溶解浆的市场及工艺技术 (续)

邓继泽

(中国轻工业长沙工程有限公司，湖南长沙，410004)

溶解浆的市场及工艺技术 (续)

邓继泽

(中国轻工业长沙工程有限公司，湖南长沙，410004)

介绍了溶解浆的种类、用途、市场和不同的生产技术，以及与一般化学纸浆生产的比较和工程建设应特别注意的问题。

溶解浆;预水解;硫酸盐制浆;粘胶纤维

(上接2012年第3期)

4.3 溶解浆的生产技术和设备

4.3.1 美卓的溶解浆蒸煮技术

美卓的溶解浆蒸煮技术为间歇预水解蒸煮，包括系列蒸煮程序，见图9所示［2］。流程为木片装锅、加热、预水解、中和、热黑液加热锅内木片、热白液蒸煮、加热和蒸煮、置换蒸煮的终止、排空蒸煮立锅内的浆料。

蒸煮系统中除蒸煮是间歇运行外，槽罐区的热交换、纤维分离、冷凝水处理、低浓和高浓臭气收集系统和热水的产生均为连续运行。整个蒸煮循环中，所有的液体从立锅底部泵入立锅，然后从位于立锅上部的置换篦子流出。液体通过装在筒状部件上的虹吸篦子进行置换，从底部进入立锅以实现蒸煮的液体循环。

为了改善木片在锅内的分布、提高装锅量采用低压蒸汽装锅。用螺旋输送机将原料加入立锅内，同时通过循环虹吸篦子将木片中的空气抽出。

木片先用低压蒸汽加热，紧接着用中压蒸汽加热。蒸汽从蒸煮锅底部和置换篦子加入，加热到160～170℃进行水解。水解完后接着进行中和，中和使用的液体为从蒸煮立锅底部泵入的热白液。

中和产生的水解液用1#热黑液槽置换到2#热黑液槽。用白液使热黑液中的残碱调节到所需要的水平，热黑液泵入加热器进入蒸煮立锅。

将热白液和热黑液连续混合加入。置换的液体进入2#热黑液槽。按设计参数将锅内物料加热到150～165℃。

将中压蒸汽加入到循环系统中对立锅进行加热。因为所需的蒸汽量比较小，所以不需要加热器。

蒸煮结束时，用泵将温黑液槽的黑液从立锅底部加入，使蒸煮液置换到1#热黑液槽，多余的热黑液进入2#热黑液槽，这样就终止了蒸煮反应。按稀释因子将温黑液加入，置换至温度低于100℃。

用泵在低的锅压下将浆料放到贮浆塔中。放锅时在立锅底部用温黑液槽的黑液进行稀释，将浆料温度优先降到90℃以保证浆料的质量，这种放锅方法可有效地防止臭气外泄。

4.3.2 G＆LV和 Lenzing的间歇蒸煮技术

G＆LV和Lenzing的溶解浆蒸煮技术基本与美卓的一样，区别在于蒸煮锅的抽液方式稍有不同。

在整个蒸煮周期中，所有药液由蒸煮锅循环泵泵入蒸煮锅。药液可由循环泵直接送入蒸煮锅顶部或通过弯管或锥形进口泵入蒸煮锅底部。蒸煮锅顶部有多个入口，底部锥形入口有稀释喷嘴。药液也可以控制送入蒸煮锅中部反冲洗篦子。

出蒸煮锅的黑液通过蒸煮锅中部的篦子过滤后出来。置换黑液分别通过顶部和底部进入蒸煮锅，置换出的黑液通过中部篦子并有压力控制。同样，黑液回流分配管也有压力控制，以确保操作稳定。

G＆LV的溶解浆蒸煮流程，见图10所示［8］。Lenzing的溶解浆蒸煮流程，见图11 所示［9］。

4.3.3 CPL的DDS蒸煮技术

CPL的蒸煮采用的是水预水解技术，见图12 所示［10］。

4.3.4 安德里茨溶解浆连续蒸煮技术

4.3.4.1 连续蒸煮历史

2010 年前，没有处于运行的溶解浆连续蒸煮业绩。

20世纪七八十年代的单塔蒸煮线，由于设备设计得不完善使送入蒸煮塔的木片体积不准确，使得pH值的调节和转换界面的位置不好控制。不断变化的pH值界面位置导致在抽提筛板和蒸煮锅的壁上结垢，这种情况在转换为生产造纸用浆后得以解决。

