CN1580388A - 稻草浆木质素生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种稻草浆木质素生产工艺。其工艺为：首先将稻草碱法蒸煮制浆，再将稻草浆和黑液分离，稻草纸浆用于纸制品的生产，而黑液则经过滤后，进行改性反应，然后进行蒸发浓缩，再进入喷雾塔和旋风分离器中进行喷雾干燥和分离，即得木质素，并根据生产不同等级、用途的木质素提出了不同的工艺参数。本发明有效地解决了利用稻草浆提取木质素的工艺和稻草制浆黑液的治理问题，从稻草原料蒸煮开始，直至木质素生产的全过程加以控制，可生产各种用途和等级的木质素，使丰富的稻草资源得到有效的应用，使产品质量和得率得到保证，提高了稻草浆制纸的经济效益和社会效益，对我国的造纸工业可持续发展具有重要意义。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种木质素生产工艺，特别是一种稻草浆生产木质素的工艺。
背景技术
纸和纸板是人们生活必需品。造纸生产的主要原料是植物纤维，以木材、禾草类纤维原料占绝大多数，这些原料的基本结构有纤维和木质素两大类，造纸生产工艺通过一定的化学方法分解纤维原料，取其纤维作为造纸原料，而被破坏的木质素作为废弃物需加以处理，如治理不当则形成环境污染。
我国幅员广大，人口众多，对纸产品的需要量很大，占世界第二，但我国又是林木资源十分缺乏的国家，不可能走国际造纸发达国家用大量木材造纸的发展道路，在我国大多数地方盛产水稻，稻草为制浆造纸提供了丰富的原料资源，使用稻(或麦)草制浆造纸是中国特色，我国草浆产量占世界草浆总量的95％以上，所以，有效解决稻草制浆黑液的治理问题，对我国的造纸工业可持续发展有重要意义，否则丰富的稻草资源在收割季节在田间就被焚烧掉，一是造成资源浪费，二是严重污染了环境。目前已有利用木材制浆的黑液和利用麦草制浆黑液生产木质素的生产工艺，这些方法一般适用于亚铵法制浆和钙基磺酸盐制浆方式，因此，稻草制浆黑液的治理和木质素的提取一直是国内外造纸专家关注并没有提出有效措施的难题之一。难点主要在于：(1)稻草浆黑液粘度大，难于用常规的蒸发浓缩设备将其浓缩到可燃烧的浓度；(2)稻草制浆用碱量低，用常规碱回收方法来处理，投入费用大，操作难度大，而回报较低，运行成本高，失去实用价值。
发明内容
为克服现有技术的不足之处，本发明提供一种利用稻草浆生产木质素的工艺，使丰富的稻草资源得到有效的应用，并根据生产不同等级、用途的木质素提出了不同的工艺参数，提高了稻草制浆造纸的经济效益和社会效益。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：首先将稻草碱法蒸煮制浆，装锅量为140-160kg/m3、用碱量为13-14％、Na2SO3用量(以NaOH计)为1.9-4.1％、蒸煮助剂使用量为2-4/万、最高压力为0.55-0.9MPa、蒸煮时间为2-4h，通过双螺旋浆液分离器将稻草浆和黑液分离，纸浆用于纸制品的生产，而黑液则经过滤机过滤后，进行改性反应，黑液的PH值为7.5-8.5，然后将改性后的黑液进行蒸发浓缩，再进入喷雾塔和旋风分离器中进行喷雾干燥和分离，即得木质素。
木质素分为磺化度A级(甲基位磺化占主导)、磺化度B级(对甲基位磺化为主)和磺化度C级(三甲基位磺化为主)三种级别，因此，根据生产不同磺化度等级的木质素的要求，可采用不同的工艺参数：
当生产磺化度A级木质素时，则在蒸煮制浆时，其装锅量为140-160kg/m3、NaOH总用碱量为13.30-13.70％、Na2SO3用量(以NaOH计)为1.90-2.10％、蒸煮助剂使用量为2.30-2.70/万、最高压力为0.55-0.60MPa、蒸煮时间为2-3h；
