专利名称：黑液炭化碱回收方法
技术领域：
本发明专利涉及造纸领域，特别是黑液处理领域，是一种采取炭化手段来处理黑液的方法。
背景技术：
黑液是在化学制浆过程中，木片经过(碱)蒸煮和过滤，得到纤维物质后，剩余的黑色液体。黑液的元素组成是Na19.17％；S4.76％；C35.93％；H3.56％；O35.2％；K1.02％；Cl0.12％[1]。黑液的颜色深黑，COD达到十几万毫克/升，是造纸厂污水的主要来源。黑液处理成为造纸企业处理污水的中心工作。在大中型造纸纸浆企业中，黑液处理是通过碱回收系统来完成，处理过程经过中度浓缩、高度浓缩、圆盘蒸发、焚烧、苛化、过滤等工序，最后，达到消除污水的目的，同时，实现了碱物质和能量的回收。然而，传统的黑液处理方法需要大量的设备，其处理黑液的设备投入将近是整个造纸厂全部投入的一半，投入资金在一千万元以上，是中小型企业难以做到的；同时，传统的黑液处理方法在运作过程中耗费较大，导致个别小型企业虽然安装黑液处理系统，但是仍然存在直接排放黑液的现象，严重地污染环境。目前，在我国四千多家造纸厂中，有将近2500家是产量在10000吨以下的小型企业，这些小型造纸厂均因为没有安装碱回收系统而被限制在二次纤维的再生生产，受原料的限制它们大多处于不饱和的生产状态，生产产品的品种单一，产品档次低，企业的经济效益低。有部分大型或者中型企业，也存在由于没有足够的黑液处理能力而被迫限制产量的情况。由此可见，黑液处理成为制约造纸企业生产和发展的重要因素，研究和开发新的黑液处理方法，达到降低设备投入量和降低运营费用的目的是非常有必要的。
发明内容
本发明的内容是一种采取炭化的手段来处理黑液的方法。该处理方法既达到消除污水的目的又实现了烧碱的回收，同时，还得到能源产品——木炭粉。本处理方法的顺序过程为黑液经过蒸发，得到浓黑液；浓黑液转移到炭化炉中进行炭化，炭化温度在550～800℃，黑液在炭化炉内的停留时间为30-90分钟，炭化后，得到含碱焦炭；含碱焦炭内含有能溶于水的NaOH、Na2CO3、Na2S等碱性物质，经过热水浸泡、洗脱、过滤，得到固体木炭粉和碱性溶液；碱性溶液与消石灰混合，进行苛化反应，得到苛化后的乳液；乳液经过过滤，得到烧碱溶液。
图1是黑液炭化碱回收方法的工艺流程图。
黑液炭化碱回收方法的本质特征是采取炭化的手段来处理黑液，达到消除污水和回收碱物质的目的，同时得到木炭产品。炭化温度在550～800℃。处理过程顺序经过浓缩、炭化、洗脱、苛化四个主要工序。
黑液炭化碱回收方法与传统的碱回收方法比较，其明显的区别是传统的碱回收方法采取焚烧办法，而本方法采取炭化的手段来处理黑液。具体表现在黑液浓缩后，传统的碱回收方法将浓缩黑液进行焚烧，实现碱物质和能量的回收；黑液炭化碱回收方法是将浓缩黑液进行炭化，实现碱物质的回收，同时，得到能源产品——木炭粉。
黑液炭化碱回收方法所需的设备较为简单(相关的设备不作叙述)，能减少处理黑液的设备投资。采用黑液炭化碱回收工艺，碱物质回收率达到87％，木炭粉的收率为25％，处理后得到的碱溶液为无色溶液，可再用于蒸煮。
