一种获得高浓度黑液的造纸制浆方法

摘要

本发明提供一种获得高浓度黑液的造纸制浆方法，在蒸煮装置中使固相原料的进入方向与浓碱液的进入方向相反，并且蒸煮装置内至少有两个不同高度的浓碱液分布器，在蒸煮装置的外侧或内侧设置加热装置；以黑液浓缩过程中产生的蒸发冷凝水作为浓碱液稀释用水，再通过新鲜水与浆料逆向流动对浆料进行洗涤，调节蒸煮装置内的液比为3-5∶1，有效碱浓度梯度为90g/L-6g/L。本发明采用逆流连续蒸煮工艺，合理调节蒸煮过程的固液相不同停留时间，保证合理的液比，同时控制黑液中的有效碱含量，利用新鲜补充水和黑液浓缩过程产生的高温冷凝水逆流洗涤浆料，使蒸煮过程的用水减少70-80％，黑液固含量能够达到20％以上，黑液浓缩能耗降低50％以上。

权利要求

1.一种获得高浓度黑液的造纸制浆方法，其特征是：

碱法制浆过程中，在蒸煮装置中使固相原料的进入方向与碱液的进入方向相反，形成液固相逆向流动，并且蒸煮装置内至少有两个不同高度的浓碱液分布器，保证蒸煮器内碱液浓度达到制浆工艺要求的30-90g/L，且分布均匀，在蒸煮装置的外侧或内侧设置加热装置，为浓碱液所在的蒸煮区加热，保证蒸煮区的温度达到160℃-170℃；固相原料与碱液混合形成浆料；以黑液浓缩过程中产生的蒸发冷凝水作为浓碱液稀释用水，蒸发冷凝水与浓碱液混合前，先与蒸煮装置内的浆料逆向流动，对浆料进行洗涤；浆料再通过新鲜水逆向流动，对浆料进行再洗涤，调节蒸煮装置内的液比为3-5∶1，有效碱浓度梯度为90g/L-6g/L；

料浆洗涤过程形成的黑液、蒸发冷凝水、新鲜水之间的离子强度和渗透压交替变化，利于提高洗涤效率和黑液回收率；黑液由蒸煮塔的底部排出，进入浓缩系统。

说明书

一种获得高浓度黑液的造纸制浆方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种能够获得高浓度黑液的造纸制浆方法，属于生物质能源与造纸制浆交叉技术领域。

背景技术

[0002] 造纸行业是众所周知的水资源消耗和水污染大户，其中问题的关键是制浆生产废水中的黑液难以生物降解。特别是为治理草浆黑液污染而仿效推行的木浆黑液浓缩、焚烧发电、碱回收治理工艺仍不完善，需进一步改进。其中浓缩过程需要大量能耗，耗费了草浆制浆过程的微薄利润，也使草浆生产过程的成本大大提高，使其逐步丧失其商业竞争力。最终造成中国东部地区大部分草浆生产因环境污染而被淘汰。然而纸张是人们生活中的必需品，与木材原料相比，纸浆生产以一年生或多年生草本植物如麦秆、芦苇等为原料，具有更高的生态效率和低碳经济的特征。

[0003] 同时，有关生物质能源的研究与产业化备受关注。在粮食转化为乙醇汽油等产业链的示范推动下，粮食的巨大消耗引起的食品安全问题日渐突出，而农作物秸秆或其他农林副产物的能源转化无论是技术，还是产业化运作的效率均较低，无法同燃料乙醇产业化过程相提并论。造纸业是秸秆转化的成熟产业，在分离获得纤维素纸浆的同时，产生并废弃的造纸黑液却成为现实的环境污染物和潜在、优质、高效的液体生物质燃料。

[0004] 随着新技术的快速发展，机械蒸汽再压缩液体浓缩技术(MVR)的应用使造纸黑液低成本浓缩为液体燃料的过程更具有商业价值，而且浓缩后的黑液因高浓度的有机物含量与水煤浆性质极为相似，采用类似水煤浆气化技术，浓缩黑液将可直接用于合成气的制备并因极低含硫量的合成气组成，简化下游甲醇、二甲醚、汽油等系列燃料生产过程的脱硫工艺，实现造纸厂废物与化工能源原料的转化，形成一个新的产业链和经济增长点。中国专利CN 200910141927.6公开的《由黑液制备合成气的方法》提到了这种产业链的延伸。

[0005] 造纸与生物质能源产业共生的基础是制浆过程，造纸制浆工艺已相当成熟，间歇、连续蒸煮工艺过程多样，现有的工艺关键点是以提高纸浆得率为目的，并因此确定了合适的碱浓度、液比、温度等工艺参数。显然共生产业之一的合成气、甲醇等产业链被动的依托制浆工艺确定的黑液性质。其中黑液浓度，即黑液中的固含量参数是后续产业的关键因素，黑液浓缩能耗成为后续产业的成本障碍。合理确定黑液产生浓度和纸浆得率，平衡产业间生物质分配是产业共生的首要问题。

发明内容

[0006] 本发明针对现有间歇或连续碱法制浆工艺蒸煮过程固液相停留时间相同、且蒸煮过程中排放的黑液浓度较低等问题，提供一种可方便获得较高浓度的黑液副产品、有效降低后续黑液浓缩过程中能量消耗、获得高浓度黑液的造纸制浆方法。

