漂白硫酸鹽木漿生產(chǎn)線改產(chǎn)溶解漿工程實(shí)踐

薛麗麗 劉 宇 杜 娟

（中國中輕國際工程有限公司，北京，100026）

溶解漿是指通過酸性亞硫酸鹽法或預(yù)水解硫酸鹽法制得的木材衍生纖維素，還可以叫作高等級特種纖維素或化學(xué)纖維素，2 種方法原理相同：在纖維素過度降解發(fā)生之前減少木素含量；使半纖維素發(fā)生降解，以便于在蒸煮過程（預(yù)水解硫酸鹽法）或后期漂白過程（亞硫酸鹽法）中除去；在漂白過程中，控制纖維素降解到所需的黏度水平，以便于后續(xù)操作，同時產(chǎn)品達(dá)到各終端應(yīng)用要求的水平[1]。溶解漿主要用于黏膠人造絲、纖維素酯（纖維素醋酸酯、纖維素丙酸酯、纖維素丁酸酯、纖維素硝酸酯）和纖維素醚（羧甲基纖維素醚、乙基纖維素醚、甲基纖維素醚）的制造[2]。近年來，我國棉花種植面積波動較大，導(dǎo)致棉短絨產(chǎn)量波動，木材纖維溶解漿成為黏膠纖維原材料的主要補(bǔ)充來源。

溶解漿與化學(xué)漿生產(chǎn)工藝相差不大，對現(xiàn)有化學(xué)漿生產(chǎn)線進(jìn)行改造可生產(chǎn)溶解漿，為適應(yīng)棉花市場對溶解漿市場的影響，國內(nèi)多家大中型企業(yè)新建或改造現(xiàn)有制漿生產(chǎn)線兼產(chǎn)溶解漿，本文就某改造工程生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行介紹。

1 既有制漿生產(chǎn)線工藝及裝備概況

既有制漿生產(chǎn)線原料為桉木，產(chǎn)品為漂白硫酸鹽化學(xué)木漿。制漿工藝為：第二代緊湊蒸煮工藝（Compact G2）+封閉篩選、逆流洗滌、中濃氧脫技術(shù)+ECF 漂白工藝（Dht（EOP）D1D/P）；配套完整的堿回收系統(tǒng)，堿回收車間采用先進(jìn)、成熟、可靠的工藝流程，制漿車間黑液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、燃燒、苛化后，回收堿送制漿回用。蒸煮工段系統(tǒng)配置為木片預(yù)浸塔+高壓喂料器+立式連續(xù)蒸煮塔。

緊湊蒸煮（Compack Cooking）的特點(diǎn)是預(yù)浸和蒸煮之間具有靈活的液比，以及良好的蒸煮藥液分布，主要體現(xiàn)在：蒸煮溫度較低、蒸煮均勻且卡伯值波動小、相同卡伯值時有較高的蒸煮制漿得率；較低的漿渣、節(jié)子含量；紙漿的強(qiáng)度與黏度高、可漂性好；原料適應(yīng)廣。

第二代緊湊蒸煮（Compack Cooking G2）優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：預(yù)浸溫度低、時間長。更低的蒸煮溫度可減少半纖維素的溶出，提高紙漿得率，且根據(jù)需要能夠?qū)崿F(xiàn)快速的初段提取，有良好的后續(xù)提取效果。

洗選漂工段系統(tǒng)配置為：壓力篩+雙輥洗漿機(jī)+氧反應(yīng)塔+Dht 升/降流塔+EOP 降流塔+D1升/降流塔+D1升/降流塔+D/P升/降流塔+中濃儲漿塔。

洗選工段采用封閉篩選、逆流洗滌、兩段中濃氧脫深度脫木素技術(shù)，逆流洗滌系統(tǒng)采用雙輥洗漿機(jī)，漿料濃度可達(dá)30%以上，用水量低、對未漂漿洗凈度高、送漂白漿料殘堿低，有利于減少漂白化學(xué)藥品消耗，降低了排放廢水的污染負(fù)荷。

