CN102444047A - 一种氧碱蒸煮加臭氧漂白制备高黏度蔗渣纸浆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氧碱蒸煮漂白制备高黏度蔗渣纸浆的方法，属于造纸技术领域。将除髓后的蔗渣送入蒸煮器，加入NaOH、硫酸镁、蒽醌及其类似物、Na2SO3、表面活性剂等蒸煮剂和水并混合均匀，密闭蒸煮设备后通入氧气至一定压力，然后加热升温，对蔗渣进行氧碱蒸煮得到氧碱浆；再加入低分子有机酸和/或醇保护助剂，在一定温度下对氧碱浆进行臭氧漂白，获得臭氧漂白浆；通过进一步使用过氧化氢进行P漂白或Eop漂白，即可获得高粘度、高白度的蔗渣纸浆。本发明引入环保型氧碱制浆替代传统的碱法制浆，具有所得纸浆粘度和白度高、漂白流程短、高效节能、低污染等优点，对臭氧漂白的工业应用具有重要意义。
Description
技术领域：本发明涉及一种氧碱蒸煮加臭氧漂白制备高黏度蔗渣纸浆的方法，通过氧碱蒸煮后利用臭氧或臭氧，组合其他含氧漂白剂进行漂白，获取高黏度蔗渣浆，属于造纸技术领域。
背景技术：蔗渣是甘蔗经榨糖后留下来的剩余产物，生产一吨蔗糖要产生一吨的蔗渣。全球年产蔗糖约1.6亿吨，就伴有等量的蔗渣产生。蔗渣可作为糖厂的燃料燃烧掉，但为了能获得高附加值的利用，更多地还是将其进行生物质的分离、提取、转化与利用，如通过生物转化获取酒精、通过制浆获取纸浆纤维等，而获取纸浆纤维是蔗渣利用最为成熟、有效的方法。由蔗渣生产的纸浆能在中高档纸产品中获得广泛的应用，现已成为一类重要的浆种，对日益短缺的木材制浆原料则够成了重要的互补。
目前的蔗渣纸浆生产工艺，主要是采用碱法蒸煮（蒸煮的温度多为160℃左右），再经无元素氯漂白ECF或全无氯漂白TCF得到漂白浆，其漂白过程复杂（ECF漂白至少需要两段组合，TCF则至少需要三段组合，方能漂到预期的纸浆白度），存在能耗高、污染物产生负荷大、过程环节多、原材料消耗大等缺点。在节能减排、清洁化生产、循环经济已经提到发展战略高度的今天，发展低能耗、低污染、高效、清洁的制浆技术已是大势所趋。因此，需要对蔗渣制浆技术进行改进提升，降低能耗和污染、实现高效、清洁的纸浆生产，获得高品质的蔗渣浆。
发明内容：本发明的目的是提供一种氧碱蒸煮漂白制备蔗渣纸浆的方法，借助环境友好的低温氧碱蒸煮工艺对蔗渣进行蒸煮，进而通过缓和的臭氧漂白，以获取得率高、黏度损失小、白度高的蔗渣漂白浆，降低能耗和污染，实现蔗渣纸浆的高效、清洁化生产。
本发明利用氧碱蒸煮、臭氧以及过氧化氢的全氧系漂白制备高质量蔗渣漂白浆，将除髓、堆存后的蔗渣，加蒸煮剂和助剂，装料，通氧进行氧碱蒸煮，提取黑液、洗涤纸浆，用臭氧Z或Z-过氧化氢P或Z-氧强化过氧化氢Eop漂白制得高得率、高品质的漂白蔗渣浆。具体的氧碱蒸煮漂白制备高黏度蔗渣纸浆的工艺步骤为：
（1）将来自原料场堆存的蔗渣除髓后送入蒸煮设备，然后按重量比加入15～24%的碱、0.1-2.0%的Mg(OH)2或镁盐、0.05～0.5%的蒽醌或其类似物（如，氢蒽醌、芴酮等具有类似作用原理的化合物）、0.1～2.0%的表面活性剂（主要为氨基磺酸与多元醇[如，丙三醇、乙二醇]等掺配而成的复合物，氨基磺酸与多元醇的体积比为1～4:1）作为蒸煮剂，再按1:3～10的料液重量比加入水并混合均匀；密闭蒸煮设备并通入氧气至蒸煮罐内气压为0.1～1.0 MPa，然后加热升温40～120 min，使蒸煮罐内温度达到95～120℃后，再保温0～240 min，对蔗渣进行氧碱蒸煮而得到氧碱浆；
