專利名稱：乙酸法稻麥草可漂漿清潔生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稻麥草可漂漿的清潔制漿方法。具體的，本發(fā)明涉及一種以含有酸性氯化鈣、氯化鈉的乙酸水溶液蒸煮稻麥草原料，經(jīng)酸洗、水洗、回收及干燥而實(shí)現(xiàn)稻麥草可漂漿的清潔生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
制漿造紙工業(yè)是我國當(dāng)前嚴(yán)重污染水環(huán)境的主要行業(yè)之一，雖然燃燒法堿回收是目前消除蒸煮黑液污染的有效方法，但對(duì)稻麥草漿黑液卻表現(xiàn)出很大的不適應(yīng)性。而我國又是一個(gè)森林資源匱乏，非木材原料，特別是稻麥草原料卻十分豐富的國家，雖然草漿質(zhì)量差，效率低，污染重，但可以肯定地說，在今后相當(dāng)長的一個(gè)時(shí)期內(nèi)，不使用非木材纖維原料是根本行不通的，只有使非木材纖維制漿造紙?jiān)谫|(zhì)和量方面提高到一個(gè)新的階段，才能滿足人們對(duì)紙張日益增長的需求。
采用燒堿法、硫酸鹽法生產(chǎn)的稻麥草漿，濾水性能遠(yuǎn)不如木漿，且黑液由于粘度大，從而導(dǎo)致黑液提取率低，提取的黑液濃度低，溫度低，導(dǎo)致蒸發(fā)汽耗高；黑液含硅量高，導(dǎo)致蒸發(fā)的結(jié)垢頻繁，影響蒸發(fā)效率與能力；黑液熱值低，加上蒸發(fā)器的結(jié)垢，黑液濃度難以提高，使燃燒系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行，需要補(bǔ)充大量助燃油，導(dǎo)致回收堿的成本大幅度增加。
針對(duì)麥草漿堿回收的缺點(diǎn)，國內(nèi)曾開發(fā)眾多治理技術(shù)，諸如堿析木素、酸析木素、廢液資源化回收等，但時(shí)至今日，均無工業(yè)規(guī)模成功的實(shí)例可借鑒，直到目前燃燒法堿回收仍然是消除蒸煮黑液污染，同時(shí)回收資源唯一可行又比較成熟的措施。
但麥草漿堿回收仍存在以下問題(1)經(jīng)濟(jì)效益問題麥草漿黑液堿回收治污工程回收堿的成本受企業(yè)規(guī)模大小所制約，液體燒堿目前的市場(chǎng)價(jià)格為1430元/噸(以100％)計(jì)，從實(shí)際成本看，規(guī)模在75噸漿/日以下的工廠搞堿回收必將虧本，例如山東泰山紙廠，漂白漿規(guī)模50噸/日，黑液提取率80％，堿回收率65％，回收堿成本2000元/噸堿，每噸虧損570元；山東華泰紙廠，漂白漿規(guī)模75噸/日，黑液提取率83.6％，堿回收率72.1％，回收堿成本1500元/噸堿，每噸堿虧損70元。
(2)中段廢水處理問題目前建有堿回收的大多數(shù)麥草漿廠的黑液提取率約為80％，洗選工段的洗選廢水中仍含有20％的黑液，加上漂白廢水等，所排綜合廢水的主要污染物CODcr的負(fù)荷至少約為290公斤/噸漿，如果用水量按200立方米/噸漿計(jì)，則其排放濃度為1450毫克/升，比國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)(GB3544-2001)CODcr450毫克/升，高出2倍多。已建有廠外中段廢水二級(jí)生化處理系統(tǒng)的廠，排出的廢水雖達(dá)到了國家排放標(biāo)準(zhǔn)，但其處理費(fèi)一般為0.8-1元/立方米，相當(dāng)于噸漿增加了160-200元的成本。