当生产磺化度B级木质素时，则在蒸煮制浆时，其装锅量为140-160kg/m3、NaOH总用碱量为13.60-14.00％、Na2SO3用量(以NaOH计)为2.90-3.10％、蒸煮助剂使用量为2.80-3.20/万、最高压力为0.60-0.64MPa、蒸煮时间为2.5-3.5h；
当生产磺化度C级木质素时，则在蒸煮制浆时，其装锅量为140-160kg/m3、NaOH总用碱量为13.90-14.30％、Na2SO3用量(以NaOH计)为3.90-4.10％、蒸煮助剂使用量为3.30-3.70万、最高压力为0.63-0.67MPa、蒸煮时间为3-4h。
木质素有工业粘合剂、分散剂、减水剂三个主要用途，因此，根据生产不同用途的木质素的要求，可采用不同的工艺参数：
当用作普通粘合剂时，则将过滤后的草浆黑液不进行改性反应，直接进行蒸发浓缩，再进行喷雾干燥和分离，即得碱木素——用作粘合剂；
当用作减水剂时，则将分离出的草浆黑液在进行改性反应时，在置于反应釜中的每吨黑液中加入30％HCL40-60kg、90％H2SO48--12kg，常温常压反应1小时，使其pH值为7.5～8.5；再在每吨黑液加入30％HCL70-90kg、90％H2SO415-25kg，45℃--50℃反应1小时，然后再进行蒸发浓缩、喷雾干燥和分离，即得木质素——用作减水剂；
当用作分散剂时，则将分离出的草浆黑液在进行改性反应时，在置于压力式反应釜中的每吨黑液中加入30％HCL45--55kg、90％H2SO48--12kg，常温常压反应1小时，使其pH值为7.5--8.5；再加入用量为6--8kg/m3的MgSO4进行除硅，然后再进行蒸发浓缩、喷雾干燥和分离，即得木质素——用作分散剂。
上述经蒸发浓缩处理后的黑液的出效浓度以32-38％为宜。
根据粘合剂、减水剂、分散剂三个不同产品用途而需要不同粉末粒径，所采用三种不同的喷雾头的转速7800--8200转/分、8800-9200转/分、9800--10500转/分。
本发明有效地解决了利用稻草浆提取木质素的工艺问题，使丰富的稻草资源得到有效的应用，并根据生产不同等级、用途的木质素提出了不同的工艺参数，使产品质量和得率得到保证，提高了稻草制浆造纸的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作详细描述。
一、稻草的碱法蒸煮：本工艺以25m3蒸球间歇蒸煮为基准。
从表1中可以看出，对于生产不同磺化度等级的木质素，采用了不同的工艺参数：
表1：生产不同等级的木质素所采用的工艺参数表
| 工艺项目 | 工艺参数 | |||
| 磺化度A级 | 磺化度B级 | 磺化度C级 | ||
| 装锅原料量 | 150kg/m3 | 150kg/m3 | 150kg/m3 | |
| 总用碱量(NaOH) | 13.5％ | 13.8％ | 14.1％ | |
| Na2SO3用量(NaOH计) | 2.0％ | 3.0％ | 4.0％ | |
| 蒸煮助剂(蒽醌)使用量 | 2.5/万 | 3.0/万 | 3.5/万 | |
| 最高蒸煮压力 | 0.58MPa | 0.62MPa | 0.65MPa | |
| 蒸煮全程时间 | 2.5h | 3.0h | 3.5h | |
| 液比 | 1∶3 | 1∶3 | 1∶3 | |
| 蒸煮质量要求 | 成浆硬度(高锰酸钾) | 14.0K | 13.5K | 13.0K |
| 黑液浓度 | 8.2Be | 8.5Be | 8.5Be | |
| 黑液残碱 | 6g/L | 5.5g/L | 5.2g/L | |
| 漂白浆得率 | 32％ | 32.5％ | 32.8％ | |
| 漂率7％单段漂后浆白度 | 68％ | 72％ | 75％ | |
