一種改良麥草硫酸鹽制漿與堿回收效率的方法
【專利摘要】本發明屬于造紙領域的非木材化學制漿技術，針對麥草硫酸鹽法蒸煮工藝改進的新方法。該方法利用亞硫酸鈉替代硫酸鈉實現麥草硫酸鹽法制漿工藝中堿的循環利用、補充流失的堿和硫、維持系統鈉和硫的平衡。發明將亞硫酸鈉在蒸煮工段加入，可以協助在麥草硫酸鹽法蒸煮過程木質素的脫除，改善木質素溶出性能，提高紙漿得率，還能夠緩和蒸煮堿性條件，減少麥草原料中硅的溶出，為改善堿回收效率創造條件。本發明針對現有麥草蒸煮和堿回收系統進行改進，不需進行較大調整，容易在生產實際中實現。
【專利說明】—種改良麥草硫酸鹽制漿與堿回收效率的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于造紙領域的化學法制漿技術，針對麥草硫酸鹽法制漿以亞硫酸鈉替代硫酸鈉實現堿回收循環利用、改善紙漿質量與堿回收效果的新方法。
【背景技術】
[0002]硫酸鹽法制漿技術由于其完善的堿回收系統已經成為世界上最主要化學法制漿方法，普遍被應用于木材原料化學漿的生產。我國草類原料制漿是在沿用傳統的木材硫酸鹽法制衆基礎上發展了低溫快速蒸煮與燒堿-蒽醌法蒸煮相結合的蒸煮模式。隨著造紙工業不斷發展，草類原料清潔高效制漿新技術越來越引起人們的關注和研究熱點。在《造紙工業發展“十二五”規劃》中確立了造紙工業以廢紙纖維、木纖維為主，合理利用竹、蘆葦和秸桿等可再生資源的原料路線。秸桿類纖維原料曾經是我國制漿造紙工業重要的纖維原料之一，麥草漿也是我國重要的漿種之一，雖然其在我國紙漿品種所占比例有所下降，但漿料總產量保持相對穩定。在草類原料清潔制漿面臨的關鍵技術問題是黑液污染問題，因此如何解決黑液的堿回收，實現堿的有效循環，減少蒸煮過程的有機物污染具有十分重要的意義。
[0003]為了草類原料的清潔制漿問題，國內外的很多專家學者進行了多方面的研究，例如利用在燒堿蒽醌法蒸煮中添加亞硫酸鈉以緩和蒸煮工藝、采用甲醛-亞硫酸鈉-蒽醌法蒸煮、堿性亞硫酸鹽法、和氧-堿蒸煮等蒸煮方法，減少蒸煮過程硅的溶出或者將溶出硅重新吸附至纖維表面，降低硅干擾的影響，提高紙漿濾水性能，亞硫酸鹽蒸煮處理后的蒸煮廢液主要被用于木質素的綜合利用。硫酸鹽法制漿的最大優勢在于利用黑液燃燒前添加硫酸鈉方法實現補充堿和硫化鈉實現堿和硫化鈉的循環利用以及保持鈉和硫的平衡。本發明利用亞硫酸鈉替代硫酸鈉，可減少原料蒸煮過程硅的溶出，為麥草蒸煮后堿的回收循環利用創造良好條件。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了解決草類原料硅含量高，普通堿法蒸煮過程較易溶出，導致黑液粘度大、蒸發性能差、堿回收困難等問題，難以實現麥草化學制漿的清潔生產。因此，綜合考慮麥草蒸煮與堿回收系統的配套問題是解決麥草化學漿制漿污染的核心。
[0005]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是:
[0006]針對硫酸鹽法蒸煮黑液堿回收過程將黑液濃縮后在送入燃燒爐前，混入一定量的芒硝(硫酸鈉)以補充損失的硫和鈉。本發明利用亞硫酸鈉替代需要補充的硫酸鈉，但添加到蒸煮系統位置進行調整，將適當量0.5-5% (相對于絕干原料)的亞硫酸鈉添加到蒸煮液中，亞硫酸鈉的添加，既可以在蒸煮過程中增加脫木質素的作用，溶出木質素的洗滌分散能力提升，又能夠補充系統堿回收過程鈉和硫的損失，實現鈉和硫的平衡。
[0007]通過利用麥草進行燒堿-蒽醌法、硫酸鹽法、堿性亞硫酸鹽法、和亞硫酸鈉-硫酸鹽法蒸煮研究，結果表明，蒸煮后黑液的蒸發過程黏度變化特性差異明顯，燒堿-蒽醌法蒸煮后黑液在相對較低濃度條件下即產生黏度突變，其次為硫酸鹽法，然后是堿性亞硫酸鹽法，相對而言，亞硫酸鈉-硫酸鹽法蒸煮后黑液黏度突變濃度相對較高。該研究較高表明在硫酸鹽法蒸煮麥草漿時，可以有效改善蒸煮后黑液的流動性能，有利于蒸發過程中提高黑液的濃度，為改善草類原料黑液燃燒性能創造良好條件。
