漂白硫酸鹽木漿生產(chǎn)線改產(chǎn)溶解漿工程實(shí)踐

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(shí)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(shí)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(shí)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?；厥栈瘜W(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。

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(gè)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(jì)、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(jì)。

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(jì)量儀計(jì)量進(jìn)入預(yù)浸塔。

預(yù)浸塔是一個(gè)常壓容器，對木片有蒸汽預(yù)蒸和預(yù)浸2個(gè)作用。塔體上功能類似木片倉，為木片提供緩沖時(shí)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(shí)，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。

圖1  預(yù)浸塔頂部結(jié)構(gòu)圖

Fig. 1  Structure of the part of impBin

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(gè)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??；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。

圖2  第二代和第三代喂料線

Fig. 2  Compact Feed G2 amd Compact Feed G3

2.1.2　增加預(yù)水解系統(tǒng)

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(shí)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。

圖3  溶解漿制備簡易流程

Fig. 3  Simplified flow sheet for dissolving pulp

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。

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(shí)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(shí)，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)。

圖4  蒸煮塔頂部

Fig. 4  Top part of digester

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(shí)間需要控制。

通常溶解漿蒸煮得率較化學(xué)漿得率約低12～15個(gè)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。

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(shí)計(jì)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。

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(xiǎn)。