本發(fā)明涉及一種加工秸稈的方法，特別是一種將秸稈加工成有用的中間產(chǎn)物的方法，所述中間產(chǎn)物可以進一步加工和/或精制成一種或多種有用的最終產(chǎn)物，例如可用于造紙的纖維素纖維。尤其，所述秸稈可以是來自小麥、大麥、燕麥、稻或干草。

眾所周知，從秸稈中提取纖維素纖維以生產(chǎn)紙漿，并且所述紙漿可用于各種紙制品中。但是，從秸稈中提取纖維素纖維的現(xiàn)有工藝是復(fù)雜和昂貴的，通常依賴于使用壓力和/或大量溫度。

因此，本發(fā)明的目的是尋求方法以緩解上述已發(fā)現(xiàn)的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種將秸稈加工成中間秸稈產(chǎn)物的方法，所述方法包括：

(a)在約20℃至約80℃的溫度下，用ph為約10至約14的堿性溶液處理秸稈約6小時至約30小時；

(b)將過量的堿性溶液和所述處理后的秸稈相互分離；和

(c)將所述處理后的秸稈保存在約30℃至約45℃的厭氧環(huán)境中約6小時至約30小時，以制備中間秸稈產(chǎn)物。

值得注意的是，本發(fā)明所述的方法產(chǎn)生了中間產(chǎn)物，所述中間產(chǎn)物無需經(jīng)受高壓，即可進一步加工以生成一種或多種的最終產(chǎn)物。

雖然所述中間秸稈產(chǎn)物的進一步加工可以包括已知的步驟(例如使用制漿來生產(chǎn)紙漿)和進一步加工步驟以將漿精制成紙漿，本發(fā)明所述的方法產(chǎn)生了中間產(chǎn)物，其能夠比采用其它可能的方式更容易并且更有效的進一步加工。

應(yīng)注意的是，提到的“過量的堿性溶液”是指在步驟(a)期間未被所述秸稈吸收的堿性溶液。

優(yōu)選地，步驟(b)包括除去過量的堿性溶液?；蛘?，步驟(b)包括從所述過量的堿性溶液中除去處理后的秸稈。

優(yōu)選地，步驟(a)、(b)和/或(c)在容器中進行，例如罐，優(yōu)選生物罐。

優(yōu)選地，步驟(a)、(b)和(c)在單個容器中進行，例如罐，優(yōu)選生物罐。

優(yōu)選地，步驟(a)包括將未處理的秸稈放置于容器中，并將堿性溶液從位于秸稈上方的入口加入到秸稈中。

或者，步驟(a)包括用堿性溶液填充所述容器并將未處理的秸稈放置于堿性溶液中。

優(yōu)選地，用堿性溶液填充所述容器到預(yù)定高度。

優(yōu)選地，步驟(a)包括將所述堿性溶液的液位保持在容器內(nèi)的預(yù)定高度。例如，應(yīng)當(dāng)理解，在優(yōu)選實施例中，在步驟(a)的過程中可以將堿性溶液加入到所述容器中，以使堿性溶液的液位保持在預(yù)定高度。

優(yōu)選地，步驟(b)包括從所述容器中排出堿性溶液。優(yōu)選地，堿性溶液從靠近或位于所述容器底部的出口排出。

優(yōu)選地，所述秸稈在第一容器中處理，并且從第二容器加入所述堿性溶液。

值得注意的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在步驟(b)過程中除去的堿性溶液含有比預(yù)期更高含量的木質(zhì)素。

優(yōu)選地，在步驟(c)之前，所述方法包括除去空氣，例如從所述容器中除去空氣，以形成厭氧環(huán)境。

在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種從秸稈中提取木質(zhì)素的方法，所述方法包括根據(jù)本文所述的方法將秸稈加工成中間秸稈產(chǎn)物，并提取木質(zhì)素。

優(yōu)選地，從過量的堿性溶液中提取木質(zhì)素。

在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種從秸稈中提取纖維素纖維以制備紙漿的方法，所述方法包括