漂白工段采用ECF 漂白工藝，漂白程序?yàn)镈ht（EOP）D1D/P，雙輥洗漿機(jī)洗滌，升降流塔漂白，二氧化氯漂白時間充分，AOX污染負(fù)荷大大減少。

堿回收車間系統(tǒng)配置為蒸發(fā)工段采用多效高效傳熱的板式降膜蒸發(fā)器組；燃燒工段配置高效節(jié)能型堿回收爐；苛化工段配置高效澄清器+盤式過濾機(jī)；石灰窯工段采用帶閃急干燥的短型石灰回轉(zhuǎn)窯。

車間對制漿黑液進(jìn)行綜合處理，回收黑液中殘堿和熱量，堿回收爐產(chǎn)生的蒸汽送熱電站。熱電站配備汽輪發(fā)電機(jī)組，平衡和滿足全廠汽電用量。回收化學(xué)藥品中的大部分白液回用于制漿車間蒸煮工段，少量經(jīng)氧化用于洗選漂工段氧脫木素。

濃度80%～85%的黑液入堿回收爐燃燒；對全廠的臭氣進(jìn)行收集和燃燒，大大減少了臭氣的排放；苛化綠液、白液過濾采用高效澄清器和盤式過濾機(jī)，采用白液澄清和過濾相結(jié)合的方法，白液澄清度較高，白泥殘堿低；石灰回收工段采用帶閃急干燥的短型石灰回轉(zhuǎn)窯，苛化工段產(chǎn)生的白泥經(jīng)石灰窯煅燒后制成石灰回用于苛化工段消化。

2 工藝系統(tǒng)及裝備改造

工程前期，項(xiàng)目組人員結(jié)合溶解漿生產(chǎn)特性及現(xiàn)有生產(chǎn)線運(yùn)行數(shù)據(jù)，對整個化學(xué)漿生產(chǎn)線物料平衡、熱平衡、汽電消耗做了充分論證；與漿廠、設(shè)備供貨商多次討論，評估各車間生產(chǎn)線及單臺設(shè)備產(chǎn)能；多次勘察現(xiàn)場，對預(yù)留空間增設(shè)設(shè)備的可行性進(jìn)行評估，最終確定化學(xué)漿兼產(chǎn)溶解漿改造方案。此次改造中，備料車間保留原設(shè)計、制漿車間系統(tǒng)及設(shè)備改造、漿板車間增設(shè)軟化水噴淋系統(tǒng)、堿回收車間僅燃燒工段高濃臭氣系統(tǒng)局部改造，其他保留原設(shè)計。

2.1 蒸煮工段改造

2.1.1 木片預(yù)浸系統(tǒng)改造

2.1.1.1 改造前木片預(yù)浸系統(tǒng)

木片自備料車間通過木片輸送機(jī)送至預(yù)浸塔頂部，經(jīng)過木片緩沖槽，再經(jīng)木片計量儀計量進(jìn)入預(yù)浸塔。

預(yù)浸塔是一個常壓容器，對木片有蒸汽預(yù)蒸和預(yù)浸2個作用。塔體上功能類似木片倉，為木片提供緩沖時間并降低木片架橋。預(yù)浸液來自蒸煮塔頂部分離器循環(huán)黑液及蒸煮塔上部篩板抽提液。預(yù)浸液通過預(yù)浸塔中心管加入，保持一定液位。塔內(nèi)木片溫度隨預(yù)浸液的加入上升接近100℃，塔中產(chǎn)生的上升蒸汽，在木片緩存區(qū)加熱木片，排除木片中的空氣，從而提高木片的預(yù)浸程度，木片經(jīng)過蒸汽預(yù)蒸區(qū)，進(jìn)入預(yù)浸區(qū)。

預(yù)浸塔頂部結(jié)構(gòu)如圖1 所示。預(yù)浸塔頂部與低濃臭氣系統(tǒng)連接，由于預(yù)浸塔操作溫度低，臭氣量少，經(jīng)空氣稀釋后，與洗選工段臭氣混合統(tǒng)一送往低濃臭氣處理系統(tǒng)。當(dāng)排氣溫度高于60℃時，具有爆炸性，不得進(jìn)入低濃臭氣系統(tǒng)，經(jīng)冷卻后送往臭氣焚燒爐燃燒。