（2）对步骤（1）得到的氧碱浆料实施喷放处理，经常规的洗、选、筛工艺路线，得到氧碱良浆（良浆质量：细浆得率55～62%、卡伯值10～17、白度50～65%ISO、黏度850～950 mL/g）；所产生的黑液进入碱回收系统，浆渣回收后重新混入待蒸煮蔗渣一并进行新的氧碱蒸煮；
（3）将来自步骤（2）的良浆进行浓缩脱水至含水量为10-15%，然后按绝干浆重量的0.1～5%的量、加入事先配制的pH值小于5的碳水化合物酸溶液保护助剂并混合均匀，然后送入挤浆机（如挤浆机螺旋）挤至30-45%的浆浓，得到调制浓缩浆；同时回收挤压出的水溶液，作为配制碳水化合物酸溶液保护助剂的主要原液；碳水化合物酸溶液保护助剂的配制方法为：用低分子有机酸（如，乙酸、蚁酸、草酸等中的任一种或多种的任意混合物）和醇类（如，甲醇、乙醇、乙二醇等等中的任一种或多种的任意混合物）为原料、按1.5～4：1的酸醇比配制成碳水化合物，再用硫酸、盐酸等无机酸溶液（酸浓不限）将其调制到pH值小于或等于5；
（4）将来自步骤（3）的调制浓缩浆送入臭氧漂白装置，在3～50℃的温度条件下，按吨浆每分钟通入0.2～3kg臭氧的量，进行5～30 min的臭氧漂白反应；然后将臭氧漂白浆送入浆池稀释至8～15%的浆浓，再送入脱水设备进行洗涤脱水至pH值大于6，即得到臭氧漂白浆（纸浆质量：对氧碱浆得率93.5～96.5%、卡伯值2.0～4.5、白度78～82%ISO、黏度700～800 mL/g，标准浆张抗张指数50～75 N·m/g、耐破指数3.0～4.5 kPa·m2/g、撕裂指数4.0～5.5 mN·m2/g）；
（5）采用传统工艺，对步骤（4）得到的臭氧漂白浆进行P漂白或Eop漂白，再按传统工艺规范要求的洗净度进行洗涤，得到高白度的纸浆（纸浆质量：对臭氧漂白浆得率97～98.5%、卡伯值1.3～2.2、白度84～88%ISO、黏度710～810 mL/g，标准浆张抗张指数、耐破指数和撕裂指数与臭氧漂白浆基本相当）；进行P漂白的工艺参数为：浆浓8～15%、H2O2用量为0.5～1.5%、NaOH用量为0.5～0.9%、Na2SiO3用量为1.5～2.5%、通用络合剂（如，二乙烯三胺五乙酸DPTA、乙二胺四乙酸EDTA、三聚磷酸钠等）用量为0.05～0.5%、温度60～80℃、处理60～120min；进行Eop漂白的工艺参数为：浆浓8～15%、H2O2用量为1.0～2.0%、NaOH用量为0.6～1.2%、镁盐或Mg(OH)2用量为0.5～1.0%、Na2SiO3用量为1.5～2.5%、通用络合剂（如，二乙烯三胺五乙酸DPTA、乙二胺四乙酸EDTA、三聚磷酸钠等）用量为0.05～0.5%、初始氧压0.3～0.6 MPa、温度85～90℃、处理50～60min（除非另有说明，上述百分数均为重量百分数）。
