漂白硫酸鹽木漿生產線改產溶解漿工程實踐

薛麗麗 劉 宇 杜 娟

（中國中輕國際工程有限公司，北京，100026）

溶解漿是指通過酸性亞硫酸鹽法或預水解硫酸鹽法制得的木材衍生纖維素，還可以叫作高等級特種纖維素或化學纖維素，2 種方法原理相同：在纖維素過度降解發生之前減少木素含量；使半纖維素發生降解，以便于在蒸煮過程（預水解硫酸鹽法）或后期漂白過程（亞硫酸鹽法）中除去；在漂白過程中，控制纖維素降解到所需的黏度水平，以便于后續操作，同時產品達到各終端應用要求的水平[1]。溶解漿主要用于黏膠人造絲、纖維素酯（纖維素醋酸酯、纖維素丙酸酯、纖維素丁酸酯、纖維素硝酸酯）和纖維素醚（羧甲基纖維素醚、乙基纖維素醚、甲基纖維素醚）的制造[2]。近年來，我國棉花種植面積波動較大，導致棉短絨產量波動，木材纖維溶解漿成為黏膠纖維原材料的主要補充來源。

溶解漿與化學漿生產工藝相差不大，對現有化學漿生產線進行改造可生產溶解漿，為適應棉花市場對溶解漿市場的影響，國內多家大中型企業新建或改造現有制漿生產線兼產溶解漿，本文就某改造工程生產實踐進行介紹。

1 既有制漿生產線工藝及裝備概況

既有制漿生產線原料為桉木，產品為漂白硫酸鹽化學木漿。制漿工藝為：第二代緊湊蒸煮工藝（Compact G2）+封閉篩選、逆流洗滌、中濃氧脫技術+ECF 漂白工藝（Dht（EOP）D1D/P）；配套完整的堿回收系統，堿回收車間采用先進、成熟、可靠的工藝流程，制漿車間黑液經蒸發濃縮、燃燒、苛化后，回收堿送制漿回用。蒸煮工段系統配置為木片預浸塔+高壓喂料器+立式連續蒸煮塔。

緊湊蒸煮（Compack Cooking）的特點是預浸和蒸煮之間具有靈活的液比，以及良好的蒸煮藥液分布，主要體現在：蒸煮溫度較低、蒸煮均勻且卡伯值波動小、相同卡伯值時有較高的蒸煮制漿得率；較低的漿渣、節子含量；紙漿的強度與黏度高、可漂性好；原料適應廣。

第二代緊湊蒸煮（Compack Cooking G2）優點主要體現在：預浸溫度低、時間長。更低的蒸煮溫度可減少半纖維素的溶出，提高紙漿得率，且根據需要能夠實現快速的初段提取，有良好的后續提取效果。

洗選漂工段系統配置為：壓力篩+雙輥洗漿機+氧反應塔+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+中濃儲漿塔。

洗選工段采用封閉篩選、逆流洗滌、兩段中濃氧脫深度脫木素技術，逆流洗滌系統采用雙輥洗漿機，漿料濃度可達30%以上，用水量低、對未漂漿洗凈度高、送漂白漿料殘堿低，有利于減少漂白化學藥品消耗，降低了排放廢水的污染負荷。

漂白工段采用ECF 漂白工藝，漂白程序為Dht（EOP）D1D/P，雙輥洗漿機洗滌，升降流塔漂白，二氧化氯漂白時間充分，AOX污染負荷大大減少。

堿回收車間系統配置為蒸發工段采用多效高效傳熱的板式降膜蒸發器組；燃燒工段配置高效節能型堿回收爐；苛化工段配置高效澄清器+盤式過濾機；石灰窯工段采用帶閃急干燥的短型石灰回轉窯。

車間對制漿黑液進行綜合處理，回收黑液中殘堿和熱量，堿回收爐產生的蒸汽送熱電站。熱電站配備汽輪發電機組，平衡和滿足全廠汽電用量?；厥栈瘜W藥品中的大部分白液回用于制漿車間蒸煮工段，少量經氧化用于洗選漂工段氧脫木素。

