CN110258160A - 一种安全节能高效的高温二氧化氯纸浆漂白方法及漂白装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种安全节能高效的高温二氧化氯纸浆漂白方法及漂白装置，该漂白装置由漂前洗浆机、中浓立管、酸化蒸汽加热器、酸化混合器、n型酸化器、漂白蒸汽加热器、漂白混合器、高温漂白塔、高温漂白段洗浆机等组成。该漂白方法先用高温酸化预处理工艺提前酸化纸浆，在酸化降解纸浆中HexA的同时，中和漂前浆携带的残碱，避免残碱与二氧化氯水解产生的氯酸反应；将高温酸化预处理后的浆与二氧化氯混合后，再进行高温二氧化氯漂白。本发明可以缩短常规高温二氧化氯漂白的反应时间，节约高温漂白塔的制作成本，并能降低漂白的蒸汽消耗，而且用于酸化的浓硫酸与酸性芒硝溶液混合稀释后，再加入浆管，腐蚀性不强，生产操作安全系数高。
Description
技术领域
本发明属于二氧化氯纸浆漂白技术领域，具体是一种安全节能高效的高温二氧化氯纸浆漂白方法及漂白装置。
背景技术
二氧化氯作为一种漂白效率高、选择性强、漂白废水污染负荷低的漂白剂，目前被广泛应用于制浆造纸行业。但因其生产成本高(尤其是采用外购氯酸钠等原料的生产方式，每吨二氧化氯的生产成本约1万元)，大大增加了纸浆漂白生产成本。
传统二氧化氯漂白工艺在来浆未经过氧脱木素处理的情况下，采用常规的D0-Ep-D1无元素氯漂白工艺，成品浆漂白至85％(ISO)的白度，蔗渣浆每吨浆消耗总二氧化氯(D0+D1)一般为15-20kg,每吨浆的二氧化氯漂白成本约150-200元，木浆需要的二氧化氯用量更高。为此，研发节能高效的二氧化氯漂白方式，降低企业生产运行成本成为必然。
高温二氧化氯漂白工艺(Dht)就是一种优化后的二氧化氯漂白工艺，该工艺取代传统的D0漂白段，在第一段二氧化氯漂白工序，加浓硫酸并用蒸汽加热浆料，使浆料在进行二氧化氯反应的同时，进行高温酸化，使纸浆中的HexA降解，从而达到减少整个漂白工段的二氧化氯用量的目的，但该工艺存在以下缺点：1)用于酸化的浓硫酸加入浆管中，与浆料(含90％左右的水分)混合后会被稀释放热，易导致浆管道腐蚀穿孔，安全风险高；2)高温漂白反应温度高达90℃左右，需要消耗大量蒸汽，虽然能降低二氧化氯用量，但在蒸汽单位成本高的情况下，综合生产成本无显著优势；3)高温漂白反应时间长达2小时(常规漂白为1小时)，因此需要的二氧化氯漂白塔容积大(内衬防腐树脂并贴耐酸瓷砖)，造价高，项目建设投资大。
鉴于以上原因，高温二氧化氯漂白无法大范围推广。为此，需要研发一种安全节能高效的高温二氧化氯漂白方法及漂白装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种安全节能高效的高温二氧化氯纸浆漂白方法及漂白装置，采用该装置及操作方法在保证***安全运行的同时，能减少二氧化氯用量，减少漂白蒸汽消耗，降低项目建设投资成本。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明一种安全节能高效的高温二氧化氯纸浆漂白方法，包括如下操作步骤：
1)纸浆经高温酸化预处理：先将漂前浆经洗涤浓缩至10-12％，而后经蒸汽加热至反应要求的温度，与稀硫酸混合后进入n型酸化器进行酸碱中和反应并酸化降解HexA，n型酸化器内的酸化温度为80-85℃，酸化处理时间为60min；