(i)將秸稈加工成如本文所述的中間秸稈產(chǎn)物；和

(ii)將所述中間秸稈產(chǎn)物進一步加工成紙漿。

優(yōu)選地，所述方法包括，

(d)將所述中間秸稈產(chǎn)物與水混合，并將所述秸稈和水的混合物制成漿；

(e)加工所述漿狀秸稈，以從所述秸稈中獲得纖維素纖維；和

(f)獲得所述漿。

優(yōu)選地，步驟(d)包括在將所述中間秸稈產(chǎn)物與水混合之前，將中間秸稈產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至碎漿機。

優(yōu)選地，步驟(d)包括在碎漿機中將所述中間秸稈產(chǎn)物與水混合，并將秸稈和水的混合物制成漿。

本發(fā)明工藝的優(yōu)點在于，在低溫且不使用壓力的情況下，可以從秸稈中分離纖維素纖維。由于所述工藝可以使用再循環(huán)液，所以使液體的消耗最小化。所使用的堿性溶液可以是廉價的，合適的示例是燒堿(氫氧化鈉)。因此，纖維素纖維可以以簡單且經(jīng)濟有效的方式獲得，并且可以通過環(huán)境友好的工藝獲得。所得的漿可用于各種行業(yè)。因此，例如所述漿可以用在造紙行業(yè)中，用于生產(chǎn)報紙或其它產(chǎn)品。所得的漿可以不經(jīng)過進一步清洗而用于生產(chǎn)，例如蛋盒、瓶分離器(bottleseparators)和包含容器的成型纖維包裝產(chǎn)品?？梢赃M一步清洗所述漿以制造其它紙制品，例如紙巾。

優(yōu)選地，步驟(e)包括以下子步驟中的一個或多個，優(yōu)選全部：

(e1)通過過濾器過濾所述漿狀秸稈，以從秸稈中提取纖維素纖維；

(e2)在精制機中精制所述過濾后的漿狀秸稈，以從秸稈中進一步提取纖維素纖維；

(e3)篩選所述精制后的漿，以從纖維素纖維中分離木質(zhì)素和/或灰分；

(e4)用水洗滌所述篩選后的漿，以分離更多的木質(zhì)素和/或灰分；和

(e5)從步驟(e2)中回收液體以在本文所述的方法中重復(fù)使用。

或者，或另外，步驟(e)可以包括通過碎解(de-flaking)來加工所述漿狀秸稈。

本發(fā)明所述的方法可以包含回收已經(jīng)從纖維素纖維中分離的木質(zhì)素?？梢赃M一步加工所述木質(zhì)素以除去二氧化硅和任何其它目標(biāo)雜質(zhì)。

