一种利用非木本植物原料生产化学热机械纤维纸浆的方法，以及一种通过所述方法生产所述纸浆的自动化生产线与流程

本发明涉及纤维素领域，尤其涉及一种处理植物叶片生物废弃物的技术，然后生产一种适合于制造，例如纸制品，的化学热机械纤维纸浆，以及用于生产所述纤维纸浆的生产线。

背景技术：

1、化学热机械纤维纸浆是用于造纸的半成品，由一组不含木质素的纤维素纤维组成，这些纤维能够相互结合，通常通过化学或机械方法从木材中获得。

2、纤维素纤维通过化学或机械处理破坏或溶解非纤维素成分以从木材中释放出来。木质素变得可溶解，一部分半纤维素被水解，形成的寡糖和单糖被溶解，未溶解的剩余部分包括纤维素纤维，然后以某种方式过滤和改良。

3、最近，人们非常重视尽量减少由于造纸需求导致的森林砍伐，以及最大限度地减少木质纤维素原料处理后的废物排放。

4、众所周知，树木和其他木本植物不是制造纸制品的纤维的单一来源。有许多一年生和多年生植物的叶片含有足够刚度和长度的纤维，可以制造出合适质量的纸张。这些植物的落叶通常被烧毁或让其腐烂。这些纤维源的主要优点之一是，它们被本领域的技术人员认为是木材的环保替代品，每年可再生并大量形成。然而，由于非木纤维素通常比木纤维素贵，因此非木纤维素工业的发展仍然不如木纤维那么容易获得。此外，使用含硫试剂或高碱溶液通常使叶片的处理变得复杂，从而降低纤维产量(10-20％)，导致其被缩短和破坏。

5、生产非木纤维素的多种方法是已知的。

6、例如，专利us9950858涉及从烟草制造纤维素材料。此发明提供烟草衍生纸制品、烟草制品的包装材料和容器，以及其他消耗品和食品。特别地，它公开了一种纤维材料，其包含来源于烟草属植物的至少10％的干重百分比的纤维，以及生产这种纤维材料的方法，该方法基于用浓度为24％的氢氧化钠和在160℃的温度下处理不同的烟草部分。

7、专利文件gb2283989公开了一种使用碱工艺从香蕉叶片中生产纤维纸浆的可能性，并涉及制造未漂白的纤维素。该技术涉及在以下处理条件下使用香蕉叶片生物质：苛性钠12％(naoh)，最高温度150℃，持续3小时。

8、这种方法的一个缺点是使用了大量的高浓度碱溶剂。此外，在这种高温和溶剂浓度下长时间处理会降低纤维质量，即其刚性，从而缩短纤维在下一次处理期间的“寿命”，以便从中生产产品。

9、专利文献cn104674353公开了一种通过对生物质进行精细处理从菠萝叶片生产长纤维素的方法，该方法包括：首先，对纤维进行超声预处理；然后-用特殊的化学试剂进行纤维膨胀处理；在膨胀后，进行化学处理；并在方法结束时对菠萝叶片纤维进行脱胶、切碎和干燥。

10、原料超声波处理的高成本是这种方法的主要缺点。此外，所公开的方法不允许去除木质素硬壳的大分子，从而使纤维易碎且不抵抗紫外线。

11、要求保护的发明最接近的现有技术是专利文件kr20150085179公开的从叶片制造纸张的方法，该方法基于纤维提取技术，将叶片置于有机溶剂中。根据所公开的技术，叶片通过离心与溶剂混合的切碎混合物进行清洁、切碎、纤维去除的步骤，以便从主纤维中分离出颜料。颜料分离溶液可以包括丙酮甲醚、乙醚、二乙醚、己烷和棕榈油。

12、这种方法的缺点如下：

13、-溶剂价格高；

14、-溶剂的高毒性水平，需要在工业现场提供特殊的工作条件；

15、-溶剂溶解木质素聚合物的能力低，这会降低纤维的机械刚度；

16、-叶片处理液体产品的复杂处置或加工。

17、因此，要求保护的发明的目的是提供一种从各种类型的非木本植物原料(原料的易碎基团和稳定基团)生产化学热机械纤维纸浆的方法和自动化生产线，旨在达到生产化学热机械纤维纸浆的技术效果，该纤维纸浆可以适用于以最高的性能和最低的成本，以环保方式制造某种用途的纸制品。

技术实现思路

1、该目标是通过提供一种从非木本植物原料生产化学热机械纤维纸浆的方法来实现的，该方法包括以下步骤：

2、预制备叶片，至少包括将叶片与不含植物纤维的包含物分离，并将分离的原料切碎，

3、对预制备的原料进行化学热机械处理，包括至少对其进行塑化，并将塑化原料脱木素，以产生半纤维状和部分脱木素的纸浆，

4、研磨半纤维和部分脱木素的纸浆以生产化学热机械纤维纸浆，其中

5、初始原料的预制备还包括压制切碎的叶片，

6、预制备的叶片的塑化是通过它们的机械研磨和以加压加热蒸汽处理来进行的，

7、塑化原料的脱木素是通过在70至120℃的温度下，在碱金属氢氧化物存在下，或以最多为3％的碱浓度溶液或气溶胶的形式，在至少3.5个大气压的压力下加压混合来进行的，并且

