CN100439255C - 麦草制浆黑液固化物的提取方法及利用 - Google Patents

Abstract

造纸工业麦草制浆黑液中固化物的提取及利用，所属环境保护领域。主要从技术、工艺、设备角度解决因草浆黑液的特殊性造成达不到彻底根治的问题。本发明是由黑液提取(c)、吸附(f)、压缩成型(g)、燃烧(h)、浸碱(i)、固液分离(j)、喷淋净化(d)、配碱液(a)、压制木炭(k)等工艺组成的一种新方法。本发明的特征是利用农副产品废弃物，在自行设计研制的“吸附罐”中多次重复吸附黑液中的固化物，蒸发干燥后得到“黑粉”。“黑粉棒”在自行设计研制的“循环燃烧炉”中明焰加热，使其中的可挥发有机物资气化、不可挥发的有机物资碳化，中低温不会挥发的无机盐固化，通过浸取和压制工艺，得到“回收的碱液”与“秸秆木炭”参于循环利用和综合利用。

Description

麦草制浆黑液固化物的提取方法及利用

技术领域

本发明涉及造纸工业废水的治理，特别是涉及麦草制浆黑液的综合治理。

背景技术

造纸工业的制浆废水若不进行合理的处理直接排放到江河湖泊，就会对水资源造成严重的污染。这些污染物主要来自非木材为制浆原料的造纸厂(我国纸张总产量中：木浆造纸占19.1％，废纸再生浆造纸占40.9％，非木浆造纸占40％)。近年来，随着人们环境意识的增强，政府环保政策的严格实施，对工业废水排放标准要求不断提高。有不少造纸企业因无法有效解决污水排放问题，被关、停、并、转，但仍有一部分造纸厂弄虚作假采取不良手段偷排偷放......。国家环境保护部门针对造纸工业中杂乱无章的废水治理现象，“草浆造纸工业废水污染防治技术政策1999-11-29”文件中第11条文：碱法化学浆黑液推荐采用常规燃烧法碱回收技术为核心的废水治理成套技术。“燃烧法碱回收”系统对于木浆造纸废水治理是行之有效的成功方法，但针对草浆造纸废水的治理很不理想。造成“燃烧法碱回收”系统长期停滞不前。其原因是多方面的，即有经济投资方面的困难，也有技术方面的难点。经济方面：一般中小型企业很难筹措一大笔资金来建一套“燃烧法碱回收”系统(一个年产1.7万吨制浆厂废水碱回收系统约需投资4000万人民币)。技术方面：草浆的滤水性能远低于木浆，其粘度大，导致黑液的浓度低、热值低，蒸发所用气耗高，而且黑液中含硅量高，导致蒸发器结垢频繁，直接影响蒸发浓缩效率与能力；黑液浓度难以提高，热值低使燃烧系统不能稳定运行(个别厂家还需补充助燃油维持系统)，结果回收碱的成本大幅度高于商品碱。针对麦草制浆造纸废水的特点，国内也开发了诸多的治理方式：诸如“碱析木素”、“酸析木素”、“废液的资源化三回收”、“螯合法碱回收”等，但时至今日尚无工业规模成功的实例可借鉴。

本发明是解决“燃烧法碱回收”治理麦草制浆造纸废水存在的种种问题和不足，针对草浆造纸制浆黑液的成份与特点提出的一套新型治理方法(图1)。在总体规模上，目前本发明主要侧重中小型以麦草为制浆原料的企业。

本发明用草粉吸附黑液中的固化物，解决“燃烧法碱回收”蒸发浓缩工序的不足。

本发明用草粉多次吸附黑液中的固化物，得到的“黑粉”通过压制干燥后增加了热值，可以直接燃烧或碳化。解决“燃烧法碱回收”燃烧工序不能稳定运行的问题。

本发明采用明焰直接加热“黑粉棒”得到氢氧化钠和碳渣的混合“炉渣”，解决了“燃烧法碱回收”苛化工艺所产生的“白泥”又造成的二次污染问题。

本发明浸取氢氧化钠后所剩余的“碳渣”通过压制成型为“秸秆木炭”可综合利用。

参考文献：

张珂：《麦草浆碱回收技术指南》中国轻工业出版社，1999年

贾原媛：《黑液的粘度》西南造纸，2002年(4)

《中国轻工总会统计年报》1996、1997

《中国造纸工业制浆废液污染治理及综合利用技术推广应用研究》轻工总会课题组，1997

胡杰：等《麦草浆黑液碱回收现状及要点分析的探讨》中国造纸，1997(2)

汪苹：等《在碱法制浆过程中同步硅一中型试验》中国环境科学，1995(6)443

发明内容

本发明的任务是提供一种新型的麦草制浆黑液综合治理的方法

本发明的方法是由黑液提取、吸附、压缩成型、燃烧、浸碱、固液分离、喷淋净化、配碱液、压制木炭工艺流程组成，其特征是利用农副产品的废弃物加工为草粉(8)，草粉(8)在“吸附罐”(f)中多次重复吸附黑液中的固化物，蒸发干燥后得到黑粉(9)，黑粉(9)通过压制得到黑粉棒(10)，黑粉棒(10)在“循环燃烧炉”(h)中明焰加热，使其中的可挥发有机物质气化、不可挥发有机物质碳化、中低温不会挥发的无机盐固化，通过与中间浸碱液(12)混合后得到含氢氧化钠的混合浆(11)，进入“逆流浸碱塔”(i)，经工业净水(03)的逆向浸取，得到高含碱量的浸碱液(13)和低含碱量“碳渣”(14)，浸碱液(13)经过“固液分离塔”(j)的离心作用将碳渣(14)分离出来，得到回收的碱液(1)，达到麦草制浆黑液中固化物的提取。