優(yōu)選地，所述堿性溶液包括燒堿?？梢允褂闷渌鼔A性溶液，例如，所述堿性溶液可以包括碳酸鈉?；蛘撸鰤A性溶液可以包括氫氧化鉀或碳酸鉀。

優(yōu)選地，步驟(a)的ph為約14。

優(yōu)選地，步驟(a)的溫度為約80℃。

優(yōu)選地，步驟(a)的時間為約12小時。

優(yōu)選地，步驟(a)包括以下子步驟中的一個或多個，優(yōu)選全部：

(a1)將所述秸稈放置在第一容器中；

(a2)在第二容器中將水和堿混合，以制備ph為約10至約14的堿性溶液；

(a3)將所述第二容器中的溶液加熱至溫度為約20℃至約80℃；

(a4)將所述加熱后的溶液從第二容器轉(zhuǎn)移到第一容器；

(a5)在約20℃至約80℃的溫度下，將所述溶液與秸稈留在第一容器中約6至約30小時，在此期間秸稈吸收部分溶液；和

(a6)將所述第一容器中的剩余溶液轉(zhuǎn)移至第二容器。

優(yōu)選地，步驟(a2)的ph為約14。

優(yōu)選地，步驟(a3)的溫度為約80℃。

優(yōu)選地，步驟(a5)的溫度為約80℃。

可以采用其它溫度和時間。

優(yōu)選地，步驟(a)包括以重復(fù)的檢查間隔，優(yōu)選在初始時間段內(nèi)，檢查所述堿性溶液的液位和/或堿性溶液的ph。

優(yōu)選地，檢查所述堿性溶液的液位以確保其始終淹沒秸稈。檢查所述堿性溶液的液位，因為秸稈吸收堿性溶液，優(yōu)選地，秸稈不應(yīng)吸收過多堿性溶液以致堿性溶液的液位低于秸稈的高度。

優(yōu)選地，所述檢查間隔為大約每三十分鐘一次。如果需要的話，所述檢查間隔可以更長或更短。

優(yōu)選地，進行重復(fù)檢查的所述初始時間段為大約前4小時。如果需要的話，所述時間段可以更短或更長。

優(yōu)選地，未被所述秸稈吸收的堿性溶液基本上全部轉(zhuǎn)移到第二容器中。例如，所述轉(zhuǎn)移的堿性溶液可以是最初提供的堿性溶液的約70％。在這種情況下，約30％的所述最初提供的堿性溶液已被秸稈吸收。所述轉(zhuǎn)移的堿性溶液可以多于或少于最初提供的堿性溶液的70％，和被秸稈吸收的量共計100％。

步驟(a)可以使制備堿性溶液、浸泡秸稈以及加熱都在第一容器中進行。如果僅使用所述第一容器，則在將秸稈加入容器之前，優(yōu)選地，將堿性溶液加熱至所需溫度。在這種情況下，優(yōu)選地，將所述秸稈加入容器中，使得堿性溶液不會從容器溢出。

優(yōu)選地，步驟(c)的溫度為約35℃。

優(yōu)選地，步驟(c)的時間段為約12小時。

優(yōu)選地，將所述秸稈和水的混合物制漿約10和約20分鐘，優(yōu)選約15分鐘。如果需要的話，可以制漿超過20分鐘。

優(yōu)選地，通過篩網(wǎng)過濾器過濾漿狀秸稈。優(yōu)選地，所述篩網(wǎng)過濾器包括6mm的篩網(wǎng)過濾器。在其它實施例中，可以使用更大或更小的篩網(wǎng)過濾器?？梢允褂贸Y網(wǎng)過濾器以外的過濾器。

優(yōu)選地，從所述秸稈中過濾提取大部分纖維素纖維。

優(yōu)選地，例如在步驟(e2)中，所述過濾、精制和/或碎解的漿狀秸稈的ph為約9至約10。

優(yōu)選地，用雙盤精制機精制所述漿狀秸稈。也可以使用其它精制裝置。步驟(e2)中的精制對于從所述秸稈中進一步獲得纖維素纖維是有效的，從而比沒有精制的情況下產(chǎn)生更高的產(chǎn)率。

優(yōu)選地，在本發(fā)明步驟中的液體(堿性溶液和/或水)轉(zhuǎn)移是通過一個或多個泵。

優(yōu)選地，在步驟(a)之前將所述秸稈放置在容置器中。優(yōu)選地，所述容置器是籠子?？梢允褂闷渌愋偷娜葜闷鳌?yōu)選地，所述容置器設(shè)置成在多個位置之間可移動，以使秸稈浸泡在堿性溶液中，然后將其轉(zhuǎn)移到碎漿罐中。

