非木质原料造纸黑液热裂解装置.pdf

本发明公开一种用非木质原料造纸时，配套进行碱回收工艺的黑液裂解装置。本发明的装置由至少两个相互串联的预热器、相互串联且数量与预热器数量相同的闪蒸器，以及其内设置有加热盘管的中温热裂解反应器构成，各级预热器的出液管与相应级的预热器进液管连通，第一级预热器的进液管与黑液管连通，末级预热器的出液管与黑液泵的进液口连通，黑液泵的液体输出口与裂解反应器的进液管连通，裂解反应器出液管与第一级闪蒸器的进液管连通，各级闪蒸器的出液管与下级闪蒸器的进液管相连通，末级闪蒸器的出液管与黑液蒸发器连通，闪蒸器的蒸汽出口与预热器的蒸汽入口连通。

1、  非木质原料造纸黑液热裂解装置，其特征是由至少两个相互串联的预热器、相互串联且数量与预热器数量相同的闪蒸器，以及其内设置有加热盘管的中温热裂解反应器构成，其中第一级预热器的进液管与黑液管连通，其出液管与第二级预热器的进液管连通，末级预热器的出液管与黑液泵的进液口连通，黑液泵的液体输出口与裂解反应器的进液管连通，裂解反应器出液管与第一级闪蒸器的进液管连通，第一级闪蒸器的出液管与第二级闪蒸器的进液管相连通，末级闪蒸器的出液管与黑液蒸发器连通，闪蒸器的蒸汽出口与预热器的蒸汽入口连通。

2、  根据权利要求1所述的非木质原料造纸黑液热裂解装置，其特征是装置中设置有三级预热器和三级闪蒸器。

3、  根据权利要求2所述的非木质原料造纸黑液热裂解装置，其特征是第m级闪蒸器的蒸汽出口与第n级预热器的蒸汽入口相连通，其中：m＝1，2，3；n＝3，2，1。

4、  根据权利要求1或2或3所述的非木质原料造纸黑液热裂解装置，其特征是中温热裂解反应器内设置有搅拌桨叶。

5、  根据权利要求1或2或3所述的非木质原料造纸黑液热裂解装置，其特征是中温热裂解反应器的底部另外设置有环形的蒸汽管，环形蒸汽管上开设有喷孔，各喷孔轴线与中温热裂解反应器的轴线夹角为45度。

