CN104452395A

CN104452395A - 一种应用于蔗渣制浆的氧脱木素方法及设备

Info

Publication number: CN104452395A
Application number: CN201410611428.XA
Authority: CN
Inventors: 许东飘; 李星龙; 胡彪; 张�杰
Original assignee: China Light Industry Nanning Design Engineering Co Ltd
Current assignee: China Light Industry Nanning Design Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2015-03-25

Abstract

本发明公开了一种应用于蔗渣制浆的氧脱木素方法及设备，将氧脱木素工序加入到传统蔗渣制浆工艺的蒸煮和漂白工段之间。蒸煮后的蔗渣浆经过洗涤工段后，浆料通过洗浆机的出浆螺旋进入中浓泵立管，在立管上加入一定量NaOH，然后用中浓泵输送浆料，浆料进入蒸汽加入装置，在这里加入蒸汽和氧气，然后浆料在混合器中混合均匀后进入氧脱木素反应塔进行脱木素反应，反应后的浆料经过筛选洗涤后进入后续漂白工段。采用发明的工艺方法和工艺条件，可有效脱出蒸煮后蔗渣浆中的残余木素，降低漂白工段的化学品用量，大大降低废水污染负荷，同时使蔗渣浆有较高的得率和质量。

Description

一种应用于蔗渣制浆的氧脱木素方法及设备

技术领域

本发明属于造纸打浆工艺领域，具体涉及一种应用于蔗渣制浆的氧脱木素方法以及实现该方法所需的设备。

背景技术

纤维原料是制浆造纸行业的物质基础，木材是主要且优良的纤维原料。但我国森林资源匮乏，再加上国家对环保和可持续发展的要求，使得可用于制浆造纸行业的优质木材纤维原料十分短缺。发展非木材纤维原料制浆造纸，是解决我国原料短缺和发展循环经济的有效途径。

蔗渣是蔗糖制造过程中的副产品，目前国内常用的蔗渣制浆方法为碱法或硫酸盐法化学法制浆，在蒸煮后直接采用传统工艺漂白。但是传统的蔗渣制浆漂白方法存在纸浆得率低、化学品损耗大、废水污染负荷大等缺陷，随着国家对环保方面要求的日益严格，发展符合资源节约型、环境友好型和可持续发展型的清洁制浆新技术显得尤为重要。

制浆过程的污染主要来自蒸煮工序和漂白工序。而随着碱回收技术的日益成熟，蒸煮工段的废水已基本达到循环利用的目的，所以降低漂白工段的污水对降低全厂废水处理负荷至关重要。要降低漂白工段的污水，一个有效的方法就是在漂白前尽可能多的脱除浆料中的木素，降低未漂浆的卡伯值（即K值，是衡量纸浆中木素含量的指标，近似与纸浆中的木素含量成线性正相关）。

在蒸煮之后，漂白之前加入氧脱木素工序可达到这一目的。氧脱木素是在碱性条件下用氧气与纸浆反应，进一步脱出纸浆中的残余木素。氧脱木素是蒸煮脱木素过程的延伸，目的是进一步降低纸浆的卡伯值，以满足漂白的要求，同时保持较高的纸浆得率和粘度，而且纸浆白度稳定、脱水性能好。此外，增加氧脱木素工段可以减少漂白废液污染负荷，减少漂白工段化学品用量，改善纸浆质量。氧脱木素技术已经在以木材纤维为原料的制浆工艺中广泛应用，但在国内蔗渣浆厂鲜有将氧脱木素技术应用起来的。

木材纤维与蔗渣纤维性质上差别很大，蔗渣的制浆性能介于稻麦草和木材之间，其木素含量低于木材，且碱易溶木素比例较高，易于蒸煮，但要求有更高的脱木素率才易使纤维分离，与木浆相比，蔗渣浆在木素脱除率要求和控制方面均有很大差异。同时蔗渣有较高的硅含量，还有少量的残糖。这些因素导致木材制浆工艺中成熟的氧脱木素技术应用于蔗渣制浆中时需要进行改进。

