CN105507052B - 一种绿色制浆清洁生产装置以及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绿色制浆清洁生产装置以及工艺，所述一种绿色制浆清洁生产装置包括开棉机(1)、旋风分离器(2)、喂棉器(3)、高效浸渍机(4)、羟基自由基活性氧制药机(5)、催化调聚脱色反应器(6)、低温连续滞留反应器(7)、连续管式滞留反应器或蒸煮器(8)以及挤压脱水处理装置(9)。本发明利用具有强氧化性的羟基自由基活性氧和氧气，配以辅助药剂，使原料中的木质素、果胶等带色集团退色，同时使天然高分子发生快速断裂反应，属于连续、高浓、低温的制浆过程。改变了单一螺旋输送物料为输送带输送物料同时带有反应的制浆过程。具有节能节水减排的制浆过程。

Description

一种绿色制浆清洁生产装置以及工艺

技术领域

本发明属于浆粕生产领域，具体涉及一种绿色制浆清洁生产装置以及工艺。

背景技术

纤维素纤维具有优良的性能，在纺织品中的比重逐年提高。但是现有技术中，纤维素纤维生产技术存在两个技术问题：一是浆粕生产过程中产生大量的制浆黑液，二是粘胶纤维制造过程中使用二硫化碳，造成空气的污染。

传统的粘胶纤维用浆粕生产是用棉短绒做原料，经过高温碱蒸煮，次氯酸钠漂白、脱氯、酸处理过程，使得α-纤维素得到精制。棉短绒中含有果胶、果糖、蜡质和木质素等，在精制过程产生大量的黑液，按我国工艺装备水平和产能，吨浆COD达320多公斤，COD总量达60万吨，年用水量达到1.6-2.7亿吨。由于用棉短绒作原料所产生的污水中固形物热值低，不适宜用浓缩燃烧碱回收的方法，故对制浆黑液处理的难度超过对造纸黑液的处理。

近年来环境保护部门对重点耗水工业的监管越来越严格，东部企业将制浆企业转移到新疆，由于无序的扩容，造成了新疆地区浆粕生产产能过剩，也给新疆地区脆弱的环境造成很大的压力。由于生产企业都采用后处理方式对所排污水进行处理，处理成本高，用于污水处理的费用抵消了制造浆粕产生的利润。

在全新疆二十多家浆粕生产企业中，因为污水排放不能达到地方的污水排放标准，很多企业处于停产状态。粘胶短纤的生产不得不从国外大量采购进口原料。

以一个年产10万吨浆粕生产能力的企业为例，依然有50多吨颜色很重的废水处理，每年排放污水达到500多万吨，随着水价的调整，企业的生产成本会进一步提高，按照自治区环保厅的要求，2015年底COD要小于100mg/l，企业上了蒸发设备，每吨浆排除了浓黑液，蒸发后的黑液热值低燃烧效果欠佳，还要天然气助燃，形成了排污物质形态的转移，稀黑液变成了浓黑液，生物法处理污水还要加入酚顿试剂处理，废水处理成本居高不下，企业生存条件受到挑战，制浆领域迫切需要开发一种低污染、处理效果好的绿色制浆技术。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种绿色制浆清洁生产工艺以及多种相关制浆设备的集成创新。本发明利用具有强氧化性的羟基自由基活性氧和氧气，配以辅助药剂，使原料中的木质素、果胶等带色集团退色，同时使天然高分子发生快速断裂反应，属于连续、高浓、低温的制浆过程。

一方面，本发明公开了一种绿色制浆清洁生产装置，所述的一种绿色制浆清洁生产装置技术方案如下。

一种绿色制浆清洁生产装置，所述的装置包括开棉机1、旋风分离器2、喂棉器3、高效浸渍机4、羟基自由基活性氧制药机5、催化调聚脱色反应器6、低温连续滞留反应器7、连续管式滞留反应器或蒸煮器8以及挤压脱水处理装置9；