其所述的“吸附罐”(f)是本发明自行设计研制的专用设备，其特征是在罐内设置旋转刮板(20)和热风入口(24)，导入的热烟道气(16)作用于草粉(8)，为半沸腾运动状态中，多次重复吸收喷淋圈(31)喷淋的热黑液(6)蒸发其中的水份、干燥固形物，达到提取黑液中固化物。

其所述的“循环燃烧炉”(h)是本发明自行设计研制的专用设备，其特征A：在炉口上部侧面设置一个废烟道气出口(44)，通过引风机的作用排放热烟道气(16)，空气(07)通过入气口(50)在炉口上方汇合挥发的可燃气后燃烧，至使炉膛内形成负压状态，其特征B：黑粉棒(10)在炉膛内明焰加热至紫红色，没有火焰，在负压状态下使其中的可挥发有机物质气化、不可挥发的有机物质碳化、中低温不会挥发的无机盐固化，其特征C：控制可调进风口(51)输入空气(07)量的多少和控制自动卸料装置(40)的排渣速度来完成碳化工艺过程。

为使所属技术领域的工程技术人员理解该技术方案，并能够利用该技术方案解决上述的技术问题，下面简明地阐述本发明的关键技术：

一、“草粉8”是吸水性极强的物质。通过“草粉8”吸收“热黑液6”蒸发其中的水分，而黑液中的固化物不会被蒸发，其全部吸附至“草粉8”中。经多次反复的吸附和提取“固化物”中的碱，达到减少原料(草粉)与提高工效的目的。(上述工艺也可以在自然条件下利用日光和干燥流动的空气来完成。但占用场地较大，投入劳动力较多，且受气候条件影响，不适于工业化采用)。

本发明是通过自行设计的“吸附罐f”来完成的，该罐内径

高6000mm，日处理12m³黑液。

操作如下：“热烟道气16”在罐体加热层流动将内壁加热至≥40℃，投放“草粉8”200kg(≈1.6m³).在旋转刮板和≥50℃“热烟道气16”的直接作用下，“草粉8”呈半沸腾运动状。每分钟向运动中的“草粉8”陆续喷淋8-11公升“热黑液6”，喷淋时间为100分钟，继续干燥20分钟，每120分钟完成一个工艺周期，此刻“草粉8”吸附“固化物”后呈黑棕色小颗粒状，本发明称其为“黑粉9”。

其原理为：“热黑液6”经过“草粉8”的吸附大大增加了水分蒸发的面积，使得干燥速度及效率有很大的改善，加之采用“热烟道气16”直接干燥，会更有利于干燥速度和效率的提高。

二、“黑粉9”经过压制得到“黑粉棒10”。“黑粉棒10”可以像木柴一样焚烧。常规有两种方法可以回收碱：A、直接焚烧“黑粉棒10”得到的炉灰经过水的浸取，得到含“碳酸钠”液碱。碳酸钠液要通过加入氢氧化钙苛化工艺，所生成的“白泥”目前尚无工业利用手段。B、直接将“黑粉棒10”通过干馏，得到氢氧化钠和木炭的混合固体。此方法虽简单，但干馏需依靠大量的外加热能来完成，采取“干馏”法会提高治理成本，产出比不合算。

本发明是通过自行设计的“循环燃烧炉h”来完成的。该炉膛内径

炉膛高1900mm。日燃烧12-14m³“黑粉棒16”。可得到≈400kg氢氧化钠和副产≈400kg“秸杆木炭15”。

操作如下：该炉内壁和外壁之间是一个供空气预温加热的夹层，在炉口和垂直炉膛的水平位置侧面有一个引风口，工作时在大功率引风机的作用下，炉口上方区域形成一个强大的运动气流，使炉膛内形成负压。“黑粉棒10”添置到炉膛3/4高度，炉底进风口关闭，炉膛内仅靠进风口输入少量的空气，不足供其充分的焚烧，仅够促使“黑粉棒10”中的挥发有机物转化为可燃气体，该气体挥发至炉口与加热后的热风汇合在炉口上部熊熊燃烧，为“黑液5”加温提供条件。排出的废气为“热烟道气16”供“吸附罐f”使用。炉渣通过自动卸渣装置排出与“中间浸碱液12”混合后成为“混合浆11”。自动卸渣速度和进风口大小的控制，目前是根据观察炉渣中灰分的多少及其炉渣浸入水中观察水的色泽来决定的。