出料為第二代緊湊蒸煮喂料系統(tǒng)Compact Feed G2。作為第二代緊湊蒸煮系統(tǒng)的重要組成部分，除了能貢獻(xiàn)以上第二代緊湊蒸煮所具有的優(yōu)勢特點(diǎn)之外，其本身具有很多獨(dú)特之處，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：喂料系統(tǒng)簡單，與傳統(tǒng)喂料系統(tǒng)相比，所采用的設(shè)備少，占地面積小；高壓喂料器使用壽命大幅延長；緊湊高壓喂料器和藥液循環(huán)得到了改進(jìn)。提高了高壓喂料器的填充率，喂料器能力增加。

預(yù)浸工藝優(yōu)點(diǎn)：木片預(yù)浸溫度100℃左右，低溫可減少藥液對半纖維素的降解，提高蒸煮得率；預(yù)浸液與木片高液比預(yù)浸，堿液分布均勻，可提高蒸煮得率[3]。

2.1.1.2 改造后木片預(yù)浸系統(tǒng)

預(yù)浸塔本體改造了預(yù)浸塔必要的部件材質(zhì)，升級為304L 內(nèi)襯雙相鋼；頂部增加低壓蒸汽系統(tǒng)，蒸汽分布均勻加入，蒸汽管伸入塔體內(nèi)部；提高木片汽蒸及預(yù)浸溫度，提高半纖維素的降解程度，并提高進(jìn)預(yù)水解塔木片溫度。出料改為第三代緊湊蒸煮喂料系統(tǒng)Compact Feed G3，系統(tǒng)安裝對現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)影響小。第三代緊湊蒸煮喂料系統(tǒng)與第二代緊湊蒸煮喂料線相比可增加喂料能力，系統(tǒng)可操控性、產(chǎn)能靈活性及運(yùn)行成本更具優(yōu)勢。該系統(tǒng)可設(shè)2 臺木片進(jìn)料泵，也可以1 臺泵頭配備2 臺電機(jī)，電機(jī)一用一備，減少不必要的停機(jī)。改造前后喂料線如圖2所示。

2.1.2 增加預(yù)水解系統(tǒng)

圖1 預(yù)浸塔頂部結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of the part of impBin

圖2 第二代和第三代喂料線Fig.2 Compact Feed G2 amd Compact Feed G3

與傳統(tǒng)硫酸鹽法蒸煮工藝相比，溶解漿蒸煮工藝增設(shè)預(yù)水解系統(tǒng)，可提高漿粕反應(yīng)能力和降低半纖維素含量（特別是聚木糖含量）；減少己烯糖醛酸的產(chǎn)生，去除原料中抗堿的半纖維素聚糖，降低漿料中過渡金屬離子的含量，有利于蒸煮脫出木素和提升后續(xù)漿料的漂白性能。

預(yù)水解硫酸鹽法在傳統(tǒng)硫酸鹽法制漿蒸煮前加預(yù)水解系統(tǒng)。由于半纖維素對堿的攻擊有抵抗性，使傳統(tǒng)的硫酸鹽法制漿無法生產(chǎn)符合要求的溶解漿。為了利用硫酸鹽法制備溶解漿，必須在堿法蒸煮前對木片進(jìn)行預(yù)處理。在預(yù)水解過程中，纖維素對酸的攻擊有較大的抵抗性，而半纖維素則被降解為較小的分子（聚合度只有原來的30%），在硫酸鹽法蒸煮過程中，通過剝皮反應(yīng)和水解反應(yīng)能很大程度除去半纖維素[4]。但在預(yù)水解過程中，木素發(fā)生縮合，因此與傳統(tǒng)的硫酸鹽法蒸煮相比，預(yù)水解硫酸鹽法蒸煮的條件苛刻[5]。