(3)建設(shè)投資大，投資回收期長日產(chǎn)100噸漂白麥草漿的工廠，其制漿、堿回收、污水處理場(chǎng)項(xiàng)目建設(shè)投資為制漿2.65億元、堿回收0.54億元、污水處理場(chǎng)(2.2萬立方米/天)0.34億元，合計(jì)3.53億元(相當(dāng)于1.04億元/萬噸漿)。每噸漂白漿的成本約為2200元，做成商品漿板的總成本約為3000元/噸漿，售價(jià)按4000元/噸計(jì)，其投資回收期為10.7年，這是按麥草價(jià)200元/噸，漿價(jià)4000元/噸計(jì)算的。若按目前麥草價(jià)350元/噸，漿價(jià)3200元/噸計(jì)算，則其投資基本上是不能收回的。
造成以上不利情況的主要原因是A、傳統(tǒng)堿法制漿黑液堿回收系統(tǒng)過程太長，包括黑液提取→蒸發(fā)濃縮→燃燒→堿灰浸取→綠液苛化→石灰回收等，加之設(shè)備龐大、復(fù)雜，致使建設(shè)投資增大；且工序多，堿液損失大，例如某造紙廠堿回收過程的堿損失數(shù)據(jù)表明，以進(jìn)堿回收系統(tǒng)的稀黑液為100％計(jì)，濃白液的回收率只有55％％，即約45％的堿在系統(tǒng)的各個(gè)工序流失，其中稀白液達(dá)10.96％，電除塵堿灰損失高達(dá)8.26％，綠泥含堿達(dá)6.67％，白泥含堿達(dá)4.14％，石灰渣含堿3.45％等等。又如銀河紙業(yè)集團(tuán)100噸/日堿回收系統(tǒng)的堿損失為25.8％，其分配為提取工序20.0％，蒸發(fā)工序損失2.56％，燃燒工序0.95％，苛化2.31％。每生產(chǎn)1噸粗漿需補(bǔ)充77.4公斤NaOH，占用堿量的25.8％。
B、麥草灰分含量高達(dá)8％以上，稻草灰分含量更高，灰分中的SiO2經(jīng)堿性蒸煮后溶于黑液，從而大大提高了黑液的灰分含量。黑液中的灰分可干擾堿回收的全過程，如糊網(wǎng)而降低洗漿機(jī)產(chǎn)量，影響提取效率；結(jié)垢而影響蒸發(fā)效率；白泥因硅含量過高而難以進(jìn)行石灰回收等?？偟恼f來是增加了堿回收過程的操作難度和堿回收率。
為了解決上述堿法制漿的問題，國內(nèi)外造紙界對(duì)低污染、無污染的制漿技術(shù)進(jìn)行了深入而廣泛的研究，并取得了可喜的進(jìn)展。其中，有機(jī)溶劑制漿技術(shù)在許多國家，如加拿大、芬蘭、德國、美國、中國的大專院校和研究機(jī)構(gòu)，得到了積極的響應(yīng)和重視。有機(jī)溶劑制漿溶劑的回收，只涉及蒸發(fā)、蒸餾、粗木素干燥等單元操作，回收系統(tǒng)極其簡單，基建投資少，有機(jī)酸(甲酸、乙酸、丙酸)制漿完全不會(huì)出現(xiàn)硅干擾問題，紙漿濾水性好，是一種很適合于草類原料的低污染制漿方法。
專利號(hào)為ZL03117752.2的中國專利公開了一種“非木材纖維無黑液排放制漿方法及其蒸煮器”，該方法是先用含有H2SO4催化劑的乙酸液蒸煮纖維原料，保溫結(jié)束后，將黑液排入廢酸槽，接著加入前輪的乙醇洗滌液，進(jìn)行酸醇蒸煮；這樣的兩段蒸煮結(jié)束后，用乙醇液逆流洗滌紙漿，最后用低壓蒸汽汽提漿中殘留的乙醇，汽提后從鍋內(nèi)放出紙漿。