濃度80%～85%的黑液入堿回收爐燃燒；對全廠的臭氣進行收集和燃燒，大大減少了臭氣的排放；苛化綠液、白液過濾采用高效澄清器和盤式過濾機，采用白液澄清和過濾相結合的方法，白液澄清度較高，白泥殘堿低；石灰回收工段采用帶閃急干燥的短型石灰回轉窯，苛化工段產生的白泥經石灰窯煅燒后制成石灰回用于苛化工段消化。

2 工藝系統及裝備改造

工程前期，項目組人員結合溶解漿生產特性及現有生產線運行數據，對整個化學漿生產線物料平衡、熱平衡、汽電消耗做了充分論證；與漿廠、設備供貨商多次討論，評估各車間生產線及單臺設備產能；多次勘察現場，對預留空間增設設備的可行性進行評估，最終確定化學漿兼產溶解漿改造方案。此次改造中，備料車間保留原設計、制漿車間系統及設備改造、漿板車間增設軟化水噴淋系統、堿回收車間僅燃燒工段高濃臭氣系統局部改造，其他保留原設計。

2.1 蒸煮工段改造

2.1.1 木片預浸系統改造

2.1.1.1 改造前木片預浸系統

木片自備料車間通過木片輸送機送至預浸塔頂部，經過木片緩沖槽，再經木片計量儀計量進入預浸塔。

預浸塔是一個常壓容器，對木片有蒸汽預蒸和預浸2個作用。塔體上功能類似木片倉，為木片提供緩沖時間并降低木片架橋。預浸液來自蒸煮塔頂部分離器循環黑液及蒸煮塔上部篩板抽提液。預浸液通過預浸塔中心管加入，保持一定液位。塔內木片溫度隨預浸液的加入上升接近100℃，塔中產生的上升蒸汽，在木片緩存區加熱木片，排除木片中的空氣，從而提高木片的預浸程度，木片經過蒸汽預蒸區，進入預浸區。

預浸塔頂部結構如圖1 所示。預浸塔頂部與低濃臭氣系統連接，由于預浸塔操作溫度低，臭氣量少，經空氣稀釋后，與洗選工段臭氣混合統一送往低濃臭氣處理系統。當排氣溫度高于60℃時，具有爆炸性，不得進入低濃臭氣系統，經冷卻后送往臭氣焚燒爐燃燒。

出料為第二代緊湊蒸煮喂料系統Compact Feed G2。作為第二代緊湊蒸煮系統的重要組成部分，除了能貢獻以上第二代緊湊蒸煮所具有的優勢特點之外，其本身具有很多獨特之處，主要體現在以下幾個方面：喂料系統簡單，與傳統喂料系統相比，所采用的設備少，占地面積??；高壓喂料器使用壽命大幅延長；緊湊高壓喂料器和藥液循環得到了改進。提高了高壓喂料器的填充率，喂料器能力增加。

預浸工藝優點：木片預浸溫度100℃左右，低溫可減少藥液對半纖維素的降解，提高蒸煮得率；預浸液與木片高液比預浸，堿液分布均勻，可提高蒸煮得率[3]。

2.1.1.2 改造后木片預浸系統

預浸塔本體改造了預浸塔必要的部件材質，升級為304L 內襯雙相鋼；頂部增加低壓蒸汽系統，蒸汽分布均勻加入，蒸汽管伸入塔體內部；提高木片汽蒸及預浸溫度，提高半纖維素的降解程度，并提高進預水解塔木片溫度。出料改為第三代緊湊蒸煮喂料系統Compact Feed G3，系統安裝對現有的生產系統影響小。第三代緊湊蒸煮喂料系統與第二代緊湊蒸煮喂料線相比可增加喂料能力，系統可操控性、產能靈活性及運行成本更具優勢。該系統可設2 臺木片進料泵，也可以1 臺泵頭配備2 臺電機，電機一用一備，減少不必要的停機。改造前后喂料線如圖2所示。

