CN112708144B - 一种利用硫泥生产木质素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种利用硫泥生产木质素的方法，具体方法如下：先将块状硫泥熔融，再进行燃烧氧化后生成二氧化硫，再将二氧化硫通入制浆黑液中，析出木质素。本发明既充分利用了工业废弃物，节省了木质素的生产成本，同时提高了木质素的收率，该技术操作过程简单，实现了资源的循环利用，利于工业化的应用。

Description

一种利用硫泥生产木质素的方法

技术领域

本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种利用硫泥生产木质素的方法。

背景技术

木质素是造纸原料-高等植物体细胞壁中的主要成分之一，是一种填充和粘结物质。化学法制浆过程就是利用化学药剂的方法溶出大部分的木质素，使纤维彼此分离成纸浆的生产过程。

碱法制浆得到的溶出木素是碱木素(存在于碱法制浆的废液-黑液中，黑液的主要成分有未反应完的残碱NaOH、Na₂S和溶出的碱木质素)，碱木质素在酸性及中性介质下不溶于水，但在PH值10以上时具有较强的亲水性，呈胶体状态，称之为可溶。为了提取木质素，比较常用的方法是酸析法，基本使用的是商品浓硫酸，即利用酸中氢离子取代碱木质素中的钠离子，使碱木质素再次成为不溶性沉淀物而析出。

制浆造纸过程主要有制浆、造纸两个工段；其中制浆工段产生的黑液可以进行木质素提取；工厂废液要进入污水处理厂，污水处理厂厌氧工段产生大量沼气，可以对沼气收集、提纯形成符合要求的天然气作为造纸车间的干燥热源；沼气提纯采用湿法脱硫工艺，这一过程会产生大量硫泥，成为一种废弃物。湿法脱硫，原理是：以PH＝8.5～9.2的稀碱液吸收硫化氢生成硫氢化物，Na₂CO₃+H₂S＝NaHS+NaHCO₃；硫氢化物与偏钒酸钠反应生成元素硫：2NaHS+4NaVO₃+H₂O＝Na₂V₄O₉+4NaOH+2S。最终产物中的Na₂V₄O₉被氧化后循环使用，溶液中析出固体的单质硫，经过压滤后排出形成硫泥。沼气提纯中的硫泥做为一种工业废弃物进行销毁或无害化处理。

发明内容

针对目前存在的技术问题，本发明提出了一种利用硫泥生产木质素的方法，既充分利用了工业废弃物，又节省了木质素的生产成本，该技术操作过程简单，实现了资源的循环利用，利于工业化的应用。

本发明的技术方案如下：

一种利用硫泥生产木质素的方法，先将块状硫泥进行灼烧氧化后生成二氧化硫，再将二氧化硫通入制浆黑液中，析出木质素。

优选地，具体步骤如下：块状硫泥经输送至熔融槽内在120-160℃下熔融，熔融的硫泥进入燃烧室，燃烧室的温度为900-1000℃，通入空气，产生的SO₂气体冷却至60℃以下，将冷却后SO₂通入精黑液储罐中，搅拌，当pH值达到2.5-3.5时停止通入SO₂，得到混合液；将混合液泵入到酸析罐中，析出木质素。

本发明的硫泥为沼气提纯过程中析出的单质硫，硫泥经过熔融，再经燃烧生成气体，气体的主要成分为SO₂，其中仅含有少量的杂质气体，杂质气体的存在不影响后序生产过程。

优选地，将酸析罐内的混合液泵送到压滤机进行第一次压滤，压滤得到滤饼质量浓度40-45％时卸料，滤饼由输送带送至稀释罐，加入55-65℃的热水稀释至质量浓度为10-15％，滤液输送到调碱釜中，加白液调整到pH为11以上，再将调碱釜中的混合液泵送到制浆工段重复利用；将稀释罐内的混合液再次泵送到压滤机进行第二次压滤，滤饼浓度45-55％时卸料；滤饼为精木质素，干燥后包装入库，第二次压滤的滤液排放到污水厂；

将过程中的废气由风机送到酸析罐中，重新进入酸析系统。

优选地，通入空气的通入量为1kg绝干硫通入4-5m³空气。通入空气的量不能过高或过低，通入空气的量过大，过剩的空气太多，会导致生成的二氧化硫浓度过低；如果通入空气的量过小，过程中产生的拉丝硫将一直混在产品气体中，不能完全反应，造成以后的设备堵塞各操作效率低。

优选地，精黑液储罐中储存的是过滤掉粗杂质后的制浆黑液。

优选地，精黑液储罐和酸析罐的压力为100-200Kpa。保持罐中一定压力，是为了提高二氧化硫的溶解浓度，达到所需pH值；同时还需要从安全方面考虑。

优选地，SO₂通入精黑液储罐的黑液时的搅拌速度为不高于30r/min。搅拌的目的是为了提高反应速度，但速度不宜过高，因为随着反应的进行，会不断有沉淀析出，析出的固体需要慢慢沉下来。

