料(制浆原料)从本装置进料口B端由输送装备A送入该生物分解装置后，在I~2米处由加水、加温及接菌种装备E完成给物料加水、加温、接菌种的过程，使其在自动控制装备的监控、调节下，物料的水份含量达到25~85%左右，物料温度达到15~55°C左右，为白腐菌或其他可用菌创造一个优越的分解木质素的环境。根据观察窗R观测的物料分解情况，由控制面板L控制驱动轮K速度的快慢，以控制物料通过该分解装置中的通过及停留的时间，保证白腐菌或其他可用菌充分分解木质素，使物料(制浆原料)经该生物分解装置后，从该生物分解装置的出料口 J出料，进入下道工序中能完整分离纤维素，顺利完成筛浆工艺。
[0015]从附图2可看出，图中数字所标的I~14为14个隔开的、独立的生物分解室、池或场地；C、D为自动控制装备，E为分布在各个独立的生物分解室、池或场地的加热、加水、喷淋、喷撒、接菌种装备，G为物料温度、湿度的检测装备、F为联接电缆。E、G通过联接电缆F与C、D自动控制装备连接，以据情调节各个独立的生物分解室、池或场地的温、湿度；各个独立的生物分解室、池或场地均设置温度、湿度计和观察窗R，以随时观察、了解、调节各个独立的生物分解室、池或场地的物料生物分解状况。B、J进出料口为同一进出口。从附图所示中可看出该生物分解装置是有单个独立的生物分解室、池或场地组合排列为该形状的车间，除方便集中生产和管理外，还可以节约大量建筑及设施费用。该车间也可以因地制宜总体组合为园形、方形、长方形……任何形状。
【具体实施方式】 [0016]例1.在工厂的制浆车间按附图所示及其详细说明建一生物分解装置。以所使用菌种的性能要求，调节分解装置中载料传送装备A的运料快慢速度决定被分解的物料在分解装置中的停留时间。以物料进入分解装置到出料口，白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)正好分解完木质素为准。生物分解装置的大小以工厂设计的生产规模大小而定。
[0017]本发明的生物分解装置是这样设置的:(见附图1及其详细说明)在工厂的制浆车间或其它合适地点按附图1所示及其详细说明，用不锈钢或其它任一可成型材料先建制一个直径0.5~5米、长度2~30米的洞形状装置，在该装置为长方形的底部安装输送物料的装备A(如传送带、斗车...)。在本装置进料口端B的I米左右处装配加水、加热及接菌种、喷淋喷撒装备E(如热水、气管、喷淋器、太阳能热源、微波发生器...、菌种喷撒器、...),在进料口 2米左右处，安装物料温度、湿度的检测装备G (如温、湿度计、检测器...)，物料温度、湿度的检测装备G通过联接电缆F与自动控制装备C、D (如自动控制仪、器、计算机...)连接，以自动调节分解装置中的湿度、温度。当物料(制浆原料)从本装置进料口 B端由输送装备A送入该生物分解装置后，在I~2米处由加水、加温及接菌种的喷淋喷撒装备E完成给物料(制浆原料)加水、加温及接菌种的过程，使其在自动控制装备的监控、调节下，物料的水份含量达到25~85%左右，物料温度达到15~55°C左右，为白腐菌或其他可用菌创造一个优越的分解木质素的环境。根据观察窗R观测的物料分解情况，由控制面板L控制驱动轮K速度的快慢，以控制物料通过该分解装置中的通过及停留的时间，保证白腐菌或其他可用菌充分分解木质素，使物料经该生物分解装置后，从该生物分解装置的出料口 J出料，进入下道工序中能完整分离纤维素，顺利完成筛浆工艺。
[0018]例2.在工厂的制浆车间或其它合适地点按附图1所示及其详细说明，用不锈钢或其它任一可成型材料先建制一个直径0.5米以上、长度2~30米的筒形状(类筒形状)装置，在该装置中安装输送物料的装备A (如链条刮板式输送链、带)。在本装置进料口端B的I米左右处装配加水、加温及接菌种的喷淋喷撒装备E(如热水、气管、喷淋器、太阳能热源、微波发生器...、菌种喷撒器、...)，在进料口 2米左右处，安装物料温度、湿度的检测装备G(如温、湿度计、检测器...)，物料温度、湿度的检测装备G通过联接电缆F与自动控制装备C、D(如自动控制仪、器、计算机...)连接，以自动调节分解装置中的湿度、温度。当物料(制浆原料)从本装置进料口 B端由输送装备A送入该生物分解装置后，在I~2米处由加水、加温及接菌种的喷淋喷撒装备E完成给物料加水加温及接菌种的过程，使其在自动控制装备的监控、调节下，物料的水份含量达到25~85%左右，物料温度达到15~55°C左右，为白腐菌或其他可用菌创造一个优越的分解木质素的环境。根据观察窗R观测的物料分解情况，由控制面板L控制驱动轮K速度的快慢，以控制物料通过该分解装置中的通过及停留的时间，保证白腐菌或其他可用菌充分分解木质素，使物料经该生物分解装置后，从该生物分解装置的出料口 J出料，进入下道工序中能完整分离纤维素，顺利完成筛浆工艺。
[0019]以上例I的生物分解装置为平装，占地面积较大；例2的生物分解装置为竖装，适宜进出料口高低相差30度以上或90度垂直安装，适合山坡地面或平地垂直安装，占地面积较小。
[0020]把所述的生物分解装置、工艺放入工厂的原料储存库或场地，合理布局即可大面积节约工厂用地。