2.1.2 增加預水解系統

圖1 預浸塔頂部結構圖Fig.1 Structure of the part of impBin

圖2 第二代和第三代喂料線Fig.2 Compact Feed G2 amd Compact Feed G3

與傳統硫酸鹽法蒸煮工藝相比，溶解漿蒸煮工藝增設預水解系統，可提高漿粕反應能力和降低半纖維素含量（特別是聚木糖含量）；減少己烯糖醛酸的產生，去除原料中抗堿的半纖維素聚糖，降低漿料中過渡金屬離子的含量，有利于蒸煮脫出木素和提升后續漿料的漂白性能。

預水解硫酸鹽法在傳統硫酸鹽法制漿蒸煮前加預水解系統。由于半纖維素對堿的攻擊有抵抗性，使傳統的硫酸鹽法制漿無法生產符合要求的溶解漿。為了利用硫酸鹽法制備溶解漿，必須在堿法蒸煮前對木片進行預處理。在預水解過程中，纖維素對酸的攻擊有較大的抵抗性，而半纖維素則被降解為較小的分子（聚合度只有原來的30%），在硫酸鹽法蒸煮過程中，通過剝皮反應和水解反應能很大程度除去半纖維素[4]。但在預水解過程中，木素發生縮合，因此與傳統的硫酸鹽法蒸煮相比，預水解硫酸鹽法蒸煮的條件苛刻[5]。

溶解漿預水解的方法有3 種，分別為蒸汽預水解、水預水解及酸預水解。蒸汽預水解與水預水解反應機理一樣，原料在熱水中水解，乙酰基和甲?；D化為乙酸和甲酸，使酸度增加，水解速度加快，pH值至3.0 左右到達水解終點。相比水預水解，蒸汽預水解水解液比少、反應速度快、升溫時間短、操作簡單、耗汽量少。水解過程中，利用原料本身產生的有機酸水解半纖維素，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，隨后被白液中和，不產生水解廢液。蒸汽預水解工藝成熟、成本低，故在新建、改建溶解漿系統中應用較廣泛。圖3為其制備溶解漿簡易流程。

本工程采用蒸汽預水解法，即在預水解塔頂部加入中壓蒸汽，控制P-因子（Pre-hydrolysis factor）。實驗數據表明，隨著P-因子增大，戊糖提取率呈增加趨勢，提取液中糠醛含量也逐漸升高；預水解后木片硫酸鹽蒸煮漿料的得率、卡伯值和黏度均隨P-因子增大而逐漸降低；水解液中的木糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖含量均隨P-因子增大而增加，其中木糖含量的增加最為明顯，阿拉伯糖在預水解過程中已被全部提取，在較低P-因子條件下可被溶出[6]。結合原料情況及工程經驗，預水解桉木木片P-因子在400～800 之間，生產中可根據實際運行情況調整。預水解塔底部逆流洗滌，最大限度提高置換率，減少對蒸汽、水的消耗。預水解后的木片經底部卸料器，背壓送入蒸煮鍋頂部。

圖3 溶解漿制備簡易流程Fig.3 Simplified flow sheet for dissolving pulp

2.1.3 蒸煮系統改造

圖4 為蒸煮塔頂部。蒸煮塔頂部加入中壓蒸汽、加熱木片和黑液，同時提供蒸煮壓力。當蒸煮溫度較低，蒸汽不能維持蒸煮所需壓力時，加入壓縮空氣。通過壓力控制閥控制，定期排除頂部不凝氣至預浸塔。木片在自身重力下在蒸煮塔內向下移動，通過上部蒸煮區、上部篩板抽提區、下部蒸煮區、下部篩板抽提區、洗滌區、底部卸料裝置，最后低溫噴放至蒸煮噴放鍋。洗滌區在蒸煮塔的下部，洗滌液來自黑漿洗選工段，在不影響木片下移情況下逆流向上置換洗滌漿料，最終從蒸煮塔下部篩板被抽提送往蒸發站。連續蒸煮塔設備本體除了洗滌區均為蒸煮區。上篩板抽提液部分作為熱液送往預浸塔底部，部分抽提液作為冷液送往預浸塔頂部；部分抽提液循環至蒸煮塔頂部分離器；另外一部分送往蒸發站，進入堿回收系統。

