硫酸盐法制浆

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目前国内外化学法制浆
硫酸盐法制浆技术的发展现状
By:刘珂
1.化学法制浆概述
2.硫酸盐法制浆 2.1概述 2.2参数 2.3工艺流程 2.4优缺点 2.5恶臭气体防治处理 3.技术改进 3.1溶解浆预水解硫酸盐法蒸煮技术 3.2竹子超声波硫酸盐法制浆的研究 3.3芬兰硫酸盐法制浆技术的改进
1.什么是化学法制浆？
2.5恶臭气体防治
在硫酸盐法制浆过程中，随着木素的降解，木素结构单元中 联结于苯环上的甲氧基(-CH3)部分脱除，脱下来的甲氧基主要生 成甲硫醇（CH3SH)及其钠盐，甲硫醇醇进一步反应生成甲硫醚、 二甲硫醚和硫化氢，这些硫化物统称为总还原硫化合物，这些 化合物沸点低，对环境影响较大。 传统的蒸煮采用全压或减压喷放，喷放过程排放大量恶臭气 体。而世界先进的低固形物连续蒸煮冷喷放技术，用低温希黑 液冷却蒸煮器内浆料至95摄氏度左右再进行喷放，与传统的喷 放工艺相比，每吨可减少90%左右的恶臭气体的产生量；同时 对木片气蒸仓、蒸煮系统和松节油系统产生的低浓度恶臭气体 进行收藏，经蒸发站洗涤后送碱炉燃烧。此外，通过改进敞开 式或半封闭洗筛工艺为热封闭洗筛工艺，同时收集设备逸散的 恶臭气体。
硫酸盐制浆法与亚硫酸盐制浆法不同，使用对设备腐蚀性小的碱性 溶液粗燥和暗淡，使得漂白更为复杂。 在现代的制浆厂中，蒸煮过程产生的褐木浆（纤维素纤维含有参与 的木质素）首先进行清洗，以除去一些溶解的有机物，并进一步通过氧 ／碱反应脱木素，随后通过酸性（二氧化氯）和碱性（氢氧化钠）联合 进行漂白，并用氧气或双氧水加固.如果生产出来的木浆用于制造牛皮 纸或纸箱和包装用纸，木浆则不必要漂白到很白。这这种情况下，木材 可以生产更多的纤维。 利用硫酸盐制浆法的纸浆厂和造纸厂具有恶臭气体排放特征的原因 在包含硫化氢、甲硫醇、二甲基硫、二甲基二硫，和其他挥发性硫化物 在内 硫酸盐制浆法的污水在一个生物污水治理车间进行处理，保证污 水没有毒性。
化学法制浆是利用化学药品的水溶液在一 定温度和压力下处理植物纤维原料,将原料中的 木素和非纤维碳水化合物以及油脂、树脂等溶 出,并尽可能地保留纤维素和不同程度地保留半 纤维素,使原料纤维彼此分离成浆。化学法中最 有代表性的制浆法有硫酸盐法和亚硫酸盐法两 种。
2.1硫酸盐法制浆概述
硫酸盐法制浆是指小木片在NaOH和Na2S的溶液中进行 蒸煮。碱液的侵袭使木素分子碎解成较小的组分，木素 钠盐溶解于蒸煮液中。 硫酸盐法国俗称“Kraft”，德文中是强韧的意思。 Kraft纸浆可制造强韧的纸产品，但其未漂浆呈深棕色。 硫酸盐法制浆有独特的臭味气体产生，主要是含有机硫 化物，将会造成环境污染。 现在，纸生产量的80%都是采用这种方法制造出来的。
如果使用针叶木作为木浆原材料，在黑液的蒸发过程中，可以回收一种 类皂物质。类皂物质将被酸化以生产妥尔油（以生产树脂酸）、脂肪酸和 其他化学物质。同时软木也会产生副产品——松节油。
来自回收锅炉的高压蒸汽，被接入涡轮发电机降低蒸汽压力 同时发电。现代采用硫酸盐制浆法的工厂的发电不仅能够自给自 足，同时通常会接入本地电网提供电力。除此以外，树皮和木材 残余物也通常在一个单独的发电锅炉中燃烧以生成蒸汽。
从源头控制的同时，对生产系统各污染源产生的恶臭气体按高浓低 浓恶臭气体分类进行收集、洗涤、燃烧，或者等离子气体化-微生物法处 理，大大减少了恶臭气体的排放，较好满足了周边大气环境质量要求。
低浓恶臭气体处理工艺流程图
高浓恶臭气体处理工艺流程图
3.1溶解浆预水解硫酸盐法蒸煮技术
水解硫酸盐法蒸煮技术可解决针叶木数值 含量高的问题，减轻后续工段化学药品的消耗， 浆料成品白度最终可达到90%ISO，a纤维素可 达到90%，树脂含量低于0.6%。 其生产步骤依次为：木片装锅、木片预热、 预水解、中和反应、热黑液填充/白液补充、加 热/蒸煮、黑液置换、塑料放锅。在进行主生产 的同时，热量在槽区内进行传递，完成热量回 收；HVL和LVHC进行收集处理，完成松节油的 回收；清洁冷藏水、热水进行收集再利用；污 冷凝水收集进行处理；黑液送往碱回收前进行 过滤。
