專利名稱：黑液炭化堿回收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及造紙領(lǐng)域，特別是黑液處理領(lǐng)域，是一種采取炭化手段來處理黑液的方法。
背景技術(shù)：
黑液是在化學(xué)制漿過程中，木片經(jīng)過(堿)蒸煮和過濾，得到纖維物質(zhì)后，剩余的黑色液體。黑液的元素組成是Na19.17％；S4.76％；C35.93％；H3.56％；O35.2％；K1.02％；Cl0.12％[1]。黑液的顏色深黑，COD達(dá)到十幾萬毫克/升，是造紙廠污水的主要來源。黑液處理成為造紙企業(yè)處理污水的中心工作。在大中型造紙紙漿企業(yè)中，黑液處理是通過堿回收系統(tǒng)來完成，處理過程經(jīng)過中度濃縮、高度濃縮、圓盤蒸發(fā)、焚燒、苛化、過濾等工序，最后，達(dá)到消除污水的目的，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了堿物質(zhì)和能量的回收。然而，傳統(tǒng)的黑液處理方法需要大量的設(shè)備，其處理黑液的設(shè)備投入將近是整個(gè)造紙廠全部投入的一半，投入資金在一千萬元以上，是中小型企業(yè)難以做到的；同時(shí)，傳統(tǒng)的黑液處理方法在運(yùn)作過程中耗費(fèi)較大，導(dǎo)致個(gè)別小型企業(yè)雖然安裝黑液處理系統(tǒng)，但是仍然存在直接排放黑液的現(xiàn)象，嚴(yán)重地污染環(huán)境。目前，在我國(guó)四千多家造紙廠中，有將近2500家是產(chǎn)量在10000噸以下的小型企業(yè)，這些小型造紙廠均因?yàn)闆]有安裝堿回收系統(tǒng)而被限制在二次纖維的再生生產(chǎn)，受原料的限制它們大多處于不飽和的生產(chǎn)狀態(tài)，生產(chǎn)產(chǎn)品的品種單一，產(chǎn)品檔次低，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益低。有部分大型或者中型企業(yè)，也存在由于沒有足夠的黑液處理能力而被迫限制產(chǎn)量的情況。由此可見，黑液處理成為制約造紙企業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的重要因素，研究和開發(fā)新的黑液處理方法，達(dá)到降低設(shè)備投入量和降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的目的是非常有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的內(nèi)容是一種采取炭化的手段來處理黑液的方法。該處理方法既達(dá)到消除污水的目的又實(shí)現(xiàn)了燒堿的回收，同時(shí)，還得到能源產(chǎn)品——木炭粉。本處理方法的順序過程為黑液經(jīng)過蒸發(fā)，得到濃黑液；濃黑液轉(zhuǎn)移到炭化爐中進(jìn)行炭化，炭化溫度在550～800℃，黑液在炭化爐內(nèi)的停留時(shí)間為30-90分鐘，炭化后，得到含堿焦炭；含堿焦炭?jī)?nèi)含有能溶于水的NaOH、Na2CO3、Na2S等堿性物質(zhì)，經(jīng)過熱水浸泡、洗脫、過濾，得到固體木炭粉和堿性溶液；堿性溶液與消石灰混合，進(jìn)行苛化反應(yīng)，得到苛化后的乳液；乳液經(jīng)過過濾，得到燒堿溶液。


圖1是黑液炭化堿回收方法的工藝流程圖。
黑液炭化堿回收方法的本質(zhì)特征是采取炭化的手段來處理黑液，達(dá)到消除污水和回收堿物質(zhì)的目的，同時(shí)得到木炭產(chǎn)品。炭化溫度在550～800℃。處理過程順序經(jīng)過濃縮、炭化、洗脫、苛化四個(gè)主要工序。
黑液炭化堿回收方法與傳統(tǒng)的堿回收方法比較，其明顯的區(qū)別是傳統(tǒng)的堿回收方法采取焚燒辦法，而本方法采取炭化的手段來處理黑液。具體表現(xiàn)在黑液濃縮后，傳統(tǒng)的堿回收方法將濃縮黑液進(jìn)行焚燒，實(shí)現(xiàn)堿物質(zhì)和能量的回收；黑液炭化堿回收方法是將濃縮黑液進(jìn)行炭化，實(shí)現(xiàn)堿物質(zhì)的回收，同時(shí)，得到能源產(chǎn)品——木炭粉。
黑液炭化堿回收方法所需的設(shè)備較為簡(jiǎn)單(相關(guān)的設(shè)備不作敘述)，能減少處理黑液的設(shè)備投資。采用黑液炭化堿回收工藝，堿物質(zhì)回收率達(dá)到87％，木炭粉的收率為25％，處理后得到的堿溶液為無色溶液，可再用于蒸煮。