所述的开棉机1将原料开松，开棉机的物料出口连接旋风分离器2的物料进口，原料在旋风分离器内除去杂质后通过旋风分离器的物料出口进入喂棉器3，喂棉器将原料制备均匀厚度的棉被状态；喂棉器的物料出口连接高效浸渍机4的物料进口，羟基自由基活性氧制药机5制备的羟基自由基活性氧药剂进入高效浸渍机，物料在高效浸渍机内被药剂吸附达饱和状态；所述的高效浸渍机的物料出口连接催化调聚脱色反应器6，物料在催化调聚脱色反应器内脱色降聚；催化调聚脱色反应器的物料出口连接低温连续滞留反应器7，低温连续滞留反应器的物料出口连接连续管式滞留反应器或蒸煮器8的物料进口，羟基自由基活性氧制药机制备的氧气通入连续管式滞留反应器或蒸煮器，物料在连续管式滞留反应器或蒸煮器内反应成浆状；连续管式滞留反应器或蒸煮器的物料出口连接挤压脱水处理装置9，物料在挤压脱水处理装置处理后得到湿浆。

优选地，所述的旋风分离器2为三级旋风分离器。

优选地，所述的羟基自由基活性氧制药机5是离子膜电催化反应器，在常温和低压条件下，以空气、水和电解质溶液(优选碱液，进一步优选氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液)为原料，通入直流电源制得羟基自由基活性氧药剂和氧气。

优选地，所述的羟基自由基活性氧制药机5采用DCS或模拟DCS控制系统，对药剂生产、药剂浓度、液位、流量、温度、碱度、物料传输速度、动力运行状态等指标进行控制，实现计算机远程调节，有效实现对生产过程的手动和自动控制。

需要指出的是，所述一种绿色制浆清洁生产装置中，在低温连续滞留反应器7之后使用连续管式滞留反应器或蒸煮器，这是两种都可行的并列技术方案，连续管式滞留反应器或蒸煮器选择其一可实现本发明的目的。

另一方面，本发明进一步公开了一种绿色制浆清洁生产工艺，所述的一种绿色制浆清洁生产工艺的技术方案如下。

一种绿色制浆清洁生产工艺，包括如下步骤：

步骤(1)，原料经开棉机1开松，经旋风分离除杂后使用喂棉器3梳理成被，得到150-250mm均匀厚度的物料，

步骤(2)，将步骤(1)所得物料进入高效浸渍机4与羟基自由基活性氧药剂混合，物料被药剂吸附达饱和状态，经挤压脱液后，液比为1.2-1.5∶1；

步骤(3)，步骤(2)所得物料以平推流方式连续进入催化调聚脱色反应器6，温度保持在60-70℃，停留时间为3-15分钟；在催化调聚脱色反应器中，原料中的木质素、果胶等带色基团褪色，同时使得天然高分子发生快速断裂反应；

步骤(4)，将步骤(3)的物料进入低温连续滞留反应器7，物料在低温连续滞留反应器内保持一定的停留时间；

步骤(5)，将步骤(4)的物料进入连续管式滞留反应器或蒸煮器8，同时向连续管式滞留反应器或蒸煮器内通入氧气；物料在连续管式滞留反应器或蒸煮器内成浆；

步骤(6)，对步骤(5)的物料进行挤压脱水处理，挤压脱水所得水分进入水处理工段后回用，挤压脱水所得湿浆进入后续处理工段。

优选地，步骤(1)中所述原料是棉短绒。

优选地，步骤(1)具体方法是：原料经开棉机开松，经三级旋风分离器2除杂，除去较重皮，物料呈分散状态，使用喂棉器梳理后形成均匀厚度的棉被状态。

优选地，步骤(2)使用的羟基自由基活性氧药剂由羟基自由基活性氧制药机制备，所述制药机是是离子膜电催化反应器，在常温和低压条件下，以空气、水和电解质溶液(优选碱液，进一步优选氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液)为原料，通入直流电源制得羟基自由基活性氧药剂和氧气。

