一種木素磺酸銨的製備方法
2023-11-10 05:41:07 2
專利名稱：一種木素磺酸銨的製備方法
技術領域：
本發明提供了一種木素磺酸銨的製備方法，屬於草漿黑液治理領域。
背景技術：
我國造紙工業原料中80%以上是草類纖維。草類纖維造紙主要有兩種，鹼法制 漿和亞硫酸鹽法製漿。亞硫酸鹽法製漿又以亞銨法製漿為主。亞銨法製漿是用亞硫 酸銨與植物纖維原料中的木素作用，生成易溶的木素磺酸鹽而溶出，以達到分離纖 維的目的。
亞銨法製漿後，其黑液的成分除了木素磺酸銨外，還含有銨態氮、糖以及其它 有機質。其CODcr—般在120000mg/L以上。因此，亞釹法草漿黑液是製備木素磺 酸銨的一種良好原料。
目甜，以亞銨法草漿黑液為原料製備木素磺酸銨，己有相關專利。如申請號為 CN00124912的中國專利，是一種由亞銨法製漿造紙廢液資源化生產木素產品的方 法，包括將蒸煮後噴放出來的原漿進行槳液分離，提取90 %以上的黑液；對分離 出的廢液進行微濾淨化；淨化的廢液進行低濃蒸發，使廢液濃縮成30 — 40 %的濃 度；然後，濃廢液經噴霧乾燥塔進行噴霧乾燥。
但是亞銨法草漿黑液含矽量高，黏度大，活化能很高，半纖維和雜細胞多以及 易於變質和產生沉澱，因此蒸發濃縮時耗能高，成本較大。
本發明採用五效逆流蒸發濃縮工藝，克服了上述缺點，能源消耗少，每噸蒸汽 可以帶走4一6噸水分，而且能夠將黑液濃縮到40—47%不結粗，產生的汙冷凝水 COD僅1500 mg/L，易於治理。同時，得到的木素磺酸銨，用途廣泛，可以作為多 種具有很高經濟價值產品的原料，還可用於製備優秀的減水劑，也可以加入少量交 聯劑，用於製備木質素固沙劑，具有良好的經濟效益。
發明內容
本發明的目的在於提供一種木素磺酸銨的製備方法。 本發明提供的一種木素磺酸銨的製備方法，包括以下歩驟
4(1) 蒸發濃縮
採用五效逆流蒸發濃縮工藝，亞銨法草漿黑液自V效流入，加熱蒸汽自I效流 入，亞銨法草漿黑液依次經過V效、IV效、III效加熱蒸發後，變為低半濃黑液，低 半濃黑液依次經過II效、I效加熱蒸發後，變為半濃黑液，半濃黑液再一次依次經過 II效和I效加熱蒸發，變為濃黑液；
(2) 乾燥
將濃黑液通過噴漿造粒或噴霧乾燥，得到粒狀或粉狀的木素磺酸銨。
其中上述的亞銨法草漿黑液纖維含量過325目篩後不大於200 mg/L，波美度2-9， 固含量=4—15%， pH = 9-13，溫度二60-80。C。
所述的亞鈸法草漿黑液在流入V效前先進行閃蒸，優選閃蒸連續進行2次，閃 蒸出的蒸汽分別通入III效和IV效蒸發器，以充分利用亞銨法草漿黑液自身的熱量。
所述的五效蒸發各效壓力為I效20—38 kPa， I效20—38 kPa， II效_19 OkPa、 111效—58 —40kPa 、 IV效—73 —60kPa， V效—84^^ — 79kPa，各效壓 力為相對大氣壓力而S。
亞銨法草漿黑液經過各效時溫度分別為i效100-120°C、 II效90-100°C 、 III 效80-90。C 、 IV效70-80。C、 V效57-65。C。
亞鈸法草漿黑液經過各效時波美度分別為V效5—9、 IV效9一12、 III效11 一14;第一次經過II效和I效時，11效14_17、 I效18 — 21;第二次經過II效和I 效時，II效23—25、 I效25-29。
所述的低半濃黑液固含量為20_25%，波美度為11-14;所述的半濃黑液固含量 為30—35%，波美度為18-21，所述的濃黑液固含量為40—47%，波美度為25—29。
所述的加熱蒸汽溫度為120-200°C，壓力為0.2-0.4MPa，自I效流入後經過熱交 換變為清潔冷凝水，溫度為105°C-120°C，優選將所述的清潔冷凝水再進行閃蒸，閃 蒸出的蒸汽通入II效，以提高熱能利用率。
所述的噴漿造粒時噴槳造粒機頭溫度500 65(TC，機尾溫度47—7(TC，返料量 》50%。
所述噴霧乾燥時噴霧乾燥塔入口溫度300—40(TC，出口溫度110—130'C。 以下對本發明展開詳述。
本發明提供的一種木素磺酸銨的製備方法，主要包括以下兩個歩驟