蒸煮塔改造中，在頂部分離器增加白液管道，增加換熱器及蒸煮液循環泵。蒸煮塔循環液經泵加壓，與中壓蒸汽換熱溫度提高到132℃左右，送入蒸煮塔中心管至上部篩板抽提區。預水解后的漿料蒸煮與普通硫酸鹽法蒸煮相同。由于預水解木素結構的變化，漿料的顏色變深，蒸煮用堿量增高，最高溫度和時間需要控制。

圖4 蒸煮塔頂部Fig.4 Top part of digester

2.2 篩選、洗滌、氧脫木素、漂白區改造

溶解漿的除節、洗滌、氧脫木素與普通硫酸鹽漿沒有顯著區別。為了提高產品質量，減少塵埃及金屬離子對漿料的影響，此次改造加強對漿料的洗滌。

自蒸煮區來的漿料中含有一些節子和少量未被蒸煮的木片，防止對后續系統及最終產品的影響，自噴放鍋由噴放漿泵送來的漿料，首先除節再經篩選、洗滌后進氧脫木素系統，進一步降低漿料卡伯值。漿料經氧脫木素進入漂白前的洗漿系統，需要充分洗滌漿料，洗滌好壞影響到后續漂白化學品的消耗量。本工藝采用熱水逆流洗滌，洗滌因子2.5，保證進漂白工段漿料具有一定洗凈度。

由于上游蒸汽預水解和蒸煮充分，篩選系統篩渣量較低。篩選工段末端洗漿機出料螺旋，在稀釋濾液管增補過氧化氫加入管，以調整漿料黏度。溶解漿與普通硫酸鹽漿要求高黏度不同，必要時要把黏度降到目標值[7]。

為了便于控制漿料的戊糖含量和漿料黏度，保留氧脫木素，氧氣與中壓蒸汽混合后加入到氧脫混合器，再經中濃泵送至氧反應塔。本系統改造增加氧混合器及中濃泵，以提高漿料與氧氣的混合度及壓力。

漂白采用Dht（EOP）D1D/P。Dht主要是去木素階段，降低卡伯值同時也有漂白功能。該段在酸性條件下進行，pH值維持在2.5左右，根據殘氯、得率和卡伯值控制ClO2加入量。與傳統D0相比，Dht 操作溫度由70～75℃提高到85℃左右，最大限度溶出己烯糖醛酸、節省10%～50%ClO2消耗、返黃率降低5%～22%、漿料黏度降低5%～12%；EOP 為抽提階段，此階段加入過氧化氫，進一步脫除木素，加入堿液控制pH值；D1段進一步脫除漿料中的有色物質。酸、堿加入到該階段以調整漿料的pH值，反應終止加入10 g/L的SO2溶液，降低殘氯濃度；D/P段進一步脫除漿料中的有色物質，根據不同客戶對漂白漿產品參數要求，該段可加入ClO2為D2段漂白，也可加入H2O2為P段漂白，此次改造該段洗滌水改造為80℃軟化水，以加強對漿料的洗滌。

