含纤维素原料用含钾化合物蒸煮药剂制浆的方法.pdf

本发明属于化工、造纸领域，特别是涉及一种含纤维素原料用含钾化合物蒸煮药剂制浆的方法。该制浆方法包括以下步骤：(a)用含钾化合物蒸煮药剂蒸煮纤维原料，得到纸浆和制浆废液的混合物；(b)进行制浆废液的提取和浆料的洗涤；(c)浓缩此制浆废液；(d)此废液浓缩后喷雾干燥生产有机钾肥或同其它化肥原料生产有机复混肥料。该项技术使制浆废液在低运行成本下得到综合利用，体现了循环经济理念，避免了制浆废液向水体的直接排放，造成严重的环境污染。

1.  一种含纤维素原料的制浆方法，包括以下步骤：(1)用含钾化合物蒸煮药剂蒸煮含纤维素原料，得到纸浆和制浆废液的混合物；(2)进行制浆废液的提取和纸浆处理；(3)浓缩此制浆废液；(4)此废液浓缩后喷雾干燥生产有机钾肥或同其它化肥原料生产有机复混肥料。

2.  权利要求1中的方法，其中含钾化合物蒸煮药剂包括以下成份：(a)钠化合物，包括至少一种选自氢氧化钠、碳酸钠、硫化钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠，或者是它们中任意几种的混合物；(b)钾化合物，包括至少一种选自氢氧化钾、碳酸钾、硫化钾、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾，或者是它们中任意几种的混合物；(c)铵化合物，包括至少一种选自亚硫酸铵、亚硫酸氢铵、尿素，或者是它们中任意几种的混合物；(d)蒸煮助剂，包括蒽醌及其衍生物、绿氧。

3.  权利要求1和2中的方法，其中含钾化合物蒸煮药剂的成份中(a)钠化合物的加入量与被蒸煮的含纤维素原料绝干重量百分比，在0.1％～20％的范围内。

4.  权利要求1和2中的方法，其中含钾化合物蒸煮药剂的成份中(b)钾化合物的加入量与被蒸煮的含纤维素原料重量绝干百分比，在0.1％～30％的范围内。

5.  权利要求1和2中的方法，其中含钾化合物蒸煮药剂的成份中(c)铵化合物的加入量与被蒸煮的含纤维素原料重量绝干百分比，在0～10％的范围内。

6.  权利要求1和2中的方法，其中含钾化合物蒸煮药剂的成份中(d)蒸煮助剂的加入量与被蒸煮的含纤维素原料绝干重量百分比，在0～2％的范围内。

7.  权利要求1和2中的方法，其中纸浆可以是化学浆，或者是半化学浆，或者是磺化化机浆、或者是化学机械浆，或者是爆破法机械浆、或者是碱性过氧化氢机械浆、或者是化学热磨机械浆。