2.4硫酸盐法制浆的优点
1）对各种木材纤维原料，如针叶木，阔叶木，竹及草类等都适用。 还可以用于质量较差的废材，枝桠材，木材加工厂下脚料及树脂含 量高的木材。 2）能生产很多品种的纸浆。如针叶木本色浆常用于电气绝缘纸，纸 袋纸，强韧包装纸，特殊纸板及工业技术用纸；针阔叶木及草类漂 白浆用于制造文化用纸及白纸板等；并生产溶解浆制人造纤维。硫 酸盐法是当今化学制浆方法中广泛应用的一种。 3）纸浆强度较好。与烧碱法相比浆的得率较高。 4）对设备的腐蚀比较小，对蒸煮和洗涤设备的材料，一般采用碳钢 即可，较易解决。 5）可以经济而有效地对制浆化学药品和热能进行回收。如使用树脂 含量较高的针叶木制浆，还能生产出象松节油和塔罗油那样用价值 的副产品，使生产成本和污染负荷降低。 6）利用多段漂白方法和二氧化氯漂白剂，可以得到高强度和高白度 的纸浆。
2.2硫酸盐法制浆的参数：
化学药品 ：NaOH，Na2S 蒸煮时间 ：2—4小时 药液PH值：13（强碱性）
蒸煮温度 ：140—180°C
2.3工艺流程
硫酸盐制浆中，在被称为蒸煮器的大型压力容器中，使用氢氧 化钠和硫化钠将木质素从碎木片中分离，从而获得以纤维素为主要 成分的纸浆。一些蒸煮器采用间歇蒸煮的方式，另一些如卡米尔 （Kamyr）蒸煮器则采用连续的方式。 从纸浆液体中析取得被称为黑液的废液通过蒸发进行浓缩，并在 回收锅炉中燃烧以回收其中的无机物再次在纸浆流程中使用。回收 锅炉也为工厂产生高压蒸汽。黑液的无机物部分在被称为苛性化的 过程中再生制浆所需的氢氧化钠和硫化钠。
在硫酸盐法的蒸煮液中，除NaOH的强碱性作用外， Na2S电离后的S2-离子和水解后的产物HS-离子有着相当 重要的作用；此外，Na2CO3和Na2SO3甚至Na2Sn等杂 质成分也起到一定的作用。蒸煮液中含有Na2Sn（多硫 化物）时，对蒸煮有益，能提高蒸煮得率，但有强烈的 腐蚀作用。 自从Carls.Dahl将硫酸钠引入蒸煮系统，硫酸盐法 作为烧碱法（只用NaOH）的改进工艺，已经历百年以 上。以后将蒸煮液中的Na2SO4改为Na2S，使得在蒸煮 针叶木时的反应动力学和纸张性能均大为改善。因为 Na2SO4曾经是传统的补充化学药品，所以称之为“硫酸 盐法”
3.3芬兰硫酸盐法制浆技术的改进
硫酸盐浆的生产始于备料，其中用干法剥皮代替湿 法剥皮能减少废水的排放量。而干法剥皮生产的树皮 含有较少的水分，这样可以减少有机物质的流失，并 能改善浆厂的能量平衡。蒸煮阶段能就将约一半的木 材纤维分散开，其所得纸浆包含纤维和蒸煮液（黑 液）。
从环境角度来看，延伸蒸煮和高级间歇式技术 是近期制浆核心技术最重要的发展。 漂白技术中最重要的改进是降低进料的卡帕值 和利用二氧化氯代替氯气。 其他重要的技术改进包括氧漂、优化使用含氯化 合物、机械喂料和改良混合器、缩短工艺流程以及 使用高效率的压力洗浆机代替传统的过滤机等。
硫酸盐法制浆的缺点
×与亚硫酸盐制浆比较，硫酸盐木浆有得率 稍低，原料消耗略高，纸浆颜ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ深，打浆 漂白较困难，浆的成本高等缺点。对于多 戊糖含量高的草类纤维，碱法浆的滤水性 能较差，不透明度也较低。 ×制浆过程中不可避免的会产生难闻的臭气， 即污染空气，有对人体健康有害。 ×不能有效地利用纤维原料的木素组成，虽 然黑液中的木素在碱回收锅炉中被燃烧而 回收能量，但能量的回收效率较低。
3.2竹子超声波硫酸盐法制浆的研究
研究了超声波作用对竹子的硫酸盐法制浆过 程及纸浆的影响,并对超声波的强化机理作了初步 探讨。 结果表明:在纸浆品质与常规硫酸盐法纸浆性能相 近的前提下,超声波硫酸盐法制浆的较佳工艺条件 是:用碱量17.5%(以Na2O计),硫化度20%,液比 5∶1,升温时间60min,保温时间60min,最高蒸煮温 度170℃,全程时间120min,超声波作用在蒸煮后期 90min时加入。其与常规硫酸盐法制浆相比,用碱 量降低12%,蒸煮时间节省14%,纸浆得率提高12%。