本工艺中，P或Eop可用于高白度浆漂白，可有三种纸浆白度要求的制浆组合：要求白度在60%ISO前后的蔗渣浆，只需氧碱蒸煮即可；要求白度在80%ISO附近的纸浆，采用氧碱蒸煮加臭氧漂白即可；要求高白度的纸浆，则采用氧碱蒸煮后跟进Z-P或Z-Eop漂白。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）引入环保型氧碱制浆替代传统的碱法制浆，镁盐保护剂、蒽醌及类似物、表明活性剂的复合添加,使得制浆可以在95-120℃的低温下蒸煮，不仅可获取高粘度、高得率蔗渣浆，而且与传统碱法制浆技术相比，可降低能耗15～20%；
（2）除纸浆的黏度与碱法纸浆相比约低100 mL/g外，具有突出的成浆质量优势，所得纸浆白度较传统工艺高出20-30度，得率高出1.5～3个百分点；
（3）采用与臭氧漂白组合的工艺，可将蔗渣浆的白度提高到78%ISO以上，而纸浆的质量则与相同白度的碱法蔗渣浆的基本相当，大大缩短了漂白流程，节能、节水效果显著；
（4）本工艺中碳水化合物保护助剂的调制使用及其与纸浆的均匀混合、螺旋挤浆排除液的再利用与控制、以及浆浓与臭氧通入量的前后协同作用，保证了蔗渣氧碱浆的臭氧漂白浆的黏度损失在150 mL/g以内，与现行臭氧漂白工业过程超过300 mL/g的黏度损失相比，对臭氧漂白的工业应用具有重要意义。
（5）本工艺后续再跟进一段P或Eop漂白，就能获得白度超过84%的高白度高质量的纸浆，且纸浆强度指标还与臭氧漂白浆的相当，全部用氧系制浆体系，一段蒸煮，一至两段漂白就实现真正意义上的低能耗、低污染、高效、清洁的纸浆生产。
具体实施方式：下面结合实施例对本发明作进一步的阐述，但本发明的内容并不限于所述的范围。
实施例一：该氧碱蒸煮漂白制备高黏度蔗渣纸浆的方法的工艺步骤是：
（1）将来自原料场堆存的蔗渣除髓后送入蒸煮设备，然后按重量比加入24%的NaOH、2.0%的Mg(OH)2、0.5%的蒽醌、0.6%的表面活性剂（按氨基磺酸3份与丙三醇1份掺配而成，即酸与醇的体积比为）作为蒸煮剂，再按1:10的料液重量比加入水并混合均匀；密闭蒸煮设备后，通入氧气至蒸煮罐内气压为1.0 MPa，然后加热升温120 min，使蒸煮罐内料液温度达到120℃后，再保温240 min，对蔗渣进行氧碱蒸煮并得到氧碱浆；
（2）对步骤（1）得到的氧碱浆料实施喷放处理，依传统工艺路线进行洗、选、筛，得到氧碱良浆；所产生的黑液进入碱回收系统，浆渣回收后重新混入待蒸煮蔗渣一并进行新的氧碱蒸煮。
本工艺所得氧碱浆质量为：细浆得率58%、卡伯值12、白度61%ISO、黏度870 mL/g。
实施例二：该氧碱蒸煮漂白制备高黏度蔗渣纸浆的方法的工艺步骤是：
（1）将来自原料场堆存的蔗渣除髓后送入蒸煮设备，然后按重量比加入18%的NaOH、1.0%的Mg(OH)2、0.1%的蒽醌与0.1%的氢蒽醌、1.0%的表面活性剂（按氨基磺酸4份与乙二醇1份掺配而成，即酸与醇的体积比为4:1），作为蒸煮剂，再按1:4的料液重量比加入水并混合均匀；密闭蒸煮设备后，通入氧气至蒸煮罐内气压为0.7 MPa，然后加热升温50 min，使蒸煮罐内料液温度达到115℃后，再保温60 min，对蔗渣进行氧碱蒸煮并得到氧碱浆；
（2）对步骤（1）得到的氧碱浆料实施喷放处理，依传统工艺路线进行洗、选、筛，得到氧碱良浆；所产生的黑液进入碱回收系统，浆渣回收后重新混入待蒸煮蔗渣一并进行新的氧碱蒸煮；
