漂白硫酸盐木浆生产线改产溶解浆工程实践

既有制浆生产线原料为桉木，产品为漂白硫酸盐化学木浆。制浆工艺为：第二代紧凑蒸煮工艺（Compact G2）+封闭筛选、逆流洗涤、中浓氧脱技术+ECF漂白工艺（Dht（EOP）D₁D/P）；配套完整的碱回收系统，碱回收车间采用先进、成熟、可靠的工艺流程，制浆车间黑液经蒸发浓缩、燃烧、苛化后，回收碱送制浆回用。蒸煮工段系统配置为木片预浸塔+高压喂料器+立式连续蒸煮塔。

紧凑蒸煮（Compack Cooking）的特点是预浸和蒸煮之间具有灵活的液比，以及良好的蒸煮药液分布，主要体现在：蒸煮温度较低、蒸煮均匀且卡伯值波动小、相同卡伯值时有较高的蒸煮制浆得率；较低的浆渣、节子含量；纸浆的强度与黏度高、可漂性好；原料适应广。

第二代紧凑蒸煮（Compack Cooking G2）优点主要体现在：预浸温度低、时间长。更低的蒸煮温度可减少半纤维素的溶出，提高纸浆得率，且根据需要能够实现快速的初段提取，有良好的后续提取效果。

洗选漂工段系统配置为：压力筛+双辊洗浆机+氧反应塔+Dht升/降流塔+EOP降流塔+D₁升/降流塔+D₁升/降流塔+D/P升/降流塔+中浓储浆塔。

洗选工段采用封闭筛选、逆流洗涤、两段中浓氧脱深度脱木素技术，逆流洗涤系统采用双辊洗浆机，浆料浓度可达30%以上，用水量低、对未漂浆洗净度高、送漂白浆料残碱低，有利于减少漂白化学药品消耗，降低了排放废水的污染负荷。

漂白工段采用ECF漂白工艺，漂白程序为Dht（EOP）D₁D/P，双辊洗浆机洗涤，升降流塔漂白，二氧化氯漂白时间充分，AOX污染负荷大大减少。

碱回收车间系统配置为蒸发工段采用多效高效传热的板式降膜蒸发器组；燃烧工段配置高效节能型碱回收炉；苛化工段配置高效澄清器+盘式过滤机；石灰窑工段采用带闪急干燥的短型石灰回转窑。

车间对制浆黑液进行综合处理，回收黑液中残碱和热量，碱回收炉产生的蒸汽送热电站。热电站配备汽轮发电机组，平衡和满足全厂汽电用量。回收化学药品中的大部分白液回用于制浆车间蒸煮工段，少量经氧化用于洗选漂工段氧脱木素。

浓度80%~85%的黑液入碱回收炉燃烧；对全厂的臭气进行收集和燃烧，大大减少了臭气的排放；苛化绿液、白液过滤采用高效澄清器和盘式过滤机，采用白液澄清和过滤相结合的方法，白液澄清度较高，白泥残碱低；石灰回收工段采用带闪急干燥的短型石灰回转窑，苛化工段产生的白泥经石灰窑煅烧后制成石灰回用于苛化工段消化。

工程前期，项目组人员结合溶解浆生产特性及现有生产线运行数据，对整个化学浆生产线物料平衡、热平衡、汽电消耗做了充分论证；与浆厂、设备供货商多次讨论，评估各车间生产线及单台设备产能；多次勘察现场，对预留空间增设设备的可行性进行评估，最终确定化学浆兼产溶解浆改造方案。此次改造中，备料车间保留原设计、制浆车间系统及设备改造、浆板车间增设软化水喷淋系统、碱回收车间仅燃烧工段高浓臭气系统局部改造，其他保留原设计。

2.1　蒸煮工段改造

2.1.1　木片预浸系统改造

2.1.1.1　改造前木片预浸系统

木片自备料车间通过木片输送机送至预浸塔顶部，经过木片缓冲槽，再经木片计量仪计量进入预浸塔。

预浸塔是一个常压容器，对木片有蒸汽预蒸和预浸2个作用。塔体上功能类似木片仓，为木片提供缓冲时间并降低木片架桥。预浸液来自蒸煮塔顶部分离器循环黑液及蒸煮塔上部筛板抽提液。预浸液通过预浸塔中心管加入，保持一定液位。塔内木片温度随预浸液的加入上升接近100℃，塔中产生的上升蒸汽，在木片缓存区加热木片，排除木片中的空气，从而提高木片的预浸程度，木片经过蒸汽预蒸区，进入预浸区。