[0007] 本发明获得高浓度黑液的造纸制浆方法，是：

[0008] 碱法制浆过程中，在蒸煮装置(蒸煮塔或蒸煮器)中使固相原料的进入方向与碱液的进入方向相反，形成液固相逆向流动，并且蒸煮装置内至少有两个不同高度的浓碱液分布器，保证蒸煮器内碱液浓度达到制浆工艺要求的30-90g/L，且分布均匀，在蒸煮装置的外侧或内侧设置加热装置，为浓碱液所在的蒸煮区加热，保证蒸煮区的温度达到160℃-170℃；固相原料与碱液混合形成浆料；以黑液浓缩过程中产生的蒸发冷凝水作为浓碱液稀释用水，蒸发冷凝水与浓碱液混合前，先与蒸煮装置内的浆料逆向流动，对浆料进行洗涤。因蒸发冷凝水的低渗透压，保证了浆料中黑液的洗脱效率。浆料再通过新鲜水逆向流动，对浆料进行再洗涤。调节蒸煮装置内的液比为3-5∶1，有效碱浓度梯度为90g/L-6g/L；料浆洗涤过程形成的黑液、蒸发冷凝水、新鲜水之间的离子强度和渗透压交替变化，利于提高洗涤效率和黑液回收率；黑液由蒸煮塔的底部排出，进入浓缩系统。

[0009] 本发明采用逆流连续蒸煮工艺，合理调节蒸煮过程的固液相不同停留时间，保证合理的液比，同时控制黑液中的有效碱含量，保证了后续合成气制造过程中合成气含硫量的控制。利用新鲜补充水和黑液浓缩过程产生的高温冷凝水逆流洗涤浆料，并同时作为蒸煮过程蒸煮液用水，使蒸煮过程的用水减少70-80％，蒸煮装置出来的黑液固含量浓度提高到现有间歇或连续蒸煮工艺的1.5-2倍以上，黑液固含量能够达到20％以上。后续黑液浓缩工艺的能耗将降低50％以上，同时降低了浆液洗涤中段水的污染负荷，有利于实现由黑液到生物质清洁能源产业链的形成。

附图说明

[0010] 图1是蒸煮塔底部进料的立式逆流蒸煮工艺的示意图。

[0011] 图2是总体逆流单蒸煮器并流工艺的示意图。

[0012] 图3是蒸煮塔顶部进料的立式逆流蒸煮工艺的示意图。

具体实施方式

[0013] 实施例1

[0014] 本实施例采用蒸煮塔底部进料的立式逆流蒸煮工艺，如图1示，该工艺中固相原料由蒸煮塔的底部进料。固相木片或草料原料从蒸煮塔的底部由原料进料系统喂入，蒸煮塔的内部设置有螺旋提升机，螺旋提升机将进入蒸煮塔内部的固相物料逐步提升至塔顶，再由浆料出料系统出料。蒸煮塔的内部分别设有新鲜水、(MVR来的)蒸发冷凝水和浓碱液的分布器，把上述水或溶液泵入塔内，依次从顶部向下的不同位置的。采用机械蒸汽再压缩黑液浓缩过程产生的蒸发冷凝水作为浓碱液稀释用水。这些分布器设置在蒸煮塔内部的不同位置上，其高度也不同，这些分布器直接在安装在螺旋提升机的螺旋板上，也可单独设置在塔内。至少设有两层不同高度的浓碱液分布器，以保证黑液有效碱浓度和纸浆的回收率。浓碱液、冷凝水、新鲜水和依次从蒸煮塔的顶部向下的不同位置泵入蒸煮塔内部的分布器，由分布器均匀喷洒。调节蒸煮装置内的液比为3-5∶1，有效碱浓度梯度为90g/L-6g/L。
蒸煮塔的内侧或外侧设有蒸汽加热装置，蒸汽由上部通入，为浓碱液所在的蒸煮区加热，保证蒸煮区的温度为160℃以上至170℃。由蒸煮塔的底部排出的浓黑液固含量达到20％以上，排出后进入后续浓缩系统。

[0015] 实施例2

[0016] 本实施例采用总体逆流单蒸煮器并流工艺，如图2示。蒸煮器单个并流是目前较通用的制浆方式，按照流体平推流、全混流模式理论，结合实际流动运行中的返混状况，可采用多级串联的单个蒸煮器连续运行，同样达到近似平推流的运行效果。因此本实施例将浆料洗涤、浓碱液蒸煮以及黑液预蒸煮串联以达到总体逆流连续操作的目的。各单蒸煮器之间设置固液分离器及物料输送系统，形成逆流连续操作体系。为达到更好的洗涤效果，蒸煮后带黑液的浆料洗涤也可采用同样的单段并流或逆流的三段总体逆流串联方式运行。蒸煮加热方式与实施例1相同，蒸煮区设加热装置。

[0017] 实施例3

[0018] 本实施例采用蒸煮塔顶部进料的立式逆流蒸煮工艺，如图3所示，该工艺中固相料由蒸煮塔的顶部进料。固相木片或草料原料从蒸煮塔的顶部由原料进料系统喂入，蒸煮塔的内部不再设置螺旋提升机。进入塔内的固相物料通过沉降向塔底运动，在塔底设有纸浆出料系统。仍然在蒸煮塔的内部设新鲜水、蒸汽冷凝水和浓碱液的分布器，新鲜水、浓缩过程产生蒸发冷凝水、浓碱液依次从塔顶向下的不同位置泵入塔内不同断面设置的分布器。调节蒸煮装置内的液比为3-5∶1，有效碱浓度梯度为90g/L-6g/L。至少设有两层浓碱液分布器，以保证黑液有效碱浓度和纸浆的回收率。蒸煮塔的外侧设有蒸汽加热装置，蒸汽由上部通入，为浓碱液所在的蒸煮区加热，保证蒸煮区的温度为160℃以上至170℃。浓黑液由蒸煮塔的顶部排出，进入蒸发系统。