优选地，酸析罐中的搅拌速度不高于30r/min，反应30-40min。

优选地，燃烧后的废渣继续返回至熔融槽中，或进行其他后续的废渣处理系统。

优选地，块状硫泥在灼烧氧化前，利用硫泥质量的2-5倍的水水洗，经过水洗，水洗掉硫泥中的杂质。

本发明的原理：

S+O₂＝SO₂

SO₂+H₂O＝H₂SO₃

SO₂+NaOH＝NaHSO₃(SO₂过量)

因为木质素的酸析效果与溶液中电离出的[H⁺]浓度相关，[H⁺]浓度越高，那与之交换的木质素钠盐(即可溶碱木质素)就更多，酸析木质素的效果就越好。H₂SO₃属于弱酸，因其产生二级电离，若要达到PH值为4的酸化效果，所用量比同浓度的硫酸量要多，因此溶液中电离出的[H⁺]浓度要多，因此在同样pH值的情况下，通入二氧化硫比使用浓硫酸，木质素析出率更高。由于亚硫酸属于弱酸，反应中保持的精黑液储罐中有一定的压力，停止加酸后随着反应的进行，消耗掉的酸会由游离的二氧化硫补充，可以保证系统中酸度的稳定，比加入工业硫酸系统的酸度更加稳定，进而使得木质素的收率明显高于使用工业硫酸获得的木质素收率。

本发明的一种利用硫泥生产木质素的方法，既充分利用了工业废弃物，又节省了木质素的生产成本，该技术操作过程简单，实现了资源的循环利用，利于工业化的应用。

具体实施方式

以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围，除特殊说明外，下述实施例中均采用常规现有技术完成。

下述实施例中的浓度为质量浓度，精黑液储罐中储存的是过滤掉粗杂质后的制浆黑液。

实施例1

一种利用硫泥生产木质素的方法：

(1)SO₂制备：块状硫泥经输送螺旋进入熔融槽，在140℃的条件下，将硫泥变成熔融状态，再进入燃烧室，燃烧室温度930℃，通入空气，空气的通过量为1kg绝干硫通入4.5m³空气的比例，产生的SO₂气体再经过冷却到60℃以下，备用；

(2)将冷却后的SO₂气体通入精黑液储罐，储罐内带有搅拌，搅拌速度20r/min，压力150KPa，至罐内PH值＝3时停止通入气体，将罐内混合液泵送到酸析罐；

(3)酸析罐内仍保持压力150KPa，pH为3，搅拌速度20r/min，反应30min，至酸析液中的木质素析出；

(4)将酸析罐内的混合液泵送到压滤机进行第一次压滤，压滤到滤饼浓度44％时卸料，滤饼由输送带送至稀释罐，加入55-65℃的热水稀释至浓度为12％；滤液输送至调碱釜，添加白液将pH值调整到12，泵送到制浆工段重复利用；

(5)将稀释罐内分散均匀的12％浓度的木质素混合液再次泵送到压滤机进行第二次压滤，滤饼浓度45％时卸料，滤饼为精木质素，干燥后包装入库，滤液的浓度已经能达到污水处理厂的处理标准，直接排放到污水厂进行处理。

实施例2

一种利用硫泥生产木质素的方法：

(1)SO₂制备：块状硫泥经输送螺旋进入熔融槽，在160℃的条件下，将硫泥变成熔融状态，再进入燃烧室，燃烧室温度980℃，通入空气，空气的通过量为1kg绝干硫通入5m³空气的比例，产生的SO₂气体再经过冷却到60℃以下，备用；

(2)将冷却后的SO₂气体通入精黑液储罐，储罐内带有搅拌，搅拌速度18r/min，压力200KPa，至罐内pH值＝2.8时停止通入气体，将罐内混合液泵送到酸析罐；

(3)酸析罐内仍保持压力200KPa，pH值＝2.8，搅拌速度18r/min，反应35min，至酸析液中的木质素析出；

(4)将酸析罐内的混合液泵送到压滤机进行第一次压滤，压滤到滤饼浓度40％时卸料，滤饼由输送带送至稀释罐，加入55-65℃的热水稀释至15％浓度；滤液输送至调碱釜，添加白液将pH值调整到13，泵送到制浆工段重复利用；

(5)将稀释罐内分散均匀的15％浓度的木质素混合液再次泵送到压滤机进行第二次压滤，滤饼浓度55％时卸料，滤饼为精木质素，干燥后包装入库，滤液的浓度已经能达到污水处理厂的处理标准，直接排放到污水厂进行处理。

实施例3

一种利用硫泥生产木质素的方法：

(1)SO₂制备：块状硫泥经输送螺旋进入熔融槽，在120℃的条件下，将硫泥变成熔融状态，再进入燃烧室，燃烧室温度1000℃，通入空气，空气的通过量为1kg绝干硫通入4m³空气的比例，产生的SO₂气体再经过冷却到60℃以下，备用；