经检索截止2013年12月，国外专利中，美国、芬兰、加拿大等国都有关于氧脱木素技术的专利，但大都是针对木浆的氧脱木素方法，还没有适用于蔗渣浆的氧脱木素方法。

在国内CN101082187A公开了一种禾草类未漂化学浆的氧脱木素方法，蔗渣虽然可归为禾草类纤维原料，但在制浆性能上与稻麦草存在很大差异，蔗渣的含硅量高于木材却远低于其他草类原料，其灰分仅为稻草的1/5，麦草的1/2~1/3，木素含量及脱木素性能也不同。所以蔗渣在制浆工艺上不可与其他草类原料一概而论，本发明是一种专门针对蔗渣原料的氧脱木素技术，经过优化的工艺方法和工艺条件均与之不同。

CN202116931U公开了一种氧脱木素系统，此实用新型没有明确阐述原料的适用对象，采用了两段氧脱木素工序。对于传统木材原料，由于木素含量高，采用两段氧脱木素是有必要的。但对于蔗渣，木素含量低于木材，采用一段氧脱木素工艺就可满足需要。这也是本发明与之不同之处，此外本发明还提供了适用于蔗渣浆的氧脱木素工艺条件。

CN101105011A公开了一种氧脱木素和漂白一体化制浆方法，其中氧脱木素工序采用的方法及所用化学品与本发明均不同，且此方法是否可适用于蔗渣制浆工艺中仍有待验证。

发明内容

本发明的目的在于针对氧脱木素技术在蔗渣制浆中的应用难题，提供了适用于蔗渣制浆工艺的氧脱木素方法及工艺条件。该氧脱木素方法易操作，投资成本低，在节能环保方面成效明显，可通过技改加入现有的蔗渣浆厂制浆工段中，易进行工业化应用。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种应用于蔗渣制浆的氧脱木素方法，氧脱木素工序添加在蔗渣制浆工艺的蒸煮和洗涤工段之后，漂白工段之前。国内目前普遍使用的蔗渣浆制浆工艺为：蔗渣经过蒸煮、筛选、除渣、洗涤后直接进入漂白工段，经过漂白洗涤后，生产出蔗渣浆。本发明将氧脱木素工序添加在洗选工段和传统漂白工段之间。

具体实施步骤如下：

蒸煮后的蔗渣浆经过洗涤工段后，浆料通过洗浆机的出浆螺旋进入中浓泵立管，在立管上加入一定量NaOH，然后用中浓泵输送浆料，浆料进入蒸汽加入装置，在这里加入蒸汽和氧气，然后浆料在混合器中混合均匀后进入氧脱木素反应塔进行脱木素反应，反应后的浆料经过筛选洗涤后进入后续漂白工段。

具体工艺条件为：进入氧脱木素工段的蔗渣浆重量浓度为10%~12%； NaOH重量浓度为2%~4%（相对于风干蔗渣浆，下同）；O₂体积浓度为1.5%~2%，压力1.4MPa；蒸汽采用1.0MPa的中压蒸汽，蒸汽用来控制反应塔内的反应温度和压力，根据需要控制蒸汽量；浆料在塔中的停留时间为60~90min，反应温度为100~120℃，在反应塔顶部的操作压力为0.3~0.5MPa。

优选的，还可以在氧脱木素工序中加入过氧化氢（即O_p）来增强氧脱木素的效果，过氧化氢的加入点需在NaOH之后，当加入过氧化氢时可调整NaOH加入点到中浓浆泵立管前洗浆机出浆螺旋处，将过氧化氢加入到中浓立管上。

实现权利要求1所述应用于蔗渣制浆的氧脱木素方法的设备，包括中浓浆泵立管，中浓浆泵，制氧站，蒸汽加入装置，混合器和氧脱木素反应塔；设备连接顺序为：中浓浆泵立管→中浓浆泵→蒸汽加入装置→混合器→氧脱木素反应塔；其中蒸汽加入装置还和制氧站相连接。

氧脱木素反应塔为升流塔，塔底为进料口，塔下部为锥形，上部为圆柱形，以保证浆料层级升流，塔顶设有卸料装置。

使用本发明的技术方案，在针对实际情况的优化工艺条件下，添加氧脱木素工段可以达到下列效益：

①在相对温和的条件下进一步脱出残余木素，可以使未漂蔗渣浆的卡伯值降低40%~50%，同时保持了较高的纸浆得率。

②经过氧脱木素段处理，后续的漂白化学品消耗可以减少40～50%。

③由于上述①、②条的贡献，添加氧脱木素段后，大大降低了漂白段的废水污染负荷，与未增加氧脱木素段的漂白工艺相比，废水的化学需氧量（COD）降低了40%~50%，对于采用含氯漂白的工艺，增加氧脱木素段后废水有机氯化物的含量降低了50%左右。