[0021]例3.生物分解设施即可以附图2所示建多个独立的生物分解室、池或场地(每个的容积大小以工厂设计的日生产规模大小而定)。如采用露天场地堆放式，气温低时可在其物料上覆盖保温物如塑料膜、篷布…以增加料温，利于白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)分解木质素。独立的生物分解室池或场地数量以3-7个以上为宜。太少被分解的物料在分解室或场地中的停留时间太短，白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)分解木质素不完全影响提取纤维素的质量、数量。太多则占地面积太大。参考附图2，建I~14个隔开的、独立的生物分解室、池或场地；每个独立的生物分解室、池或场地安装加热、加水、喷淋、喷撒、接菌种装备E，物料温度、湿度的检测装备G，E、G通过联接电缆F与C、D自动控制装备连接 以据情调节各个独立的生物分解室、池或场地的温、湿度；各个独立的生物分解室、池或场地均设置观察窗R，以随时观察、了解、调节各个独立的生物分解室、池或场地的物料生物分解状况。B、J进出料口为同一进出口。该生物分解设施是有单个独立的生物分解室、池或场地组合排列为该形状的车间，除方便集中生产和管理外，还可以节约大量建筑及设施费用。该车间也可以因地制宜总体组合为园形、方形、长方形……任何形状。
[0022]该设施建成后是这样实施技术方案的:每天将生产所需物料(制浆原料)装入一个分解室、池或场地待三天后出料送入下一工序使用，第二天将生产所需物料(制浆原料)装入第二个分解室池或场地待三天后出料送入下一工序使用……每天均有新物料(制浆原料)装入前边已出过料空出的分解室、池或场地，亦有被白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)正好分解完木质素的物料(制浆料)出料，送入下一生产工序使用，……如此循环不已。这样，就完美完成了生物制浆工业化连续生产的工艺。既满足了白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)分解木质素所需的时间，又解决了工业化生产过程中怎样连续生产，效率低的问题，工厂在同一时间的产量提高了，效益上去了，就乐于采用生物制浆替代化学制浆，同时提高了产品的质量和数量，又解决生产过程中废水、废气、废渣严重污染环境的大问题。
[0023]例4.把1.2.所述的生物分解装置工艺设施放入工厂的原料储存库或场地，合理布局即可大面积节约工厂用地。亦可在工厂的原料储存库或场地内隔断或划分若干个单元的生物分解区。
[0024]例5.把例3所述的生物分解工艺设施分解为单个独立的生物分解室、池或场地放在工厂内外的任何合适地点，根据具体地形地貌的不同特点，变化组合为其它任意形状、形式。只要符合生产工艺要求，便利生产即可。
[0025]例6.可根据厂区地形地貌具体情况具体设计设置任意形状的单个独立的生物分解室或场地任意组建成生物分解物料的车间或场所，只要符合生产工艺要求，便利生产即可。
【权利要求】
1.一种使生物制浆工业化连续生产的方法，其特征在于该方法应用的装置可平装或竖装及改变为一种设施方式实施，可灵活多变，对环境适应性强；该装置平装时，底部为长方形平底状，上部或整体内形为洞形状或类似洞形状，装置中安装输送物料的装备A(如传送带、斗车类......);进出料口高低相差30度以上或90度垂直安装时，分解装置内形为筒形状或类似筒形状，分解装置中则宜采用不同类型的输送物料装备A(如链条刮板式输送装备或适合分解装置内径的其它类型的输送物料装备)；当制浆原料经输送物料装备带动从装置中通过后即完成了生物分解过程，即可进入下一工序使用。
2.如权利要求1所述的一种使生物制浆工业化连续生产的方法所应用的装置，其特征在于:生物分解装置中装有加热、加水、接菌种装备E，物料温度、湿度的检测装备G，自动控制装备C、D，观察窗R，控制面板L，控制驱动轮K，(因E、G、C、D类装备市场上种类繁多，作用一样，可据情选购安装使用，这里就不一一指明了)；其特征还在于:加热、加水、接菌种装备E及输送物料装备A可人工控制或由自动控制装备C、D自动调节控制。
3.如权利要求1所述的一种使生物制浆工业化连续生产的方法所应用的装置可改变为一种设施方式实施，其特征在于:建成多个独立生物分解室、池或场地，形状、大小可因地制宜，可集中一个地点建或分散数个地点建，数量以2~7个以上为宜，每个室中均装有:加热、加水、接菌种装备E，制浆料温度、湿度的检测装备G，自动控制装备C、D，观察窗R ;连续生产的方法为:每天将生产所需制浆原料装入一个分解室、池或场地待三天后出料送入下一工序使用，第二天将生产所需制浆原料装入第二个分解室、池或场地待三天后出料送 入下一工序使用......这样，每天均有制浆原料装入先前已出过料空出的分解室、池或场地，亦有被白腐菌(或其他可以分解木质素的任何菌类)正好分解完木质素的制浆料出料送入下一生产工序使用......如此循环不已；这样就完美完成了生物制浆工业化连续生产的工艺。
4.如权利要求1所述的一种使生物制浆工业化连续生产的方法所应用的装置可改变为一种设施方式实施，其特征在于:把工艺设施放入工厂的原料储存库或场地，合理布局即可大面积节约工厂用地，亦可在工厂的原料储存库或场地内隔断或划分若干个单元的生物分解区。
5.如权利要求1所述的一种使生物制浆工业化连续生产的方法所应用的装置可改变为一种设施方式实施，其特征在于:可根据厂区地形地貌具体情况具体设计设置任意形状的单个独立的生物分解室或场地任意组建成生物分解物料的车间或场所，只要符合生产工艺要求，便利生产即可。
【文档编号】D21C5/00GK104018384SQ201310499626
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2012年10月15日
【发明者】王福朝, 王昭亮, 张伾山, 王昭辉, 黄志策, 王红玉, 梁大清 申请人:河南丰利达高科技有限公司, 王福朝