溶解漿預(yù)水解的方法有3 種，分別為蒸汽預(yù)水解、水預(yù)水解及酸預(yù)水解。蒸汽預(yù)水解與水預(yù)水解反應(yīng)機(jī)理一樣，原料在熱水中水解，乙?；图柞；D(zhuǎn)化為乙酸和甲酸，使酸度增加，水解速度加快，pH值至3.0 左右到達(dá)水解終點(diǎn)。相比水預(yù)水解，蒸汽預(yù)水解水解液比少、反應(yīng)速度快、升溫時間短、操作簡單、耗汽量少。水解過程中，利用原料本身產(chǎn)生的有機(jī)酸水解半纖維素，只需要通入蒸汽，不需要使用酸液和水，水解完成后，水解液被木片吸附，隨后被白液中和，不產(chǎn)生水解廢液。蒸汽預(yù)水解工藝成熟、成本低，故在新建、改建溶解漿系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛。圖3為其制備溶解漿簡易流程。

本工程采用蒸汽預(yù)水解法，即在預(yù)水解塔頂部加入中壓蒸汽，控制P-因子（Pre-hydrolysis factor）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著P-因子增大，戊糖提取率呈增加趨勢，提取液中糠醛含量也逐漸升高；預(yù)水解后木片硫酸鹽蒸煮漿料的得率、卡伯值和黏度均隨P-因子增大而逐漸降低；水解液中的木糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖含量均隨P-因子增大而增加，其中木糖含量的增加最為明顯，阿拉伯糖在預(yù)水解過程中已被全部提取，在較低P-因子條件下可被溶出[6]。結(jié)合原料情況及工程經(jīng)驗(yàn)，預(yù)水解桉木木片P-因子在400～800 之間，生產(chǎn)中可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況調(diào)整。預(yù)水解塔底部逆流洗滌，最大限度提高置換率，減少對蒸汽、水的消耗。預(yù)水解后的木片經(jīng)底部卸料器，背壓送入蒸煮鍋頂部。

圖3 溶解漿制備簡易流程Fig.3 Simplified flow sheet for dissolving pulp

2.1.3 蒸煮系統(tǒng)改造

圖4 為蒸煮塔頂部。蒸煮塔頂部加入中壓蒸汽、加熱木片和黑液，同時提供蒸煮壓力。當(dāng)蒸煮溫度較低，蒸汽不能維持蒸煮所需壓力時，加入壓縮空氣。通過壓力控制閥控制，定期排除頂部不凝氣至預(yù)浸塔。木片在自身重力下在蒸煮塔內(nèi)向下移動，通過上部蒸煮區(qū)、上部篩板抽提區(qū)、下部蒸煮區(qū)、下部篩板抽提區(qū)、洗滌區(qū)、底部卸料裝置，最后低溫噴放至蒸煮噴放鍋。洗滌區(qū)在蒸煮塔的下部，洗滌液來自黑漿洗選工段，在不影響木片下移情況下逆流向上置換洗滌漿料，最終從蒸煮塔下部篩板被抽提送往蒸發(fā)站。連續(xù)蒸煮塔設(shè)備本體除了洗滌區(qū)均為蒸煮區(qū)。上篩板抽提液部分作為熱液送往預(yù)浸塔底部，部分抽提液作為冷液送往預(yù)浸塔頂部；部分抽提液循環(huán)至蒸煮塔頂部分離器；另外一部分送往蒸發(fā)站，進(jìn)入堿回收系統(tǒng)。

蒸煮塔改造中，在頂部分離器增加白液管道，增加換熱器及蒸煮液循環(huán)泵。蒸煮塔循環(huán)液經(jīng)泵加壓，與中壓蒸汽換熱溫度提高到132℃左右，送入蒸煮塔中心管至上部篩板抽提區(qū)。預(yù)水解后的漿料蒸煮與普通硫酸鹽法蒸煮相同。由于預(yù)水解木素結(jié)構(gòu)的變化，漿料的顏色變深，蒸煮用堿量增高，最高溫度和時間需要控制。

圖4 蒸煮塔頂部Fig.4 Top part of digester

2.2 篩選、洗滌、氧脫木素、漂白區(qū)改造

溶解漿的除節(jié)、洗滌、氧脫木素與普通硫酸鹽漿沒有顯著區(qū)別。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少塵埃及金屬離子對漿料的影響，此次改造加強(qiáng)對漿料的洗滌。