优选地，步骤(5)使用的氧气为所述制药机制备的氧气。

优选地，所述的制药机以现场制药的方式制备羟基自由基活性氧药剂和氧气。

优选地，在催化调聚脱色反应和滞留反应后采用近红外在线技术快速在线检测的成分。

优选地，步骤(6)所得湿浆白度达到780度以上。

本发明的工艺和设备是连续生产线，制浆过程实现高浓(浓度达到40％左右)，制浆温度低，反应时间短，反应条件温和，产品收率高，具有很好的节能节水减排效果。计算机控制系统，自动化程度高，运行安全可靠。比较原有高温碱蒸煮次氯酸钠漂白工艺，制浆过程不产生浓黑液，废水处理简单，处理费用低，经处理后的污水大部分回用，少量污水处理后达标排放。实现了全无氯制浆过程。本发明中，1吨浆耗水20吨，经污水处理后80％的水循环使用，20％污水处理达标后排放，排放污水COD＜100mg/L。

本发明所得的产品质量可靠，产品分子量分布窄，达到行业标准。

附图说明

图1为本发明的一种绿色制浆清洁生产装置的示意图。

附图1中，相应的附图标记表示的是：开棉机1、旋风分离器2、喂棉器3、高效浸渍机4、羟基自由基活性氧制药机5、催化调聚脱色反应器6、低温连续滞留反应器7、连续管式滞留反应器或蒸煮器8、挤压脱水处理装置9。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步说明。

实施例1

实施例1表示的是本发明的一种绿色制浆清洁生产装置。

一种绿色制浆清洁生产装置，所述的装置包括开棉机1、三级旋风分离器2、喂棉器3、高效浸渍机4、羟基自由基活性氧制药机5、催化调聚脱色反应器6、低温连续滞留反应器7、连续管式滞留反应器8以及挤压脱水处理装置9；

其中，所述的开棉机1将原料开松，开棉机的物料出口连接旋风分离器2的物料进口，原料在旋风分离器内除去杂质后通过旋风分离器的物料出口进入喂棉器3，喂棉器将原料制备均匀厚度的棉被状态；喂棉器的物料出口连接高效浸渍机4的物料进口，羟基自由基活性氧制药机5制备的羟基自由基活性氧药剂进入高效浸渍机，物料在高效浸渍机内被药剂吸附达饱和状态；所述的高效浸渍机的物料出口连接催化调聚脱色反应器6，物料在催化调聚脱色反应器内脱色降聚；催化调聚脱色反应器的物料出口连接低温连续滞留反应器7，低温连续滞留反应器的物料出口连接连续管式滞留反应器8的物料进口，羟基自由基活性氧制药机制备的氧气通入连续管式滞留反应器，物料在连续管式滞留反应器内反应成浆状；连续管式滞留反应器的物料出口连接挤压脱水处理装置9，物料在挤压脱水处理装置处理后得到湿浆。

其中，所述的羟基自由基活性氧制药机5是离子膜电催化反应器，在常温和低压条件下，以空气、水和氢氧化钠溶液为原料，通入直流电源制得羟基自由基活性氧药剂和氧气。所述的制药机采用DCS或模拟DCS控制系统，对药剂生产、药剂浓度、液位、流量、温度、碱度、物料传输速度、动力运行状态等指标进行控制，实现计算机远程调节，有效实现对生产过程的手动和自动控制。