2.3 新增軟化水系統

為防止常規生產用水中可溶性鈣、鎂化合物對產品的灰分含量造成不良影響，增加軟化水系統用于溶解漿生產。

進制漿車間軟化水分3 部分單獨計量：第1 部分送往蒸煮工段，經各換熱器加熱到80℃，送往洗選工段軟化水槽。第2部分送往氧脫木素工段，并充分利用氧脫木素后濾液熱能加熱，然后送至軟化水槽；自軟化水槽的軟化水，一部分泵送換熱器再次加熱后泵送至漂白工段各洗漿機噴淋水；一部分送漿板車間用作漿板機噴淋水。第3部分未加熱的軟化水送往漂白工段D1喂料立管，與D1段濾液一起調節漿濃，自漿濃30%調節到12%送D1反應塔。

漂白工段各洗漿機噴淋水、D/P 塔底部調濃水、漂白漿調濃水，均來自漂白工段熱軟化水槽及來自漿板車間的白水。由此漂白工段自D1喂料立管開始進入系統的水均為軟化水。

2.4 設備及管道布置

改造工程中用于布置新增設備的場地有限，且改造工程的設備布置要在不影響現有設備正常運行、兼顧新老工藝流程的合理性、不占用設備檢修空間、滿足新增設備施工條件、盡量縮短施工安裝周期的前提下進行，因此經漿廠、設計方、設備供應商等多方充分討論，現場實地勘察、反復研究，最終確定新增設備布置和施工方案。按照生產工藝流程和設備之間的連接要求，一些新增設備的位置有現有設備、管道運行，需要現場查看安裝空間、檢修空間，根據新老生產系統的切換要求，評判新老設備、管道改造方案后再確定設備布置。結構專業根據設備布置方案，盡量利用現有設備地下基礎，如采用植筋避開原螺栓孔的方法，重開地腳螺栓開孔的方式實現新老設備安裝交替。

管道布置需要充分梳理流程和介質的特殊性、充分管道利舊、盡量減少運行管道改造，以縮短工期并節省新購材料。蒸煮工段介質種類多且多為高溫、高壓介質，尤其溶解漿生產系統，需要著重關注木片、節子等易堵管道的走向、大倍率彎頭的選用、手動閥以及自控閥選型。木片輸送管道的特殊三通及薄弱銜接均需要局部加厚，管道銜接位置盡量流暢，防止接管位置堵塞及焊接薄弱。由于該工程投產以后為兩種漿種切換，銜接管道切斷閥之間短管介質不流動，為防止冬季極冷天氣管道凍裂，此類管道需要局部電伴熱，要求溫度不低于5℃。

3 改造結果

通常溶解漿蒸煮得率較化學漿得率約低12～15個百分點，蒸煮耗堿量、汽耗、電耗比化學漿高，表1是生產參數的簡單對比。

表1 改造前后生產參數對比Table 1 Comparison of production parameters %

溶解漿具體質量指標取決于最終用戶的要求。從表1可以看出，生產線改造完成后，鑒于溶解漿的生產特性，生產溶解漿時計算產能下降約27%。制漿車間蒸煮工段送堿回收車間黑液處理量增加約13.5%，黑液固形物量增加約12%，增幅在現有堿回收車間生產負荷范圍內。

國際上溶解漿生產技術主要以間歇蒸煮工藝為主，近年來用于溶解漿生產的連續蒸煮技術日益成熟，一些新建大型漂白硫酸鹽木漿廠，為了適應市場多變性，也采用了硫酸鹽漿與溶解漿自由切換的連續蒸煮的制漿工藝。

4 結 語

現有硫酸鹽木漿改造為溶解漿生產線，不僅要對工藝流程調整，還需要對部分生產設備進行必要改造。溶解漿得率低，蒸汽消耗增大，黑液量增大、黑液固形物及有機物含量增多，要充分考慮新老系統平衡，制漿產能要與現有配套的堿回收系統及熱電站供汽能力相匹配。

近幾年建成及改造的溶解漿工程日益增多，行業發展在技術領域需不斷進步，面對國內匱乏的森林資源，在原材料供應方面需尋找突破口。溶解漿市場受棉花市場影響較大，企業需綜合考慮，避免盲目投資，規避風險。