CN116065414A - 造纸厂黑液无石灰处理回收木质素和碱的循环蒸煮方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供造纸厂黑液无石灰处理回收木质素和碱的循环蒸煮方法，属于制浆造纸技术领域，采用传统的氯碱工业电解方法回收氢氧化钠；避免了电解硫酸钠过程中，阳极电极被腐蚀的情况。然后，将电解产生的氢气和氯气燃烧反应，生成浓盐酸，并在该制浆系统内循环利用；避免传统黑液处理方法产生的白泥，以及煅烧白泥的能耗和二氧化碳气体排放。最后，采用部分酸化滤液循环蒸煮后，在循环过程中实现黑液的浓缩，只需要蒸发原有黑液产量的20‑30％的体积量；极大地减少了黑液蒸发浓缩的能耗。

Description

造纸厂黑液无石灰处理回收木质素和碱的循环蒸煮方法
技术领域
本发明涉及制浆造纸技术领域，尤其涉及造纸制浆厂无石灰回收木质素和碱的循环蒸煮方法。
背景技术
黑液是化学浆蒸煮过程中产生的一种废液，它富含木素、半纤维素、有机物、钠元素和其他盐类离子，是一种可再生资源；但是，如果不经过正确处理，会危害自然环境。为了实现黑液资源的高值化利用，回收黑液中的木质素和烧碱，多种方法被利用于处理制浆黑液。当前生产过程中，一般采用浓缩-焚烧方法处理黑液，回收热量和钠元素。即先用多效蒸发器来蒸发稀黑液，得到浓度为35-60％的浓缩黑液；然后浓缩黑液被输送到碱回收炉内焚烧，产生熔化态碳酸钠；最后碳酸钠溶于水并与消石灰反应，生成白泥和烧碱，实现烧碱再生和回收利用。这种方法在回收碳酸钠和热量的过程中，既烧掉了木质素资源，又在碱化过程中，消耗大量石灰并产生“白泥”，对环境造成二次污染。
另一种是采用钙化回收碱液循环蒸煮木片，即黑液直接与石灰反应，生成木质素钙沉淀和低浓度的氢氧化钠溶液。从而，实现废液的去除木素，实现废液的氢氧化钠再生，碱性滤液可直接回用于木片蒸煮；该法浆得率有显著提高，从而提高企业的原料的利用率，提高产能，提高企业的经济效益。但是在回收碱过程中会产生木质素钙副产品。木质素钙副产品是一种阴离子吸附剂，可以在污水处理和土壤改良的领域应用，但是，当前尚没有开发市场；于是，大量库存木质素钙在一定程度上，影响企业的正常生产，也影响企业的经济效益。
相关技术中，碱回收工艺都需要使用大量的石灰，浓缩燃烧法回收碱会产生“白泥”，对环境造成二次污染；钙化法回收碱会产生尚没有开发市场的木质素钙副产物，在一定程度上影响企业生产。
发明内容
本发明的目的在于提供造纸厂黑液无石灰处理回收木质素和碱的循环蒸煮方法，解决背景技术中存在的技术问题。
该法回收木质素和氢氧化钠，实现碱、酸和废水的循环利用。
基于钙化处理黑液会产生大量木质素钙副产品的结果和硫酸酸化提取木质素联合电解回收氢氧化钠生产试验不成功的结果两个方面。本发明采用盐酸酸化提取木质素，调节pH后回收70％-80％废水用于循环蒸煮，20％-30％废水被浓缩燃烧后电解回收氢氧化钠和盐酸的方法。旨在采用盐酸处理黑液后部分废水循环蒸煮、部分废水浓缩燃烧后电解获得氢氧化钠和盐酸，实现回收资源的循环利用，从而，避免传统碱化工艺，避免白泥产生，避免再生石灰的能耗和温室气体排放。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
造纸厂黑液无石灰处理回收木质素和碱的循环蒸煮方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：把木片与氢氧化钠溶液混合，然后进行蒸煮，蒸煮后得到浆料和稀黑液，经过沥干分离浆料和稀黑液；
步骤2：利用盐酸酸化黑液，使木素沉淀析出，再通过过滤分离，得到固体湿木素和酸性滤液；
步骤3：将酸化滤液用氢氧化钠调整到中性后，70-80％的中性滤液回用为蒸煮工序用水，添加氢氧化钠循环蒸煮，以增加纸浆的得率；
步骤4：剩余的20-30％的中性滤液，通过蒸发浓缩和燃烧残留有机物的方法，获得氯化钠结晶体；
步骤5：将得到的氯化钠固体配成饱和溶液，并送入电解槽电解，在阴极室生成氢氧化钠溶液和氢气，在阳极室生成氯气；
步骤6：利用石墨燃烧器燃烧氢气和氯气，产生盐酸产品，盐酸产品循环利用于黑液酸化工序，实现氢氧化钠和盐酸的再生和循环利用。