在本發(fā)明的一個方面，提供了一種從秸稈中提取木質(zhì)素的方法，所述方法包括如本文所述的加工秸稈的方法或從秸稈中提取纖維素的方法。

優(yōu)選地，所述提取木質(zhì)素的方法包括從液體中獲得木質(zhì)素，所述液體已用于處理、加工和/或洗滌秸稈、中間秸稈產(chǎn)物和/或由其生產(chǎn)的產(chǎn)物。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了通過本文所述的方法生產(chǎn)的中間產(chǎn)物。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了通過本文所述的方法生產(chǎn)的纖維素纖維。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了通過本文所述的方法生產(chǎn)的木質(zhì)素。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了通過本文所述的方法生產(chǎn)的紙漿。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種生產(chǎn)紙漿產(chǎn)品或紙制品的方法，所述方法包括根據(jù)本文所述的方法獲得紙漿，并進一步將所述紙漿加工成一種或多種紙漿產(chǎn)品或紙制品。

優(yōu)選地，所述一種或多種紙漿產(chǎn)品包括蛋盒、瓶分離器和成型纖維包裝產(chǎn)品。

優(yōu)選地，所述一種或多種紙制品包括紙、紙板、報紙和薄紙。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了通過本文所述的方法生產(chǎn)的紙漿產(chǎn)品。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了通過本文所述的方法生產(chǎn)的紙制品。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了用于根據(jù)本文所述的方法加工秸稈的容器。

優(yōu)選地，所述容器包括(i)用于將堿性溶液引入到所述容器的入口，(ii)用于從所述容器中除去過量堿性溶液的第一出口，(iii)用于從所述容器中除去空氣的第二出口，和(iv)用于加熱所述容器中的堿性溶液的加熱器。

優(yōu)選地，所述容器進一步包括用于指示容器中堿性溶液液位的液位指示器。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于根據(jù)本文所述的方法加工秸稈的裝置，其中所述裝置包括(i)如本文所述的容器，以及(ii)容置器，其用于固定秸稈并將所述秸稈浸泡在容器內(nèi)的液體中。

優(yōu)選地，所述容置器包括籠子。

優(yōu)選地，所述裝置包括(a)如本文所述的第一容器，和(b)第二容器，所述第二容器包括出口和入口，該第二容器的出口連接第一容器的入口，用于將液體從第二容器轉(zhuǎn)移到第一容器，該第二容器的入口連接第一容器的第一出口，用于將液體從第一容器轉(zhuǎn)移到第二容器。

優(yōu)選地，所述第二容器包括在其中用于加熱液體容器的加熱器。

優(yōu)選地，所述裝置設(shè)置成允許所述容置器在第一容器、第二容器和/或碎漿機中的兩個或多個之間移動。

在本說明書中，以能夠清楚和簡明的書寫規(guī)范的方式描述實施例，但是應(yīng)當(dāng)理解的意圖是實施例可以在不脫離本發(fā)明的情況下進行不同地組合或分離。

具體實施方式

現(xiàn)在將僅通過示例并且參照附圖來描述本發(fā)明的實施例，附圖示出了用于實施本發(fā)明工藝的裝置。

在本說明書中，術(shù)語“約”是指加或減20％，更優(yōu)選加或減10％，甚至更優(yōu)選加或減5％，最優(yōu)選加或減2％。

在本說明書中，術(shù)語“秸稈”是指能夠用于生產(chǎn)紙漿的任何含纖維素的植物材料，優(yōu)選為“秸稈狀”。

優(yōu)選地，術(shù)語“秸稈”是指能夠用于生產(chǎn)紙漿的含纖維素植物(例如谷類植物)的莖稈。

術(shù)語“秸稈”的具體例子包括小麥、大麥、燕麥、黑麥、稻、干草。

參見圖1，示出了用于實施從秸稈4提取纖維素纖維以生產(chǎn)紙漿的工藝的裝置2。所述工藝包括以下步驟：

(a)將所述第一罐6中的所述秸稈4浸泡在ph為10-14、溫度為20-80℃的堿性溶液中6-30小時；

(b)除去過量的堿性溶液；

(c)從所述第一罐6中除去空氣，以在第一罐6中形成厭氧環(huán)境，并將第一罐6的溫度保持在30-45℃，持續(xù)6-30小時，以生產(chǎn)中間秸稈產(chǎn)物；

