生物质精炼与制浆造纸

生 物 炼制 的原 料 主要 有 如下 三大 类 型 ： 全 谷 物 原 料、 木 质纤 维原 料 、 天然 油脂植 物 原料 。 生 物炼 制 的新
产品在不断开发 ， 工艺在不断发展和完善。 其中， 生物 质转化为生物燃料 的成熟或者 比较成熟 的工艺如 图
糖和低分子有机酸 ，葡萄糖经酵母发酵可得到 乙醇 。 半纤维素是戊糖（ 木糖 、 阿拉伯糖） 、 己糖（ 甘露糖 、 葡萄 糖、 半乳糖） 和糖酸所组成的不均一 聚糖 ， 水解后产生 混合糖（ 木糖 、 阿拉伯糖 、 葡萄糖 、 甘露糖和鼠李糖 ） 糠 醛、 低分子有机酸等。目 前， 五碳糖的发酵主要在实验 室研究之中， 存在成本较高 ， 发酵效率较低等 问题 。 木 质素是一种高分子芳香族化合物 ， 可通过物理 、 化学 等方法从水解液中分离 出来 ， 用作燃料或其他化工原
继启动了一大批与生物炼制有关的 “ ９ ７ ３ ” 、 “ ８ ６ ３ ” 、 以 及 自然科学基金等研究项 目，提出了到 ２ ０ ２ ０ 年用生 物质 能源 替代 运输 燃料 １ ５ ％。 很多 企业 也在 生物 质精
炼研 发项 目上 投 入 了巨资 ， 取得 了一 系列 成果 。
１生物质 炼 制
工厂 ， 杜邦（ Ｄ ｕ Ｐ ｏ ｎ ｔ ） 公司投资近 １ 亿美元开发生物质 化 学 品 ，并 成 功 地 工 业 化 生 产 出 丙 二 醇 产 品 ， Ｂ Ｐ （ Ｂ ｒ ｉ ｔ ｉ ｓ ｈ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ ） 公 司投 资 ５ 亿 美元 ， 与美 国加里
福尼亚大学 、 伊利诺伊大学和劳伦斯伯克利国家实验 室合作 ， 共 同研发生物质能源。 我 国政 府也 高 度重 视 生物 质炼 制 产业 的发 展 ， 相
１ ． ４生 物炼制 工 艺
１ ． ４ ． ２木 质 纤维原料 发 酵 法生物 质 炼制
木质纤维原料发酵法生物质炼制工艺通常包括 ： 预处理、 水解 、 发酵 、 产物分离及其进一步加工等单元
和过程 。 １ ） 预 处理
木质纤维原料的稳定性强 ， 其中纤维素是直链的 天然高分子化合物 ，它不溶于水且具有抗聚合作用 ； 木质素具有大分子 网状结构 ， 性质稳定 。生物质 的种
石化资源（ 煤、 石油 、 天然气 ） 日益枯竭和石化燃 料燃烧产生的大气 污染是制约人类社会可持续 发展 所面临的重大难题 。 生物质来源于绿色植物 的光合作 用， 是一种取之不尽 、 用之不竭的可再生资源 ， 如果人
地球上每年再生 的生物质总量约 １ ７ ０ ０ 亿吨， 由 ７ ５ ％糖类 、 ２ ０ ％木质素和 ５ ％ 其他物质 （ 油脂 、 蛋 白质 、 脂肪等 ） 组成 。现在人类只利用 了其中的约 ６ ０ 亿吨。 生物 质炼 制（ Ｂ ｉ ｏ ｍ ａ ｓ ｓ ｒ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ， Ｂ ｉ ｏ ｒ ｅ ｉ ｆ ｎ ｉ ｎ ｇ ） 是指 以
料。
匣焉 霸
生物炼制 的产 品如 图 ３ 所示 。
／
生 物 质 化 学 品 一ｉ 琥 珀 酸 等 ｌ
生 物 产 蚴 质 材 辩 一 ｌ
＼生错 质鳇嚣
— —
Ｉ
隔 ＝ ｉ ｉ
ｊ 生诱豢油等 ｌ
图 ３ 生物炼制的产 品
Fra Baidu bibliotek
１ ． ３生 物炼 制 的特 点
生物炼制与石油炼制相 比较 ，具有如下特点 ： ① 生物质来源于绿色植物的光合作用 ， 是一种可再生资 源； ②生物质燃烧产生的二氧化碳可被植物光合作用 所利用 ， 不会加剧大气 的温室效应 ； ③生物炼制可 以 获得 比石油炼制更加丰富的产品 ； ④生物炼制采用 的 工艺技术和设备 比石油炼制更为复杂和多样化。
工 艺 与 技 术
３
生 物 质 精 炼 与 制浆 造 纸
马乐 凡 长 沙理 工大 学 湖 南 长 沙 （ ４ １ ０ ０ ０ ４ ）
摘 要： 介 绍 了生物质 炼制的概念 ， 以及 木质纤维原料 生产生物质燃料 的工艺和过 程 ， 重点介绍 了制 浆造纸 工业与 生 物质 精 炼相 结合 的主 要 技 术 。 关键词 ： 生物质 ； 精炼 ； 半纤维素 ； 木素 ； 黑液气化
可再 生 的生 物 质 为原料 ， 经过 生物 法 、 化 学法 、 物 理 法
类能用生物资源替代石化资源 ， 就可以实现资源的可 持续利用 ， 以及地球 上碳 的 自然循环 ， 解决石化燃料
燃烧所引起 的温室效应等环境问题。 进入 ２ ｌ 世纪 以后 ，各国政府先后制定 了利用生 物质资源的发展框架 。美 国计划到 ２ ０ ３ ０ 年用生物质 产品和生物质燃料替代 ２ ５ ％的有机化学品 、 ２ ０ ％的运 输燃料 、 以及 ５％的电、 热等能 源 ； 欧盟 计划到 ２ ０ ２ ０ 和２ ０ ５ ０ 年分别用生物质产 品替代 ２ ０ ％的运输燃料和 ５ ８ ％的总能源 ； Ｆ ｔ 本和印度等国家也纷纷制定了本 国 的生物炼制发展 战略。同时 ， 世界上许多大公司也参
图 １石油炼制工艺流程
１ ． １ 概念 生物质（ ｂ ｉ ｏ ｍ ａ ｓ ｓ ） 是指一切直接或间接利 用绿色 植物光合作用形成 的有机物质 ， 即一切有生命 的可以 生长的有机物质通称为生物质 。它包括植物、 动物和
微 生物 。
４
工 艺与 技术
２ ０ １ ３年 第 ２期
１ ． ２生 物炼 制 的产 品
等多种加工转化途径生产各种燃料 、 化学品和材料的
新型工业模式 。 其中， 生物质原料主要包括 ： 玉米以及
谷物类等作物 、 木质纤维原料 、 油脂生物质原料等。 生物 质炼 制 的概 念 是 与石 油炼 制相 对 应 的 ， 其流 程分别如图 １ 和图 ２ 所示。［ １ １
与到生物炼制 （ 精炼 ）的研发 中来 ，例如美 国嘉吉 （ Ｃ ａ ｒ ｇ ｉ ｌ １ ） 公司建立了世界上第一座工业化的生物炼制