5200810013839.3
說明書第2/8頁
(1) 蒸發濃縮本發明方法的原料是針對來自擠漿機的亞銨法草漿黑液，為了防止對後續工藝 產生不利影響，必須先將黑液過濾，以除去其中的纖維素，過濾纖維的歩驟使用纖 維過濾機，經過纖維過濾機後的亞銨法草漿黑液纖維含量(過325目篩子)《200 mg/L，波美度2-9，固含量=4一15%， pH=9-13，溫度二60-80。C。
為了提高熱能利用率，蒸發濃縮時一般採用多效蒸發，多效蒸發中第I效加入加 熱蒸汽，其中蒸出的二次蒸汽溫度比加熱蒸汽低，可作為第II效的的加熱蒸汽，第 II效蒸出的二次蒸汽作為第III效的加熱蒸汽，依次類推，各效的加熱蒸汽溫度與各 效的操作壓力依次降低，各效溶液的沸點溫度也依次降低。
隨著多效蒸發器效數的增加，單位蒸汽消耗量逐漸減小，但由於多效蒸發器成 本較高，因此出自操作成本考慮，本發明採用五效蒸發。
為了充分利用黑液自身的熱量，提高熱能利用率，降低成本，可以將亞鈸法草 漿黑液在進入五效蒸發前先進行閃蒸，優選連續進行2次閃蒸。閃蒸使得亞銨法草 漿黑液產生少量蒸汽，2個閃蒸罐的蒸汽分別通入以後歩驟中的III效和IV效蒸發器， 可以利用亞鈸法草漿黑液自身的熱量。
亞銨法草漿黑液流入閃蒸罐的溫度為60—80'C，經過2歩閃蒸後，溫度變化不 大，固含量無明顯變化，然後進行五效蒸發。
五效蒸發所用的設備為五效蒸發器，五效蒸發器中的每一效通常分為三部分， 可參見圖4，最上部為分配盤，作用是將循環泵抽上的黑液平均分配到各管中，中間 為氣室，為蒸汽與黑液的熱交換區域，黑液的此區域蒸發濃縮，最下部為液室，蒸 發濃縮後的黑液流入此部位。
總的來說，五效蒸發器中的物質可分為氣相和液相兩部分，液相即黑液，氣相 即蒸汽，流向分別如下所示
1、 液相即黑液流向如圖2所示。
2、 氣相即蒸汽流向如圖3所示。
亞銨法草漿黑液流入V效蒸發器，被來自IV效蒸發器的蒸汽加熱濃縮，進入IV 效蒸發器，被來自III效的蒸汽加熱濃縮，進入低半濃黑液槽，變為低半濃黑液，固 含量為20 — 25%，波美度為11-14。
低半濃黑液然後依次進入II效蒸發器和I效蒸發器，被蒸汽加熱濃縮後進入半 濃黑液槽，變為半濃黑液，固含量為30 — 35%，波美度為18-21。
6半濃黑液再一次依次進入II效和I效黑液槽，被蒸汽加熱濃縮即變為濃黑液， 流入濃黑液槽。
濃黑液固含量為40—47%，波美度為25-29。
在五效蒸發器中，氣相即蒸汽的流向剛好相反，目的在於增加氣相和液相間的 溫度差，提高熱交換效率。其中，從蒸汽發生器出來的初始蒸汽溫度為200 — 21(TC， 壓力=0.8-1 MPa，經過減壓閥降到0.2-0.4MPa、 14(TC左右，通入I效，此時的蒸汽 為清潔蒸汽，與I效的黑液進行熱交換後，變為清潔冷凝水，清潔冷凝水的溫度為 105°C-120°C，為了充分利用其熱量，將其通過一個閃蒸罐，閃蒸的蒸汽通入II效蒸 發器，排出的清潔冷凝水可以用於製漿工藝中的洗漿。
I效的黑液蒸發的蒸汽進入II效，作為II效的加熱蒸汽，同樣，II效的黑液蒸發 的蒸汽作為III效的蒸發蒸汽，依次類推，II、 III、 IV、 V黑液蒸發的蒸汽為汙蒸汽， 因其為前一效沸騰黑液產生，其與該效黑液進行熱交換後，即形成汙冷凝水，II、 III、 IV、 V效的汙冷凝水最終匯總在一起，COD在1500mg/L左右，流向汙水處理 廠進行處理。
上述各效中黑液的溫度依次為 I效100-120°C、 II效 90-100。C 、 11I效80-90。C 、 IV效70-80°C、 V效57-65 。C;
各效黑液波美度分別為 各效黑液波美度分別為
V效5—9、 IV效9一12、 IH效11一14;第一次經過II效和I效時，n效14一17、 I 效18—21;第二次經過II效和I效時，H效23—25、 I效25-29。 各效的壓力為
I效20 — 38 kPa、 II效 —19 0kPa、 111效—58^40 kPa 、 IV效—73 —60kPa、 V效一84^^—79kPa，文中所有壓力都為相對壓力，相對大氣壓而言。