(d)將所述中間秸稈產(chǎn)物從第一罐6轉(zhuǎn)移到碎漿罐10，并在碎漿機10中將水與中間秸稈產(chǎn)物混合，并將秸稈和水的混合物制成漿；

(e)加工所述漿狀秸稈以從所述秸稈中獲得纖維素纖維；和

(f)獲得所述漿。

在優(yōu)選實施例中，在步驟(a)期間將堿性溶液加入到所述容器中，以使堿性溶液的液位保持在預(yù)定的高度。

步驟(e)可以包括以下子步驟：

(e1)通過過濾器12過濾所述漿狀秸稈，以從秸稈中獲得纖維素纖維；

(e2)在精制機14中精制所述過濾后的秸稈，使所述漿中的纖維素纖維相互分離，從而從秸稈中進一步獲得纖維素纖維；

(e3)篩選所述精制的漿，以從纖維素纖維中分離木質(zhì)素和灰分；

(e4)用水洗滌所述篩選后的漿，以分離更多的木質(zhì)素和灰分；和

(e5)從步驟(e2)中回收液體以在所述工藝中重復(fù)使用。

或者或另外，步驟(e)，例如步驟(e2)，可以是一個通過碎解加工所述漿狀秸稈的步驟。

步驟(a)可以包括以下子步驟：

(a1)將所述秸稈放置在第一罐6中；

(a2)在第二罐8中將水和堿混合，以制備ph為10-14的堿性溶液；

(a3)將所述第二罐8中的溶液加熱至20-80℃；

(a4)將所述加熱后的溶液從第二罐8轉(zhuǎn)移到第一罐6；

(a5)將所述溶液留在第一罐6中與秸稈在20-80℃的溫度下接觸6-30小時，在此期間，秸稈吸收部分溶液；和

(a6)將所述第一罐6中剩余溶液轉(zhuǎn)移至第二罐8。

在步驟(e)中，與所述秸稈混合的水由水箱16提供。

通過加熱器18加熱所述第一罐6中的液體。

在轉(zhuǎn)移到第一罐6之前，第二罐8中的液體可以通過加熱器(未示出)加熱。

所述碎漿罐10具有截頭圓錐形(frusto-conical)底部20，除去其中的一些灰分或砂。

所述漿狀秸稈由泵22泵送到精制機14。紙漿通過出口24流出所述精制機14。如圖所示，提供液體泵26、28、30，并且其與所述過濾器12連接，木質(zhì)素在所述過濾器12中分離。真空泵29為工藝中的步驟(c)的所述第一罐6提供所需的厭氧條件。

參照裝置2，上述工藝如此進行：所述堿為燒堿(氫氧化鈉)，步驟(a2)的ph為14，步驟(a3)的溫度為80℃，步驟(a5)的時間為12小時，步驟(a5)的溫度為80℃。

所述工藝中的步驟(a5)以初始時間段的重復(fù)檢查間隔進行。所述初始檢查是檢查第一罐6中液體的液位，以確保液體始終淹沒秸稈4。這是必要的，因為所述秸稈4吸收液體。所述初始檢查也檢查第一罐6中液體的ph。所述檢查間隔為每30分鐘一次，初始時間段為前4小時。

步驟(a6)使得所轉(zhuǎn)移的液體基本上是未被秸稈4吸收的所有液體。該轉(zhuǎn)移的液體是最初提供的液體的約70％。最初提供的液體的約30％將被所述秸稈吸收。該轉(zhuǎn)移的液體是最初提供的液體的約70％。最初提供的液體的約30％將被所述秸稈吸收。