具體實(shí)施例方式1.操作本發(fā)明的具體操作過程為黑液經(jīng)過蒸發(fā)，得到濃黑液；濃黑液轉(zhuǎn)移到炭化爐中進(jìn)行炭化，炭化溫度在550～800℃，黑液在炭化爐內(nèi)的停留時(shí)間為30-90分鐘，炭化后，得到含堿焦炭；含堿焦炭?jī)?nèi)含有能溶于水的NaOH、Na2CO3、Na2S等堿性物質(zhì)，經(jīng)過熱水浸泡、洗脫、過濾，得到固體木炭粉和堿性溶液；堿性溶液與消石灰混合，進(jìn)行苛化反應(yīng)，得到苛化后的乳液；乳液經(jīng)過過濾，得到燒堿溶液。
2.工藝流程黑液炭化堿回收方法的工藝的流程如圖1。
3.黑液炭化的原理和手段黑液中含有木素、己糖酸、低分子量有機(jī)酸、抽提物(脂肪酸和樹脂)和無機(jī)物，其中，堿木素占30～45％，己糖酸占25～35％，抽提物(脂肪酸和樹脂)占3～5％，乙酸占5％，甲酸占3％，甲醇1％，硫3～5％，鈉17～20％。黑液中的木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、戊糖、己糖、樹脂屬于有機(jī)化合物，這些大分子物質(zhì)具有能水解、裂解、降解、炭化，可燃燒的特性。黑液炭化是濃黑液在高溫炭化爐內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最后生成木炭粉的過程，其中包括有機(jī)物質(zhì)分解、重碳鍵的交聯(lián)、芳環(huán)化等反應(yīng)。黑液炭化可分為干燥、炭化兩個(gè)階段(1)通過吹入適量空氣，使部分有機(jī)物與氧氣發(fā)生反應(yīng)；(2)氧化反應(yīng)生成的熱量用來升高或者維持爐溫，使黑液進(jìn)一步干燥和分解，生成焦炭、水、一氧化碳和甲烷。黑液炭化可以在高溫反應(yīng)爐內(nèi)通入適量的空氣，使?fàn)t內(nèi)的干氣和小部分炭粉在爐內(nèi)燃燒，來維持或者升高爐溫(可稱為自熱炭化法)，也可以通過外部供熱采取干餾方式進(jìn)行炭化。它的本質(zhì)是黑液中的碳化合物在高溫條件下分解生成碳、氫氣和水。
在黑液炭化過程中，有部分NaOH轉(zhuǎn)化為Na2CO3。
圖2是黑液炭化過程表示圖。
黑液炭化歷程用化學(xué)反應(yīng)描述如下(1)黑液的干燥過程。黑液的干燥過程主要發(fā)生在180～190℃之前，這一階段主要以蒸發(fā)水分為主，見方程(1)。
H2O(l)→H2O(g) (1)(2)黑液熱分解及焦化過程。從190-255℃之間，黑液的部分固形物會(huì)熱分解產(chǎn)生液體的油狀物及氣化苯酚和乙烯苯；255～590℃，黑液繼續(xù)裂解，產(chǎn)生了木素大分子的碎解產(chǎn)物和小分子有機(jī)物。590℃時(shí)黑液的裂解產(chǎn)生的物質(zhì)的量最多，體系溢出的物質(zhì)中，含有木素大分子的碎解產(chǎn)物和其它有機(jī)物的碎解產(chǎn)物。在產(chǎn)生這些小分子物質(zhì)的同時(shí)，由于小基團(tuán)的離出，使木素等大分子基團(tuán)形成新的不飽和雙鍵，這些含有不飽和雙鍵的物質(zhì)繼續(xù)發(fā)生聚合和交聯(lián)形成更大的分子，這些更大的分子進(jìn)一步發(fā)生芳環(huán)化反應(yīng)，最后生成顆粒的木炭粉。方程可表示為(2)CmHnOo→aC(s)+bH2O+cCH4+dCO (2)(3)部分NaOH轉(zhuǎn)化為Na2CO3。
NaOH+CO2→Na2CO3+H2O (3)
權(quán)利要求
1.一種在造紙領(lǐng)域中，特別是在黑液處理領(lǐng)域中，采取炭化手段處理黑液的方法。其本質(zhì)特征是黑液經(jīng)過濃縮后，對(duì)濃縮黑液進(jìn)行炭化處理，達(dá)到消除污水的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)堿物質(zhì)的回收和得到木炭粉。
2.如1所敘述的黑液處理方法，其從屬特征是該方法順序經(jīng)過濃縮、炭化、洗脫、苛化四個(gè)主要工序。
全文摘要
一種采取炭化的手段來處理黑液的方法。黑液經(jīng)過蒸發(fā)，得到濃黑液；濃黑液轉(zhuǎn)移到炭化爐中進(jìn)行炭化，得到含堿焦炭；含堿焦炭?jī)?nèi)含有能溶于水的NaOH、Na
文檔編號(hào)C01B31/02GK101024519SQ20061002032
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2006年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月17日
發(fā)明者農(nóng)光再, 李許生, 陽開生 申請(qǐng)人:農(nóng)光再