8、研磨在最多为3％浓度的乙酸存在下进行的。

9、非木材原料，优选地为落叶，是城市、公园或其他绿地产生的生物废弃物。优选地，这些叶片是植物的一年生部分，因此叶片的有用部分对机械处理非常敏感，特别是，它们在加工过程中可能会受到严重损坏。这导致在长期的化学和机械处理中，落叶纤维会大大缩短。因此，叶片纤维对于制造纸张来说太短了，因为它们失去了相互结合的特性，这对于提供纸张的刚性至关重要。要求保护的方法特别适用于从非木本植物原料生产化学热机械纤维纸浆，并避免所述纤维的损坏和缩短。

10、这些纤维素生产条件提供了其柔软性、刚性和纤维完整性。清洁后的纤维纸浆可用于从100％纤维中形成各种用途的纸制品，或与废纸等级ms-5b、ms-8v、ms-3a、ms-2a等的加工纤维一起形成组合物。

11、要求保护的方法允许在最佳条件下生产纤维，这有助于保持纤维的完整性，分离大部分硬壳成分并将产量提高到至多42％。

12、该方法中的水的使用量最小化：首先，没有进行需要大量水的传统纤维加热；其次，原料的处理主要利用使生物质饱和的蒸气，使其变得可倾倒，但不是液体；第三，研磨步骤利用醋酸，同时沉淀木质素，洗涤所需的水较少。因此，与传统的本技术领域相比，耗水量减少了约15倍。

13、要求保护的方法包括最少数量的步骤，需要最少数量的设备单元，最小数量的用于增加和减少纸浆浓度的步骤；最小数量的所需纸浆清洗步骤；最小数量的ph值变化。此外，该方法避免使用有毒剂或后部化学剂。相反，其特点是使用弱碱和弱酸，即无毒溶剂，价格低廉，从而允许恢复所有内部排水管。因此，所要求保护的方法是环保的并具有成本效益。

14、优选地，要求保护的方法的特征在于生产具有以下特征值：研磨度为28shopper-rigler度(°rs)，ph值为8，纤维长度为0.7至1.2mm，纤维直径为28至32nm，棕色牛皮纸色，灰分含量为11％。

15、组合词“纤维纸浆”在此可与半纤维纸浆、纤维半成品和半纤维素等术语互换使用。

16、优选地，所用的非木本植物原料包括秋落树叶、灌木落叶、权木落叶、温带气候一年生植物的叶片部分、叶片的改良形式，例如针叶，以及具有卷曲生长方式的植物的叶茎部分、具有废弃性质的新鲜植物叶片、热带赤道植物的落叶，即热带赤道树木的落叶、热带赤道灌木的落叶、热带赤道权木的落叶、叶片的改良形式，例如储水的叶片、刺，以及具有卷曲生长方式的植物的叶茎部分、具有废物性质的新鲜植物叶片。叶片可以有任何配色方案、结构、湿度、污染程度、分解程度、大小、来源和形成源。

17、优选地，叶片的分离包括将它们分成组，包括至少一个易碎组和一个稳定组。

18、易碎组(lpg-001)主要是指温带气候的叶片，因为它们主要在一年中的短时间内(7个月)维持光合作用和气体交换。它们的结构非常脆弱，因为它们缺乏任何刚性的营养组织，这些营养组织可以包括类似于韧皮纤维的纤维。因此，这些叶片的技术处理过程包括强力机械处理和超高温下的长碱处理，以保持纤维的完整性和最大的纸浆产量。

19、大多数易碎组植物(lpg-001)包括以下温带气候植物：白桦(betulaborysthenica klokov)、白桦(betula pendula roth.)、小榆树(ulmus minor)、榆树(fagus sylvatica l.)、东方榆树(fagus orientalis)、榆科(ulmaceae)、柳树(salixl.)、灰桤木(alnus incana)、河马栎(aesculus hippocastanum)、栎树(carpinus betulusl.)、栓皮栎(quercus robur l.)、北美红橡(quercus rubra)、楸树(catalpabignonioides walt.)、欧洲栗(castanea sativa)、桔梗槭(acer platanoides l.)、栓皮槭(acer campestre)、阔叶椴(tilia platyphyllos)、山杨(populus tremula l.)、法国梧桐(platanus)、漆树(rhus l.)、黑杨(populus nigra l.)、白蜡树(fraxinus)、樱李(prunus cerasus l.)、核桃(juglans regia l.)、桑树(morus)、西洋松(pinussylvestris l.)、刺槐(acacia)、桐(paulownia)、泡桐(paulownia fortunei)、兰考泡桐(paulownia elongate)、泡桐体外克隆112(paulownia clon in vitro 112)、甜橙(citrussinensis)、柑橘(citrus reticulata)、柿(diospyros)、榕树(ficus)、糖槭(acersaccharum marsh)、葡萄(vitaceae)、蛇麻(humulus l.)、虎杖(reynoutria japonica)、蕃茄(lycopersicon)、葡萄(vitis)、核桃树(juglans regia)、欧榛(corylus avellana)、齿栗叶(castanea)、欧洲栗(castanea sativa)、唐棣(amelanchier)、苹果(malus)、漆树(rhus)。