黑液的處理方案是廢酸槽中的廢液送蒸發(fā)器1蒸發(fā)濃縮至固形物含量40％-60％，再送干燥器干燥成粗木素粉，蒸發(fā)器和干燥器蒸出的乙酸氣體經(jīng)冷凝器冷凝后送乙酸槽備下輪使用，廢酸醇液送蒸發(fā)器2蒸發(fā)出乙酸、乙醇、水，此混合氣送蒸餾塔1，在塔底獲得濃乙酸，送回乙酸槽；塔頂氣為乙醇、水，送蒸餾塔2，在塔頂回收濃乙醇，塔底排出廢水。蒸發(fā)器2的濃縮液，含有粗木素和乙酸液，送干燥器干燥得粗木素，乙酸氣體冷凝后送乙酸槽備用。
此法不足之處是(1)采用乙酸作第一段，乙酸乙醇混合液作第二段的兩段蒸煮，使過程復(fù)雜化了，相應(yīng)地增加了設(shè)備投資，也增加了操作控制難度；(2)粗木素、乙酸、乙醇、水混合液采用蒸發(fā)器(相當(dāng)于蒸餾釜)、雙塔分離操作難度很大，雖說乙酸的沸點(diǎn)比水高，但由于醇和硫酸的存在，乙酸與乙醇很容易生成沸點(diǎn)比水低得多的乙酸乙酯，從蒸發(fā)器中揮發(fā)出來，而水殘留較多，這樣蒸發(fā)器中的粗木素很容易產(chǎn)生沉淀，甚至結(jié)垢，造成加熱管堵塞，使整個(gè)回收系統(tǒng)無法操作；且垢的清除也十分困難；(3)用汽提的方式除去漿中殘留的乙醇，耗時(shí)較長，既增加了蒸汽消耗，又降低了蒸煮鍋的生產(chǎn)能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種工藝步驟簡單易行，效益較高且切實(shí)可行的乙酸法稻麥草可漂漿的清潔生產(chǎn)方法。
本發(fā)明的目的是通過實(shí)施如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
乙酸法稻麥草可漂漿清潔生產(chǎn)方法，其特征在于工藝步驟如下A、從草片倉向蒸煮鍋加入經(jīng)過切短、篩選和凈化處理的草片，用真空泵抽去鍋中空氣至真空度達(dá)360-260毫米汞柱，然后按每千克絕干草片加4-12升乙酸液從乙酸槽經(jīng)快速加熱器向蒸煮鍋中泵入，并使蒸煮鍋內(nèi)的溫度維持在110-135℃保溫45-140分鐘，保溫結(jié)束后，借助鍋內(nèi)壓力將廢酸液壓入閃蒸器內(nèi)。
所述蒸煮鍋下部設(shè)置有孔徑為1-8mm的篩網(wǎng)。
所述乙酸液中加有催化劑(CaCl2+HCl)和助劑NaCl，其中乙酸的濃度為55-95％(W/V)，每升乙酸中含CaCl21-5克，含HCl0.3-2.0克，含NaCl1.0-3.0克。
所述乙酸液通過快速加熱器的時(shí)間為5-20分鐘，出快速加熱器5的溫度為110-135℃。
B、廢酸液即黑液排放后，從乙酸洗滌液槽通過快速加熱器向蒸煮鍋加入前輪的酸洗滌液，對(duì)紙漿進(jìn)行3～6次逆流洗滌，洗滌液出快速加熱器進(jìn)入蒸煮鍋的溫度為50-90℃，洗滌酸用量為1-5升/公斤絕干草片。洗滌后的廢酸經(jīng)閃蒸器送蒸發(fā)器，最后再用乙酸槽中蒸餾回收的清潔酸洗滌1次。在整個(gè)洗滌過程中向蒸煮鍋內(nèi)通壓縮空氣維持0.01-0.03MPa壓力。