2)对二氧化氯溶液进行预热处理：二氧化氯溶液与纸浆混合前，先用漂白滤液预热至40℃；二氧化氯溶液的加入量根据高温漂白段进浆量及来浆的硬度、浆的洗净度确定，一般通过在相同的反应条件下，进行实验确定吨浆二氧化氯用量A(kg/Adt),然后根据每小时的过浆量B(Adt/h)计算出二氧化氯用量(Kg/h)＝A(kg/Adt)×B(Adt/h))；
3)进行高温二氧化氯漂白处理：将酸化预处理后的纸浆，经蒸汽补加热至反应要求的温度后，与预热后的二氧化氯溶液混合后进入高温漂白塔进行高温二氧化氯漂白反应，同时持续酸化降解HexA，高温漂白塔内的反应温度为85-95℃，反应时间为60min；
4)进行高温洗涤：将高温漂白塔处理后的纸浆送入高温漂白段洗浆机洗涤后即得到漂白纸浆。
本发明所述步骤1)中，所述稀硫酸的质量浓度为10％，通过将浓硫酸与酸性芒硝溶液混合制得；稀硫酸的加入量根据来浆量及浆的洗净度确定，要求达到控制高温二氧化氯漂白反应后浆的PH值为2-3。
本发明所述步骤4)中，高温漂白段洗浆机的进浆浓度为2-3％。
本发明安全节能高效的高温二氧化氯纸浆漂白方法采用的漂白装置，包括漂前洗浆机、中浓立管、酸化蒸汽加热器、酸化混合器、n型酸化器、漂白蒸汽加热器、漂白混合器、高温漂白塔、高温漂白段洗浆机；所述漂前洗浆机经出浆管一与中浓立管连接，中浓立管经中浓浆管依次连接中浓浆泵、酸化蒸汽加热器、酸化混合器、n型酸化器，在酸化蒸汽加热器与酸化混合器之间有稀硫酸管的出口端接入中浓浆管；n型酸化器经出浆管二依次连接漂白蒸汽加热器、漂白混合器、高温漂白塔，漂白蒸汽加热器与漂白混合器之间有二氧化氯出液管的出口端接入出浆管，二氧化氯出液管的进口端连接二氧化氯预热器；高温漂白塔经出浆管三连接高温漂白段洗浆机。
本发明所述稀硫酸管的进口端经稀酸泵连接稀酸槽，稀酸槽与浓硫酸管和芒硝溶液管相连接。
本发明所述二氧化氯预热器为热交换器，其管程前后分别与二氧化氯进液管和二氧化氯出液管相连接，壳程前后分别与滤液出液管和滤液进液管相连接。
本发明所述n型酸化器选用耐酸腐蚀的双相不锈钢材质制成，高温漂白塔选用耐酸及二氧化氯腐蚀的碳钢衬耐酸陶瓷材质制成。
本发明所述酸化蒸汽加热器和漂白蒸汽加热器分别连接蒸汽管。
相较于传统的高温二氧化氯漂白技术，本发明的有益效果是：
1)本发明通过高温酸化预处理工艺提前酸化纸浆，在酸化降解纸浆中HexA的同时，中和漂前浆携带的残碱，可避免残碱与二氧化氯水解产生的氯酸反应，同时降低二氧化氯的有效氯含量，从而降低整个漂白工段的二氧化氯消耗。
2)高温酸化预处理后的纸浆与二氧化氯混合后，再进行高温二氧化氯漂白，可以缩短常规高温二氧化氯漂白的反应时间，节约高温漂白塔的制作成本。
3)二氧化氯加入漂白塔前，先用本段滤液预热，可降低蒸汽消耗，节约生产成本。
4)用于酸化的浓硫酸先与酸性芒硝溶液混合后再进入浆管，既可避免浓硫酸放热腐蚀浆管，提高生产操作安全性，也可有效利用二氧化氯制备***产生的副产品酸性芒硝所含的酸，减少硫酸用量。
附图说明
图1是本发明安全节能高效的高温二氧化氯漂白装置的结构示意图。
图中：1-漂前洗浆机，2-中浓立管，3-中浓浆泵，4-酸化混合器，5-n型酸化器，6-二氧化氯预热器，7-漂白混合器，8-高温漂白塔，9-高温漂白段洗浆机，10-出浆管一，11-中浓浆管，12-蒸汽管一，13-稀硫酸管，14-出浆管二，15-二氧化氯进液管，16-滤液出液管，17-滤液进液管，18-二氧化氯出液管，19-出浆管三，20-酸化蒸汽加热器，21-漂白蒸汽加热器，22-蒸汽管二，23-稀酸槽，24-稀酸泵，25-浓硫酸管，26-芒硝溶液管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明安全节能高效的高温二氧化氯