[0008]硫酸鹽法蒸煮液有效成分為NaOH和Na2S,蒸煮過程利用0H_、S2—和HS-的親核性能將木質素分子碎片化，增加木質素的溶解性能，使纖維原料解離成單根纖維，而成為化學漿。在堿回收過程中，添加硫酸鈉(Na2SO4)后，可以利用黑液燃燒過程產生的還原性碳將硫酸鈉轉化為硫化鈉。在添加亞硫酸鈉的硫酸鹽蒸煮過程中，蒸煮液中參與反應的不僅僅是NaOH和Na2S的0H_、S2_和HS-的親核試劑，還有添加的亞硫酸根離子(S032_)。相比較燒堿法蒸煮，在相同用堿量的條件下，硫酸鹽法由于用堿量中部分堿由硫化鈉所代替相對緩和了其堿性，從而減少了原料中堿易溶物質的溶出，特別是麥草原料中硅元素的溶出，在添加亞硫酸鈉的硫酸鹽法蒸煮研究發現，可以進一步減少原料中的硅溶解到黑液中，提高蒸煮過程脫木質素率，降低黑液中硅含量，和提高紙漿得率。同時，由于蒸煮過程產生了一定量的木質素磺酸鹽，也有利于改善蒸煮后紙漿的洗滌和濾水性能，提高黑液的提取率。
[0009]本發明解決了亞硫酸鹽蒸煮過程不能進行化學藥品循環的問題。通常添加亞硫酸鹽的蒸煮、堿性亞硫酸鹽、中性亞硫酸鹽和酸性亞硫酸鹽蒸煮時往往是為了利用木質素的磺化反應生成的磺化木質素，制備為木質素產品進行銷售，而非利用燃燒的方式進行廠內化學藥品的循環。利用燃燒法進行廢液回收時，亞硫酸鈉在與木質素同時進行燃燒時，其最終被轉化為硫化鈉隨著燃燒后產生的熔融物由燃燒爐中流出而溶解于水。本發明就利用了亞硫酸鹽在堿回收系統內可以轉化為硫化鈉的特點，通過在蒸煮工段添加亞硫酸鈉，既對蒸煮過程有利，也可以有利于堿回收，實現了鈉和硫的平衡和循環使用，為麥草化學漿的生產提供新途徑。
[0010]因此，本發明可以針對現有麥草堿法生產流程進行簡單的改造，在蒸煮工段增加溶解槽，將原先硫酸鹽法蒸煮需要加入的芒硝，按相應比例，在溶解槽中溶解亞硫酸鈉，添加到硫酸鹽蒸煮液，達到改善紙漿性能、提高脫木質素率、改善黑液性能和解決堿回收系統平衡實現提高堿回收效率的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1改進前，傳統硫酸鹽法蒸煮與堿回收工藝流程圖
[0012]圖2改進后，添加亞硫酸鈉的硫酸鹽法蒸煮與堿回收工藝流程圖
【具體實施方式】
[0013]亞硫酸鈉替代硫酸鈉應用于改進麥草硫酸鹽法制漿和堿回收效率的新方法:
[0014]下面結合圖表和實施例詳細說明本發明的實施方式。
[0015]以取自江蘇某造紙廠的麥草原料為例:
[0016]將麥草原料剪切成4cm左右，裝在塑料口袋內，平衡水分，備用:
[0017]對比例:
[0018]燒堿-蒽醌法:
[0019]
【權利要求】
1.以麥草為原料，采用亞硫酸鈉替代硫酸鈉實現麥草硫酸鹽法蒸煮與黑液堿回收，維持系統納和硫的平衡。
2.根據權利要求1所述的補充替代硫酸鈉的亞硫酸鈉溶解在蒸煮液中，亞硫酸鈉用量為0.5-5% (相對于絕干原料)，蒸煮后黑液通過燃燒法進行堿回收，實現堿的循環利用。
3.根據權利要求1所述，添加亞硫酸鈉的硫酸鹽法蒸煮時，用堿量為10-15%(NaOH計，對絕干原料)，硫化度為15-35%，蒸煮最高溫度為150-160°C，保溫時間為30-90分鐘，系統擁有相配套的堿回收實施，系統中的硫被還原為硫化鈉，維持硫化度的穩定，實現堿和硫平衡與循環利用。
【文檔編號】D21C3/22GK103696310SQ201410013098
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月13日 優先權日:2014年1月13日
【發明者】童國林, 劉博 , 秦昀昌 申請人:南京林業大學