进一步地，步骤1中，木片采用绝干木片，氢氧化钠与绝干木片的质量比为1:5，氢氧化钠与绝干木片混合后加入水，水的质量与绝干木片的质量比为6:1，蒸煮时，从室温升达到170℃，升温时间为2h，然后保温3h。
进一步地，步骤2中盐酸酸化黑液的具体过程为，木素是一种疏水物质，不溶于水，在蒸煮过程中，与氢氧化钠反应生成木素钠大分子，由于引入若干个钠原子亲水基团，生成的木素钠分子能溶解于水，形成黑液，当黑液中加入盐酸，盐酸与木素钠发生反应，生成氯化钠和木素，由于不再含有钠原子亲水基团，木素从水中析出，生成沉淀。
进一步地，步骤3中循环蒸煮的具体过程为：处理后的残液中含有若干种有机物，若干种机物相互作用重新团聚，与纤维素反应生成接枝分子，增加纸浆的得率。
进一步地，步骤5中，电解槽电解的具体过程为：
通过电解氯化钠，在阳极室得到氯气，在阴极室得到氢氧化钠和氢气，反应原理如下：
电解氯化钠的过程中，在阳极室发生下列反应：2Cl--2e-→Cl2↑ (1)
在阴极室发生下列反应：2H2O+2e-→2OH-+H2↑ (2)
电解氯化钠的总体反应方程式；
Figure BDA0004081658540000031
进一步地，步骤6中，氢气与氯气燃烧制备氯化氢的过程为：
Figure BDA0004081658540000032
点燃的氢气在氯气中燃烧得到氯化氢，氯化氢溶于水制得盐酸。
本发明是利用盐酸(替代氧化钙、硫酸)进行黑液酸化提取木素，产生的滤液调节pH后，大多数滤液(70-80％)回用于循环蒸煮工序，剩余的少部分(20-30％)的滤液经过蒸发浓缩和燃烧，获得氯化钠固体，然后，按照常规的氯碱生产工艺，电解食盐饱和溶液，获得氢氧化钠、氢气和氯气，又让氯气和氢气燃烧反应，生产浓盐酸。电解产生的氢氧化钠溶液和燃烧产生的浓盐酸，在该制浆系统内部循环利用。
相对于传统的黑液处理方法而言，本发明分别在三方面进行工艺改进：采用盐酸(替代氧化钙、硫酸)进行黑液酸化，不会产生大量的“白泥”；采用氯碱工业电解方法回收氢氧化钠，不会出现电解硫酸钠而导致阳极电极被腐蚀的情况；采用70～80％废水循环蒸煮和20～30％废水浓缩、燃烧处理，减轻了废水处理工艺的负荷。在整个工艺上，本发明可以充分地回收废水、氢氧化钠和盐酸等资源，并且没有副产物地产生，达到节能减排地作用。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明能够从黑液中回收木素和氢氧化钠，滤液循环蒸煮过程，实现糖类和细小纤维嫁接到大的纤维素的表面，从而，提高了纸浆得率，实现黑液中糖类和细小纤维的有效利用，电解产生的氢气和氯气燃烧反应，生成浓盐酸，并在该制浆系统内循环利用，采用酸化滤液循环蒸煮后，在循环过程中实现黑液的浓缩，只需要蒸发原有黑液产量的20-30％的体积量，因而，极大地减少黑液蒸发浓缩的能耗。
附图说明
图1是本发明方法流程图；
图2是传统硫酸酸化提取木质素结合电解回收氢氧化钠流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
实施例1：如图1所示，70％的滤液循环蒸煮、30％的滤液蒸发浓缩，具体步骤如下：
步骤S1，蒸煮：采用7吨的桉木作为原料，用碱量为1.4吨，加水42吨，升温2h，达到170℃，保温3h进行蒸煮，沥干得到12.11吨湿浆和22.86吨黑液；
步骤S2，酸化提取木质素：利用盐酸酸化黑液，使木素沉淀析出，再通过过滤分离，得到4.65吨固体湿木素和18.21吨酸性滤液；
步骤S3，循环蒸煮：将酸化滤液用氢氧化钠调整到中性后，70％的中性滤液用作木片蒸煮水溶液，添加氢氧化钠循环蒸煮，以增加纸浆的得率；
步骤S4，蒸发、燃烧：剩余的30％的中性滤液，通过蒸发浓缩和燃烧残留有机物的方法，获得0.52吨氯化钠结晶体；
步骤S5，电解氯化钠：向得到的氯化钠固体加14.83吨水配成饱和溶液，并送入电解槽电解，在阴极室生成1.6吨氢氧化钠溶液(回用于蒸煮工序)和0.001吨氢气，在阳极室生成0.32吨氯气；
步骤S6，盐酸的生成：利用石墨燃烧器燃烧氢气和氯气，产生0.33吨浓盐酸产品，该浓盐酸产品循环利用于黑液酸化工序。从而，实现氢氧化钠和盐酸的再生和循环利用。
实施例2：80％的黑液循环蒸煮、20％的黑液蒸发浓缩，具体步骤如下：