④氧脱木素段废液可直接逆流回洗涤系统，进入碱回收，减少了制浆污染物的排放。添加氧脱木素段后，可降低25%左右的废水排放量。

附图说明

图1为本发明的氧脱木素工艺流程图。

图中的名称序号如下：

中浓浆泵立管1，中浓浆泵2，蒸汽加入装置3，混合器4、氧脱木素反应塔5、制氧站6。

具体实施方式

实施例1 本发明应用于采用无元素氯漂白（ECF）的蔗渣浆制浆工艺

如图1所示，发明人结合本发明技术方案对一个现有的蔗渣浆制浆工艺进行技改。现有的蔗渣浆制浆工艺为：蔗渣浆采用硫酸盐法蒸煮，蒸煮后的蔗渣浆经过洗选工段直接进入漂白工段，漂白工段采用二氧化氯漂白→氧和过氧化氢强化的碱抽提→二氧化氯漂白（D0-Eop-D1）三段漂。

技改方案为：将氧脱木素工段（O）加入到洗涤工段和现有漂白工段之间，即：蒸煮后的蔗渣浆经过洗涤工段后，将浆料（重量浓度为10-12%）通过洗浆机的出浆螺旋进入中浓泵立管1，在立管上加入重量浓度为2-4%的NaOH，然后用中浓浆泵2输送浆料，浆料进入蒸汽加入装置3，在这里加入蒸汽和氧气，参数为：O₂体积浓度为1.5-2%，压力1.4MPa ，O₂由制氧站6提供；蒸汽采用1.0MPa的中压蒸汽，蒸汽用来控制反应塔内的反应温度和压力，根据需要控制蒸汽量；浆料在塔中的停留时间为60-90min，反应温度为100-120℃，在反应塔顶部的操作压力为0.3-0.5MPa。然后浆料在混合器中混合均匀后进入氧脱木素反应塔5进行脱木素反应，氧脱木素反应塔为升流塔，塔底为进料口，塔下部为锥形，上部为圆柱形，以保证浆料层级升流，塔顶设有卸料装置，反应后的浆料经过筛选洗涤后进入后续漂白工段。

技改后的漂白方案为：O-D0-Eop-D1。

技改前后生产的蔗渣浆的白度都能达到88%（ISO）左右，满足对产品质量的要求。

下面，将技改前后生产过程的几个重要指标进行对比，看本发明在实际应用中的效果。

①技改前，进漂白D0段的蔗渣浆卡伯值为13左右；添加氧脱木素工段后，进漂白D0段的蔗渣浆卡伯值约为7。可见增加氧脱木素段使未漂浆的卡伯值降低了46%。

②化学品消耗量

表1 添加氧脱木素段前后漂白工段化学品消耗量的对比

从表1可以看出添加氧脱木素段后，漂白工段增加了氧气的消耗，但ClO2和NaOH的用量显著降低。初步估算，生产每吨蔗渣浆可节约化学药品成本135元。此外，氧脱木素段的碱可以送碱回收车间处理回用，可进一步降低化学品消耗。

③废水污染负荷

表2 添加氧脱木素段前后废水污染负荷的对比

由表2可以看出，添加氧脱木素段后，废水的污染负荷明显降低，几项重要指标——废水排放量，废水化学需氧量（COD）和有机氯化物（AOX）均明显降低，说明添加氧脱木素工段对节能减排和环境保护方面有重大贡献。

实施例2本发明应用于两段无元素氯漂白（ECF）的蔗渣浆制浆工艺中

此实施例是一个新建项目，氧脱木素段添加在第一段漂白前。

由于采用两段漂白，为减轻后续漂白的压力，改善脱木素的选择性，使蔗渣浆以更低的卡伯值和更高的白度进入后续漂白段，在此实施例的氧脱木素段加入过氧化氢。因此，此实施例的漂白流程为Op-D-Eop（即过氧化氢增强的氧脱木素→二氧化氯漂→氧和过氧化氢强化的碱抽提）。