A、炉渣大多是白色的灰，其中只有极少量木炭渣时，就不用再浸水观察了。此现象是进风过大，自动卸料速度过慢所致。

B、炉渣中只有少量白色的灰。炉渣浸水后，水的色泽呈琥珀色或棕黑色。此现象是卸料速度过快，进风口太小所致。

C、炉渣中木炭渣明显的多，白色灰较少，木炭渣与白灰的比例约为4：1。浸渣液呈无色清彻透明状。此现象表明自动卸渣速度和进风口大小控制得当。

其原理为：本发明“黑粉棒10”在“循环燃烧炉h”中部分“碳化”的原理，起源于民间原始的木炭烧制方法，是在土地上挖砌一个圆锥型腔体的窑，窑下方设点火进风口，窑体中添满木料，在点火口点火，当窑内木料燃烧至1/4时，窑口上方迅速用土填实，仅留一个小出气口。此出气口喷出火焰，说明窑内正常。待出气口的火焰渐渐减小至熄灭时，说明窑内木炭生成。待自然冷却后，挖起填土取出木炭即可。本发明自行设计的“循环燃烧炉h”与原始制碳工艺相比，只是土法砌起的窑体进化为通过科学计算、研制、设计、钢板制成的炉体，解决了循环生产问题。在炉口处制造运动气流是为了让炉膛内形成负压，加速物料中可挥发有机物气化的转化。挥发气体与运动热空气结合后燃烧，为黑液加热提供热能，并有大量的烟道气可供蒸发干燥利用。

三、碳是拒溶性物质，碱是可溶性物质。当这两种物质粉状混合在一起时，若要分离这两种物质，通常是建立几个池子浸取分离。这样的方式成本高，加之阴天下雨也会对池中浸取液浓度有极大影响。而本发明是通过自行设计的“逆流浸碱塔i”完成的。

“逆流浸碱塔i”的“浸碱罐”(内径为

高2000mm)和“沉淀罐”(内径

高1500mm)组合为一级浸取，四级串联，日处理“混合浆”≥80m³。

操作如下：“浸碱罐”和“沉淀罐”相串联在一起呈塔状。最下面一组为一级，最上面一组为四级。“浸碱罐”和“沉淀罐”之间安装“电磁蝶阀”控制固体下移，“沉淀罐”下方装“电磁蝶阀”控制固体向下级排放。“工业净水03”由一级罐注入，通过泵依次向二级、三级抽放。液体通过浸碱过程依次加大含碱量。三级“中间浸碱液12”投放至“循环燃烧炉h”下方安置的“链式刮板输送机”中和“循环燃烧炉h”自动卸渣排出的“炉渣”混合为“混合浆11”。“混合浆11”由“链式刮板输送机”、“斗式提升机”提升排放到四级“浸碱罐”。四级“浸碱罐”在本发明技术方案中实际是完成两项任务：(1)最后一次浸取，使之“中间浸碱液12”浓度达到工艺标准，抽排至下道工艺。(2)此浸取过程也同时完成了苛化工艺。因“循环燃烧炉h”所烧制的“碳渣14”中有一部分“白灰”所含有的“碳酸钠”需苛化。苛化的条件是“碳酸钠”液体加入“氢氧化钙06”在85℃温度下钠与钙置换，过程约2个小时。四级“浸碱罐”同时加入“氢氧化钙06”(加入量为碳酸钠质量的11％)和“蒸汽05”，来完成苛化反应。每级“浸碱罐”均设置有“混浆泵”自行循环加速反应。每个工艺周期为3小时，前两小时“混浆泵”开启自循环。后一小时液体为静止状态沉淀，开启上“电磁蝶阀”关闭下“电磁蝶阀”，使固体自“浸碱罐”沉入“沉淀罐”。固体由四次、三次、二次、一次依次向下排放，固体中含碱量依次降低。四级“逆流浸碱塔i”的特点是固体向下一级排放是自重排放。省了机械动力能源，降低了成本。同时由于“逆流浸碱塔i”的反应完全是在密封的环境下完成的。所以气候不对该工艺有干扰。

其原理为：当可溶性和拒溶性两类不同的粉状物质混合后，若要将其分离。最优选的方法即是将混合物投放水中，用水溶解可溶物质，浸取的次数越多，固体中所含可溶物的品位就越低，水中可溶物的含量就越大。

四、将“逆流浸碱塔i”所排放的“碳渣14”加上“固液分离塔j”所排放的“碳渣14”用压制成型的方法压制出“秸秆木炭15”可以增加综合利用的价值，降低治理黑液的成本。这是本发明可取得经济效益的关键一步。

长期以来黑液治理的有效方法主要是“燃烧法碱回收”，其过程：制浆黑液提取——蒸发浓缩——燃烧——回收(碳酸钠)——苛化——回收(氢氧化钠)循环再次利用，“燃烧法碱回收”工程对黑液浓度要求刻苛，要在蒸发浓缩设备中(间接)浓缩至45-50％，然后在接触蒸发器(直接)浓缩到55-60％才能入炉焚烧，将其热值较低的木质素等可燃物烧掉，回收钠盐溶解后为碳酸钠溶液，再用氢氧化钙苛化使之苛化为氢氧化钠溶液回用到生产中。“燃烧法碱回收”处理麦草制浆原料的制浆黑液仍存在不少问题，主要是处理效果不好、投资费用高，而且建设规模受限制等。因此，对于一些中小型草浆造纸企业来说，他们不愿投巨资搞“燃烧法碱回收”系统。

