溶解漿的市場及工藝技術 (續(xù))

鄧繼澤

(中國輕工業(yè)長沙工程有限公司，湖南長沙，410004)

溶解漿的市場及工藝技術 (續(xù))

鄧繼澤

(中國輕工業(yè)長沙工程有限公司，湖南長沙，410004)

介紹了溶解漿的種類、用途、市場和不同的生產技術，以及與一般化學紙漿生產的比較和工程建設應特別注意的問題。

溶解漿;預水解;硫酸鹽制漿;粘膠纖維

(上接2012年第3期)

4.3 溶解漿的生產技術和設備

4.3.1 美卓的溶解漿蒸煮技術

美卓的溶解漿蒸煮技術為間歇預水解蒸煮，包括系列蒸煮程序，見圖9所示［2］。流程為木片裝鍋、加熱、預水解、中和、熱黑液加熱鍋內木片、熱白液蒸煮、加熱和蒸煮、置換蒸煮的終止、排空蒸煮立鍋內的漿料。

蒸煮系統(tǒng)中除蒸煮是間歇運行外，槽罐區(qū)的熱交換、纖維分離、冷凝水處理、低濃和高濃臭氣收集系統(tǒng)和熱水的產生均為連續(xù)運行。整個蒸煮循環(huán)中，所有的液體從立鍋底部泵入立鍋，然后從位于立鍋上部的置換篦子流出。液體通過裝在筒狀部件上的虹吸篦子進行置換，從底部進入立鍋以實現(xiàn)蒸煮的液體循環(huán)。

為了改善木片在鍋內的分布、提高裝鍋量采用低壓蒸汽裝鍋。用螺旋輸送機將原料加入立鍋內，同時通過循環(huán)虹吸篦子將木片中的空氣抽出。

木片先用低壓蒸汽加熱，緊接著用中壓蒸汽加熱。蒸汽從蒸煮鍋底部和置換篦子加入，加熱到160～170℃進行水解。水解完后接著進行中和，中和使用的液體為從蒸煮立鍋底部泵入的熱白液。

中和產生的水解液用1#熱黑液槽置換到2#熱黑液槽。用白液使熱黑液中的殘堿調節(jié)到所需要的水平，熱黑液泵入加熱器進入蒸煮立鍋。

將熱白液和熱黑液連續(xù)混合加入。置換的液體進入2#熱黑液槽。按設計參數(shù)將鍋內物料加熱到150～165℃。

將中壓蒸汽加入到循環(huán)系統(tǒng)中對立鍋進行加熱。因為所需的蒸汽量比較小，所以不需要加熱器。

蒸煮結束時，用泵將溫黑液槽的黑液從立鍋底部加入，使蒸煮液置換到1#熱黑液槽，多余的熱黑液進入2#熱黑液槽，這樣就終止了蒸煮反應。按稀釋因子將溫黑液加入，置換至溫度低于100℃。

用泵在低的鍋壓下將漿料放到貯漿塔中。放鍋時在立鍋底部用溫黑液槽的黑液進行稀釋，將漿料溫度優(yōu)先降到90℃以保證漿料的質量，這種放鍋方法可有效地防止臭氣外泄。

4.3.2 G＆LV和 Lenzing的間歇蒸煮技術

G＆LV和Lenzing的溶解漿蒸煮技術基本與美卓的一樣，區(qū)別在于蒸煮鍋的抽液方式稍有不同。

在整個蒸煮周期中，所有藥液由蒸煮鍋循環(huán)泵泵入蒸煮鍋。藥液可由循環(huán)泵直接送入蒸煮鍋頂部或通過彎管或錐形進口泵入蒸煮鍋底部。蒸煮鍋頂部有多個入口，底部錐形入口有稀釋噴嘴。藥液也可以控制送入蒸煮鍋中部反沖洗篦子。

出蒸煮鍋的黑液通過蒸煮鍋中部的篦子過濾后出來。置換黑液分別通過頂部和底部進入蒸煮鍋，置換出的黑液通過中部篦子并有壓力控制。同樣，黑液回流分配管也有壓力控制，以確保操作穩(wěn)定。