（3）将来自步骤（2）的良浆进行浓缩脱水至含水量为10%，然后按绝干浆重量的2.5%的量、与事先配制的pH值为4.2的碳水化合物酸溶液保护助剂进行混合后（用混合器混合），送入螺旋挤浆机挤至35%的浆浓，得到调制浓缩浆，并回收挤压出的水溶液作为配制碳水化合物酸溶液保护助剂的主要原液；碳水化合物酸溶液保护助剂的配制方法为：用低分子有机酸（按乙酸1份、蚁酸1.5份和草酸2份掺配而成）和醇类（按甲醇2份、乙醇1份和乙二醇2份掺配而成）为原料，先按1.5：1的酸醇比（体积比）配制成碳水化合物，再用10%浓度的硫酸将其调制到pH值为4.2；
（4）将来自步骤（3）的调制浓缩浆送入臭氧漂白装置，在10℃温度条件下，按吨浆每分钟通入1.5kg臭氧的量，进行15min的臭氧漂白反应；然后将臭氧漂白浆送入浆池稀释至10%的浆浓，再送入脱水设备进行洗涤脱水至纸浆pH值大于6，得到臭氧漂白浆。
本工艺所得氧碱浆质量为：细浆得率58%、卡伯值12、白度61%ISO、黏度870 mL/g。
臭氧漂白浆质量为：对原料得率54.5%、卡伯值2.5、白度80%ISO、黏度740 mL/g。标准浆张抗张指数58 N·m/g、耐破指数3.5 kPa·m2/g、撕裂指数4. 5 mN·m2/g。
实施例三：该氧碱蒸煮漂白制备高黏度蔗渣纸浆的方法的工艺步骤是：
（1）将来自原料场堆存的蔗渣除髓后送入蒸煮设备，然后按重量比加入20%的NaOH、0.8%的MgSO4、0.2%的芴酮、1.0%的表面活性剂（按氨基磺酸3份与丙三醇1份掺配而成，即酸与醇的体积比为3:1），作为蒸煮剂，再按1: 5的料液重量比加入水并混合均匀；密闭蒸煮设备后，通入氧气至蒸煮罐内气压为0.4 MPa，然后加热升温60 min，使蒸煮罐内料液温度达到105℃后，再保温150 min，对蔗渣进行氧碱蒸煮并得到氧碱浆；
（2）对步骤（1）得到的氧碱浆料实施喷放处理，依传统工艺路线进行洗、选、筛，得到氧碱良浆；所产生的黑液进入碱回收系统，浆渣回收后重新混入待蒸煮蔗渣一并进行新的氧碱蒸煮；
（3）将来自步骤（2）的良浆进行浓缩脱水至含水量为10%，然后按绝干浆重量的3.5%的量、与事先配制的pH值为3.5的碳水化合物酸溶液保护助剂进行混合后（用混合器混合），送入螺旋挤浆机挤至32%的浆浓，得到调制浓缩浆，并回收挤压出的水溶液作为配制碳水化合物酸溶液保护助剂的主要原液；碳水化合物酸溶液保护助剂的配制方法为：用低分子有机酸（按乙酸3份和蚁酸2份掺配而成）和醇类（按甲醇1份和乙二醇2份掺配而成）为原料，先按1.7：1的酸醇比（体积比）配制成碳水化合物，再用15%浓度的硫酸将其调制到pH值为3.5；
（4）将来自步骤（3）的调制浓缩浆送入臭氧漂白装置，在30℃温度条件下，按吨浆每分钟通入2.5kg臭氧的量，进行10 min的臭氧漂白反应；然后将臭氧漂白浆送入浆池稀释至10%的浆浓，再送入脱水设备进行洗涤脱水至纸浆pH值大于6，得到臭氧漂白浆。
（5）采用常规工艺，对步骤（4）得到的臭氧漂白浆进行P漂白，得到终（高白）漂浆；相关工艺参数为：浆浓10%、H2O2用量为1.2%、NaOH用量为0.8%、Na2SiO3用量为2.2%、络合剂（三聚磷酸钠）用量为0.2%，于70℃下处理80min；漂白结束时传统按工艺规范要求的洗净度进行洗涤，具体要求省略。
本工艺所得氧碱浆质量为：细浆得率60%、卡伯值13.7、白度62%ISO、黏度930 mL/g。