自蒸煮區(qū)來的漿料中含有一些節(jié)子和少量未被蒸煮的木片，防止對后續(xù)系統(tǒng)及最終產(chǎn)品的影響，自噴放鍋由噴放漿泵送來的漿料，首先除節(jié)再經(jīng)篩選、洗滌后進(jìn)氧脫木素系統(tǒng)，進(jìn)一步降低漿料卡伯值。漿料經(jīng)氧脫木素進(jìn)入漂白前的洗漿系統(tǒng)，需要充分洗滌漿料，洗滌好壞影響到后續(xù)漂白化學(xué)品的消耗量。本工藝采用熱水逆流洗滌，洗滌因子2.5，保證進(jìn)漂白工段漿料具有一定洗凈度。

由于上游蒸汽預(yù)水解和蒸煮充分，篩選系統(tǒng)篩渣量較低。篩選工段末端洗漿機(jī)出料螺旋，在稀釋濾液管增補(bǔ)過氧化氫加入管，以調(diào)整漿料黏度。溶解漿與普通硫酸鹽漿要求高黏度不同，必要時要把黏度降到目標(biāo)值[7]。

為了便于控制漿料的戊糖含量和漿料黏度，保留氧脫木素，氧氣與中壓蒸汽混合后加入到氧脫混合器，再經(jīng)中濃泵送至氧反應(yīng)塔。本系統(tǒng)改造增加氧混合器及中濃泵，以提高漿料與氧氣的混合度及壓力。

漂白采用Dht（EOP）D1D/P。Dht主要是去木素階段，降低卡伯值同時也有漂白功能。該段在酸性條件下進(jìn)行，pH值維持在2.5左右，根據(jù)殘氯、得率和卡伯值控制ClO2加入量。與傳統(tǒng)D0相比，Dht 操作溫度由70～75℃提高到85℃左右，最大限度溶出己烯糖醛酸、節(jié)省10%～50%ClO2消耗、返黃率降低5%～22%、漿料黏度降低5%～12%；EOP 為抽提階段，此階段加入過氧化氫，進(jìn)一步脫除木素，加入堿液控制pH值；D1段進(jìn)一步脫除漿料中的有色物質(zhì)。酸、堿加入到該階段以調(diào)整漿料的pH值，反應(yīng)終止加入10 g/L的SO2溶液，降低殘氯濃度；D/P段進(jìn)一步脫除漿料中的有色物質(zhì)，根據(jù)不同客戶對漂白漿產(chǎn)品參數(shù)要求，該段可加入ClO2為D2段漂白，也可加入H2O2為P段漂白，此次改造該段洗滌水改造為80℃軟化水，以加強(qiáng)對漿料的洗滌。

2.3 新增軟化水系統(tǒng)

為防止常規(guī)生產(chǎn)用水中可溶性鈣、鎂化合物對產(chǎn)品的灰分含量造成不良影響，增加軟化水系統(tǒng)用于溶解漿生產(chǎn)。

進(jìn)制漿車間軟化水分3 部分單獨(dú)計量：第1 部分送往蒸煮工段，經(jīng)各換熱器加熱到80℃，送往洗選工段軟化水槽。第2部分送往氧脫木素工段，并充分利用氧脫木素后濾液熱能加熱，然后送至軟化水槽；自軟化水槽的軟化水，一部分泵送換熱器再次加熱后泵送至漂白工段各洗漿機(jī)噴淋水；一部分送漿板車間用作漿板機(jī)噴淋水。第3部分未加熱的軟化水送往漂白工段D1喂料立管，與D1段濾液一起調(diào)節(jié)漿濃，自漿濃30%調(diào)節(jié)到12%送D1反應(yīng)塔。

漂白工段各洗漿機(jī)噴淋水、D/P 塔底部調(diào)濃水、漂白漿調(diào)濃水，均來自漂白工段熱軟化水槽及來自漿板車間的白水。由此漂白工段自D1喂料立管開始進(jìn)入系統(tǒng)的水均為軟化水。