步驟(c)的溫度為35℃，步驟(c)的時間為12小時。

在步驟(d)中，制漿時間為10-20分鐘，更優(yōu)選為15分鐘。

在步驟(e1)中，過濾是通過篩網(wǎng)過濾器進行的。所述篩網(wǎng)過濾器是6mm的篩網(wǎng)過濾器。

在步驟(e2)中，過濾后的漿的ph為9-10。在步驟(e2)中，過濾后的漿用精制機14精制，所述精制機14是雙盤精制機14。

在步驟(a1)之前，將所述秸稈4放置在容置器30中。所述容置器30是具有網(wǎng)狀側(cè)面32的籠子。容置器30具有如圖所示的實心蓋子34。

所述裝置2包含運輸架36。如圖所示，所述運輸架36具有立柱38和水平頂軌40。如圖所示，當(dāng)容置器30裝載有秸稈4時，轉(zhuǎn)移配件42能夠?qū)⑷葜闷?0轉(zhuǎn)移到第一罐6，然后轉(zhuǎn)移到第二罐8。當(dāng)容置器30在第二罐8的上方時，如圖所示移開容置器的蓋子34，以便將秸稈4與其含水量一起倒入碎漿罐10中。因此，所述轉(zhuǎn)移配件42能夠使容置器30在多個位置之間移動，以允許秸稈填充、浸泡在第一罐6中、從第一罐6移除，以及轉(zhuǎn)移到碎漿罐10中。

所述碎漿罐10用作提取罐。所述碎漿罐10具有用于將秸稈和水的混合物制成漿的碎漿機(未示出)。所述碎漿機可用作混合設(shè)備。所述碎漿機可以使用刀片進行制漿/混合。

所述第三罐10的底部20中的過濾器(未示出)過濾漿狀秸稈。在造紙行業(yè)中使用的已知的碎漿機能夠用于實現(xiàn)所需的制漿、混合和過濾。

如圖1所示，所述第一罐6的ph控制由ph控制器44控制。所述加熱器18連接到第一罐6內(nèi)的散熱器46。該第二罐8的ph控制由ph控制器48控制。

本發(fā)明工藝的優(yōu)點在于，可以使用過濾器12將木質(zhì)素與水物理分離，所述過濾器12可以是壓濾機。在低溫下提取所述纖維素纖維，而不使用任何壓力。此外，從圖1可以看出，所述第一罐6、第二罐8和碎漿罐10通過管道連接，使得液體可以再循環(huán)。含有所述木質(zhì)素的液體通常是黑色的，但是一旦液體被過濾，該液體就可以在所示的閉環(huán)管道系統(tǒng)中重新循環(huán)。當(dāng)除去所述木質(zhì)素后，水的顏色是棕色的。與已知的工藝相比，本發(fā)明的工藝可能花費更多的時間；但是，它更經(jīng)濟，因為它使用低溫并且不需要壓力。此外，有利地，與已知的工藝相比，所述分離的木質(zhì)素可以更容易回收，然后用于制備基于和/或含有木質(zhì)素的產(chǎn)品，例如作為某些塑料中的填料。

步驟(a)可以僅在第一罐6中進行。因此，所述第一罐6可以用于制備堿性溶液，然后再加入秸稈。在這種情況下，浸泡秸稈應(yīng)該確保堿性溶液不會從第一罐6中流失，同時具有秸稈4的容置器30降低到第一罐6中。

優(yōu)選地，所述裝置2中使用的各種罐、容器和容置器由不銹鋼制成，但如果需要的話，它們可以由其它合適和適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?。從所述出?4獲得的漿可以在用作生產(chǎn)紙制品的漿之前，使用現(xiàn)有的已知技術(shù)進一步加工?；蛘?，直接來自所述出口24的漿可用于生產(chǎn)紙制品。所述漿可以用于造紙行業(yè)，而不是用于生產(chǎn)報紙，以便例如所述漿可以用于提供紙巾、紙手巾、衛(wèi)生紙、硬紙板、硬紙板包裝紙和其它紙質(zhì)物品。

應(yīng)當(dāng)理解，對本文描述的當(dāng)前優(yōu)選實施例的各種改變和修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行這樣的改變和修改，而不會減少其所附帶的優(yōu)點。因此，旨在通過所附權(quán)利要求書涵蓋這些改變和修改。