本发明是解决“燃烧法碱回收”治理麦草制浆造纸废水存在的种种问题和不足，并针对草浆造纸制浆黑液成分与特点所提出的一种新型治理方法。

本发明是在实践中发明创造的、适合我国国情的技术方案。通过和其它方式的比较(见附表)可充分体现出本发明的实用性、新颖性、创造性及可操作性。

附表1：

目前几种方法的经济状况

注：此表摘自  主持单位：国家环境保护局  中国轻工出版社发行

张珂：《麦草浆碱回收技术指南》一书22页

本发明：10000T/年治理系统总投资＜1000万元，回收碱成本≈1250元/吨(折固碱)正经济效益超过￥40元/吨纸(秸秆木炭的效益未包括)。

附表2

本发明与“燃烧法碱回收”工艺比较

附表3

“项目投资的比较”

附表4

“不同治理”的比较

	燃烧法碱回	本发明	螯合法碱回收	酸析法废水治理
					烟尘	需除尘处理	需喷淋净化处理	无	无
有害气体	无	无	无	酸挥发气
					有害液体	无	无	无	酸液外溢
副产品	白泥	木炭	钠木素及白泥	木素
					副产品的综合利用	附建硅酸盐水泥厂，白泥作为原料《草浆碱回收技术指南》一书	可压制成型为“秸秆木炭”(可出售)	钠木素中含有的钠盐及硅，不容易分离，从目前看只有作用于型煤原料。白泥也可使用于型煤原料	木素不纯，有综合利用价值，但市场开发目前尚不理想

评价注

纸厂建水泥厂的可行性需要仔细研究

有良好的发展前景

若纸厂和型煤厂距离较近，可优先选用。其它综合利用的出路，待研究开发

木素的作用有待于社会工企业原材料的开发，纸厂自身攻关木素的利用是不太现实的。

注：为“本发明”发明人的评价

经济效益分析

现以日处理20m³黑液小型工业化试验参数作依据，效益分析如下；

条件：(蒸球25m³为例)

用碱量：16％范围              330Kg/吨纸

麦草：绝干状态                2600Kg/吨纸

液比：1∶3                    7800L/吨纸

蒸煮冷凝水：                  1200L/吨纸

黑液提取量：(75％)            6750L/吨纸

黑液条件：20℃时，℃Be”11    pH 12.5

总固形物12.8％，其中：有机物69％、无机物31％

吨黑液：总碱约3.4％      木素约2.9％

吨提取黑液6750L，其中，总碱229.5kg  木素195.7kg

碱回收率≈85％          229.5kg×85％≈195kg

目前固碱价格≈￥1500元/吨

吨纸回收碱价值：￥1.5元×195kg≈292元

目前秸秆木炭价格≈￥1200元/吨

吨纸综合治理产木炭≈200kg

吨纸回收木炭价值￥1.2元×200kg≈240元

治理吨纸黑液的产值￥292元+240元＝530元

治理吨纸黑液的投入成本：

“草粉”≈1000kg    合￥130元

生石灰≈200kg       合￥20元

电耗≈86kw/r        合￥60元

工资≈              合￥40元

合计：              ￥250元

吨纸效益：

吨纸回收碱价值-吨纸投入成本

292元-250元＝42元(木炭价值未统计)

根据上述吨纸效益，一个年产10000吨白纸的黑液治理生产线年回收碱可获利润近伍拾万元，这与其它处理方法相比较，效益是可观的。

环境效益分析

我国每年大量的秸秆等农业废弃物被抛弃或燃烧，给环境带来很大的污染。而通过利用麦草制浆黑液固化物的提取方法，将这些废弃物循环利用，大大减少了对环境的污染，并可产生经济效益。

社会效益分析

麦草制浆黑液固化物的提取方法，有效地防止了草浆废液排放对环境的污染，为造纸企业的正常运行，提供了必要的条件，在治理污染方面实现了由单纯投入向经济效益方向的转变。同时也为社会创造了就业机会，并可带动相关产业的发展，促进经济增长。

推广应用前景分析

我国造纸企业目前面临的最严重的问题之一就是麦草制浆黑液的治理问题。由于麦草制浆原料结构的特殊性，使得黑液治理至今没有太好的方法。“燃烧法碱回收”对木浆黑液的处理是比较成熟的，但对处理草浆黑液仍存在种种不足及投资费用高、建设规模受限制等问题，对于一些中小型企业，无法承担这笔巨大的投资。而本发明具有投资费用低、规模不受限制、治理污染效果好，并有经济回报等优势。所以市场推广空间很大，特别是系统达到全自动化生产控制后，具有更强的竞争力及广阔的市场前景。

附图说明

附图1：“麦草制浆黑液固化物的提取方法及利用”工艺流程图。附图说明中各个标注名称：设备标注、原料标注和工艺标注，一一排列出来，以便对照。

设备标注：

a：配碱液罐(由造纸厂设置)

b：蒸球(由造纸厂设置)

c：挤浆机(由造纸厂设置)

d：黑液蓄池(上部为废烟道气喷淋净化室)

e：粉碎机(草粉可委托农户加工收购)

f：吸附罐(吸附固化物的水分、蒸发、干燥)

g：压缩成型机

h：循环燃烧炉

i：逆流浸碱塔(四级)

j：固液分离塔(四级)

k：人造木炭成型机

原料标注：

01：外购碱(固碱或液碱)

02：草木质弃料(锯沫、秸秆、玉米芯、花生壳......)