各效的熱交換面積可以視設計處理能力而定，以設計處理能力蒸發水70噸/h， 每天處理2000m3的亞銨法草漿黑液；正常負荷下通蒸汽量為17.5噸/h而言，每效的 熱交換面積為I效1600m2、 II效1200 m2、 III效、IV效、V效都是900m2。
此外，在設計中為了提高熱交換效率，往往需要將各效蒸發器中N2等不凝性氣
體除去，這可以通過在氣室處連接一個真空泵來實現，在氣室和真空管道連接處有 節流孔板，只允許不凝性氣體通過，而水蒸氣無法通過。二、乾燥
亞銨法草漿黑液經過濃縮變為濃黑液後，將其進行乾燥即可得木素磺酸銨。出 自工業化大生產的考慮，乾燥方法優選噴漿造粒或噴霧乾燥，其中噴漿造粒時噴漿 造粒機頭溫度550 60(TC，機尾溫度47 — 55。C，返料量》50%，噴霧乾燥時，噴霧 乾燥塔入口溫度300—40(TC，出口溫度110 — 13(TC。具體流程見圖5。濃黑液噴入 噴塔，同時熱風爐提供的熱風進入噴塔，通過乾燥噴霧形式生產粉末狀的化工原料。 所產生尾氣經過旋風分離器、風機和溼法除塵器後，直接用在儲料罐周邊,作為保溫 熱源利.基本沒有任何廢氣,廢渣,廢水排出.完全避免對周邊環境產生任何汙染。
總之，本發明工藝能源消耗少，採用多歩閃蒸和加入節流孔板等方式，以充分 利用蒸汽的熱量，每噸蒸汽可以帶走4_6噸水分，而且能夠將黑液濃縮到40—47 %不結垢，產生的汙冷凝水COD僅1500 mg/L，易於治理。同時，得到的木素磺酸 銨，用途廣泛，可以作為多種具有很高經濟價值產品的原料，還可用於製備優秀的 減水劑，也可以加入少量交聯劑，用於製備木質素固沙劑，具有良好的經濟效益。
圖1本發明採用的五效蒸發工藝
圖2五效蒸發中液相流動方向
圖3五效蒸發中氣相流動方向
圖4蒸發器的簡要結構示意圖
圖5濃黑液的噴霧乾燥過程
具體實施方式
實施例1
(1)蒸發濃縮
亞銨法草漿黑液纖維含量200mg/L，波美度2，固含量=4%， pH=9;溫度為 6CTC，將草漿黑液進行2歩閃蒸，得到閃蒸後的草漿黑液。
將閃蒸後的草漿黑液進行五效蒸發，五效蒸發過程為逆流多效蒸發，閃蒸後的 草漿黑液自V效流入，加熱蒸汽自I效流入，閃蒸後的草漿黑液依次經過V效、IV 效、III效加熱蒸發後，變為低半濃黑液，低半濃黑液依次經過II效、I效加熱蒸發 後，變為半濃黑液，半濃黑液再一次依次經過II效和I效加熱蒸發，變為濃黑液。
上述的加熱蒸汽溫度為120°C，壓力為0.2MPa，自I效流入後經過熱交換變為
清潔冷凝水，溫度為105°C，所述的清潔冷凝水再進行閃蒸，閃蒸出的蒸汽再次利用，
8上述的五效蒸發各效壓力為I效20 kPa， II效一19kPa、 III效—58 kPa 、 IV 效一73kPa、 V效一84kPa;
各效黑液溫度為
I效100°C、 II效 90°C 、 ni效80。C 、 IV效70°C、 V效57。C :各效黑液波美度分別為
V效5、 IV效9、 III效11;第一次經過II效和I效時，II效14、 I效18;第二 次經過II效和I效時，11效23、 1效25。
上述的低半濃黑液固含量為20%，波美度為11;所述的半濃黑液固含量為30%， 波美度為18;得到的濃黑液其固含量為40%，波美度為25。 (2)噴漿造粒
將濃黑液通入噴漿造粒機，噴漿造粒機頭溫度50(TC，機尾溫度47'C，返料量 50%，得到粒狀木素磺酸銨。 實施例2 (1)蒸發濃縮
亞銨法草漿黑液纖維含量100mg/L，波美度9，固含量=15%， pH=13
將亞鈸法草漿黑液直接進行五效蒸發，五效蒸發過程為逆流多效蒸發，草漿黑 液自V效流入，加熱蒸汽自I效流入，草漿黑液依次經過V效、IV效、III效加熱蒸 發後，變為低半濃黑液，低半濃黑液依次經過II效、I效加熱蒸發後，變為半濃黑液， 半濃黑液再一次依次經過II效和I效加熱蒸發，變為濃黑液。。
上述的加熱蒸汽溫度為200°C，壓力為0.4MPa，自I效流入後經過熱交換變為 清潔冷凝水，溫度為120°C。
