改良的间歇蒸煮技术SuperBatch-K和CBC

刘秋娟

（天津科技大学，天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457）

综 述

改良的间歇蒸煮技术SuperBatch-K和CBC

刘秋娟

（天津科技大学，天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457）

简要介绍了超级间歇蒸煮-K(SuperBatch-K)和连续控制蒸煮液浓度的间歇蒸煮（CBC-Continuous batch cooking）两种改良的间歇蒸煮技术。

置换蒸煮；超级间歇蒸煮；SuperBatch-K；CBC

1 超级间歇蒸煮—K(SuperBatch-K)

SuperBatch-K蒸煮技术是在超级间歇蒸煮(SuperBatch)的基础上开发出来的。其目的主要是为了减少针叶木蒸煮黑液在蒸发车间的钙结垢问题[1]。在早期的间歇置换蒸煮技术中，浸渍后的黑液一部分作为温充液回用，另一部分送往黑液蒸发车间。然而，这种黑液含有在浸渍阶段和热充段前期从木材中释放出来的钙。当加热的时候，释放的钙离子会生成碳酸钙。碳酸钙的形成有一个特定的温度范围，大约在120~160℃之间。在针叶木制浆时发现在蒸发工段的黑液蒸发温度下会形成碳酸钙，造成蒸发设备结垢。在SuperBatch-K中，在稀黑液送往蒸发车间之前，利用蒸煮后的余热来加热这种含有钙的黑液。另一种减少稀黑液中钙的特有方法是在浸渍段减少黑液的过多排出[2]。图1为SuperBatch与SuperBatch-K各自蒸煮液系统的差别。

除了含钙黑液的热处理外，SuperBatch-K技术还有其他方面的改进。首先，部分蒸煮终点置换用的洗涤液由来自浸渍段的黑液所替代，用洗浆稀黑液（washing filtrate）进行温充，洗浆稀黑液的溶解固形物浓度约为10%~12%,代替溶解固形物浓度高于15%的稀黑液。因此，使得整个循环中蒸煮液中溶解的固形物浓度更低。第二黑液贮存槽的稀黑液直接送往蒸发工段。与原来的SuperBatch工艺一样，也用回收热量来加热白液。稀黑液的温度通过黑液/水换热器来进一步控制。由于稀黑液温度控制会影响送往蒸发工段的所有黑液，因此SuperBatch-K具有更高效的温度控制。

与此同时，对槽罐区也进行了重新设计 （见表1）。在原来的设计中，第一和第二黑液贮存罐是立式的压力容器，在SuperBatch-K中由单台卧式压力罐取而代之。这增强了松节油的回收，并使整个系统更简单和更具投资成本效益[3]。此外，SuperBatch-K还降低了蒸煮过程中蒸煮液的固形物浓度。在单一卧式黑液贮罐中，黑液进入其气相区域，发生闪蒸和冷凝作用，促进了松节油的分离，松节油的分离取决于温度。与双黑液贮存罐系统中的第一黑液贮罐相比，单一卧式黑液贮罐的黑液温度较低。因此，设有换热器来控制进入蒸煮器的热充黑液的温度。而原来的SuperBatch系统的换热器则主要用于开机启动时的加热。不过，配置单一热黑液贮存罐的系统也有一些不足之处：

-中压蒸汽的消耗比配置双黑液贮存罐的系统高约15%。在热充阶段需要更多的蒸汽将热黑液加热到设定温度。虽然从稀黑液中回收了更多的热量来加热白液，但并没有完全补偿多消耗的蒸汽。

-送蒸发的稀黑液的碱浓更难以控制。在配置单一热黑液贮存罐的系统中，实际蒸煮过程中的碱浓度会影响稀黑液的碱浓。而在具有双热黑液贮罐的系统中，来自蒸煮的原液（mother liquor）不作为稀黑液（weak black liquor）用。

原始的SuperBatch·工艺过程

SuperBatch·－K 工艺过程

图1 原SuperBatch（超级间歇蒸煮）与SuperBatch-K蒸煮技术中药液流程的比较[4]