2.4 設(shè)備及管道布置

改造工程中用于布置新增設(shè)備的場地有限，且改造工程的設(shè)備布置要在不影響現(xiàn)有設(shè)備正常運(yùn)行、兼顧新老工藝流程的合理性、不占用設(shè)備檢修空間、滿足新增設(shè)備施工條件、盡量縮短施工安裝周期的前提下進(jìn)行，因此經(jīng)漿廠、設(shè)計方、設(shè)備供應(yīng)商等多方充分討論，現(xiàn)場實(shí)地勘察、反復(fù)研究，最終確定新增設(shè)備布置和施工方案。按照生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備之間的連接要求，一些新增設(shè)備的位置有現(xiàn)有設(shè)備、管道運(yùn)行，需要現(xiàn)場查看安裝空間、檢修空間，根據(jù)新老生產(chǎn)系統(tǒng)的切換要求，評判新老設(shè)備、管道改造方案后再確定設(shè)備布置。結(jié)構(gòu)專業(yè)根據(jù)設(shè)備布置方案，盡量利用現(xiàn)有設(shè)備地下基礎(chǔ)，如采用植筋避開原螺栓孔的方法，重開地腳螺栓開孔的方式實(shí)現(xiàn)新老設(shè)備安裝交替。

管道布置需要充分梳理流程和介質(zhì)的特殊性、充分管道利舊、盡量減少運(yùn)行管道改造，以縮短工期并節(jié)省新購材料。蒸煮工段介質(zhì)種類多且多為高溫、高壓介質(zhì)，尤其溶解漿生產(chǎn)系統(tǒng)，需要著重關(guān)注木片、節(jié)子等易堵管道的走向、大倍率彎頭的選用、手動閥以及自控閥選型。木片輸送管道的特殊三通及薄弱銜接均需要局部加厚，管道銜接位置盡量流暢，防止接管位置堵塞及焊接薄弱。由于該工程投產(chǎn)以后為兩種漿種切換，銜接管道切斷閥之間短管介質(zhì)不流動，為防止冬季極冷天氣管道凍裂，此類管道需要局部電伴熱，要求溫度不低于5℃。

3 改造結(jié)果

通常溶解漿蒸煮得率較化學(xué)漿得率約低12～15個百分點(diǎn)，蒸煮耗堿量、汽耗、電耗比化學(xué)漿高，表1是生產(chǎn)參數(shù)的簡單對比。

表1 改造前后生產(chǎn)參數(shù)對比Table 1 Comparison of production parameters %

溶解漿具體質(zhì)量指標(biāo)取決于最終用戶的要求。從表1可以看出，生產(chǎn)線改造完成后，鑒于溶解漿的生產(chǎn)特性，生產(chǎn)溶解漿時計算產(chǎn)能下降約27%。制漿車間蒸煮工段送堿回收車間黑液處理量增加約13.5%，黑液固形物量增加約12%，增幅在現(xiàn)有堿回收車間生產(chǎn)負(fù)荷范圍內(nèi)。

國際上溶解漿生產(chǎn)技術(shù)主要以間歇蒸煮工藝為主，近年來用于溶解漿生產(chǎn)的連續(xù)蒸煮技術(shù)日益成熟，一些新建大型漂白硫酸鹽木漿廠，為了適應(yīng)市場多變性，也采用了硫酸鹽漿與溶解漿自由切換的連續(xù)蒸煮的制漿工藝。

4 結(jié) 語

現(xiàn)有硫酸鹽木漿改造為溶解漿生產(chǎn)線，不僅要對工藝流程調(diào)整，還需要對部分生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行必要改造。溶解漿得率低，蒸汽消耗增大，黑液量增大、黑液固形物及有機(jī)物含量增多，要充分考慮新老系統(tǒng)平衡，制漿產(chǎn)能要與現(xiàn)有配套的堿回收系統(tǒng)及熱電站供汽能力相匹配。

近幾年建成及改造的溶解漿工程日益增多，行業(yè)發(fā)展在技術(shù)領(lǐng)域需不斷進(jìn)步，面對國內(nèi)匱乏的森林資源，在原材料供應(yīng)方面需尋找突破口。溶解漿市場受棉花市場影響較大，企業(yè)需綜合考慮，避免盲目投資，規(guī)避風(fēng)險。