(2)将冷却后的SO₂气体通入精黑液储罐，储罐内带有搅拌，搅拌速度25r/min，压力100KPa，至罐内pH值＝3.2时停止通入气体，将罐内混合液泵送到酸析罐；

(3)酸析罐内仍保持压力100KPa，pH值＝3.2，搅拌速度25r/min，反应40min，至酸析液中的木质素析出；

(4)将酸析罐内的混合液泵送到压滤机进行第一次压滤，压滤到滤饼浓度42％时卸料，滤饼由输送带送至稀释罐，加入55-65℃的热水稀释至10％浓度；滤液输送至调碱釜，用白液将pH值调整到12.5，泵送到制浆工段重复利用；

(5)将稀释罐内分散均匀的10％浓度的木质素混合液再次泵送到压滤机进行第二次压滤，滤饼浓度50％时卸料，滤饼为精木质素，干燥后包装入库。滤液的浓度已经能达到污水处理厂的处理标准，直接排放到污水厂进行处理。

对比例1

一种制备木质素的方法：

(1)将黑液泵送至黑液储罐，由换热器将黑液温度控制在60-70℃；

(2)在装有冷却水的稀释罐内，将工业浓硫酸稀释到30％；

(3)将黑液由黑液储罐泵送到酸析釜，并开启搅拌器，搅拌速度25r/min，达到一定液位时，将稀释好的硫酸慢慢加入酸析釜；

(4)当酸析釜中的pH＝3时，停止加酸,继续开动搅拌约30分钟；

(5)反应完全后，将混合液送到压滤机进行第一次压滤，得到粗木素；

(6)粗木质素加入热水稀释后再经过压滤机进行第二次压滤，得到成品木质素。

将实施例1-3制备得到的木质素与对比例1制备得到的木质素的质量指标如下所示：

成品木质量质量指标

	收率	纯度
			实施例1	75.4％	98.9％
实施例2	77.1％	97.3％
			实施例3	74.9％	95.9％
对比例1	71.0％	96.0％

经过上述比对，可以明显发现，本发明制备得到的木质素的收率优于对比例1，木质素纯度与对比例1的纯度相当，甚至要高于对比例1获得木质素的纯度。本发明利用沼气提纯中的硫泥，生成SO₂气体，通过本发明的技术，对工业废弃物进行最大化的利用，既减少了污染，也减少了资源的浪费。常规工艺使用的是工业硫酸，硫酸的价格约3500元/吨，每吨酸析木质素的成本中工业硫酸约占520元，本发明利用工业废弃物-块状硫泥燃烧后生成的SO₂气体，制成亚硫酸，超过了工业硫酸的使用效果；本发明生产1吨木质素的单项成本只有约150元，降低了71％，并且综合利用了沼气提纯的废料，取得很好的经济效益和社会效益。

Claims (5)

1.一种利用硫泥生产木质素的方法，其特征在于，先将块状硫泥进行灼烧氧化后生成二氧化硫，再将二氧化硫通入制浆黑液中，析出木质素；

具体步骤如下：块状硫泥经输送至熔融槽内在120-160℃下熔融，熔融的硫泥进入燃烧室，燃烧室的温度为900-1000℃，通入空气，产生的SO₂气体冷却至60℃以下，将冷却后SO₂通入精黑液储罐中，搅拌，当pH值达到2.5-3.2时停止通入SO₂，得到混合液；将混合液泵入到酸析罐中，析出木质素；

将酸析罐内的混合液泵送到压滤机进行第一次压滤，压滤得到滤饼质量浓度40-45％时卸料，滤饼由输送带送至稀释罐，加入55-65℃的热水稀释至质量浓度为10-15％，滤液输送至调碱釜中，加入白液调整到pH为11以上，再将调碱釜中的混合液泵送到制浆工段重复利用；将稀释罐内的混合液再次泵送到压滤机进行第二次压滤，滤饼浓度45-55％时卸料；滤饼为精木质素，干燥后包装入库，第二次压滤的滤液排放到污水厂；

将过程中的废气由风机送到酸析罐中，重新进入酸析系统；

所述通入空气的通入量为1kg绝干硫通入4-5m³空气；

所述精黑液储罐和酸析罐的压力为100-200Kpa。

2.根据权利要求1所述的一种利用硫泥生产木质素的方法，其特征在于，所述精黑液储罐中储存的是过滤掉粗杂质后的制浆黑液。

3.根据权利要求1所述的一种利用硫泥生产木质素的方法，其特征在于，所述SO₂通入精黑液储罐的黑液时的搅拌速度为不高于30r/min。

4.根据权利要求1所述的一种利用硫泥生产木质素的方法，其特征在于，所述酸析罐中的搅拌速度不高于30r/min，反应30-40min。

5.根据权利要求1所述的一种利用硫泥生产木质素的方法，其特征在于，所述块状硫泥在灼烧氧化前，利用硫泥质量的2-5倍的水水洗。