预浸塔顶部结构如图1所示。预浸塔顶部与低浓臭气系统连接，由于预浸塔操作温度低，臭气量少，经空气稀释后，与洗选工段臭气混合统一送往低浓臭气处理系统。当排气温度高于60℃时，具有爆炸性，不得进入低浓臭气系统，经冷却后送往臭气焚烧炉燃烧。

图1  预浸塔顶部结构图

Fig. 1  Structure of the part of impBin

出料为第二代紧凑蒸煮喂料系统Compact Feed G2。作为第二代紧凑蒸煮系统的重要组成部分，除了能贡献以上第二代紧凑蒸煮所具有的优势特点之外，其本身具有很多独特之处，主要体现在以下几个方面：喂料系统简单，与传统喂料系统相比，所采用的设备少，占地面积小；高压喂料器使用寿命大幅延长；紧凑高压喂料器和药液循环得到了改进。提高了高压喂料器的填充率，喂料器能力增加。

预浸工艺优点：木片预浸温度100℃左右，低温可减少药液对半纤维素的降解，提高蒸煮得率；预浸液与木片高液比预浸，碱液分布均匀，可提高蒸煮得率^[3]。

2.1.1.2　改造后木片预浸系统

预浸塔本体改造了预浸塔必要的部件材质，升级为304L内衬双相钢；顶部增加低压蒸汽系统，蒸汽分布均匀加入，蒸汽管伸入塔体内部；提高木片汽蒸及预浸温度，提高半纤维素的降解程度，并提高进预水解塔木片温度。出料改为第三代紧凑蒸煮喂料系统Compact Feed G3，系统安装对现有的生产系统影响小。第三代紧凑蒸煮喂料系统与第二代紧凑蒸煮喂料线相比可增加喂料能力，系统可操控性、产能灵活性及运行成本更具优势。该系统可设2台木片进料泵，也可以1台泵头配备2台电机，电机一用一备，减少不必要的停机。改造前后喂料线如图2所示。

图2  第二代和第三代喂料线

Fig. 2  Compact Feed G2 amd Compact Feed G3

2.1.2　增加预水解系统

与传统硫酸盐法蒸煮工艺相比，溶解浆蒸煮工艺增设预水解系统，可提高浆粕反应能力和降低半纤维素含量（特别是聚木糖含量）；减少己烯糖醛酸的产生，去除原料中抗碱的半纤维素聚糖，降低浆料中过渡金属离子的含量，有利于蒸煮脱出木素和提升后续浆料的漂白性能。

预水解硫酸盐法在传统硫酸盐法制浆蒸煮前加预水解系统。由于半纤维素对碱的攻击有抵抗性，使传统的硫酸盐法制浆无法生产符合要求的溶解浆。为了利用硫酸盐法制备溶解浆，必须在碱法蒸煮前对木片进行预处理。在预水解过程中，纤维素对酸的攻击有较大的抵抗性，而半纤维素则被降解为较小的分子（聚合度只有原来的30%），在硫酸盐法蒸煮过程中，通过剥皮反应和水解反应能很大程度除去半纤维素^[4]。但在预水解过程中，木素发生缩合，因此与传统的硫酸盐法蒸煮相比，预水解硫酸盐法蒸煮的条件苛刻^[5]。

溶解浆预水解的方法有3种，分别为蒸汽预水解、水预水解及酸预水解。蒸汽预水解与水预水解反应机理一样，原料在热水中水解，乙酰基和甲酰基转化为乙酸和甲酸，使酸度增加，水解速度加快，pH值至3.0左右到达水解终点。相比水预水解，蒸汽预水解水解液比少、反应速度快、升温时间短、操作简单、耗汽量少。水解过程中，利用原料本身产生的有机酸水解半纤维素，只需要通入蒸汽，不需要使用酸液和水，水解完成后，水解液被木片吸附，随后被白液中和，不产生水解废液。蒸汽预水解工艺成熟、成本低，故在新建、改建溶解浆系统中应用较广泛。图3为其制备溶解浆简易流程。