8.  按照权利要求1和2中的方法，其中所生成的制浆废液被浓缩到溶解的固体含量，按所说的液体重量计，在10％～70％的范围内。

9.  按照权利要求8中的方法，其中制浆废液经喷雾干燥，生产出有机钾肥。

10.  按照权利要求8中的方法，其中制浆废液同其它化肥原料生产出有机复混肥料。

含纤维素原料用含钾化合物蒸煮药剂制浆的方法
一、技术领域
本技术涉及化工、造纸领域，特别是涉及一种从含纤维素原料中除去非纤维素物质生产纤维素的方法。
二、背景技术
现有的碱法制浆主要为钠碱法，在大规模制浆厂中，通过众所周知的碱回收方法对制浆废液进行处理，即采用将废液浓缩蒸发后，进行燃烧、苛化，生产氢氧化钠回用。该工艺方案仅适用于规模大的企业，而中、小型制浆企业由于投资大、技术程度高，无法采用。钠碱制浆黑液也不能直接应用为农业肥料，这是因为其含有的钠离子过高，对植物生长有害。亚硫酸铵的制浆废液可直接应用为农业肥料，但亚硫酸铵制浆存在纸浆颜色暗，难漂白、原料装锅量少、蒸煮设备腐蚀严重、有腐浆危害和亚硫酸铵蒸煮液或其制浆废液高温下氨的挥发，造成大气污染的问题。
中国专利CN1450226A(公开日：2003年10月22日)中公开了一种低成本蒸煮剂及其使用方法，它采用亚硫酸铵和氢氧化钾组成的混合物为蒸煮剂，其亚硫酸铵比例为70％-90％，蒸煮剂在造纸工艺中的使用按稻草重量的15％-20％。该工艺存在亚硫酸铵加入的比例和量高(加入量为稻草重量的10.5％-18％)的问题，无法避免亚硫酸铵法制浆中氨的挥发和纸浆颜色暗，难漂白等缺陷。
加拿大专利CN86104368A(公开日：1987年2月25日)中公开了一种从木质纤维素材料的料浆中制备钾盐的方法，它采用一种钾碱水蒸煮液蒸煮木质纤维素材料，得到木质纤维素材料的部分脱木素纸浆的水悬浮液，并从废钾碱水蒸煮液中分离纸浆，以及浓缩此废液，从浓缩废液中回收包括碳酸钾、硫酸钾和木质磺酸钾在内的钾盐。所述蒸煮液至少一种选自氢氧化钾、碳酸钾、硫化钾、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾，以及它们的混合物。
“甘蔗渣亚硫酸钾法制浆特性的研究”(中国造纸，第四期，1994年8月，38-42页)和“麦草碱性亚硫酸钾—蒽醌法制浆工艺和脱木素动力学”(中国造纸学报，第12卷，1997年，10-17页)分别以甘蔗渣和麦草为原料进行了亚硫酸钾法制浆，其制浆结果与等摩尔浓度的亚硫酸钠法制浆结果相同，即亚硫酸钾加入量约是亚硫酸钠的1.5倍。文中还介绍了亚硫酸钾制浆废液的两种处理方法：一种是氧化燃烧后可获得硫酸钾肥，另一种直接将亚硫酸钾制浆废液用作农用肥料。
以上技术在实际应用中最大的问题，就是制浆药剂加入量高，钾化合物加入量约是钠化合物或铵化合物加入量的1.5倍，同时钾化合物的价格又远远高于目前正在广泛使用钠或铵化合物的价格，当要达到相同的制浆结果时，废液中的钾离子被用作肥料时取得的收益，也远远不能弥补制浆时钾化合物比钠化合物或铵化合物所多投入的费用，造成废液治理运行费用增加。因此在实际生产中该制浆工艺，将很难得到实际应用。当直接将液体废液用作农用肥料时，其废液中钾的价值将无法得到回收，同时由于农田灌溉使用的季节性与废液生产的连续性有较大的冲突，当就近农田灌溉使用期外，只有将制浆黑液排入河道，造成水体严重污染。
三、发明内容
1、发明目的：本发明需要解决的技术问题是公开一种含纤维素原料用含钾化合物蒸煮药剂制浆的方法。在钾化合物蒸煮药剂制浆过程中，引入了在废液制成的肥料成份中可以作为营养元素，但价格远远低于钾化合物的钠化合物或铵化合物，替代部分钾化合物作为蒸煮药剂，使价格昂贵的钾化合物蒸煮药剂加入量大大减少，制浆废液在低的运行费用下得到治理，以克服现有技术存在的制浆废液治理投资大、受制浆规模限制；中、小型造纸企业制浆废液无法治理或治理运行费用高的缺陷，以满足制浆造纸企业生产的需求。