03：工业净水(可利用造纸烘缸排出的冷凝水)

04：麦草

05：蒸汽

06：氢氧化钙

07：空气

工艺标注：

1：回收的碱液            2：按蒸煮制浆要求配好的碱液

3：喷浆物(蒸煮完成的纸浆和蒸煮液的混合物，呈浆状，含氢氧化钠及木质素)

4：提取的黑液(黑液中固化物主要为钠、及木质素)

5：黑液               6：热黑液        7：挤出的纸浆(进入漂洗造纸工艺)

8、草粉               9：黑粉(草粉吸附黑液固化物后的小颗粒状物质)

10：黑粉棒            11：混合浆       12：中间浸碱液

13：浸碱液            14：碳渣         15：秸秆木炭(可出售)

16：热烟道气          17：废烟道气     18：除尘排放烟道气

19、传动装置          20、旋转刮板     21、外壁

22、迷宫隔板          23、罐体内壁     24、热风入口

25、热黑液入口        26、保温层       27、废气出口

28、罐顶盖            29、草粉入口     30、废气出口

31、喷淋圈            32、热风入口     33、出料口

34、出料门控制杆      35、出渣口       36、燃烧炉底座

37、卸料车运动传杆    38、密封仓       39、卸渣运动传杆

40、自动卸渣装置      41、炉体         42、外保温层

43、耐火层            44、废烟气出口   45、热黑液出口

46、黑液加热锅        47、观察孔       48、黑液入口

49、黑粉棒入口        50、入气口       51、可调进风口

52、密封卸料车        53、道轨

附图2：是本发明“回收的碱液1”输送至“配碱液罐a”参与碱回收循环利用系统。

附图3：是造纸厂麦草制浆蒸煮工艺。主要设备是“蒸球b”。

附图4：是“蒸球b”喷出“喷浆物3”通过设备“挤浆机c”挤出“提取的黑液4”。“挤出的纸浆7”输往造纸工艺。

附图5：是“提取的黑液4”输往“黑液蓄池d”的上方首先进入“废烟道气喷淋净化室”净化由“吸附罐f”排出的“废烟道气17”，“提取的黑液4”降落在“黑液蓄池d”。

附图6：是使用“粉碎机e”将“草木质弃料02”加工为粉状，称之“草粉8”。“草粉8”可以直接委托农户集中加工，目前收购价格约80-100元/吨，如采取收购方式厂方将节省不少场地和仓库。

附图7：是通过“吸附罐f”来完成固化物的提取。“草粉8”在罐内经“旋转刮板20”和喷射热风“热烟道气16”的作用下接受喷淋的“热黑液6”。罐体内壁的夹层由“热烟道气16”加温，保持罐内温度，有利于水分的蒸发，完成“草粉8”吸附“黑液中固化物”的过程。形成新的被固化物紧包“草粉”的细小颗粒，本发明称之“黑粉9”。加工好的“黑粉9”由“吸附罐f”的底部出口排出。

附图8：是为有利于燃烧工艺，将“黑粉9”通过“压缩成型机g”压制为外径

中孔

长度60mm的“黑粉棒10”。

附图9：是“循环燃烧炉h”运行的状态：“黑粉棒10”由“螺旋输送机”在“循环燃烧炉h”进料口输入，填料高度是炉膛内高的3/4处。只有小部分“空气”由炉体下部的进风口输入，维持一小部分“黑粉棒10”燃烧。大部分“空气”通过炉体夹层加热后，在炉口设置引风的作用下形成一个流动气流，由于运动气流的作用炉膛内形成负压，加速了“黑粉棒10”中可挥发有机体的气体转化挥发。所挥发的可燃气上升至炉口处和输入热空气汇合为熊熊燃烧的火焰，为加热“黑液”为提供热能。“热烟道气16”至“吸附罐f”作为热风。燃烧过程强调炉底自动卸渣机构和进风口的控制(见前文)。烧妥的“炉渣”通过密封卸料车投入至炉下方设置的有“中间浸碱液12”的“链式刮板输送机”后呈浆状，本发明称之为“混合浆11”。

附图10：是固液逆向流动中浸取碱液的工艺。设备是“逆流浸碱塔i”。“逆流浸碱塔i”的结构如下：一个“浸碱罐”和“沉淀罐”为一组，“浸碱罐”和“沉淀罐”之间设“电磁蝶阀”，“沉淀罐”下方设“电磁蝶阀”。每一组“浸碱罐”设一个自循环的“混浆泵”和一个“提浆泵”。四组串联在一起呈塔状。最上面一组为“四级”逆流浸碱组，最下面一组则为“一级”。“工业净水03”(可利用造纸烘缸排出的冷凝水)抽入“一级”，依次至“二级”、“三级”。“工业净水03”通过一、二、三级的过程，增加了碱含量。本发明称“三级”液体为“中间浸碱液12”，“中间浸碱液12”抽排至“循环燃烧炉h”炉底设置的“链式刮板输送机”。只有“四级浸碱罐”液体不够时，“中间浸碱液12”方可通过阀门的控制向“四级”补充液体。“四级浸碱罐”接受由“斗式提升机”输入的“混合浆11”后开启自循环“混浆泵”搅拌加速反应，此时加入“蒸汽05”和“氢氧化钙06”，在85℃温度下搅拌2个小时，关闭“混浆泵”，开启与“沉淀罐”之间的阀门，静止沉淀一个小时，当“沉淀罐”固体满后，关闭上阀门，开启下阀门，将固体排放“三级浸碱罐”。每三小时为一周期，依次“四级”→“三级”→“二级”→“一级”，最后排放固体称为“碳渣14”。“四级浸碱罐”泵出液体称为“浸碱液13”，抽至下一工艺进行固液分离。