图3  溶解浆制备简易流程

Fig. 3  Simplified flow sheet for dissolving pulp

本工程采用蒸汽预水解法，即在预水解塔顶部加入中压蒸汽，控制P-因子（Pre-hydrolysis factor）。实验数据表明，随着P-因子增大，戊糖提取率呈增加趋势，提取液中糠醛含量也逐渐升高；预水解后木片硫酸盐蒸煮浆料的得率、卡伯值和黏度均随P-因子增大而逐渐降低；水解液中的木糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖含量均随P-因子增大而增加，其中木糖含量的增加最为明显，阿拉伯糖在预水解过程中已被全部提取，在较低P-因子条件下可被溶出^[6]。结合原料情况及工程经验，预水解桉木木片P-因子在400~800之间，生产中可根据实际运行情况调整。预水解塔底部逆流洗涤，最大限度提高置换率，减少对蒸汽、水的消耗。预水解后的木片经底部卸料器，背压送入蒸煮锅顶部。

2.1.3　蒸煮系统改造

图4为蒸煮塔顶部。蒸煮塔顶部加入中压蒸汽、加热木片和黑液，同时提供蒸煮压力。当蒸煮温度较低，蒸汽不能维持蒸煮所需压力时，加入压缩空气。通过压力控制阀控制，定期排除顶部不凝气至预浸塔。木片在自身重力下在蒸煮塔内向下移动，通过上部蒸煮区、上部筛板抽提区、下部蒸煮区、下部筛板抽提区、洗涤区、底部卸料装置，最后低温喷放至蒸煮喷放锅。洗涤区在蒸煮塔的下部，洗涤液来自黑浆洗选工段，在不影响木片下移情况下逆流向上置换洗涤浆料，最终从蒸煮塔下部筛板被抽提送往蒸发站。连续蒸煮塔设备本体除了洗涤区均为蒸煮区。上筛板抽提液部分作为热液送往预浸塔底部，部分抽提液作为冷液送往预浸塔顶部；部分抽提液循环至蒸煮塔顶部分离器；另外一部分送往蒸发站，进入碱回收系统。

图4  蒸煮塔顶部

Fig. 4  Top part of digester

蒸煮塔改造中，在顶部分离器增加白液管道，增加换热器及蒸煮液循环泵。蒸煮塔循环液经泵加压，与中压蒸汽换热温度提高到132℃左右，送入蒸煮塔中心管至上部筛板抽提区。预水解后的浆料蒸煮与普通硫酸盐法蒸煮相同。由于预水解木素结构的变化，浆料的颜色变深，蒸煮用碱量增高，最高温度和时间需要控制。

通常溶解浆蒸煮得率较化学浆得率约低12～15个百分点，蒸煮耗碱量、汽耗、电耗比化学浆高，表1是生产参数的简单对比。

溶解浆具体质量指标取决于最终用户的要求。从表1可以看出，生产线改造完成后，鉴于溶解浆的生产特性，生产溶解浆时计算产能下降约27%。制浆车间蒸煮工段送碱回收车间黑液处理量增加约13.5%，黑液固形物量增加约12%，增幅在现有碱回收车间生产负荷范围内。

国际上溶解浆生产技术主要以间歇蒸煮工艺为主，近年来用于溶解浆生产的连续蒸煮技术日益成熟，一些新建大型漂白硫酸盐木浆厂，为了适应市场多变性，也采用了硫酸盐浆与溶解浆自由切换的连续蒸煮的制浆工艺。

现有硫酸盐木浆改造为溶解浆生产线，不仅要对工艺流程调整，还需要对部分生产设备进行必要改造。溶解浆得率低，蒸汽消耗增大，黑液量增大、黑液固形物及有机物含量增多，要充分考虑新老系统平衡，制浆产能要与现有配套的碱回收系统及热电站供汽能力相匹配。

近几年建成及改造的溶解浆工程日益增多，行业发展在技术领域需不断进步，面对国内匮乏的森林资源，在原材料供应方面需寻找突破口。溶解浆市场受棉花市场影响较大，企业需综合考虑，避免盲目投资，规避风险。