臭氧漂白浆质量为：对原料得率57.1%、卡伯值2.2、白度81%ISO、黏度710 mL/g。标准浆张抗张指数62 N·m/g、耐破指数3.9 kPa·m2/g、撕裂指数5.1mN·m2/g。
终漂浆质量为：对原料得率55.4%、卡伯值1.9、白度86%ISO、黏度705 mL/g。标准浆张抗张指数60 N·m/g、耐破指数3.6 kPa·m2/g、撕裂指数4.7mN·m2/g。
实施例四：该氧碱蒸煮漂白制备高黏度蔗渣纸浆的方法的工艺步骤是：
（1）将来自原料场堆存的蔗渣除髓后送入蒸煮设备，然后按重量比加入20%的NaOH、0.8%的MgSO4、0.05%的蒽醌和0.25%的芴酮、0.5%的表面活性剂（按氨基磺酸2份与乙二醇1份掺配而成，即酸与醇的体积比为2:1），作为蒸煮剂，再按1:5的料液重量比加入水并混合均匀；密闭蒸煮设备后，通入氧气至蒸煮罐内气压为0.6 MPa，然后加热升温80 min，使蒸煮罐内料液温度达到100℃后，再保温180 min，对蔗渣进行氧碱蒸煮并得到氧碱浆；
（2）对步骤（1）得到的氧碱浆料实施喷放处理，依传统工艺路线进行洗、选、筛，得到氧碱良浆；所产生的黑液进入碱回收系统，浆渣回收后重新混入待蒸煮蔗渣一并进行新的氧碱蒸煮；
（3）将来自步骤（2）的良浆进行浓缩脱水至含水量为12%，然后按绝干浆重量的0.5%的量、与事先配制的pH值为3.0的碳水化合物酸溶液保护助剂进行混合后（用混合器混合），送入螺旋挤浆机挤至30%的浆浓，得到调制浓缩浆，并回收挤压出的水溶液作为配制碳水化合物酸溶液保护助剂的主要原液；碳水化合物酸溶液保护助剂的配制方法为：用低分子有机酸（按乙酸1份、蚁酸2份和草酸1.5份掺配而成）和醇类（按1份乙醇和1份乙二醇掺配而成）为原料，先按3：1的酸醇比（体积比）配制成碳水化合物，再用20%浓度的硫酸将其调制到pH值为3.0；
（4）将来自步骤（3）的调制浓缩浆送入臭氧漂白装置，在40℃温度条件下，按吨浆每分钟通入1.0kg臭氧的量，进行20min的臭氧漂白反应；然后将臭氧漂白浆送入浆池稀释至10%的浆浓，再送入脱水设备进行洗涤脱水至纸浆pH值大于6，得到臭氧漂白浆。
（5）采用常规工艺，对步骤（4）得到的臭氧漂白浆进行Eop漂白处理，得到终（高白）漂浆；相关工艺参数为：浆浓10%、H2O2用量为1.5%、NaOH用量为1.0%、Mg(OH)2用量为1.0%、Na2SiO3用量为2.5%、乙二胺四乙酸EDTA络合剂用量为0.3%，于88℃下处理50min；漂白结束时传统按工艺规范要求的洗净度进行洗涤，具体要求省略。
本工艺所得氧碱浆质量为：细浆得率60.9%、卡伯值14.6、白度58%ISO、黏度960 mL/g。
臭氧漂白浆质量为：对原料得率57.3%、卡伯值2.5、白度79%ISO、黏度740 mL/g。标准浆张抗张指数62 N·m/g、耐破指数3.9 kPa·m2/g、撕裂指数5. 1mN·m2/g。
终漂浆质量：对原料得率54.7%、卡伯值1.5、白度87%ISO、黏度730 mL/g。标准浆张抗张指数58 N·m/g、耐破指数3.5 kPa·m2/g、撕裂指数4.8mN·m2/g。
[0025] 实施例五～八：具体的工艺步骤与实施例三（P漂白）或四实施例（Eop漂白）相同，各相关工艺参数如下表(表中，各物质加入百分比均为重量百分比)：