具体实施例方式1.操作本发明的具体操作过程为黑液经过蒸发，得到浓黑液；浓黑液转移到炭化炉中进行炭化，炭化温度在550～800℃，黑液在炭化炉内的停留时间为30-90分钟，炭化后，得到含碱焦炭；含碱焦炭内含有能溶于水的NaOH、Na2CO3、Na2S等碱性物质，经过热水浸泡、洗脱、过滤，得到固体木炭粉和碱性溶液；碱性溶液与消石灰混合，进行苛化反应，得到苛化后的乳液；乳液经过过滤，得到烧碱溶液。
2.工艺流程黑液炭化碱回收方法的工艺的流程如图1。
3.黑液炭化的原理和手段黑液中含有木素、己糖酸、低分子量有机酸、抽提物(脂肪酸和树脂)和无机物，其中，碱木素占30～45％，己糖酸占25～35％，抽提物(脂肪酸和树脂)占3～5％，乙酸占5％，甲酸占3％，甲醇1％，硫3～5％，钠17～20％。黑液中的木质素、纤维素、半纤维素、戊糖、己糖、树脂属于有机化合物，这些大分子物质具有能水解、裂解、降解、炭化，可燃烧的特性。黑液炭化是浓黑液在高温炭化炉内发生化学反应，最后生成木炭粉的过程，其中包括有机物质分解、重碳键的交联、芳环化等反应。黑液炭化可分为干燥、炭化两个阶段(1)通过吹入适量空气，使部分有机物与氧气发生反应；(2)氧化反应生成的热量用来升高或者维持炉温，使黑液进一步干燥和分解，生成焦炭、水、一氧化碳和甲烷。黑液炭化可以在高温反应炉内通入适量的空气，使炉内的干气和小部分炭粉在炉内燃烧，来维持或者升高炉温(可称为自热炭化法)，也可以通过外部供热采取干馏方式进行炭化。它的本质是黑液中的碳化合物在高温条件下分解生成碳、氢气和水。
在黑液炭化过程中，有部分NaOH转化为Na2CO3。
图2是黑液炭化过程表示图。
黑液炭化历程用化学反应描述如下(1)黑液的干燥过程。黑液的干燥过程主要发生在180～190℃之前，这一阶段主要以蒸发水分为主，见方程(1)。
H2O(l)→H2O(g) (1)(2)黑液热分解及焦化过程。从190-255℃之间，黑液的部分固形物会热分解产生液体的油状物及气化苯酚和乙烯苯；255～590℃，黑液继续裂解，产生了木素大分子的碎解产物和小分子有机物。590℃时黑液的裂解产生的物质的量最多，体系溢出的物质中，含有木素大分子的碎解产物和其它有机物的碎解产物。在产生这些小分子物质的同时，由于小基团的离出，使木素等大分子基团形成新的不饱和双键，这些含有不饱和双键的物质继续发生聚合和交联形成更大的分子，这些更大的分子进一步发生芳环化反应，最后生成颗粒的木炭粉。方程可表示为(2)CmHnOo→aC(s)+bH2O+cCH4+dCO (2)(3)部分NaOH转化为Na2CO3。
NaOH+CO2→Na2CO3+H2O (3)
权利要求
1.一种在造纸领域中，特别是在黑液处理领域中，采取炭化手段处理黑液的方法。其本质特征是黑液经过浓缩后，对浓缩黑液进行炭化处理，达到消除污水的目的，同时实现碱物质的回收和得到木炭粉。
2.如1所叙述的黑液处理方法，其从属特征是该方法顺序经过浓缩、炭化、洗脱、苛化四个主要工序。
全文摘要
一种采取炭化的手段来处理黑液的方法。黑液经过蒸发，得到浓黑液；浓黑液转移到炭化炉中进行炭化，得到含碱焦炭；含碱焦炭内含有能溶于水的NaOH、Na
文档编号C01B31/02GK101024519SQ20061002032
公开日2007年8月29日 申请日期2006年2月17日 优先权日2006年2月17日
发明者农光再, 李许生, 阳开生 申请人:农光再