20世纪八九十年代的双塔蒸煮，由于控制回路的设定点增多，工艺调节困难。但蒸煮设备没有结垢问题，仅在蒸发站发现结垢。研究发现是由于残碱浓度过低 (7 g/L)所致，将残碱浓度提高到15 g/L可解决结垢问题。

图12 CPL的DDS溶解浆蒸煮工艺

溶解浆的连续蒸煮首先由芬兰的Barkaus工厂使用。Barkaus工厂采用的是传统的木片喂料系统、液相预水解和气相蒸煮塔。Barkaus工厂公开发表的报告显示，预水解桦木溶解浆达到了实验室预期的效果，后来该厂生产溶解浆大约持续了4年之久。目前该生产线已转为生产化学浆。

4.3.4.2 连续蒸煮技术

安德里茨的连续蒸煮生产技术工艺及设备，目前有2个化学浆连续蒸煮生产线的应用改造为溶解浆生产线，采用双塔蒸煮技术，见图13所示［11］。

安德里茨连续蒸煮流程特点为:①现有的木片喂料系统用来自再沸器的清洁蒸汽进行汽蒸，取消了喂料系统碱的加入和黑液过滤后回收浆的返回，采用补充热水对水解的副产品进行恰当的扩散洗涤;②喂料系统不再处于高pH值，而是由于汽蒸和水解工艺的作用释放有机酸，略微呈酸性;③带压力的预水解反应塔将木片加热到要求的温度，而蒸汽消耗很少，反应塔顶部一直到抽提筛板用顺流模式运行，半纤维素和水的混合物从抽提筛板提取;④反应塔底部采用逆流模式运行，以提高置换洗涤效率，减少水和蒸汽的消耗;⑤预水解塔后，木片在压力下送到蒸煮塔。调节pH值为碱性，继续蒸煮到溶解浆的卡伯值水平，白液从顶部分离器的喷嘴加入;⑥热回收系统 (再沸器)不需要改造，黑液过滤的回收浆送喷放锅。

4.3.4.3 溶解浆连续蒸煮工艺产生的预水解液

增加预水解反应塔后，产生水解液，可收集起来进一步处理生产副产品。水解液中半纤维素含量很高，可以分离获取含少量木素的各种糖。将来也可以用作生物燃料的原料。如果不需要获得水解液副产品，也可与黑液混合进碱回收系统进行处理。

图13 安德里茨的连续蒸煮流程

4.4 溶解浆生产线的主要原材料消耗

溶解浆生产线的主要原材料消耗见表4。

4.5 溶解浆工艺技术和造纸用化学浆的区别

可以在同一条生产线上生产溶解浆和化学浆，但在蒸煮和漂白工艺方面有明显区别。这些区别影响了工厂各工序的工作负荷和工厂的总生产能力，年产30万t溶解浆的车间工段匹配、纤维和化学品平衡计算图见图14所示。

生产溶解浆和化学浆工艺的主要区别为:由于有预水解阶段，溶解浆的设计蒸煮时间更长;蒸煮得率更低，溶解浆的产量低;由于进入燃烧炉的固含量高，对于回收能力有限的工厂来说，产量有可能受到限制;蒸煮电负荷更高;蒸煮需要更多的蒸汽。详见表5所示。

表4 溶解浆生产线的主要原材料消耗

图14 年产30万t溶解浆车间平衡计算图

表5 生产溶解浆和化学浆工艺的主要区别

4.6 主要工艺参数

生产溶解浆的主要工艺参数见表6。

表6 生产溶解浆的主要工艺参数

4.7 溶解浆的洗选漂

图15 间歇蒸煮溶解浆洗选漂流程

溶解浆的洗涤、筛选、漂白与化学浆的洗涤、筛选、漂白流程大同小异，溶解浆的洗涤、筛选、漂白需注意几点:①生产溶解浆时，最后的洗浆需用软化水;②采用间歇蒸煮技术，蒸煮后喷放锅的浓度在5%～6%，洗浆设备选型需注意进浆浓度，同时在喷放锅与第一台洗浆机之间最好有一个低浓浆池，以便浓度调节和控制。

如果仅生产溶解浆不一定需要氧脱木素段，考虑到生产线需兼顾溶解浆和化学浆的生产，笔者建议保留氧脱木素段，有利于改善溶解浆的反应性能。间歇蒸煮的洗选漂流程详见图15所示［2］，连续蒸煮的洗选漂流程详见图16所示［11］。