上述的五效蒸發各效壓力為1效38 kPa， II效OkPa、 IH效一40kPa、 IV 效一60kPa、 V效一79kPa;
各效黑液溫度為
I效120°C、 II效 100°C 、 ni效90。C 、 IV效80°C、 V效65。C 各效黑液波美度分別為
V效9、 IV效12、 III效14;第一次經過II效和I效時，II效17、 I效21;第二 次經過II效和I效時，11效25、 1效29。
上述的低半濃黑液固含量為25%，波美度為14;所述的半濃黑液固含量為35%,
9波美度為21;得到的濃黑液其固含量為47%，波美度為29。 (2)噴漿造粒
將濃黑液通入噴漿造粒機，噴漿造粒機頭溫度65(TC，機尾溫度70°C，返料量 70%,得到粒狀木素磺酸銨。 實施例3
(O蒸發濃縮
亞鈸法草漿黑液纖維含量50mg/L，波美度6，固含量=10%， pH=10;溫度為 7CTC，將草漿黑液進行一歩閃蒸，得到閃蒸後的草漿黑液。
將閃蒸後的草漿黑液進行五效蒸發，五效蒸發過程為逆流多效蒸發，閃蒸後的 草漿黑液自V效流入，加熱蒸汽自I效流入，閃蒸後的草漿黑液依次經過V效、IV 效、III效加熱蒸發後，變為低半濃黑液，低半濃黑液依次經過II效、I效加熱蒸發 後，變為半濃黑液，半濃黑液再一次依次經過II效和I效加熱蒸發，變為濃黑液。
上述的加熱蒸汽溫度為130°C，壓力為0.3MPa，自I效流入後經過熱交換變為 清潔冷凝水，溫度為105°C，所述的清潔冷凝水再進行閃蒸，閃蒸出的蒸汽再次利用， 以提高熱能利用率。
上述的加熱蒸汽溫度為140°C，壓力為0.3 MPa，自I效流入後經過熱交換變為 清潔冷凝水，溫度為ll(TC，所述的清潔冷凝水再進行閃蒸，閃蒸出的蒸汽再次利用， 以提高熱能利用率。
上述的五效蒸發各效壓力為I效25kPa， II效一10kPa、 IH效一50kPa、 IV 效—70kPa、 V效一80kPa;
各效黑液溫度為
I效110°C、 II效 95°C 、 ni效85。C 、 IV效75°C、 V效60°C 各效黑液波美度分別為
V效6、 IV效10、 III效12;第一次經過II效和I效時，II效15、 I效19;第二 次經過II效和I效時，11效24、 1效28。
上述的低半濃黑液固含量為21%，波美度為12;所述的半濃黑液固含量為32%， 波美度為19;得到的濃黑液其固含量為42%，波美度為28。 (2)噴霧乾燥
將濃黑液通入噴霧乾燥塔，噴霧乾燥塔入口溫度30(TC，出口溫度110。C，得到 粉狀木素磺酸銨。
10實施例4
(1) 蒸發濃縮
亞銨法草漿黑液纖維含量80mg/L，波美度8，固含量=13%， pH=ll;溫度為 62°C，將草漿黑液進行2歩閃蒸，得到閃蒸後的草漿黑液。
將閃蒸後的草漿黑液進行五效蒸發，五效蒸發過程為逆流多效蒸發，閃蒸後的 草漿黑液自V效流入，加熱蒸汽自I效流入，閃蒸後的草漿黑液依次經過V效、IV 效、III效加熱蒸發後，變為低半濃黑液，低半濃黑液依次經過II效、I效加熱蒸發 後，變為半濃黑液，半濃黑液再一次依次經過II效和I效加熱蒸發，變為濃黑液。
上述的加熱蒸汽溫度為150°C，壓力為0.35 MPa，自I效流入後經過熱交換變為 清潔冷凝水，溫度為112°C，所述的清潔冷凝水再進行閃蒸，閃蒸出的蒸汽再次利用， 以提高熱能利用率。
上述的五效蒸發各效壓力為I效28kPa， II效一12kPa、 III效一45kPa 、 IV 效一65kPa、 V效一82kPa;
各效黑液溫度為
I效115。C、 II效 98°C 、 HI效86。C 、 IV效73°C、 V效58°C 各效黑液波美度分別為
V效8、 IV效ll、 III效13;第一次經過II效和I效時，11效16、 I效20;第二 次經過II效和I效時，11效24、 1效28。
上述的低半濃黑液固含量為22%，波美度為13;所述的半濃黑液固含量為33%， 波美度為20;得到的濃黑液其固含量為42%，波美度為28。
(2) 噴霧乾燥
將濃黑液通入噴霧乾燥塔，噴霧乾燥塔入口溫度30(TC，出口溫度110。C，得到 粉狀木素磺酸銨。