附图11：是“固液分离工艺”。“固液分离塔j”由四组串联，每组一个“旋流罐”和“沉淀罐”组成。“旋流罐”与“沉淀罐”之间置“电磁蝶阀”，“沉淀罐”下方设“电磁蝶阀”。“浸碱液”由罐壁中部顺罐壁导入，在罐内液体呈旋流状，开启与“沉淀罐”之间的阀门，固体沉淀。固体集满后关闭上阀门，开启“沉淀罐”下阀门排碴。进液口上20mm处设滤网，溢上的液体通过滤网上方排液口自落排放至串联的下一进液口。通过四级的滤网过滤和固液分离，得到“回收的碱液1”。所排出的“碳渣14”与其它固体物作为压制木炭用。

附图12：是将“逆流浸碱塔i”和“固液分离塔j”所得的“碳渣14”经过“人造木炭成型机k”压制成“秸秆木炭15”待出售。

附图13：是本发明自行设计的专用设备(具体实施方式中阐述)。

附图14：是本发明自行设计的专用设备(具体实施方式中阐述)。

具体实施方式

本发明是建立一种新型的草浆黑液碱回收系统——“造纸工业麦草制浆黑液中固化物的提取及利用”，使用该系统处理制浆用碱量16％的黑液，正经济效益超过￥40元/吨纸(秸秆木炭的效益未包括)。

图1：工艺流程图：本发明是由黑液提取(c)、吸附(f)、压缩成型(g)、燃烧(h)、浸碱(i)、固液分离(j)、喷淋净化(d)、配碱液(a)、压制木炭(k)等工艺组成的一种新工艺、新方法。

图2：配液工艺：“配碱液罐a”是造纸厂配液的关键(也有用池的)。造纸厂所用“外购碱01”一般指液碱(333g/L)。没有碱回收的工艺是将“外购碱01”加水勾兑成为所要求含碱量的液体注入蒸球。本发明“回收的碱液1”的含碱量控制在≥20g/L。这样要得到勾兑好的“按蒸煮制浆要求配好的碱液2”就减少了“外购碱01”的使用量。按制浆16％用碱量为例：吨浆耗碱约为330kg(折固碱)使用本发明可回收到“回收的碱液1”约200kg(折固碱)。

图3：蒸煮工艺：“蒸球b”是造纸厂制浆的关键设备。“麦草04”与“按蒸煮制浆要求配好的碱液2”注入“蒸球b”，“蒸汽05”的加压加热完成蒸煮，得到“喷浆物3”(蒸煮完成的纸浆和蒸煮液的混合物，呈浆状，含氢氧化钠及木质素)。

以25m³蒸球生产“文化用纸为例：

蒸球：25m³，用碱量16％，麦草(绝干)2.6T/T纸，液比：1∶3；蒸汽压6kg/cm2，温度160℃。

图4：提取黑液工艺：“挤浆机c”是碱回收工艺关键的准备工序；“喷浆物3”注入“挤浆机c”得到“挤出的纸浆7”进入漂洗造纸工艺。滤出“提取的黑液4”。

“提取的黑液”技术指标：

20℃时：Be≈11，PH≈12.5，总固体物≈12.8％(有机物≈69％，无机物≈31％，总碱≈3.4％，木素≈2.9％)

考核标准：黑液提取率≥80％

图5：废气净化工艺：“废烟道气17”是在“黑液蓄池d”上部的“喷淋净化室”排放的。“废烟道气17”中含有部分含碱物质(粉状)及其它杂质。“提取的黑液4”在净化室上部管道喷头喷淋“废烟道气17”使之净化为“除尘排放烟道气18”排空。喷淋后的黑液自然落下进入“黑液蓄池d”，池中的“黑液5”输至图8燃烧工艺加热。

考核标准：主要是考核排放气体中灰尘的含量。

技术风险：排放气体灰尘超标。

处理方式：若灰尘超标，增加旋风除尘器及喷淋空间和调整喷淋粒度。

图6：“草粉8”加工工艺。“粉碎机e”接受“草木质弃料02”，如“秸秆、锯末、玉米芯、花生壳......”加工为“草粉8”。

为减少场地和仓库的建设，“草粉”可直接委托农户代理加工收购。目前收购价约￥80～100元/吨。对“草粉”购入的品质要求：为中性PH≈7，含杂≤12％，收购要测水分，按标准重为收购价。

图7：吸附工艺。“吸附罐f”是本发明关键设备之一。“吸附罐f“内径

高6000mm，罐设置有罐底旋转刮板，中部设置“热黑液6”喷淋圈。喷淋圈中部设置一个“热烟道气16”喷射管，喷向罐底中部，罐体为二层，夹层中设迷宫隔板供“热烟道气16”流动通道加热罐壁。“废烟道气17”通过引风机输至图4废气净化工艺。

工作条件：罐内壁加温至≥40℃。“草粉8”投入200kg(约1.6m³)，在旋转刮板和喷射“热烟道气16”的直接作用下，“草粉8”呈半沸腾运动状。控制每分钟输入流量为8～1 1L的“热黑液6”向半沸腾运动状的“草粉8”喷淋，喷淋时间为100分钟，停止喷淋后，罐内仍处半沸腾状蒸发干燥20分钟。此刻“草粉8”吸附“热黑液6”中的固化物呈黑棕色小颗粒状。本发明称其为“黑粉9”，由罐体下部侧门排出。每一个周期为120分钟。