与普通化学浆相比溶解浆的洗涤要求更彻底，氧脱木素需要更强的工艺条件，温度约105℃，以便对浆的黏度进行初步控制。漂白采用 (A)D0EOPD1P漂序 (A，酸处理;D，ClO2漂白;EOP，O2和H2O2强化碱处理;P，H2O2漂白，对于溶解浆漂白来说，A处理不仅可以提高和稳定漂后浆料的白度，而且可以降低溶解浆的灰分和金属离子含量。黏度的控制在A段，在EOP和P段进行精调。白度在P段进行精调，漂后pH值控制在4～5，防止金属离子在纤维上的沉积。如生产高α纤维素溶解浆，需在漂白前设A段，取消P段。

5 碱回收

溶解浆的碱回收技术和工艺与化学浆的基本一致，只是由于溶解浆的得率低，同样规模的制浆生产线，溶解浆需要配套更大能力的碱回收系统。

另外，为了防止黑液的蒸发结垢，溶解浆黑液中需保留较高的残碱量，从而要求的蒸发工段高浓效(Ⅰ效)的材质采用双相钢。

蒸发工段流程图、苛化工段流程图、石灰回收工段流程图分别见图17、图18、图19所示［11］。

6 浆板的抄造

溶解浆和普通化学浆的浆板抄造设备和技术基本相同，大多可在同一条干燥生产线上生产，只是在浆料的性质和纸板机运行方面有一些差别，溶解浆生产过程中需在冲浆泵与流浆箱之间增加除砂器，其流程见图20 所示［11］。

6.1 浆料性质

与普通化学浆相比，溶解浆更易于脱水、洁净度要求更高、结合强度较低、紧度更低，浆包的外形尺寸可以更大。

图18 苛化工段流程图

图19 石灰回收工段流程图

6.2 浆的清洁

与普通化学浆相比，溶解浆的清洁度要求更高，化学浆的筛选工艺满足不了生产溶解浆清洁度的要求，因此，生产溶解浆时需要在冲浆泵与流浆箱之间设除砂器。

6.3 流浆箱和网部

与普通化学浆相比，溶解浆要求更高的成形质量，因此流浆箱的进浆浓度要低一些。而流浆箱的唇板开度是固定的，因此溶解浆浆板的抄造定量比普通化学浆低。

由于溶解浆易于脱水，出网部的干度高，在平板吸水箱附近产生的摩擦力可能大一些，从而可能形成网状结构，真空度可以降低。

7 溶解浆生产用水系统

溶解浆生产过程中，制浆最后一段洗涤后的流程直到抄浆板车间的生产用水需采用软化水，以尽可能地减少溶解浆成品中的灰分含量和各工序带到溶解浆中灰分的机会。

7.1 灰分对粘胶纤维生产的影响

溶解浆对灰分含量有很严格的要求，主要是由于灰分对粘胶纤维的生产有较严重的影响。灰分的主要影响有以下几个方面:①使粘胶溶液的黏度升高;②灰分中的Ca、Mg与酸类物质结合，生成不溶性的化合物，影响老化时间和过滤，使粘胶黏度增高，降低纤维素黄酸脂在碱液中的溶解能力，造成粘胶过滤困难，而SiO2的影响更大;③在酸浴时，灰分中的Ca、Mg还会和 H2SO4生成 CaSO4、MgSO4，降低酸浴的透明度及堵塞喷丝头;④灰分中的Fe、Cu、Mn等有加速碱纤维老化降解的作用，造成工艺控制不稳定;⑤影响粘胶纤维的强度和色泽。

7.2 对溶解浆浆粕中一些组分的限制

金属离子的存在会使粘胶的黏度增高，并能与酸生成不溶性盐，如CaSO4、MgSO4，从而降低酸浴的透明度或堵塞喷丝头。Fe3+等金属离子能加速碱纤维素的老成降解，使工艺不稳定，最终影响粘胶纤维的强度和色泽［12］。

在溶解浆生产过程中，应严格控制灰分和金属离子的含量。如发现灰分和金属离子的含量偏高时，就应及时在酸处理过程中增加六偏磷酸钠或其他去除剂的用量。此外，要降低溶解浆灰分和金属离子的含量，还应加强蒸煮、漂白等工序的洗涤。