表1 SuperBatch与SuperBatch-K的槽罐设置

2 连续控制蒸煮液浓度的间歇蒸煮（CBC）

CBC-Continuous batch cooking，在间歇蒸煮过程中，按照改良硫酸盐法蒸煮、提高脱木素选择性的四个原则，采取黑液预浸渍、改变蒸煮液的浓度，控制蒸煮温度以及抽出黑液等措施，达到了脱木素的选择性的目的。CBC的特点是，蒸煮系统有许多槽罐组成，槽罐中装着配制好的用于蒸煮的各种溶液，如预浸渍黑液和蒸煮液等。蒸煮过程中，通过这些罐中液体的循环，不断向蒸煮器中添加化学药品，并采用直接通蒸汽或间接加热方式进行加热，以达到设定的蒸煮液浓度和温度。

CBC与其他置换蒸煮（RHD或SuperBath）的根本区别在于：在黑液热充之后，锅内蒸煮液通过蒸煮液罐（CL）进行循环，并连续不断地进行间接加热和补加白液。结果是由于新鲜碱液连续不断地送入蒸煮器中，整个蒸煮期间的碱液浓度曲线是比较平稳的[5]。

CBC蒸煮过程见图2。

图2 CBC工艺过程简图

① 装木片：采用蒸汽装锅，同时，从 浸渍液IL1罐泵浸渍液入锅内。

②蒸煮器内装完木片后，继续从IL1罐向蒸煮锅内泵入浸渍液，直至压力达到0.8~0.9MPa。

③浸渍液在IL1罐—蒸煮锅—浸渍液IL2罐之间循环，即从IL1罐抽出浸渍液，经由锅顶与锅底药液循环管进入蒸煮锅内，再从蒸煮锅出来，进入IL2罐。保持锅内压力0.8~0.9MPa，使锅内药液均匀分布。浸渍液的HS— 与OH—浓度之比为0.7：1.0（HS—0.25mol/L ，OH—0.25~0.37 mol/L），使木片在浸渍过程中达到充分地预硫化。迅速升温以促进木片对硫化物的吸收，这是选择性脱木素的重要条件。

④ 浸渍30分钟后，从CL1罐泵蒸煮液入蒸煮锅，将浸渍液置换出来，送回浸渍液罐。

⑤当浸渍液全部抽出后，循环管的出口接入蒸煮液罐，此后，蒸煮液在蒸煮器与蒸煮液罐（CL1、CL2）之间进行循环，直至达到设定的H-因子。

通过蒸煮液的循环使锅内温度在30min之内达到155~165℃。在蒸煮液循环过程中，按照设定的碱液EA浓度和温度进行实时调控。如图3所示，CBC蒸煮过程中碱液浓度很均匀。由于蒸煮液中添加了上一锅的黑液，所以硫化度较高。HS—与OH—浓度之比为0.5~0.6。蒸煮后期，连续不断地用洗浆稀黑液取代部分循环蒸煮液，因此，蒸煮液中溶解的木素和钠离子浓度较低，在此同时碱液的浓度和温度也得到了调节。置换出来的蒸煮液通过浸渍液罐送到碱回收的蒸发工段。

⑥与其他的间歇蒸煮相似，蒸煮到达终点，将洗浆工段的稀黑液泵入蒸煮锅内终止蒸煮，直到锅内浆料温度达到100℃以下再进行放锅。此过程的具体步骤是，首先将置换出来的高温蒸煮液送到蒸煮液罐，而后置换出来的温黑液送到浸渍液罐。

⑦最后，100℃以下的浆料泵送到喷放锅，泵送过程中用洗浆稀黑液调节浆浓。

比较云杉CBC浆和云杉传统硫酸盐浆的组成可以发现，前者的纤维素含量比后者高，而后者的半纤维素含量较前者大，见表2。CBC浆半纤维素含量较低的原因是由于蒸煮后期抽出了部分黑液，半纤维素的再吸附量减小。

图3 针叶木CBC蒸煮过程中有效碱浓度、温度和压力随时间的变化示例

表2 云杉CBC法与传统方法蒸煮的比较

[1]Lammi,L.,Uusitalo,P,Svedman,M.,Paakki,A.2002.SuperBatch-K，a tool to control the behaviour of calcium in displacement kraft cooking.ln:7th lnternational Conference on new Available Techniques.SPCI,Stockholm.p.22.

[2]Uusitalo,P.2002.New SuperBatch-K process offers many advantages.Fibre&Paper(MetsoPaper),Vol.4,nr2,pp.22-25.

[3]Metso Files(2009).

[4]GL&V Files(2009).

[5]Ruckl,W.2008.The Second Workshop on Chemical Pulping Processes,Karlstad University.

[6]Sixta,H.,Comparative evaluation ofCBC kraft pulping of pine and sprucewood chips.Internal Report,R&DLenzing AG,2004.