G＆LV的溶解漿蒸煮流程，見圖10所示［8］。Lenzing的溶解漿蒸煮流程，見圖11 所示［9］。

4.3.3 CPL的DDS蒸煮技術

CPL的蒸煮采用的是水預水解技術，見圖12 所示［10］。

4.3.4 安德里茨溶解漿連續(xù)蒸煮技術

4.3.4.1 連續(xù)蒸煮歷史

2010 年前，沒有處于運行的溶解漿連續(xù)蒸煮業(yè)績。

20世紀七八十年代的單塔蒸煮線，由于設備設計得不完善使送入蒸煮塔的木片體積不準確，使得pH值的調節(jié)和轉換界面的位置不好控制。不斷變化的pH值界面位置導致在抽提篩板和蒸煮鍋的壁上結垢，這種情況在轉換為生產造紙用漿后得以解決。

20世紀八九十年代的雙塔蒸煮，由于控制回路的設定點增多，工藝調節(jié)困難。但蒸煮設備沒有結垢問題，僅在蒸發(fā)站發(fā)現(xiàn)結垢。研究發(fā)現(xiàn)是由于殘堿濃度過低 (7 g/L)所致，將殘堿濃度提高到15 g/L可解決結垢問題。

圖12 CPL的DDS溶解漿蒸煮工藝

溶解漿的連續(xù)蒸煮首先由芬蘭的Barkaus工廠使用。Barkaus工廠采用的是傳統(tǒng)的木片喂料系統(tǒng)、液相預水解和氣相蒸煮塔。Barkaus工廠公開發(fā)表的報告顯示，預水解樺木溶解漿達到了實驗室預期的效果，后來該廠生產溶解漿大約持續(xù)了4年之久。目前該生產線已轉為生產化學漿。

4.3.4.2 連續(xù)蒸煮技術

安德里茨的連續(xù)蒸煮生產技術工藝及設備，目前有2個化學漿連續(xù)蒸煮生產線的應用改造為溶解漿生產線，采用雙塔蒸煮技術，見圖13所示［11］。

安德里茨連續(xù)蒸煮流程特點為:①現(xiàn)有的木片喂料系統(tǒng)用來自再沸器的清潔蒸汽進行汽蒸，取消了喂料系統(tǒng)堿的加入和黑液過濾后回收漿的返回，采用補充熱水對水解的副產品進行恰當?shù)臄U散洗滌;②喂料系統(tǒng)不再處于高pH值，而是由于汽蒸和水解工藝的作用釋放有機酸，略微呈酸性;③帶壓力的預水解反應塔將木片加熱到要求的溫度，而蒸汽消耗很少，反應塔頂部一直到抽提篩板用順流模式運行，半纖維素和水的混合物從抽提篩板提取;④反應塔底部采用逆流模式運行，以提高置換洗滌效率，減少水和蒸汽的消耗;⑤預水解塔后，木片在壓力下送到蒸煮塔。調節(jié)pH值為堿性，繼續(xù)蒸煮到溶解漿的卡伯值水平，白液從頂部分離器的噴嘴加入;⑥熱回收系統(tǒng) (再沸器)不需要改造，黑液過濾的回收漿送噴放鍋。

4.3.4.3 溶解漿連續(xù)蒸煮工藝產生的預水解液

增加預水解反應塔后，產生水解液，可收集起來進一步處理生產副產品。水解液中半纖維素含量很高，可以分離獲取含少量木素的各種糖。將來也可以用作生物燃料的原料。如果不需要獲得水解液副產品，也可與黑液混合進堿回收系統(tǒng)進行處理。