C、酸洗結(jié)束后，從水洗液槽向蒸煮鍋內(nèi)泵入溫度為40-80℃的熱水，進(jìn)行6次逆流洗滌，洗滌水用量為1-5升/公斤絕干草片，洗滌廢液經(jīng)閃蒸器送蒸發(fā)器蒸發(fā)，最后再用蒸汽冷凝水洗滌1次。整個(gè)洗滌過程中向蒸煮鍋內(nèi)通壓縮空氣維持0.01-0.03MPa壓力。
D、經(jīng)上述酸洗和水洗后，打開蒸煮鍋放料閥將紙漿放入粗漿槽，送下道工序。
F、最后將閃蒸器中的廢酸液泵送至蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮，蒸出的乙酸蒸汽送蒸餾塔，從塔底得到濃度為80-95％(質(zhì)量比)的乙酸送乙酸槽，塔頂?shù)玫胶形⒘恳宜岬乃?，?jīng)冷凝器冷凝后用于洗紙漿；蒸發(fā)器內(nèi)的廢酸液濃縮至25-45％(質(zhì)量比)后送干燥器干燥得粗木素粉，蒸出的乙酸氣經(jīng)冷凝器冷凝后送乙酸槽備用，粗木素粉作燃料用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、工藝過程簡單易行，利用乙酸漿濾水性好，黑液不產(chǎn)生泡沫的特點(diǎn)，在提取黑液后，只需經(jīng)蒸發(fā)、蒸餾、干燥便實(shí)現(xiàn)了乙酸的回收和粗木素粉的獲取，從而達(dá)到了無黑液排放的清潔生產(chǎn)目的。
2、用乙酸蒸煮稻麥草片，硅不溶于乙酸，保留在紙漿中，重金屬元素從草片中溶出進(jìn)入黑液，這樣就完全不會(huì)出現(xiàn)溶劑回收系統(tǒng)的硅干擾問題；保留在紙漿中的硅在堿性過氧化物漂白時(shí)形成硅酸鈉，這是過氧化物漂白的保護(hù)劑，因此節(jié)省了漂白時(shí)外加硅酸鈉的開支，降低漂白成本；紙漿中重金屬含量很少，這對(duì)從漿中篩除的雜細(xì)胞，進(jìn)一步經(jīng)酶發(fā)酵制燃料乙醇很有利。稻麥草，特別是稻草雜細(xì)胞含量很高，經(jīng)過脫木素的雜細(xì)胞是生產(chǎn)乙醇最好的纖維原料。
3、稻麥草含有大量乙?；?，在蒸煮過程中水解生成乙酸，生成的乙酸量基本上可以補(bǔ)充制漿時(shí)乙酸的消耗量，甚至還可副產(chǎn)50-100公斤乙酸/噸漿。
4、以酸性氯化鈣為催化劑有利保護(hù)纖維，可使脫木素進(jìn)行到低卡伯值程度而紙漿粘度不會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p失；在乙酸制漿中木素的溶出會(huì)因部份木素的縮合而受阻，加入適當(dāng)量的助劑氯化鈉，即使在緩和的蒸煮條件下都可以在很大程度上加速脫木素作用，其原因就是NaCl起到了阻止木素縮合反應(yīng)的作用，并使木素的水解更易進(jìn)行。
5、采用乙酸蒸煮稻麥草，紙漿的濾水性好，且一般不會(huì)形成泡沫，這有利于黑液在鍋內(nèi)提取而節(jié)省黑液提取設(shè)備投資；用熱乙酸洗滌，既有利于洗去紙漿吸附的木素，又能使紙漿進(jìn)一步脫除木素，這對(duì)下一段的無氯漂白很有利。
6、本發(fā)明在制漿過程中既無硫化氫、硫醇惡臭氣體排出，又無黑液排放，真正實(shí)現(xiàn)了稻麥草可漂漿的清潔生產(chǎn)方法。


圖1為本發(fā)明的工藝設(shè)備流程圖