纸浆漂白方法采用的漂白装置，包括漂前洗浆机1、中浓立管2、酸化蒸汽加热器20、酸化混合器4、n型酸化器5、漂白蒸汽加热器21、漂白混合器7、高温漂白塔8、高温漂白段洗浆机9；漂前洗浆机1经出浆管一10与中浓立管2连接，中浓立管2经中浓浆管11依次连接中浓浆泵3、酸化蒸汽加热器20、酸化混合器4、n型酸化器5，在酸化蒸汽加热器20与酸化混合器4之间有稀硫酸管13的出口端接入中浓浆管11，稀硫酸管13的进口端经稀酸泵24连接稀酸槽23，稀酸槽23与浓硫酸管25和芒硝溶液管26相连接，通过浓硫酸管25和芒硝溶液管26将引入的浓硫酸和芒硝溶液混合，使浓硫酸稀释为质量浓度为10％的稀硫酸；n型酸化器5经出浆管二14依次连接漂白蒸汽加热器21、漂白混合器7、高温漂白塔8，漂白蒸汽加热器21与漂白混合器7之间有二氧化氯出液管18的出口端接入出浆管14，二氧化氯出液管18的进口端连接二氧化氯预热器6；高温漂白塔8经出浆管三19连接高温漂白段洗浆机9。
本发明所述酸化蒸汽加热器20和漂白蒸汽加热器21分别与蒸汽管一12和蒸汽管二22相连接，通过蒸汽管一12和蒸汽管二22将本段工艺产生的蒸汽用于加热浆料。
为了降低二氧化氯漂白的蒸汽消耗，本发明装置配套二氧化氯预热器6，二氧化氯预热器6为热交换器，其连接二氧化氯进液管15、二氧化氯出液管18、滤液进液管17、滤液出液管16；滤液进液管17、滤液出液管16分别连接二氧化氯预热器6的壳程前后两端，二氧化氯进液管15、二氧化氯出液管18分别连接二氧化氯预热器6的管程前后两端。
在确保设备安全平稳运行的同时，为节约装置造价，所述n型酸化器5选用造价较低的耐酸腐蚀的双相不锈钢材质制成，高温漂白塔8选用造价较高的耐酸及二氧化氯腐蚀的碳钢衬耐酸陶瓷材质制成。
以下是采用本发明装置实施高温二氧化氯漂白方法的实施例：
实施例1，采用Dht-Ep-D1工艺，漂白未进行氧脱处理的蔗渣浆，具体操作步骤如下：
步骤1，纸浆高温酸化预处理：漂前浆经漂前洗浆机1洗涤浓缩至10％的浓度后进入中浓立管2，由中浓浆泵3送至酸化蒸汽加热器20加热，而后进入酸化混合器4与来自稀酸槽23的质量浓度为10％的稀硫酸混合，并控制高温漂白反应后的PH值为2.2，然后再进入n型酸化器5进行酸碱中和反应并酸化降解HexA。酸化反应温度为80℃，预酸化处理时间为60min。
步骤2，二氧化氯预热：二氧化氯与纸浆混合前，先在二氧化氯预热器6中用漂白滤液预热至40℃。
步骤3，高温二氧化氯漂白：酸化预处理后的纸浆，经漂白蒸汽加热器21补充加热后，与预热后的二氧化氯溶液混合，二氧化氯加入量为10.7kg/Adt，进入高温漂白塔8进行高温二氧化氯漂白反应的同时，持续酸化降解HexA，并保持高温漂白塔8内反应温度为85℃，反应时间为60min。
步骤4，进行洗涤：高温漂白塔处理后的纸浆经本段滤液稀释至2.5％的浓度后，进入高温漂白段洗浆机用后段Ep、D1段的滤液洗涤。
步骤5，将洗涤后的浆进行后续常规的Ep、D1漂白，漂后的浆白度为≥85％。
第一段二氧化氯漂白采用本发明方法进行高温二氧化氯漂白的漂白剂用量、蒸汽消耗、总投资成本，与传统高温二氧化氯漂白、常规二氧化氯漂白相对较的数据如下：
由上表可见，第一段二氧化氯漂白采用本发明方法，相较于传统高温漂白方式、常规二氧化氯漂白方式，都可降低16.7％的总二氧化氯消耗，而且采用本发明方法的总蒸汽用量比传统高温漂白方式少，且总投资成本也相对较低，浆产能为300Adt的情况下，一年内即可回收增加的投资成本。
实施例2，采用Dht-Ep-D1工艺，漂白未进行氧脱处理的桉木与蔗渣混合浆(桉木占25％)，具体步骤如下：