图20 浆板车间流程图

溶解浆中金属离子及其他组分含量的限制为:Ca 50～100 mg/kg溶解浆;Mn＜ 0．5 mg/kg溶解浆;Cu＜3．0 mg/kg溶解浆;Fe 10～15 mg/kg溶解浆;Si≤50 mg/kg溶解浆。

7.3 水质要求

国内外对生产溶解浆的水质均有严格的要求，笔者查到的国外溶解浆浆粕生产用水质量要求见表7所列，国内溶解浆浆粕生产用水质量要求见表8所列。

表7 国外溶解浆浆粕生产用水质量要求

8 其他注意事项

8.1 设备及管道材质要求

溶解浆的生产过程中，设备和管道的材质选择原则上必须满足介质和工况条件，同时要注意避免铁离子等金属离子的进入。与可能进入浆料的介质接触的管道和设备必须采用各类不锈钢材料，浆板机与浆料或浆板接触的部件如果采用碳钢则需要进行包胶处理。

表8 国内溶解浆浆粕生产用水质量要求

溶解浆制浆过程中各设备、管道材质的选择可参考如下所列:

(1)蒸煮锅 双相钢 EN 1．4462或316 L不锈钢。

(2)黑液槽 接触黑液部分可选用双相钢EN 1．4362或不锈钢EN1．4301或相应材质 (整体、复合或内衬);其他部分可选用碳钢。

(3)白液和黑液管道 不锈钢。

(4)水管 不锈钢。

(5)污蒸汽冷凝管 不锈钢。

(6)卸料管 不锈钢。

(7)污冷凝水管 不锈钢。

(8)高浓臭气管 不锈钢。

(9)高浓臭气冷凝管 不锈钢。

(10)蒸汽管 碳钢。

(11)清洁冷凝水管 碳钢。

8.2 管道设计和阀门选择

管道设计和阀门的选择非常关键，细节之处很难在此全面叙述。

蒸煮车间的管道及支吊架设计，除蒸汽管道需热应力分析外，大部分高温高压的其他介质的管道也需进行热应力和振动分析，以便合理地对管道和支架系统地考虑，尤其是间歇蒸煮的循环管路，受力比较复杂，应格外注意。

各类阀门的选择也非常重要，需根据阀门及设备的使用条件，制定严格的试车程序，否则可能严重影响试车乃至生产安全。

9 结语

溶解浆工艺方案的选择，核心的问题是蒸煮方案的确定。对新建生产线而言，蒸汽预水解硫酸盐蒸煮是主要的技术方案，此方案已经过生产实践证明和检验，成熟可靠，也较易达到环保的要求。同时，大多溶解浆生产线的规模在年产40万t及以下，此规模也是间歇蒸煮的适用范围。

对于改造项目，如在现有的化学浆生产线进行改造生产溶解浆，则需根据实际情况综合考虑蒸煮方案。尤其是对现有的连续蒸煮的化学浆生产线进行生产溶解浆的改造，需与蒸煮技术供应商进行详细的技术交流，参考国内最近投产和即将投产的类似改造项目的经验以及存在的问题多方面慎重考虑。

［1］ 吕卫军，张 勇，陈 彬．溶解浆的生产技术现状与发展［J］．中国造纸，2012，31(1):61．

［2］ 美卓技术交流文件［S］．2010-2011年．

［3］ 刘 文，蒲俊文．再生纤维素纤维的发展［J］．中国造纸，2010，29(11):65．

［4］ 张震亚．粘胶纤维浆粕反应性能的研究［M］．北京:财政经济出版社，1965．

［5］ 杨之礼，王庆瑞，邬国铭．粘胶纤维工艺学［M］．北京:纺织工业出版社，1989．

［6］ 徐义林．粘胶纤维手册［M］．北京:纺织工业出版社，1981．

［7］ FZ/T51001—1998粘胶纤维(含长丝和短纤维)用木浆粕质量指标［S］．

［8］ G＆LV技术交流文件［S］．2010-2011年．

［9］ Lenzing技术交流文件［S］．2010-2011年．

［10］ CPL技术交流文件［S］．2010年

［11］ 安德里茨技术交流文件［S］．2010-2011年．

［12］ 肖长发，尹翠玉，张 华，等．化学纤维概论［M］．北京:中国纺织出版社，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

邓继泽先生，高级工程师;主要从事制浆造纸工艺设计、工程设计管理及项目管理工作。

(E-mail:dengjize@cechina．com)

2012-01-04(修改稿)

(责任编辑:马 忻)