考核指标：“热黑液6”喷淋不要呈雾状，每个加工周期喷淋1m³“热黑液6”。每个周期“黑粉9”的重量约为≥250kg。

图8：燃烧准备工艺。“黑粉9”若直接在沸腾炉中焚烧，不取木炭只取“碳酸钠”是最方便的。本发明侧重副产一批“秸秆木炭”来增加经济效益，故而采用“循环燃烧炉h”来完成。所以“黑粉9”要加工成为颗粒或棒形。本发明采用“压缩成型机g”完成为“黑粉棒10”。“黑粉棒10”的规格为外径

中孔

长度60mm。

考核指标：压缩比1∶3，每小时成型≥0.5m³。

图9：燃烧工艺。“循环燃烧炉h”是本发明关键设备之一。“循环燃烧炉h”：炉膛内径

高1900mm，底部设密封的自动卸渣装置，密封的接渣车将炉渣投放到炉下安装的“链式刮板输送机”，接渣车密封一端设可调进风口。炉体外壁和内壁间的夹层是空气加热层。在垂直炉膛的炉口一侧设置出风口。炉顶设置黑液加热区域。具体操作如下：按正常点火燃烧后，“黑粉棒10”通过“螺旋输送机”输入炉膛。装料高度为炉膛总高的3/4左右。关合进风口，起动出风口的引风机，使之炉口上方有一个流动气流造成炉膛内部为负压状态，加速“黑粉棒10”中可挥发的有机体汽化挥发(炉膛内正常工作呈紫红色，没有火焰)，挥发气体至炉口处与运动热空气汇合燃烧，燃烧火焰剧烈，发出吼声。“黑粉棒10”在炉膛内挥发有机体后通过自动卸渣装置排出，迅速与“链式刮板输送机”中的“中间浸碱液12”混合，形成“混合浆11”输送至下道工艺。有关进风口和自动卸渣速度的控制详见前文。所排出的“热烟道气16”在引风机的作用下通过管道输送至图6“吸附罐f”利用。“黑液5”在“黑液加热锅46”内加热至80℃为“热黑液6”输送至图6“吸附罐f”利用。

考核指标：碳化≥70％，炉渣浸水后的液体为无色透明清澈体。“循环燃烧炉h”日燃烧12-14m3“黑粉棒10”可产400kg“秸秆木炭15”。

图10：浸碱工艺。浸碱工艺是通过“逆流浸碱塔i”来完成的。浸碱塔由上至下分为四个级别。串联，每个级别由“浸碱罐”联连“沉淀罐”，“浸碱罐”与“沉淀罐”之间安一“电磁蝶阀”，“沉淀罐”下部安置一个“电磁蝶阀”排渣用。每个“浸碱罐”安装一台“混浆泵”作为自循环加速浸取反应用。每个“浸碱罐”又安装一台提升泵分配液体。最上边一组即“四级浸碱罐”同时还担负苛化工艺的任务。当“混合浆11”由“斗式提升机”输入“四级浸碱罐”中，“混浆泵”开启，“混合浆11”在罐内翻动，此时，输入“氢氧化钙06”(加入氢氧化钙为“碳酸钠”的11％)，再导入“蒸汽05”加热“四级罐”中的“混合浆”，苛化温度控制在85℃。运作两个小时，关闭混浆泵。开启上阀门，在静止状态下沉淀固体的“碳渣”一个小时为一个周期。每个周期共计三小时。每完成一个周期开启“沉淀罐”下阀门，关闭上阀门，自行落渣。固体由“四级”→“三级”→“二级”→“一级”，排放至输送机待下道工艺。“工业用净水03”(可利用造纸烘缸排出的冷凝水)导入“一级浸碱罐”，每个周期，由提升泵抽至“二级”→“三级”(中间浸碱液12)→图8“燃烧工艺”“链式刮板输送机”中。只有在“四级”液体不够的前提下，通过阀门的控制，“三级”“中间浸碱液12”才抽至“四级罐”补充。当“四级罐中液体”内液体含碱量达到20g/L时，即达到“浸碱液13”的要求，由提升泵抽至下道工艺进行“固液分离”。

考核指标：“浸碱液13”的含碱量为20g/LNaOH，“碳渣14”10g浸入40℃的1L蒸馏水中10分钟。水的含碱量≤0.1g/L。

图11：“固液分离工艺”：“固液分离塔”由四组串联。每组设“旋液罐”通过“电磁蝶阀”(只有排渣时关闭，运行中处常开启状)与“沉淀罐”相接，“沉淀罐”下方安装“电磁蝶阀”(只有排渣时开启，运行中呈常闭合状)排渣用。“浸碱液13”由“一级”通过滤网→“二级”→“三级”→“四级”流动成完固液分离得到“回收的碱液1”、“沉淀罐”排出的“碳渣14”压制木炭用。