20、强组(spg-002)主要是指热带赤道气候叶片，因为考虑到气候条件，特别是水分状态和一年中较长的温暖期，与温带气候叶片相比，这些叶片的纤维更长，具有更多的分枝木质素部分和更大的机械刚度。为了生产纤维纸浆，首先，必须从该组中去除硬壳、木质素、木聚糖和其他化合物，这些化合物可以在更高的压力、温度和碱度条件下进行，

21、大多数稳定组植物(spg-0q2)包括以下热带赤道气候植物：椰子树(cocosnucifera)，大王椰(roystonea altissima(mill.)h.e.moore)，海地王棕(roystoneaborinquena o.f.cook)、东菜大王椰(roystonea dunlapiana p.h.allen)，列尼斯王棕(roystonea lenis leon)、梅齐王棕(roystonea maisiana(l.h.bailey)zona)、巨箬棕(sabal causiarum(o.f.cook)ex becc.)，大叶箬棕(sabal domingensis becc.)、矮箬棕(sabal etonia swingle ex nash)、菜棕(sabal gretherae hj.quero.r.)、无茎刺葵(phoenix acaulis roxb.)、佛得角海枣(phoenix andamanensis s.barrow)、大西洋海枣(phoenix atlantica a.chew.)、加那利海枣(phoenix canariensis chabaud)、枣椰树(phoenix dactylifera l.typus)、刺葵(phoenix loureiroi kunth)、大海枣(phoenixpaludosa)、霸王棕(bismarckia)、蒲公英(livistoneae)、凤梨(ananas comosusvar.bracteatus)、菠萝(ananas comosus var.comosus)、菠萝(ananas comosusvar.erectifolius)、芦荟(aloe vera)、蛇皮果(salacca zalacca)。

22、要求保护的方法的条件用于处理易碎组和稳定组的叶片。

23、优选地，初始原料的预制备还包括将其洗涤并灭活其中的活微生物，然后对分离出的原料进行干燥和切碎。

24、此外，切碎原料的压制，优选包括对其粒化或压块或打包。

25、化学热机械纤维纸浆可以在高浓度下进行研磨和/或在低浓度下进行研磨。

26、因此，在纤维纸浆被研磨后，它受到振动分选以分选出纸浆的非纤维化颗粒，然后对纸浆进行增稠。

27、此外，通过提供一种通过所要求的方法生产化学热机械纤维纸浆的自动化生产线来实现该目标，该生产线包括初始原料预制备单元、化学热机械单元、研磨单元，它们在原料的运动方向上串联排列，其中

28、初始原料预制备单元至少包括将初始原料与不含植物纤维的包含物分离的分离工具、原料撕碎机和原料压制工具，

29、化学热机械单元包括至少一个密封的热机械螺旋分散器，该分散器配备有加压蒸汽送料工具、高压化学热机械室，该室被配置成改变温度和压力，并配备有进料工具，用于以气溶胶的形式进料碱金属氢氧化物或其溶液，一种高浓度纤维化装置，

30、所述研磨单元包括至少一台配备有醋酸进料工具的高浓度水力碎浆机，以及至少一台精炼机，以及

31、密封热机械螺旋分散机的出口，与高压化学热机械室的入口耦合，而高浓度纤维化装置的出口与高浓度水力碎浆机的入口耦合。

32、所述生产线被配置成执行所保护的方法，用于从非木质原料生产化学热机械纤维纸浆的方法，从而提供所保护的方法的所有优点。

33、优选地，所述初始原料预制备单元还包括洗涤盆，洗涤盆上装有杀菌溶液进料工具和烘干机，而洗涤盆和烘干机串联设置并相互耦合，其中所述分离工具的出口耦合到洗涤盆上，而烘干机的出口耦合到所述撕碎机上。

34、此外，切碎的原料压制工具优选制成为造粒机或压块机或打包机。

35、根据优选实施例之一，研磨单元包括串联布置的高浓度精炼机和低浓度精炼机。

36、研磨单元还可以包括振动分选平台，该振动分选平台设置在精炼机之后，并配有用于将水喷到平台上的喷水工具。

37、此外，所述研磨单元还可以包括设置在振动分选平台之后的纸浆浓缩机。