过程实现了从低浓向高浓制浆的转变，实现了从全高温向低温制浆的转变，实现了元素氯漂白向无氯的制浆的转变。

实施例2

本实施例对棉短绒进行制浆。具体是：

一种绿色制浆清洁生产工艺，包括如下步骤：

步骤(1)，棉短绒经开棉机开松，经三级旋风分离器2除杂，除较重皮，物料呈分散状态，使用喂棉器梳理后形成均匀厚度的棉被状态；

步骤(2)，将步骤(1)所得物料进入高效浸渍机4与羟基自由基活性氧药剂混合，物料被药剂吸附达饱和状态，经挤压脱液后，液比为1.5∶1；

步骤(3)，步骤(2)所得物料以平推流方式连续进入催化调聚脱色反应器6，温度保持在60℃，停留时间为3分钟；在催化调聚脱色反应器中，原料中的木质素、果胶等带色基团褪色，同时使得天然高分子发生快速断裂反应；

步骤(4)，将步骤(3)的物料进入低温连续滞留反应器7，物料在低温连续滞留反应器内保持一定的停留时间；

步骤(5)，将步骤(4)的物料进入连续管式滞留反应器8，同时向连续管式滞留反应器内通入氧气；物料在连续管式滞留反应器内成浆；

步骤(6)，对步骤(5)的物料进行挤压脱水处理，挤压脱水所得水分进入水处理工段后回用，挤压脱水所得湿浆进入后续处理工段。步骤(6)所得湿浆白度为80度。

实施例3

本实施例对棉短绒进行制浆。具体是：

一种绿色制浆清洁生产工艺，包括如下步骤：

步骤(1)，棉短绒经开棉机开松，经三级旋风分离器2除杂，除较重皮，物料呈分散状态，使用喂棉器梳理后形成均匀厚度的棉被状态；

步骤(2)，将步骤(1)所得物料进入高效浸渍机4与羟基自由基活性氧药剂混合，物料被药剂吸附达饱和状态，经挤压脱液后，液比为1.2∶1；

步骤(3)，步骤(2)所得物料以平推流方式连续进入催化调聚脱色反应器6，温度保持在70℃，停留时间为15分钟；在催化调聚脱色反应器中，原料中的木质素、果胶等带色基团褪色，同时使得天然高分子发生快速断裂反应；

步骤(4)，将步骤(3)的物料进入低温连续滞留反应器7，物料在低温连续滞留反应器内保持一定的停留时间；

步骤(5)，将步骤(4)的物料进入或蒸煮器8，同时向蒸煮器内通入氧气；物料在蒸煮器内成浆；

步骤(6)，对步骤(5)的物料进行挤压脱水处理，挤压脱水所得水分进入水处理工段后回用，挤压脱水所得湿浆进入后续处理工段。步骤(6)所得湿浆白度为85度。

需要指出的是，上述实施例仅仅是本发明优选的特定的实施方式，并不构成对本发明的限制，任何落入本发明权利要求的特征或者等同特征构成的本发明的保护范围内的实施方式均构成侵犯本发明的专利权。

Claims (9)

1.一种绿色制浆清洁生产工艺，其特征在于，

所述的生产工艺使用一种绿色制浆清洁生产装置，所述的装置包括开棉机(1)、旋风分离器(2)、喂棉器(3)、高效浸渍机(4)、羟基自由基活性氧制药机(5)、催化调聚脱色反应器(6)、低温连续滞留反应器(7)、连续管式滞留反应器或蒸煮器(8)以及挤压脱水处理装置(9)；

其中，所述的开棉机(1)将原料开松，开棉机的物料出口连接旋风分离器(2)的物料进口，原料在旋风分离器内除去杂质后通过旋风分离器的物料出口进入喂棉器(3)，喂棉器将原料制备均匀厚度的棉被状态；喂棉器的物料出口连接高效浸渍机(4)的物料进口，羟基自由基活性氧制药机(5)制备的羟基自由基活性氧药剂进入高效浸渍机，物料在高效浸渍机内被药剂吸附达饱和高浓状态；所述的高效浸渍机的物料出口连接催化调聚脱色反应器(6)，物料在催化调聚脱色反应器内脱色降聚；催化调聚脱色反应器的物料出口连接低温连续滞留反应器(7)，低温连续滞留反应器的物料出口连接连续管式滞留反应器或蒸煮器(8)的物料进口，羟基自由基活性氧制药机制备的氧气通入连续管式滞留反应器或蒸煮器，物料在连续管式滞留反应器或蒸煮器内反应成浆状；连续管式滞留反应器或蒸煮器的物料出口连接挤压脱水处理装置(9)，物料在挤压脱水处理装置处理后得到湿浆；