Claims (6)
1.一种氧碱蒸煮漂白制备高粘度蔗渣浆的方法，其特征在于：工艺步骤为：
1.1将蔗渣除髓后作为原料送入蒸煮设备，然后按重量比加入15～24%的碱、0.1-2.0%的Mg(OH)2或镁盐、0.05～0.5%的蒽醌或其类似物、0.1～2.0%的表面活性剂作为蒸煮剂，再按1:3～10的料液重量比加入水并混合均匀；
1.2密闭蒸煮设备后，通入氧气至蒸煮罐内气压为0.1～1.0 MPa，然后加热升温40～120 min，使蒸煮罐内温度达到95～120℃后，再保温0～240 min，对蔗渣进行氧碱蒸煮并得到氧碱浆；
1.3对得到的氧碱浆实施喷放处理，经洗、选、筛的传统工艺路线，得到氧碱良浆，所产生的黑液进入碱回收系统，浆渣回收后重新混入待蒸煮蔗渣一并进行新的氧碱蒸煮。
2.根据权利要求1所述的氧碱蒸煮漂白制备高粘度蔗渣浆的方法，其特征在于还可对所得到的氧碱良浆进行后续臭氧漂白处理，得到白度更高的臭氧漂白浆，工艺步骤为：
2.1将氧碱良浆进行浓缩脱水至含水量为10-15%，再按绝干浆重量的0.1～5%的量、加入事先配制的pH值小于5的碳水化合物酸溶液保护助剂并混合均匀，然后送入挤浆机挤至30-45%的浆浓而得到调制浓缩浆，并回收挤压出的水溶液作为配制碳水化合物酸溶液保护助剂的主要原液；
2.2将调制浓缩浆送入臭氧漂白装置，在3～50℃温度条件下，按吨浆每分钟通入0.2～3kg臭氧的量，通入臭氧进行5～30min的臭氧漂白反应，然后将臭氧漂白浆送入浆池稀释至8～15%的浆浓，再送入脱水设备进行洗涤脱水至pH值大于6，得到臭氧漂白浆。
3.根据权利要求2所述的氧碱蒸煮漂白制备高粘度蔗渣浆的方法，其特征在于：表面活性剂为氨基磺酸与多元醇掺配而成的复合物，氨基磺酸与多元醇掺配的体积比为1～4:1。
4.根据权利要求2所述的氧碱蒸煮漂白制备高粘度蔗渣浆的方法，其特征在于：碳水化合物酸溶液保护助剂的配制方法为：用低分子有机酸和醇类为原料，先按1.5～4：1的酸醇比混合配制成碳水化合物，再用硫酸、盐酸等无机酸将其调制到pH值小于5即可。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的氧碱蒸煮漂白制备高粘度蔗渣浆的方法，其特征在于：还可采用传统漂白工艺，对得到的臭氧漂白浆再进行P或Eop漂白，然后按传统工艺规范要求的洗净度进行洗涤，得到高白度纸浆。
6.根据权利要求5所述的氧碱蒸煮漂白制备高粘度蔗渣浆的方法，其特征在于进行P漂白的工艺参数为：浆浓8～15%、H2O2用量为0.5～1.5%、NaOH用量为0.5～0.9%、Na2SiO3用量为1.5～2.5%、络合剂用量为0.05～0.5%、温度60～80℃、处理60～120min；进行Eop漂白的工艺参数为：浆浓8～15%、H2O2用量为1.0～2.0%、NaOH用量为0.6～1.2%、镁盐或Mg(OH)2用量为0.5～1.0%、Na2SiO3用量为1.5～2.5%、络合剂用量为0.05～0.5%、初始氧压0.3～0.6 MPa、温度85～90℃、处理50～60min，各用量百分数均为重量百分数。
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