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1工業(yè)化生產(chǎn)試驗(yàn)一種乙酸法稻麥草可漂漿清潔生產(chǎn)方法，其特征在于工藝步驟如下A、從草片倉1向蒸煮鍋2加入經(jīng)過切短、篩選和凈化處理的草片，用真空泵抽去鍋中空氣至真空度達(dá)360-260毫米汞柱，然后按每千克絕干草片加4-12升乙酸液從乙酸槽3經(jīng)快速加熱器5向蒸煮鍋2中泵入，并使蒸煮鍋2內(nèi)的溫度維持在110-135℃保溫45-140分鐘，保溫結(jié)束后，借助鍋內(nèi)壓力將廢酸液壓入閃蒸器7內(nèi)。
所述蒸煮鍋2下部設(shè)置有孔徑為1-8mm的篩網(wǎng)。
所述乙酸液中加有催化劑(CaCl2+HCl)和助劑NaCl，其中乙酸的濃度為55-95％，每升乙酸中含CaCl21-5克，含HCl 0.3-2.0克，含NaCl 1.0-3.0克。
所述乙酸液通過快速加熱器5的時(shí)間為5-20分鐘，出換熱器(即快速加熱器5)的溫度為110-135℃。
B、廢酸液即黑液排放后，從乙酸洗滌液槽4通過快速加熱器5向蒸煮鍋2加入前輪的酸洗滌液，對(duì)紙漿進(jìn)行3～6次逆流洗滌，洗滌液出快速加熱器5進(jìn)入蒸煮鍋2的溫度為50-90℃，洗滌酸用量為1-5升/公斤絕干草片。洗滌后的廢酸經(jīng)閃蒸器7送蒸發(fā)器8，最后再用乙酸槽3中蒸餾回收的清潔酸洗滌1次。在整個(gè)洗滌過程中向蒸煮鍋2內(nèi)通壓縮空氣維持0.01-0.03MPa壓力。
C、酸洗結(jié)束后，從水洗液槽6向蒸煮鍋2內(nèi)泵入溫度為40-80℃的熱水，進(jìn)行6次逆流洗滌，洗滌水用量為1-5升/公斤絕干草片，洗滌廢液經(jīng)閃蒸器7送蒸發(fā)器8蒸發(fā)，最后再用蒸汽冷凝水洗滌1次。整個(gè)洗滌過程中向蒸煮鍋2內(nèi)通壓縮空氣維持0.01-0.03MPa壓力。
D、經(jīng)上述酸洗和水洗后，打開蒸煮鍋2放料閥將紙漿放入粗漿槽13，送下道工序。
F、最后將閃蒸器7中的廢酸液泵送至蒸發(fā)器8蒸發(fā)濃縮，蒸出的乙酸蒸汽送蒸餾塔9，從塔底得到濃度為80-95％(質(zhì)量比)的乙酸送乙酸槽3，塔頂?shù)玫胶形⒘恳宜岬乃?，?jīng)冷凝器10冷凝后用于洗紙漿；蒸發(fā)器8內(nèi)的廢酸液濃縮至25-45％(質(zhì)量比)后送干燥器11干燥得粗木素粉，蒸出的乙酸氣經(jīng)冷凝器12冷凝后送乙酸槽3備用，粗木素粉作燃料用。
實(shí)施例2實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)稱取66克水分含量為12％的風(fēng)干稻草置于燒瓶中，加入600ml濃度為849.5克/升的乙酸，1升乙酸中含有3.33克CaCl2、1.44克HCl、1.94克NaCl，回流加熱3小時(shí)，傾出廢液，用550ml濃度為842克/升的乙酸洗滌2次，最后用清水把紙漿充分洗凈。得良漿37.2克，未蒸解分0.3克，良漿得率64.1％，K值18。
實(shí)施例3實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)稱取66克風(fēng)干麥草漿(水分含量12％)于燒瓶中，加入600ml濃度為918克/升的乙酸，1升乙酸中含有3.33克CaCl2、1.23克HCl、1.94克NaCl，回流加熱3小時(shí)，傾出廢液，用600ml濃度為918克/升的乙酸洗滌3次，最后用清水把紙漿充分洗凈。得良漿38.7克，未蒸解分0，良漿得率65.1％，K值20。