圖13 安德里茨的連續(xù)蒸煮流程

4.4 溶解漿生產線的主要原材料消耗

溶解漿生產線的主要原材料消耗見表4。

4.5 溶解漿工藝技術和造紙用化學漿的區(qū)別

可以在同一條生產線上生產溶解漿和化學漿，但在蒸煮和漂白工藝方面有明顯區(qū)別。這些區(qū)別影響了工廠各工序的工作負荷和工廠的總生產能力，年產30萬t溶解漿的車間工段匹配、纖維和化學品平衡計算圖見圖14所示。

生產溶解漿和化學漿工藝的主要區(qū)別為:由于有預水解階段，溶解漿的設計蒸煮時間更長;蒸煮得率更低，溶解漿的產量低;由于進入燃燒爐的固含量高，對于回收能力有限的工廠來說，產量有可能受到限制;蒸煮電負荷更高;蒸煮需要更多的蒸汽。詳見表5所示。

表4 溶解漿生產線的主要原材料消耗

圖14 年產30萬t溶解漿車間平衡計算圖

表5 生產溶解漿和化學漿工藝的主要區(qū)別

4.6 主要工藝參數(shù)

生產溶解漿的主要工藝參數(shù)見表6。

表6 生產溶解漿的主要工藝參數(shù)

4.7 溶解漿的洗選漂

圖15 間歇蒸煮溶解漿洗選漂流程

溶解漿的洗滌、篩選、漂白與化學漿的洗滌、篩選、漂白流程大同小異，溶解漿的洗滌、篩選、漂白需注意幾點:①生產溶解漿時，最后的洗漿需用軟化水;②采用間歇蒸煮技術，蒸煮后噴放鍋的濃度在5%～6%，洗漿設備選型需注意進漿濃度，同時在噴放鍋與第一臺洗漿機之間最好有一個低濃漿池，以便濃度調節(jié)和控制。

如果僅生產溶解漿不一定需要氧脫木素段，考慮到生產線需兼顧溶解漿和化學漿的生產，筆者建議保留氧脫木素段，有利于改善溶解漿的反應性能。間歇蒸煮的洗選漂流程詳見圖15所示［2］，連續(xù)蒸煮的洗選漂流程詳見圖16所示［11］。

與普通化學漿相比溶解漿的洗滌要求更徹底，氧脫木素需要更強的工藝條件，溫度約105℃，以便對漿的黏度進行初步控制。漂白采用 (A)D0EOPD1P漂序 (A，酸處理;D，ClO2漂白;EOP，O2和H2O2強化堿處理;P，H2O2漂白，對于溶解漿漂白來說，A處理不僅可以提高和穩(wěn)定漂后漿料的白度，而且可以降低溶解漿的灰分和金屬離子含量。黏度的控制在A段，在EOP和P段進行精調。白度在P段進行精調，漂后pH值控制在4～5，防止金屬離子在纖維上的沉積。如生產高α纖維素溶解漿，需在漂白前設A段，取消P段。

5 堿回收

溶解漿的堿回收技術和工藝與化學漿的基本一致，只是由于溶解漿的得率低，同樣規(guī)模的制漿生產線，溶解漿需要配套更大能力的堿回收系統(tǒng)。

另外，為了防止黑液的蒸發(fā)結垢，溶解漿黑液中需保留較高的殘堿量，從而要求的蒸發(fā)工段高濃效(Ⅰ效)的材質采用雙相鋼。

蒸發(fā)工段流程圖、苛化工段流程圖、石灰回收工段流程圖分別見圖17、圖18、圖19所示［11］。

6 漿板的抄造

溶解漿和普通化學漿的漿板抄造設備和技術基本相同，大多可在同一條干燥生產線上生產，只是在漿料的性質和紙板機運行方面有一些差別，溶解漿生產過程中需在沖漿泵與流漿箱之間增加除砂器，其流程見圖20 所示［11］。