2、技术方案；本发明制浆法中所使用的含纤维素原料，既可以是木材纤维原料，也可以是非木材纤维原料，例如竹子、麦草、稻草、甘蔗渣、苇子。
本发明的方法包括如下步骤：
将含纤维素原料放入压力容器，即密闭的反应器或蒸煮器中，然后将含钾化合物蒸煮药剂加入到压力容器中。含钾化合物蒸煮药剂包括以下成份：(a)钠化合物，包括至少一种选自氢氧化钠、碳酸钠、硫化钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠，或者是它们中任意几种的混合物；钠化合物加入量与被蒸煮的含纤维素原料绝干重量百分比，在0.1％～20％的范围内。(b)钾化合物，包括至少一种选自氢氧化钾、碳酸钾、硫化钾、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾，或者是它们中任意几种的混合物。钾化合物加入量与被蒸煮的含纤维素原料绝干重量百分比，在0.1％～30％的范围内。(c)铵化合物，包括至少一种选自亚硫酸铵、亚硫酸氢铵、尿素，或者是它们中任意几种的混合物。铵化合物的加入量与被蒸煮的含纤维素原料重量绝干百分比，在0～10％的范围内；(d)蒸煮助剂，包括蒽醌及其衍生物、绿氧。蒸煮助剂加入量与被蒸煮的含纤维素原料绝干重量百分比，在0～2％的范围内。
蒸煮的时间、温度、压力和蒸煮制浆完成后进行制浆废液的提取和纸浆处理，纸浆处理包括磨浆或漂白，对于化学制浆领域的技术人员是熟悉的。其中纸浆可以是化学浆，或者是半化学浆，或者是磺化化机浆、或者是化学机械浆，或者是爆破法机械浆、或者是碱性过氧化氢机械浆、或者是化学热磨机械浆。
制浆废液被提取出来后进行浓缩，制浆废液可以被浓缩到溶解的固体含量，按所说的液体重量计，在10％～70％的范围内。然后进行喷雾干燥生产有机钾肥或将浓缩后的黑液同其它化肥原料生产有机复混肥料。
3、优点：本发明同现有技术相比较有如下优点：
(1)由于钠化合物、铵化合物和钾化合物共同作为蒸煮药剂进行制浆，在纸浆性能保持不变的前提下，钾化合物加入的量减少，制浆成本大大下降，制浆废液治理的运行费用也大大降低。同时克服了亚硫酸铵制浆的缺陷，制浆废液中地氮或适量的钠离子还可以作为对植物生长有益、有价值的营养元素。
(2)制浆企业在生产规模不受限制的条件下，制浆废液在低的运行费用下能够得到有效的治理，并且制浆废液被综合利用为农业肥料，体现了循环经济理念，也避免了制浆废液向水体的直接排放，造成严重的环境污染。
四、具体实施方式
为了更好地说明本发明的技术方案，特给出以下实施例，但本发明的实施例并不限于此。
                                 实施例1
在容积为15升的间歇式蒸煮器中，使用备料后的3050克木片，木片中水份为955克。液比为1∶6，蒸煮药剂中钠化合物加入量与木片的绝干重量百分比为0.1％(钠化合物加入量为2克)；钾化合物加入量与木片的绝干重量百分比为30％(钾化合物加入量为629克)；不加铵化合物和蒸煮助剂，进行升温蒸煮。从环境温度加热升温到105℃进行小放汽1次，然后继续升温到最高温度为172℃。升温时间总共为180分钟，在最高温度保温时间为120分钟。
蒸煮完毕后，从蒸煮器中放出蒸煮废液和化学纸浆，通过液压挤压机，将制浆废液挤压出来。挤出废液后的纸浆经过充分洗涤，离心分离纸浆除去纸浆中过多的水分，经纤维疏解机后，进行水分平衡，然后对纸浆进行处理(纸浆处理包括磨浆或漂白)。水分平衡后测定化学纸浆的得率和卡伯价(纸浆得率为48％、卡伯价为69)。挤压出的制浆黑液通过板式或管式蒸发器进行蒸浓，制浆黑液被浓缩到废液中溶解的固形物量(按所说的液体重量计)为70％。然后通过喷雾干燥设备制成有机钾肥，或将固形物浓度为70％的黑液通过半料浆法在加入其它化肥原料的造粒机中造粒，经干燥、冷却、筛分后生成有机复混肥料。