当生产磺化度A级木质素时，则在蒸煮制浆时，其装锅量为140-160kg/m3、NaOH总用碱量为13.30-13.70％、Na2SO3用量(以NaOH计)为1.90-2.10％、蒸煮助剂使用量为2.30-2.70/万、最高压力为0.55-0.60MPa、蒸煮时间为2-3h；
当生产磺化度B级木质素时，则在蒸煮制浆时，其装锅量为140-160kg/m3、NaOH总用碱量为13.60-14.00％、Na2SO3用量(以NaOH计)为2.90-3.10％、蒸煮助剂使用量为2.80-3.20/万、最高压力为0.60-0.64MPa、蒸煮时间为2.5-3.5h；
生产磺化度C级木质素时，则在蒸煮制浆时，其装锅量为140-160kg/m3、NaOH总用碱量为13.90-14.30％、Na2SO3用量(以NaOH计)为3.90-4.10％、蒸煮助剂使用量为3.30-3.70万、最高压力为0.63-0.67MPa、蒸煮时间为3-4h。
二、喷放仓：全封闭全压喷放仓带余热回收装置，设计压力6kg/cm2，工作压力2.5kg/cm2，出口带有输送螺旋。
三、稻草浆和黑液的分离：
将经喷放仓处理后的蒸煮稻草，通过螺旋输送机送入双螺旋浆液分离器中，将稻草浆和黑液分离，稻草浆用于纸品生产，稻草浆用于纸制品的生产。
进浆浓度(以固形物重量计)为22％、出浆浓度(以固形物重量计)为42％、黑液固含量(以固形物重量计)为17％、螺旋挤压缩比为1∶5、黑液温度为70℃。
四、黑液的过滤：
分离出的黑液，通过黑液过滤机进行过滤处理，根据生产不同用途的木质素采用不同目数的过滤网进行过滤(见表2)。过滤温度为70℃。
表2：生产不同用途的木质素所采用的过滤网的目数对照表
| 过滤网的目数 | 用作粘合剂 | 用作减水剂 | 用作分散剂 |
| 内网 | 16/40 | 16/40 | 16/40 |
| 外网 | 90 | 105 | 120 |
五、黑液的改性反应：
当用作普通粘合剂时，则将分离出的草浆黑液不进行改性反应，直接进入下一步工艺；
当用作减水剂时，则在改性反应时，在置于ZYS3型压力式反应釜中的每吨黑液中加入30％HCL50kg、90％H2SO410kg，常温常压反应1小时，使其pH值为8；再在每吨黑液加入30％HCL80kg、90％H2SO420kg，50℃反应1小时；
当用作分散剂时，则将分离出的草浆黑液在进行改性反应时，在置于压力式反应釜中的每吨黑液中加入30％HCL50kg、90％H2SO410kg，常温常压反应1小时，使其pH值为8；再加入用量为7kg/m3的MgSO4进行除硅。
六、黑液的蒸发浓缩：
采用双效逆流蒸发，对黑液进行蒸发浓缩：一效蒸发——将改性处理后(或过滤后)的黑液输入卧式梯管蒸发器中，其进效浓度为17％，蒸汽压力为0.25-0.30Mpa(表压)，出效浓度为27％；再进行二效蒸发——将一效蒸发处理后的黑液输入卧式梯管蒸发器中，其蒸汽压力为0.05Mpa(表压)，出效浓度为36％，这种型式蒸发器不易产生结垢，又因为蒸发浓度低于常规蒸发的40％浓度，因而解决稻草浆黑液蒸发中硅结垢的关键问题。
七、喷雾干燥及分离
经蒸发浓缩的黑液进入高速喷雾干燥塔中进行喷雾干燥，此时黑液的温度为90℃，根据粘合剂、减水剂、分散剂三个不同产品用途而需要不同粉末粒径，所采用三种不同的喷雾头的转速8000转/分、9000转/分、10000转/分。在喷雾干燥塔内，在黑液喷入的同时，通入大量温度为250～280℃的热风，热风与喷入的黑液发生气、液两相热交换，黑液中水份经热水加热后气化，变成水蒸汽，团形物变成干粉，由本来液—气两相转变成团气两相，该两相流一同用风机送入旋风分离器，气相质轻，从分离器中心排出，固相质重，抛向分离器壁，而从下端排出，实行固气分离，分离出来的固体为木质产品进行包装入库，分离出来的气体是80℃的水蒸汽，用它来预热黑液节约蒸发的能耗。预热方式是直热式，即制作专门加热槽该热直接从黑液内穿过，从而降低气体温度提高液体温度。干燥进风温度为220℃，喷雾塔出风温度为80℃，产品风冷温度为50℃。