步骤1，纸浆高温酸化预处理：漂前浆经漂前洗浆机1洗涤浓缩至10.8％的浓度后进入中浓立管2，由中浓浆泵3送至酸化蒸汽加热器20加热，而后进入酸化混合器4与来自稀酸槽23的质量浓度为10％的稀硫酸混合，并控制高温漂白反应后的PH值为2.5，然后再进入n型酸化器5进行酸碱中和反应并酸化降解HexA，酸化反应温度为82℃，预酸化处理时间为60min。
步骤2，二氧化氯预热：二氧化氯与纸浆混合前，先在二氧化氯预热器6中用漂白滤液预热至40℃。
步骤3，高温二氧化氯漂白：酸化预处理后的纸浆，经漂白蒸汽加热器21补充加热后，与预热后的二氧化氯混合，二氧化氯加入量为17.5kg/Adt，进入高温漂白塔8进行高温二氧化氯漂白反应的同时，持续酸化降解HexA，并保持高温漂白塔8内反应温度为90℃，反应时间为60min。
步骤4，进行高温洗涤：高温漂白塔处理后的纸浆经本段滤液稀释至2.5％的浓度后，进入高温漂白段洗浆机用后段Ep、D1段的滤液洗涤。
步骤5，洗涤后的浆进行后续常规的Ep、D1漂白，漂后的浆白度为≥85％。
第一段二氧化氯漂白采用本发明方法进行高温二氧化氯漂白的漂白剂用量、蒸汽消耗、总投资成本，与传统高温二氧化氯漂白、常规二氧化氯漂白相比较的数据如下：
由上表可见，第一段二氧化氯漂白采用本发明方法，相较于传统高温漂白方式、常规二氧化氯漂白方式，都可降低21.9％的总二氧化氯消耗，而且采用本发明方法的总蒸汽用量比传统高温漂白方式少，且总投资成本也相对较低，浆产能为300Adt的情况下，半年内即可回收增加的投资成本。
实施例3，采用Dht-Ep-D1工艺，漂白未进行氧脱处理的桉木与蔗渣混合浆(桉木占50％)，具体步骤如下：
步骤1，纸浆高温酸化预处理：漂前浆经漂前洗浆机1洗涤浓缩至11.9％的浓度后进入中浓立管2，由中浓浆泵3送至酸化蒸汽加热器20加热，而后进入酸化混合器4与来自稀酸槽23的质量浓度为10％的稀硫酸混合，并控制高温漂白反应后的PH值为2.6，然后再进入n型酸化器5进行酸碱中和反应并酸化降解HexA，酸化反应温度为85℃，预酸化处理时间为60min。
步骤2，二氧化氯预热：二氧化氯与纸浆混合前，先在二氧化氯预热器6中用漂白滤液预热至40℃。
步骤3，高温二氧化氯漂白：酸化预处理后的纸浆，经漂白蒸汽加热器21补充加热后，与预热后的二氧化氯混合，二氧化氯加入量为22.8kg/Adt，进入高温漂白塔8进行高温二氧化氯漂白反应的同时，持续酸化降解HexA，并保持高温漂白塔8内反应温度为95℃，反应时间为60min。
步骤4，进行高温洗涤：高温漂白塔处理后的纸浆经本段滤液稀释至2.5％的浓度后，进入高温漂白段洗浆机用后段Ep、D1段的滤液洗涤。
步骤5，洗涤后的浆进行后续常规的Ep、D1漂白，漂后的浆白度为≥85％。
第一段二氧化氯漂白采用本发明方法的漂白剂用量、蒸汽消耗、总投资成本，与传统高温二氧化氯漂白、常规二氧化氯漂白相对比的数据如下：
由上表可见，第一段二氧化氯漂白采用本发明方法，相较于传统高温漂白方式、常规二氧化氯漂白方式，都可降低25.9％的总二氧化氯消耗，而且采用本发明方法的总蒸汽用量比传统高温漂白方式少，且总投资成本也相对较低，浆产能为300Adt的情况下，一个季度内即可回收增加的投资成本。
上述实施例在达到传统高温二氧化氯漂白效果的同时(相对于常规二氧化氯漂，可减少15-30％的二氧化氯消耗)，吨浆消耗蒸汽量可减少12％，第一段二氧化氯漂白段的总投资成本可以减少10％，同时***操作安全性更强。