试验结果表明，本技术所得纸浆和黑液制备的肥料达到相应国家标准的要求。
                           实施例2
在容积为15升的间歇式蒸煮器中，使用备料后的2800克竹片，竹片中水份为552克。液比为1∶6，蒸煮药剂中钠化合物加入量与竹片的绝干重量百分比为20％(钠化合物加入量为450克)；钾化合物加入量与竹片的绝干重量百分比为0.1％(钾化合物加入量为2克)；铵化合物加入量与竹片的绝干重量百分比为5％(铵化合物加入量为141克)。蒸煮助剂加入量与竹片的绝干重量百分比为2％(蒸煮助剂加入量为45克)，进行升温蒸煮。从环境温度加热升温到105℃进行小放汽1次，然后继续升温到最高温度为165℃。升温时间总共为150分钟，在最高温度保温时间为120分钟。
制浆收获的化学纸浆得率和卡伯价分别为45％和22，制浆黑液被浓缩到废液中溶解的固形物量(按所说的液体重量计)为50％。其它工艺同实施例1。
试验结果表明，本技术所得纸浆和黑液制备的肥料达到相应国家标准的要求。
                         实施例3
在容积为15升的间歇式蒸煮器中，使用备料后的1100克麦草，麦草中水份为88克。液比为1∶6，蒸煮药剂中钠化合物加入量与麦草的绝干重量百分比为10％(钠或铵化合物加入量为132克)；钾化合物加入量与麦草的绝干重量百分比为15％(钾化合物加入量为152克)；铵化合物加入量与麦草的绝干重量百分比为10％(铵化合物加入量为101克)；蒸煮助剂加入量与麦草的绝干重量百分比为1％(蒸煮助剂加入量为10克)，进行升温蒸煮。从环境温度加热升温到105℃进行小放汽1次，然后继续升温到最高温度为160℃。升温时间总共为100分钟，在最高温度保温时间为120分钟。
制浆收获的化学纸浆得率和卡伯价分别为50％和16，制浆黑液被浓缩到废液中溶解的固形物量(按所说的液体重量计)为40％。其它工艺同实施例1。
试验结果表明，本技术所得纸浆和黑液制备的肥料达到相应国家标准的要求。
                              实施例4
在容积为15升的间歇式蒸煮器中，使用备料后的1100克麦草，麦草中水份为88克。液比为1∶6，蒸煮药剂中钠化合物加入量与麦草的绝干重量百分比为5％(钠化合物加入量为51克)；钾化合物加入量与麦草的绝干重量百分比为10％(钾化合物加入量为101克)；蒸煮助剂加入量与麦草的绝干重量百分比为0.05％(蒸煮助剂加入量为0.5克)；不加铵化合物，进行升温蒸煮。从环境温度加热升温到105℃进行小放汽1次，然后继续升温到最高温度为150℃。升温时间总共为60分钟，在最高温度保温时间为30分钟。
制浆收获的半化学纸浆得率和卡伯价分别为68％和46，制浆黑液被浓缩到废液中溶解的固形物量(按所说的液体重量计)为35％。其它工艺同实施例1。
试验结果表明，本技术所得纸浆和黑液制备的肥料达到相应国家标准的要求。
                        实施例5
在容积为15升的间歇式蒸煮器中，使用备料后的3050克木片，木片中水份为955克。液比为1∶6，蒸煮药剂中钠化合物加入量与木片的绝干重量百分比为6％(钠化合物加入量为126克)。钾化合物加入量与木片的绝干重量百分比为12％(钾化合物加入量为251克)，蒸煮助剂加入量与木片的绝干重量百分比为0.1％(蒸煮助剂加入量为2克)。不加铵化合物，进行升温蒸煮。从环境温度加热升温到105℃进行小放汽1次，然后继续升温到最高温度为160℃。升温时间总共为120分钟，在最高温度保温时间为120分钟。
制浆收获的半化学纸浆得率和卡伯价分别为76％和102，制浆黑液被浓缩到废液中溶解的固形物量(按所说的液体重量计)为45％。其它工艺同实施例1。
试验结果表明，本技术所得纸浆和黑液制备的肥料达到相应国家标准的要求。