考核指标：

“回收的碱液1”不允许有悬浮物，色泽为无色透明。(可以呈淡琥珀透明色)。

“回收的碱液1”的含碱量控制在≥20g/L

图12：压制木炭工艺：“碳渣14”经过“人造木炭成型机”的压制，得到“秸秆木炭15”自然干燥后待出售。

注：“秸秆木炭”的几何形状可根据客户的要求加工为六棱形、空芯六棱形、圆柱形、空芯圆柱形。

图13“吸附罐f”是本发明自行设计的，作用于“草粉8”吸附“热黑液6”中固化物的专用设备。

“传动装置19”使罐内底部“旋转刮板20”依每分钟8转速度旋转，有利于“草粉8”在“热烟道气16”的作用下呈半沸腾状态运动，增加“草粉8”和热风的接触，有利于蒸发干燥。吸附罐“外壁21”是混凝土建成，“外壁21”设“热风迷宫隔板22”引导“热烟道气16”加温在“罐体内壁23”流动。“热风入口24”通过引风机导入“热烟气道16”垂直于罐底中部吹入，促使“草粉8”呈半沸腾状运动。“热黑液入口25”输入“热黑液6”通过“喷淋圈31”喷淋在半沸腾运动的“草粉8”表面，使之被吸附其中的固化物。在“外壁21”和“罐体内壁23”的上部用“保温层26”保护罐内温度，提高蒸发、干燥效果。罐体内的“废烟气道17”通过“废气出口27”导入气体净化工艺。罐体上部的“罐顶盖28”为罐内保温用。“草粉8”是由“草粉入口29”输送至罐内中部。在“外壁21”装置“热风入口32”输入“热烟道气16”加温“罐体内壁23”，由“废气出口30”排出至气体净化工艺。“黑粉9”由罐体下部的“出料口33”排出，“出料口33”的开、合是由“出料门控制杆34”来定期完成的。“吸附罐f”罐体内径

高6000mm，日处理12m3黑液。

图14：“循环燃烧炉h”是本发明自行设计的，作用于“黑粉棒10”挥发碳化的专用设备。

“循环燃烧炉h”主要由“燃烧炉底座36”、“密封仓38”、“密封卸料车52、“自动卸渣装置40”、和“炉体41”和“黑液加热锅46”组成。“炉体41”设一个空气预温加热夹层，“外保温层42”与“耐火层43”。“炉体41”下部有“自动卸渣装置40”通过“卸渣运动传杆39”控制卸料速度，带动设在“道轨53”上的“密封卸料车52”，将烧好的炉料左右运动由“出渣口35”排出。

“黑粉棒10”由“黑粉棒入口49”投入炉膛内部，添料高度为炉膛3/4处。冷空气由“炉体41”下方的“入气口50”和“可调进风口51”进入，经过加温在炉口上部和挥发出的可燃气体汇合熊熊燃烧。燃后“热烟道气16”通过“废烟气出口44”通往下道工艺。“黑液5”在“黑液入口48”输入“黑液加热锅46”成为“热黑液6”通过“热黑液出口45”输送到“吸附罐”。“观察孔47”是观察炉膛内工作情况而设的，主要观察燃烧物的色泽呈紫红色固体，没有火焰。“循环燃烧炉”炉膛内径

炉膛高1900mm。日燃烧12-14m3“黑粉棒”。可副产≈400kg“秸杆木炭”。

Claims (3)

1、一种麦草制浆黑液综合治理的方法，是由黑液提取、吸附、压缩成型、燃烧、浸碱、固液分离、喷淋净化、配碱液、压制木炭工艺流程组成，其特征是利用农副产品的废弃物加工为草粉(8)，草粉(8)在“吸附罐”(f)中多次重复吸附黑液中的固化物，蒸发干燥后得到黑粉(9)，黑粉(9)通过压料得到黑粉棒(10)，黑粉棒(10)在“循环燃烧炉”(h)中明焰加热，使其中的可挥发有机物质气化、不可挥发有机物质碳化、中低温不会挥发的无机盐固化，通过与中间浸碱液(12)混合后得到含氢氧化钠的混合浆(11)，进入“逆流浸碱塔”(i)，经工业净水(03)的逆向浸取，得到高含碱量的浸碱液(13)和低含碱量“碳渣”(14)，浸碱液(13)经过“固液分离塔”(j)的离心作用将碳渣(14)分离出来，得到回收的碱液(1)，达到麦草制浆黑液中固化物的提取。

2、按照权利要求1的方法，其特征是所述的“吸附罐”(f)是本发明自行设计研制的专用设备，其特征是在罐内设置旋转刮板(20)和热风入口(24)，导入的热烟道气(16)作用于草粉(8)，为半沸腾运动状态中，多次重复吸收喷淋圈(31)喷淋的热黑液(6)蒸发其中的水份、干燥固形物，达到提取黑液中固化物。

3、按照权利要求1的方法，其特征是所述的“循环燃烧妒”(h)是本发明自行设计研制的专用设备，其特征A：在妒口上部侧面设置一个废烟气出口(44)，通过引风机的作用排放热烟道气(16)，空气(07)通过入气口(50)在炉口上方汇合挥发的可燃气后燃烧，至使炉膛内形成负压状态，其特征B：黑粉棒(10)在炉膛内明焰加热至紫红色，没有火焰，在负压状态下使其中的可挥发有机物质气化、不可挥发的有机物质碳化、中低温不会挥发的无机盐固化，其特征C：控制可调进风口(51)输入空气(07)量的多少和控制自动卸料装置(40)的排渣速度来完成碳化工艺过程。

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