所述的羟基自由基活性氧制药机(5)采用DCS或模拟DCS控制系统，对药剂生产、药剂浓度、液位、流量、温度、碱度、物料传输速度以及动力运行状态指标进行控制，实现计算机远程调节，有效实现对生产过程的手动和自动控制；

所述的工艺包括如下步骤：

步骤(1)，原料经开棉机(1)开松，经旋风分离除杂后使用喂棉器(3)梳理成被，得到150-250mm均匀厚度的物料，

步骤(2)，将步骤(1)所得物料进入高效浸渍机(4)与羟基自由基活性氧药剂混合，物料被药剂吸附达饱和状态，经挤压脱液后，液比为1.2-1.5∶1，形成高浓状态；

步骤(3)，步骤(2)所得物料以平推流方式连续进入催化调聚脱色反应器(6)，温度保持在60-70℃，停留时间为3-15分钟；在催化调聚脱色反应器中，原料中的木质素、果胶带色基团褪色，同时使得天然高分子发生快速断裂反应；

步骤(4)，将步骤(3)的物料进入低温连续滞留反应器(7)，物料在低温连续滞留反应器内保持一定的停留时间；

步骤(5)，将步骤(4)的物料进入连续管式滞留反应器或蒸煮器(8)，同时向连续管式滞留反应器或蒸煮器内通入氧气；物料在连续管式滞留反应器或蒸煮器内成浆；

步骤(6)，对步骤(5)的物料进行挤压脱水处理，挤压脱水所得水分进入水处理工段后回用，挤压脱水所得湿浆进入后续处理工段；

步骤(6)所得湿浆白度达到78度以上。

2.根据权利要求1所述的绿色制浆清洁生产工艺，其特征在于，步骤(1)中所述原料是棉短绒。

3.根据权利要求1所述的绿色制浆清洁生产工艺，其特征在于，步骤(1)具体方法是：原料经开棉机开松，经三级旋风分离器除杂，除去较重皮，物料呈分散状态，使用喂棉器梳理后形成均匀厚度的棉被状态，进入双夹带浸渍机，物料被浸渍达到饱和态，出口经挤压脱液后以高浓状态进入催化调聚脱色反应器。

4.根据权利要求1所述的绿色制浆清洁生产工艺，其特征在于，步骤(2)使用的羟基自由基活性氧药剂由羟基自由基活性氧制药机制备，所述制药机是离子膜电催化反应器，在常温和低压条件下，以空气、水和电解质溶液为原料，通入直流电源制得羟基自由基活性氧药剂和氧气。

5.根据权利要求4所述的绿色制浆清洁生产工艺，其特征在于，所述的电解质溶液为碱液，具体是使用氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液。

6.根据权利要求1所述的绿色制浆清洁生产工艺，其特征在于，步骤(5)使用的氧气为所述制药机制备的氧气。

7.根据权利要求1所述的绿色制浆清洁生产工艺，其特征在于，所述的制药机以现场制药的方式制备羟基自由基活性氧药剂和氧气。

8.根据权利要求1所述的绿色制浆清洁生产工艺，其特征在于，所述的旋风分离器(2)为三级旋风分离器。

9.根据权利要求1所述的绿色制浆清洁生产工艺，其特征在于，所述的羟基自由基活性氧制药机(5)是离子膜电催化反应器，在常温和低压条件下，以空气、水和电解质溶液为原料，通入直流电源制得羟基自由基活性氧药剂和氧气。