權(quán)利要求
1.乙酸法稻麥草可漂漿清潔生產(chǎn)方法，其特征在于工藝步驟如下A、從草片倉(1)向蒸煮鍋(2)加入經(jīng)過切短、篩選和凈化處理的草片，用真空泵抽去鍋中空氣至真空度達(dá)360-260毫米汞柱，然后將乙酸液按每千克絕干草片加4-12升從乙酸槽(3)經(jīng)快速加熱器(5)向蒸煮鍋(2)中泵入，并使蒸煮鍋(2)內(nèi)的溫度維持在110-135℃保溫45-140分鐘，保溫結(jié)束后，借助鍋內(nèi)壓力將廢酸液壓入閃蒸器(7)內(nèi)；B、廢酸液即黑液排放后，從乙酸洗滌液槽(4)通過快速加熱器(5)向蒸煮鍋(2)加入前輪的酸洗滌液，對(duì)紙漿進(jìn)行3～6次逆流洗滌，洗滌液出快速加熱器(5)進(jìn)入蒸煮鍋(2)的溫度為50-90℃，洗滌酸用量為1-5升/公斤絕干草片，洗滌后的廢酸經(jīng)閃蒸器(7)送蒸發(fā)器(8)，最后再用乙酸槽(3)中蒸餾回收的清潔酸洗滌1次，在整個(gè)洗滌過程中向蒸煮鍋(2)內(nèi)通壓縮空氣維持0.01-0.03MPa壓力；C、酸洗結(jié)束后，從水洗液槽(6)向蒸煮鍋(2)內(nèi)泵入溫度為40-80℃的熱水，進(jìn)行6次逆流洗滌，洗滌水用量為1-5升/公斤絕干草片，洗滌廢液經(jīng)閃蒸器(7)送蒸發(fā)器(8)蒸發(fā)，最后再用蒸汽冷凝水洗滌1次，整個(gè)洗滌過程中向蒸煮鍋(2)內(nèi)通壓縮空氣維持0.01-0.03MPa壓力；D、經(jīng)上述酸洗和水洗后，打開蒸煮鍋(2)放料閥將紙漿放入粗漿槽(13)，送下道工序；F、最后將閃蒸器(7)中的廢酸液泵送至蒸發(fā)器(8)蒸發(fā)濃縮，蒸出的乙酸蒸汽送蒸餾塔(9)，從塔底得到濃度為80-95％的乙酸送乙酸槽(3)，塔頂?shù)玫胶形⒘恳宜岬乃?jīng)冷凝器(10)冷凝后用于洗紙漿；蒸發(fā)器(8)內(nèi)的廢酸液濃縮至質(zhì)量比25-45％后送干燥器(11)干燥得粗木素粉，蒸出的乙酸氣經(jīng)冷凝器(12)冷凝后送乙酸槽(3)備用，粗木素粉作燃料用。
2.如權(quán)利要求1所述的乙酸法稻麥草可漂漿清潔生產(chǎn)方法，其特征在于所述蒸煮鍋(2)下部設(shè)置有孔徑為1-8mm的篩網(wǎng)。
3.如權(quán)利要求1所述的乙酸法稻麥草可漂漿清潔生產(chǎn)方法，其特征在于所述乙酸液中加有催化劑CaCl2和HCl及助劑NaCl，其中乙酸的濃度為55-95％，每升乙酸中含CaCl21-5克，含HCl 0.3-2.0克，含NaCl 1.0-3.0克。
4.如權(quán)利要求1所述的乙酸法稻麥草可漂漿清潔生產(chǎn)方法，其特征在于所述A步驟中乙酸液通過快速加熱器(5)的時(shí)間為5-20分鐘，出快速加熱器的溫度為110-135℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種乙酸法稻麥草可漂漿清潔生產(chǎn)方法，以含有催化劑CaCl
文檔編號(hào)D21C7/00GK1936176SQ20061002206
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月18日
發(fā)明者杜軍, 李鐘 申請(qǐng)人:杜軍