产品质量指标：水份＜5％；木素含量：35--40％；水不溶物：用作粘合剂为＜1％、用作分散剂为0.8％、用作减水剂则为＜0.5％；还原性物质：＜6--10％(根据客户要求定)；pH值：7.5--9.0(根据客户要求定)。
Claims (5)
1、稻草浆木质素生产工艺，其特征在于：首先将稻草碱法蒸煮制浆，装锅量为140--160kg/m3、用碱量为13-14％、Na2SO3用量(以NaOH计)为1.9-4.1％、蒸煮助剂使用量为2--4/万、最高压力为0.55-0.9MPa、蒸煮时间为2-4h，再将稻草浆和黑液分离，纸浆用于纸制品的生产；而黑液则经过滤机过滤后，进行改性反应，然后将改性后的黑液进行蒸发浓缩，再进入喷雾塔和旋风分离器中进行喷雾干燥和分离，即得木质素。
2、根据权利要求1所述的稻草浆木质素生产工艺，其特征在于：当生产磺化度A级木质素时，则在蒸煮制浆时，其装锅量为140-160kg/m3、NaOH总用碱量为13.30-13.70％、Na2SO3用量为1.90--2.10％、蒸煮助剂使用量为2.30-2.70/万、最高压力为0.55-0.60MPa、蒸煮时间为2-3h；当生产磺化度B级木质素时，则在蒸煮制浆时，其装锅量为140--160kg/m3、NaOH总用碱量为13.60-14.00％、Na2SO3用量为2.90-3.10％、蒸煮助剂使用量为2.80-3.20/万、最高压力为0.60-0.64MPa、蒸煮时间为2.5-3.5h；当生产磺化度C级木质素时，则在蒸煮制浆时，其装锅量为140--160kg/m3、NaOH总用碱量为13.90-14.30％、Na2SO3用量为3.90-4.10％、蒸煮助剂使用量为3.30-3.70万、最高压力为0.63-0.67MPa、蒸煮时间为3-4h。
3、根据权利要求1所述的稻草浆木质素生产工艺，其特征在于：当生产用作粘合剂的木质素时，则将过滤后的草浆黑液不进行改性反应，直接进行蒸发浓缩，再进行喷雾干燥和分离，即得用作粘合剂的碱木素；当生产木质素用作减水剂时，则将过滤后的草浆黑液在进行改性反应时，在置于压力式反应釜中的每吨黑液中加入30％HCL40--60kg、90％H2SO48--12kg，常温常压反应1小时，使其pH值为7.5--8.5；再在每吨黑液加入30％HCL70--90kg、90％H2SO415-25kg，45℃--50℃反应1小时，然后再进行蒸发浓缩、喷雾干燥和分离，即得用作减水剂的木质素；当生产用作分散剂的木质素时，则将过滤后的草浆黑液在进行改性反应时，在置于反应釜中的每吨黑液中加入30％HCL45--55kg、90％H2SO48--12kg，常温常压反应1小时，使其pH值为7.5--8.5；再加入用量为6--8kg/m3的MgSO4进行除硅，然后再进行蒸发浓缩、喷雾干燥和分离，即得用作分散剂的木质素。
4、根据权利要求1或3所述的稻草浆木质素生产工艺，其特征在于：上述经蒸发浓缩处理后的黑液的出效浓度以32-38％为宜。
5、根据权利要求1或3所述的稻草浆木质素生产工艺，其特征在于：针对所生产的木质素分别用作粘合剂、减水剂、分散剂而需要不同粉末粒径，在进行喷雾干燥处理时，喷雾干燥塔的喷雾头的转速分别为7800--8200转/分、8800-9200转/分、9800--10500转/分。
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