具体工艺条件为：进入氧脱木素工段的蔗渣浆重量浓度为12%；调整NaOH加入点到中浓浆泵立管1前洗浆机出浆螺旋处，将过氧化氢加入到中浓立管1上。 NaOH重量浓度为2%；然后用中浓浆泵2输送浆料，浆料进入蒸汽加入装置3，在这里加入蒸汽和氧气，参数为：O₂体积浓度为2%，压力1.4MPa ，O₂由制氧站6提供；蒸汽采用1.0MPa的中压蒸汽，蒸汽用来控制反应塔内的反应温度和压力，根据需要控制蒸汽量；浆料在塔中的停留时间为90min，反应温度为100℃，在反应塔顶部的操作压力为0.5MPa。然后浆料在混合器中混合均匀后进入氧脱木素反应塔5进行脱木素反应，氧脱木素反应塔为升流塔，塔底为进料口，塔下部为锥形，上部为圆柱形，以保证浆料层级升流，塔顶设有卸料装置，反应后的浆料经过筛选洗涤后进入后续漂白工段。

按此工艺运行，测得蒸煮洗选后的蔗渣浆卡伯值为10左右，蔗渣浆经过氧脱木素后的卡伯值为5左右，可见氧脱木素工段使卡伯值降低了50%，即氧脱木素段大大降低了未漂蔗渣浆中的木素含量。后续只使用了两段漂白就使蔗渣浆白度达到85%（ISO），与传统生产工艺相比大大降低了生产成本，并且生产过程产生的废水污染负荷低。

综上所述，本发明将氧脱木素技术应用于蔗渣浆的制浆工艺中经济实效、节能环保。并且，本发明充分考虑了现有蔗渣浆厂的运行状况，所述的技术方案和工艺条件不仅可应用于新建项目，也非常适合对旧厂改造，用较少的投资，就可实现在提升经济效益的同时解决环保问题，以满足国家对环境保护日益严苛的要求。

Claims

1.一种应用于蔗渣制浆的氧脱木素方法，其特征在于：氧脱木素工序添加在蔗渣制浆工艺的蒸煮和洗涤工段之后，漂白工段之前，具体实施步骤如下：

蒸煮后的蔗渣浆经过洗涤工段后，浆料通过洗浆机的出浆螺旋进入中浓泵立管，在立管上加入一定量NaOH，然后用中浓浆泵输送浆料，浆料进入蒸汽加入装置，在这里加入蒸汽和氧气，然后浆料在混合器中混合均匀后进入氧脱木素反应塔进行脱木素反应，反应后的浆料经过筛选洗涤后进入后续漂白工段。

2.根据权利要求1所述的应用于蔗渣制浆的氧脱木素方法，其特征在于：具体工艺条件为：进入氧脱木素工段的蔗渣浆重量浓度为10%~12%； NaOH重量浓度为2%~4%；O₂体积浓度为1.5%~2%，压力1.4MPa；蒸汽采用1.0MPa的中压蒸汽，蒸汽用来控制反应塔内的反应温度和压力，根据需要控制蒸汽量；浆料在塔中的停留时间为60~90min，反应温度为100~120℃，在反应塔顶部的操作压力为0.3~0.5MPa。

3.根据权利要求1所述的应用于蔗渣制浆的氧脱木素方法，其特征在于：在氧脱木素工序中加入过氧化氢来增强氧脱木素的效果，过氧化氢的加入点需在NaOH之后，当加入过氧化氢时可调整NaOH加入点到中浓浆泵立管前洗浆机出浆螺旋处，将过氧化氢加入到中浓立管上。

4.一种实现权利要求1所述应用于蔗渣制浆的氧脱木素方法的设备，其特征在于：包括中浓浆泵立管，中浓浆泵，制氧站，蒸汽加入装置，混合器和氧脱木素反应塔；设备连接顺序为：中浓浆泵立管→中浓浆泵→蒸汽加入装置→混合器→氧脱木素反应塔；其中蒸汽加入装置还和制氧站相连接。

5.根据权利要求4所述的应用于蔗渣制浆的氧脱木素方法的设备，其特征在于：所述氧脱木素反应塔为升流塔，塔底为进料口，塔下部为锥形，上部为圆柱形，以保证浆料层级升流，塔顶设有卸料装置2。