虽然，上文中已经用具体实施方式，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种安全节能高效的高温二氧化氯纸浆漂白方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
1)纸浆经高温酸化预处理：先将漂前浆经洗涤浓缩至10-12％，而后经蒸汽加热至反应要求的温度，与稀硫酸混合后进入n型酸化器进行酸碱中和反应并酸化降解HexA，n型酸化器内的酸化温度为80-85℃，酸化处理时间为60min；
2)对二氧化氯溶液进行预热处理：二氧化氯溶液与纸浆混合前，先用漂白滤液预热至40℃；
3)进行高温二氧化氯漂白处理：将酸化预处理后的纸浆，经蒸汽补加热至反应要求的温度后，与预热后的二氧化氯溶液混合后进入高温漂白塔进行高温二氧化氯漂白反应，同时持续酸化降解HexA，高温漂白塔内的反应温度为85-95℃，反应时间为60min；
4)进行高温洗涤：将高温漂白塔处理后的纸浆送入高温漂白段洗浆机洗涤后即得到漂白纸浆。
2.根据权利要求1所述安全节能高效的高温二氧化氯纸浆漂白方法，其特征在于，步骤1)中，所述稀硫酸的质量浓度为10％，通过将浓硫酸与酸性芒硝溶液混合制得；稀硫酸的加入量根据来浆量及浆的洗净度确定，要求达到控制高温二氧化氯漂白反应后浆的PH值为2-3。
3.根据权利要求1所述安全节能高效的高温二氧化氯纸浆漂白方法，其特征在于，步骤4)中，所述高温漂白段洗浆机的进浆浓度为2-3％。
4.根据权利要求1至3所述安全节能高效的高温二氧化氯纸浆漂白方法采用的漂白装置，其特征在于，该装置包括漂前洗浆机(1)、中浓立管(2)、酸化蒸汽加热器(20)、酸化混合器(4)、n型酸化器(5)、漂白蒸汽加热器(21)、漂白混合器(7)、高温漂白塔(8)、高温漂白段洗浆机(9)；所述漂前洗浆机(1)经出浆管一(10)与中浓立管(2)连接，中浓立管(2)经中浓浆管(11)依次连接中浓浆泵(3)、酸化蒸汽加热器(20)、酸化混合器(4)、n型酸化器(5)，在酸化蒸汽加热器(20)与酸化混合器(4)之间有稀硫酸管(13)的出口端接入中浓浆管(11)；n型酸化器(5)经出浆管二(14)依次连接漂白蒸汽加热器(21)、漂白混合器(7)、高温漂白塔(8)，漂白蒸汽加热器(21)与漂白混合器(7)之间有二氧化氯出液管(18)的出口端接入出浆管(14)，二氧化氯出液管(18)的进口端连接二氧化氯预热器(6)；高温漂白塔(8)经出浆管三(19)连接高温漂白段洗浆机(9)。
5.根据权利要求4所述安全节能高效的高温二氧化氯纸浆漂白方法采用的漂白装置，其特征在于，所述稀硫酸管(13)的进口端经稀酸泵(24)连接稀酸槽(23)，稀酸槽(23)与浓硫酸管(25)和芒硝溶液管(26)相连接。
6.根据权利要求4所述安全节能高效的高温二氧化氯纸浆漂白方法采用的漂白装置，其特征在于，所述二氧化氯预热器(6)为热交换器，其管程前后分别与二氧化氯进液管(15)和二氧化氯出液管(18)相连接，壳程前后分别与滤液出液管(16)和滤液进液管(17)相连接。
7.根据权利要求4所述安全节能高效的高温二氧化氯纸浆漂白方法采用的漂白装置，其特征在于，所述n型酸化器(5)选用耐酸腐蚀的双相不锈钢材质制成，高温漂白塔(8)选用耐酸及二氧化氯腐蚀的碳钢衬耐酸陶瓷材质制成。
8.根据权利要求4所述安全节能高效的高温二氧化氯纸浆漂白方法采用的漂白装置，其特征在于，所述酸化蒸汽加热器(20)和漂白蒸汽加热器(21)分别连接蒸汽管。
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