步骤S1，蒸煮：步骤S1，煮浆：采用7吨的桉木作为原料，用碱量为1.4吨，加水42吨，并在170℃的蒸煮温度下升温2h，保温3h进行蒸煮，沥干12.11吨湿浆和22.86吨黑液；
步骤S2，酸化提取木质素：利用盐酸酸化黑液，使木素沉淀析出，再通过过滤分离，得到4.65吨固体湿木素和18.21吨酸性滤液；
步骤S3，循环蒸煮：将酸化滤液用氢氧化钠调整到中性后，80％的中性滤液用作木片蒸煮水溶液，添加氢氧化钠循环蒸煮，以增加纸浆的得率；
步骤S4，蒸发、燃烧：剩余的20％的中性滤液，通过蒸发浓缩和燃烧残留有机物的方法，获得0.36吨氯化钠结晶体；
步骤S5，电解氯化钠：向得到的氯化钠固体加0.99吨水配成饱和溶液，并送入电解槽电解，在阴极室生成1.23吨氢氧化钠溶液(回用于蒸煮工序)和0.0061吨氢气，在阳极室生成0.22吨氯气；
步骤S6，盐酸的生成：利用石墨燃烧器燃烧氢气和氯气，产生0.23吨浓盐酸产品，该浓盐酸产品循环利用于黑液酸化工序。从而，实现氢氧化钠和盐酸的再生和循环利用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.造纸厂黑液无石灰处理回收木质素和碱的循环蒸煮方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤1：把木片与氢氧化钠溶液混合，然后进行蒸煮，蒸煮后得到浆料和稀黑液，经过沥干分离浆料和稀黑液；
步骤2：利用盐酸酸化黑液，使木素沉淀析出，再通过过滤分离，得到固体湿木素和酸性滤液；
步骤3：将酸化滤液用氢氧化钠调整到中性后，70-80％的中性滤液回用为蒸煮工序用水，添加氢氧化钠循环蒸煮，以增加纸浆的得率；
步骤4：剩余的20-30％的中性滤液，通过蒸发浓缩和燃烧残留有机物的方法，获得氯化钠结晶体；
步骤5：将得到的氯化钠固体配成饱和溶液，并送入电解槽电解，在阴极室生成氢氧化钠溶液和氢气，在阳极室生成氯气；
步骤6：利用石墨燃烧器燃烧氢气和氯气，产生盐酸产品，盐酸产品循环利用于黑液酸化工序，实现氢氧化钠和盐酸的再生和循环利用。
2.根据权利要求1所述的造纸厂黑液无石灰处理回收木质素和碱的循环蒸煮方法，其特征在于：步骤1中，木片采用绝干木片，氢氧化钠与绝干木片的质量比为1:5，氢氧化钠与绝干木片混合后加入水，水的质量与绝干木片的质量比为6:1，蒸煮时，从室温升达到170℃，升温时间为2h，然后保温3h。
3.根据权利要求1所述的造纸厂黑液无石灰处理回收木质素和碱的循环蒸煮方法，其特征在于：步骤2中盐酸酸化黑液的具体过程为，木素是一种疏水物质，不溶于水，在蒸煮过程中，与氢氧化钠反应生成木素钠大分子，由于引入若干个钠原子亲水基团，生成的木素钠分子能溶解于水，形成黑液，当黑液中加入盐酸，盐酸与木素钠发生反应，在酸性条件下生成氯化钠和木素，由于不再含有钠原子亲水基团，木素从水中析出，生成沉淀。
4.根据权利要求1所述的造纸厂黑液无石灰处理回收木质素和碱的循环蒸煮方法，其特征在于：步骤2中，采用盐酸酸化的具体过程为：采用盐酸处理黑液，让在碱性条件下溶解的酸不溶木质素，在酸性条件下析出、沉淀，并获得酸性废水。
5.根据权利要求1所述的造纸厂黑液无石灰处理回收木质素和碱的循环蒸煮方法，其特征在于：步骤3中循环蒸煮的具体过程为：处理后的残液中含有若干种有机物，若干种机物相互作用重新团聚，与纤维素反应生成接枝分子，增加纸浆的得率。
6.根据权利要求1所述的造纸厂黑液无石灰处理回收木质素和碱的循环蒸煮方法，其特征在于：步骤5中，电解槽电解的具体过程为：
通过电解氯化钠，在阳极室得到氯气，在阴极室得到氢氧化钠和氢气，反应原理如下：
电解氯化钠的过程中，在阳极室发生下列反应：
2Cl--2e-→Cl2↑ (1)
在阴极室发生下列反应：
2H2O+2e-→2OH-+H2↑ (2)
电解氯化钠的总体反应方程式；
Figure FDA0004081658530000021
7.根据权利要求1所述的造纸厂黑液无石灰处理回收木质素和碱的循环蒸煮方法，其特征在于：步骤6中，氢气与氯气燃烧制备氯化氢的过程为：
Figure FDA0004081658530000022
点燃的氢气在氯气中燃烧得到氯化氢，氯化氢溶于水制得盐酸。
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