6.1 漿料性質

與普通化學漿相比，溶解漿更易于脫水、潔凈度要求更高、結合強度較低、緊度更低，漿包的外形尺寸可以更大。

圖18 苛化工段流程圖

圖19 石灰回收工段流程圖

6.2 漿的清潔

與普通化學漿相比，溶解漿的清潔度要求更高，化學漿的篩選工藝滿足不了生產溶解漿清潔度的要求，因此，生產溶解漿時需要在沖漿泵與流漿箱之間設除砂器。

6.3 流漿箱和網部

與普通化學漿相比，溶解漿要求更高的成形質量，因此流漿箱的進漿濃度要低一些。而流漿箱的唇板開度是固定的，因此溶解漿漿板的抄造定量比普通化學漿低。

由于溶解漿易于脫水，出網部的干度高，在平板吸水箱附近產生的摩擦力可能大一些，從而可能形成網狀結構，真空度可以降低。

7 溶解漿生產用水系統(tǒng)

溶解漿生產過程中，制漿最后一段洗滌后的流程直到抄漿板車間的生產用水需采用軟化水，以盡可能地減少溶解漿成品中的灰分含量和各工序帶到溶解漿中灰分的機會。

7.1 灰分對粘膠纖維生產的影響

溶解漿對灰分含量有很嚴格的要求，主要是由于灰分對粘膠纖維的生產有較嚴重的影響?；曳值闹饕绊懹幸韵聨讉€方面:①使粘膠溶液的黏度升高;②灰分中的Ca、Mg與酸類物質結合，生成不溶性的化合物，影響老化時間和過濾，使粘膠黏度增高，降低纖維素黃酸脂在堿液中的溶解能力，造成粘膠過濾困難，而SiO2的影響更大;③在酸浴時，灰分中的Ca、Mg還會和 H2SO4生成 CaSO4、MgSO4，降低酸浴的透明度及堵塞噴絲頭;④灰分中的Fe、Cu、Mn等有加速堿纖維老化降解的作用，造成工藝控制不穩(wěn)定;⑤影響粘膠纖維的強度和色澤。

7.2 對溶解漿漿粕中一些組分的限制

金屬離子的存在會使粘膠的黏度增高，并能與酸生成不溶性鹽，如CaSO4、MgSO4，從而降低酸浴的透明度或堵塞噴絲頭。Fe3+等金屬離子能加速堿纖維素的老成降解，使工藝不穩(wěn)定，最終影響粘膠纖維的強度和色澤［12］。

在溶解漿生產過程中，應嚴格控制灰分和金屬離子的含量。如發(fā)現(xiàn)灰分和金屬離子的含量偏高時，就應及時在酸處理過程中增加六偏磷酸鈉或其他去除劑的用量。此外，要降低溶解漿灰分和金屬離子的含量，還應加強蒸煮、漂白等工序的洗滌。

圖20 漿板車間流程圖

溶解漿中金屬離子及其他組分含量的限制為:Ca 50～100 mg/kg溶解漿;Mn＜ 0．5 mg/kg溶解漿;Cu＜3．0 mg/kg溶解漿;Fe 10～15 mg/kg溶解漿;Si≤50 mg/kg溶解漿。

7.3 水質要求

國內外對生產溶解漿的水質均有嚴格的要求，筆者查到的國外溶解漿漿粕生產用水質量要求見表7所列，國內溶解漿漿粕生產用水質量要求見表8所列。

表7 國外溶解漿漿粕生產用水質量要求

8 其他注意事項

8.1 設備及管道材質要求

溶解漿的生產過程中，設備和管道的材質選擇原則上必須滿足介質和工況條件，同時要注意避免鐵離子等金屬離子的進入。與可能進入漿料的介質接觸的管道和設備必須采用各類不銹鋼材料，漿板機與漿料或漿板接觸的部件如果采用碳鋼則需要進行包膠處理。

表8 國內溶解漿漿粕生產用水質量要求

溶解漿制漿過程中各設備、管道材質的選擇可參考如下所列:

(1)蒸煮鍋 雙相鋼 EN 1．4462或316 L不銹鋼。

(2)黑液槽 接觸黑液部分可選用雙相鋼EN 1．4362或不銹鋼EN1．4301或相應材質 (整體、復合或內襯);其他部分可選用碳鋼。

(3)白液和黑液管道 不銹鋼。

(4)水管 不銹鋼。

(5)污蒸汽冷凝管 不銹鋼。

(6)卸料管 不銹鋼。

(7)污冷凝水管 不銹鋼。

(8)高濃臭氣管 不銹鋼。

(9)高濃臭氣冷凝管 不銹鋼。

(10)蒸汽管 碳鋼。

(11)清潔冷凝水管 碳鋼。

8.2 管道設計和閥門選擇

管道設計和閥門的選擇非常關鍵，細節(jié)之處很難在此全面敘述。

蒸煮車間的管道及支吊架設計，除蒸汽管道需熱應力分析外，大部分高溫高壓的其他介質的管道也需進行熱應力和振動分析，以便合理地對管道和支架系統(tǒng)地考慮，尤其是間歇蒸煮的循環(huán)管路，受力比較復雜，應格外注意。

各類閥門的選擇也非常重要，需根據閥門及設備的使用條件，制定嚴格的試車程序，否則可能嚴重影響試車乃至生產安全。

9 結語

溶解漿工藝方案的選擇，核心的問題是蒸煮方案的確定。對新建生產線而言，蒸汽預水解硫酸鹽蒸煮是主要的技術方案，此方案已經過生產實踐證明和檢驗，成熟可靠，也較易達到環(huán)保的要求。同時，大多溶解漿生產線的規(guī)模在年產40萬t及以下，此規(guī)模也是間歇蒸煮的適用范圍。

對于改造項目，如在現(xiàn)有的化學漿生產線進行改造生產溶解漿，則需根據實際情況綜合考慮蒸煮方案。尤其是對現(xiàn)有的連續(xù)蒸煮的化學漿生產線進行生產溶解漿的改造，需與蒸煮技術供應商進行詳細的技術交流，參考國內最近投產和即將投產的類似改造項目的經驗以及存在的問題多方面慎重考慮。

［1］ 呂衛(wèi)軍，張 勇，陳 彬．溶解漿的生產技術現(xiàn)狀與發(fā)展［J］．中國造紙，2012，31(1):61．

［2］ 美卓技術交流文件［S］．2010-2011年．

［3］ 劉 文，蒲俊文．再生纖維素纖維的發(fā)展［J］．中國造紙，2010，29(11):65．

［4］ 張震亞．粘膠纖維漿粕反應性能的研究［M］．北京:財政經濟出版社，1965．

［5］ 楊之禮，王慶瑞，鄔國銘．粘膠纖維工藝學［M］．北京:紡織工業(yè)出版社，1989．

［6］ 徐義林．粘膠纖維手冊［M］．北京:紡織工業(yè)出版社，1981．

［7］ FZ/T51001—1998粘膠纖維(含長絲和短纖維)用木漿粕質量指標［S］．

［8］ G＆LV技術交流文件［S］．2010-2011年．

［9］ Lenzing技術交流文件［S］．2010-2011年．

［10］ CPL技術交流文件［S］．2010年

［11］ 安德里茨技術交流文件［S］．2010-2011年．

［12］ 肖長發(fā)，尹翠玉，張 華，等．化學纖維概論［M］．北京:中國紡織出版社，1997．

Technologies of Dissolving Pulp Production(Continuous)

DENG Ji-zhe
(China CEC Engineering Corporation，Changsha，Hunan Province，410004)

The classification，end use，market and different manufacture technologies of dissolving pulp were introduced in the paper．The difference of manufacture technologies between dissolving pulp and normal chemical pulp and some of special engineering issues were discussed．

dissolving pulp;prehydrolytis;kraft pulp;viscose rayon

TS749;TS743+．1

A

0254-508X(2012)04-0058-09

鄧繼澤先生，高級工程師;主要從事制漿造紙工藝設計、工程設計管理及項目管理工作。

(E-mail:dengjize@cechina．com)

2012-01-04(修改稿)

(責任編輯:馬 忻)