非木质原料造纸黑液热裂解装置
技术领域
本发明涉及一种与处理造纸黑液设备配套使用的装置，确切讲是一种用非木质原料造纸时，配套进行碱回收工艺的黑液裂解装置。
背景技术
在我国，森林资源相对匮乏，木质原料远远不能满足造纸工业的需要，为解决不断增长的纸张社会需求和资源紧缺两者之间的矛盾，将会更多地利用非木质纤维原料。据统计，非木质纤维原料占我国纸浆总产量的74％左右，而且在相当长的一段时间内，非木质纤维原料仍然是我国造纸工业的主要原料，所占比重不会发生大的变化。
蒸煮黑液是造成造纸工业环境污染的主要根源，如不加治理就直接排放，对社会环境造成的危害十分严重。目前，比较有效的治理方法还是采用碱回收系统。为此，国家环保总局明令规定，所有造纸纸浆工业都必须配套碱回收系统。但非木质原料造纸的碱回收有着更多的困难，这主要是由于非木质原料黑液中含硅量大、粘度高，使进一步蒸发浓缩困难加大。实验数据表明，当非木质原料黑液浓度超过35％时，粘度迅速上升，浓度到45％时，在90℃下，粘度可达200m·pas以上，已接近离心泵所不能输送的粘度范围，无法再继续蒸发。因此，目前非木质原料黑液蒸发浓度最高设计值都不超过45％，进入碱炉的浓度不超过50％。由于非木质原料造纸黑液粘度过高，造成碱炉操作困难，甚至需要用重油助燃，使得碱回收经济性大大降低，碱回收率不高。现有技术是通过增设圆盘蒸发器的方式解决前述的问题，但其效果仍不理想。
发明内容
本发明提供一种可解决非木质原料造纸存在的黑液粘度过高的黑液热裂解装置。
本发明的非木质原料造纸黑液热裂解装置由至少两个相互串联的预热器、相互串联且数量与预热器数量相同的闪蒸器，以及其内设置有加热盘管的中温热裂解反应器构成，其中第一级预热器的进液管与黑液管连通，其出液管与第二级预热器的进液管连通，末级预热器的出液管与黑液泵的进液口连通，黑液泵的液体输出口与裂解反应器的进液管连通，裂解反应器出液管与第一级闪蒸器的进液管连通，第一级闪蒸器的出液管与第二级闪蒸器的进液管相连通，末级闪蒸器的出液管与黑液蒸发器连通，闪蒸器的蒸汽出口与预热器的蒸汽入口连通。
本发明装置的最佳实施例是在装置中设置有三级预热器和三级闪蒸器。
本发明装置的最佳实施中，第m级闪蒸器的蒸汽出口与第n级预热器的蒸汽入口相连通，其中：m＝1，2，3；n＝3，2，1。
本发明中通过数组预热器对黑液进行逐级加热，使被处理黑液逐渐被加温至较高的温度后进入中温热裂解反应器中，在中温热裂解反应器中利用盘管继续对黑液进行加热，使其达到裂解反应温度，在中温中压环境下将黑液的高分子链打断，使之形成小分子物质，大大降低了黑液的粘度，增加了其流动性，使其具备在高浓度下继续蒸发和输送的条件。
进入中温热裂解反应器的黑液的粘度很大，在中温热裂解反应器中被加热时基本上会是以传导方式进行传热，其传热效率极低。为解决这一问题，可采用下述的任一种技术措施：
1、在中温热裂解反应器内设置由电机驱动的搅拌桨叶，或者
2、在中温热裂解反应器的底部另外设置有环形的蒸汽管，环形蒸汽管上开设有喷孔，各喷孔轴线与中温热裂解反应器的轴线夹角为45度，使所有的喷孔都指向裂解反应器的轴线，形成蒸汽反吹装置，当蒸汽沿各小孔吹出时，在起到对黑液加热作用的同时能带动裂解反应器内黑液产生翻滚。
本发明的上述两种结构在工作时可在桨叶搅动下，或者在蒸汽喷射的作用下，使黑液发生翻滚，形成湍流，这样可以提高黑液的加热速度，强化热交换效率，使得黑液与盘管内蒸汽的传热系数成倍增加，既可大大缩短黑液加热时间，还可减小蒸汽盘管的换热面积，降低设备投资成本，并可减少蒸汽用量；试验还发现，由于黑液处于湍流运动状态，使得黑液分子链之间产生相互摩擦牵扯，可提高黑液裂解的效率，减少黑液在中温热裂解反应器内的停留时间，使黑液能在较短时间段内完成裂解，有效提高设备的产率。
本发明中非木质原料造纸黑液热裂解装置可以作为传统蒸发系统的一个阶段，完成由于随浓度升高粘度增加而无法完成的工作。本发明利用非木质原料造纸黑液热裂解装置在中温中压环境下将高分子链打断，使之形成小分子物质，能大大降低黑液粘度，增加流动性，使其具备在高浓度下继续蒸发和输送的条件，最终蒸发浓度可达60％。采用本发明后可以省去传统工艺中的圆盘蒸发器，经本发明处理后的黑液再经从蒸发器处理后的高浓黑液可以直接进入到碱炉燃烧，这样现有技术中的碱炉重油助燃系统完全可以弃之不用。
附图说明
附图1为本发明的黑液热裂解装置示意图。
附图2为预热器内部结构示意图。
附图3为带有搅拌装置的裂解反应器结构示意图。
附图4为带有蒸汽反吹装置的裂解反应器结构示意图。
附图5为蒸汽反吹装置盘管放大图。
其中：1为黑液裂解前蒸发器，2为预热器蒸汽入口管，3为一级预热器，4为二级预热器，5为三级预热器，6为反应器黑液出口，7为中温热裂解反应器，8为中温蒸汽入口管，9为黑液泵，10为一级闪蒸器，11为二级闪蒸器，12为三级闪蒸器，13为黑液裂解后蒸发器，14为设置于中温热裂解反应器内的搅拌叶桨，15为环形蒸汽管上的喷汽口，16为环形蒸汽管。
具体实施方式
本发明的非木质原料造纸黑液热裂解装置的最佳实施例的基本结构见附图。在本发明的装置中有由三个相互串联的预热器3、4和5，本发明的预热器为换热器，参见附图2。本发明的装置中还有数量与预热器数量相同的三个闪蒸器10、11和12，以及其内设置有加热管8的裂解反应器7。其中第一级预热器3的进液管与黑液管连通，其出液管与第二级预热器4的进液管连通，第二级预热器4的出液管与第三级预热器5的进液管连通，第三级预热器5的出液管与黑液泵9的进液口连通，黑液泵9的液体输出口与裂解反应器7的进液管连通，裂解反应器7的出液管与第一级闪蒸器10的进液管连通，第一级闪蒸器10的出液管与第二级闪蒸器11的进液管相连通，第二级闪蒸器11的出液管与第三级闪蒸器12的进液管相连通，第三级闪蒸器12的出液管与碱回收装置的黑液蒸发器连通，第一级闪蒸器10的蒸汽出口与第三级预热器5的蒸汽入口相连通，第二级闪蒸器11的蒸汽出口与第二级预热器4的蒸汽入口相连通，第三级闪蒸器12的蒸汽出口与第一级预热器3的蒸汽入口相连通。
本发明在工作时利用传统蒸发系统与非木质原料造纸黑液热裂解装置相结合，提取来的稀黑液经过调配达到一定浓度后进入IV效蒸发器闪蒸室闪蒸，然后进入V效蒸发器闪蒸室，二次闪蒸后进入VI效蒸发器，由VI效蒸发器开始进行VI、V、IV、III、II典型的全逆流蒸发流程，将非木质原料造纸黑液逐级提浓，至II效蒸发器，得到浓度为35％～40％之间、温度大约在95℃的黑液。将这一黑液引入本发明的装置，利用其具有的温度和初步裂解条件，采用逐级加热方式将黑液预热到一定的温度，经三级预热后将黑液从95℃加热至160℃以上；再用泵送入到中温热裂解反应器，经蒸汽再次加热，在中温中压(1.2MPa，180～190℃)和一定时间内发生裂解变化，使其粘度大大降低，且不可逆转。被裂解黑液再进入闪蒸器进行闪蒸除温，本发明的装置中设置有三级闪蒸器。经三级闪蒸后黑液温度从180℃以上降至110℃左右，同时经闪蒸器回收的热量重新回输到预热器中，使热量被充分利用。经热裂解装置后再回到碱回收系统的I效蒸发器继续蒸浓，至浓度达到60～65％，直接进入到碱炉燃烧。