1權利要求
1、一種木素磺酸銨的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)蒸發濃縮採用五效逆流蒸發濃縮工藝，亞銨法草漿黑液自V效流入，加熱蒸汽自I效流入，亞銨法草漿黑液依次經過V效、IV效、III效加熱蒸發後，變為低半濃黑液，低半濃黑液依次經過II效、I效加熱蒸發後，變為半濃黑液，半濃黑液再一次依次經過II效和I效加熱蒸發，變為濃黑液；(2)乾燥將濃黑液通過噴漿造粒或噴霧乾燥，得到粒狀或粉狀的木素磺酸銨。
2、 根據權利要求i所述的製備方法，其特徵在於，所述的亞銨法草漿黑液纖維含量過325目篩後不大於200 mg/L，波美度2-9，固含量=4一15%， pH=9-13，溫度= 60-8CTC。
3、 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述的亞銨法草漿黑液在流入V 效甜先進行閃蒸，優選W蒸連續進行2次，W蒸出的蒸汽分別通入III效和IV效蒸 發器，以充分利用亞銨法草漿黑液自身的熱量。
4、 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述的五效蒸發各效壓力為I 效20 — 38 kPa， I效20 —38 kPa， II效一19 0kPa、 III效—58 _40 kPa 、 IV 效一73 一60kPa， V效一84^^_79kPa，各效壓力為相對大氣壓力而言。
5、 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，亞銨法草漿黑液經過各效時溫度 分別為I效100-120°C、 II效 90-100°C 、 111效80-90°C 、 IV效70-80°C、 V 效57-65°C。
6、 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，亞銨法草漿黑液經過各效時波美 度分別為V效5 — 9、 IV效9一12、 in效ll一14;第一次經過II效和I效時，II 效14_17、 I效18 — 21;第二次經過II效和I效時，1I效23 — 25、 I效25-29。
7、 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述的低半濃黑液固含量為20 一25%，波美度為11-14:所述的半濃黑液固含量為30_35%,波美度為18-21，所 述的濃黑液固含量為40—47%，波美度為25 — 29。
8、 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述的加熱蒸汽溫度為120-200 °C，壓力為0.2-0.4MPa，自I效流入後經過熱交換變為清潔冷凝水，溫度為105°C-120°C，優選將所述的清潔冷凝水再進行閃蒸，閃蒸出的蒸汽通入n效，以提高熱 能利用率。
9、 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述的噴漿造粒時噴漿造粒機頭 溫度500 650'C，機尾溫度47 —70°C，返料量》50%。
10、 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述的噴霧乾燥時噴霧乾燥塔 入口溫度300—40(TC，出口溫度110—130。C。
全文摘要
本發明涉及一種木素磺酸銨的製備方法，採用該方法製備木素磺酸銨，能源消耗少，效率高，同時，得到的木素磺酸銨，用途廣泛，可以作為多種具有很高經濟價值產品的原料，還可用於製備優秀的減水劑，也可以加入少量交聯劑，用於製備木質素固沙劑，具有良好的經濟效益。
文檔編號D21C11/10GK101487196SQ200810013839
公開日2009年7月22日 申請日期2008年1月16日 優先權日2008年1月16日
發明者周長青, 宋明信, 李洪法, 楊茂峰, 王安保, 郭良進, 陳學濤 申請人:山東泉林紙業有限責任公司