专利名称：一种木素磺酸铵的制备方法
技术领域：
本发明提供了一种木素磺酸铵的制备方法，属于草浆黑液治理领域。
背景技术：
我国造纸工业原料中80%以上是草类纤维。草类纤维造纸主要有两种，碱法制 浆和亚硫酸盐法制浆。亚硫酸盐法制浆又以亚铵法制浆为主。亚铵法制浆是用亚硫 酸铵与植物纤维原料中的木素作用，生成易溶的木素磺酸盐而溶出，以达到分离纤 维的目的。
亚铵法制浆后，其黑液的成分除了木素磺酸铵外，还含有铵态氮、糖以及其它 有机质。其CODcr—般在120000mg/L以上。因此，亚钕法草浆黑液是制备木素磺 酸铵的一种良好原料。
目甜，以亚铵法草浆黑液为原料制备木素磺酸铵，己有相关专利。如申请号为 CN00124912的中国专利，是一种由亚铵法制浆造纸废液资源化生产木素产品的方 法，包括将蒸煮后喷放出來的原浆进行桨液分离，提取90 %以上的黑液；对分离 出的废液进行微滤净化；净化的废液进行低浓蒸发，使废液浓縮成30 — 40 %的浓 度；然后，浓废液经喷雾干燥塔进行喷雾干燥。
但是亚铵法草浆黑液含硅量高，黏度大，活化能很高，半纤维和杂细胞多以及 易于变质和产生沉淀，因此蒸发浓缩时耗能高，成本较大。
本发明采用五效逆流蒸发浓縮工艺，克服了上述缺点，能源消耗少，每吨蒸汽 可以带走4一6吨水分，而且能够将黑液浓縮到40—47%不结粗，产生的污冷凝水 COD仅1500 mg/L，易于治理。同时，得到的木素磺酸铵，用途广泛，可以作为多 种具有很高经济价值产品的原料，还可用于制备优秀的减水剂，也可以加入少量交 联剂，用于制备木质素固沙剂，具有良好的经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种木素磺酸铵的制备方法。 本发明提供的一种木素磺酸铵的制备方法，包括以下歩骤
4(1) 蒸发浓縮
采用五效逆流蒸发浓縮工艺，亚铵法草浆黑液自V效流入，加热蒸汽自I效流 入，亚铵法草浆黑液依次经过V效、IV效、III效加热蒸发后，变为低半浓黑液，低 半浓黑液依次经过II效、I效加热蒸发后，变为半浓黑液，半浓黑液再一次依次经过 II效和I效加热蒸发，变为浓黑液；
(2) 干燥
将浓黑液通过喷浆造粒或喷雾干燥，得到粒状或粉状的木素磺酸铵。
其中上述的亚铵法草浆黑液纤维含量过325目筛后不大于200 mg/L，波美度2-9， 固含量=4—15%， pH = 9-13，温度二60-80。C。
所述的亚钹法草浆黑液在流入V效前先进行闪蒸，优选闪蒸连续进行2次，闪 蒸出的蒸汽分别通入III效和IV效蒸发器，以充分利用亚铵法草浆黑液自身的热量。
所述的五效蒸发各效压力为I效20—38 kPa， I效20—38 kPa， II效_19 OkPa、 111效—58 —40kPa 、 IV效—73 —60kPa， V效—84^^ — 79kPa，各效压 力为相对大气压力而S。
亚铵法草浆黑液经过各效时温度分别为i效100-120°C、 II效90-100°C 、 III 效80-90。C 、 IV效70-80。C、 V效57-65。C。
亚钹法草浆黑液经过各效时波美度分别为V效5—9、 IV效9一12、 III效11 一14;第一次经过II效和I效时，11效14_17、 I效18 — 21;第二次经过II效和I 效时，II效23—25、 I效25-29。
所述的低半浓黑液固含量为20_25%，波美度为11-14;所述的半浓黑液固含量 为30—35%，波美度为18-21，所述的浓黑液固含量为40—47%，波美度为25—29。
所述的加热蒸汽温度为120-200°C，压力为0.2-0.4MPa，自I效流入后经过热交 换变为清洁冷凝水，温度为105°C-120°C，优选将所述的清洁冷凝水再进行闪蒸，闪 蒸出的蒸汽通入II效，以提高热能利用率。
所述的喷浆造粒时喷桨造粒机头温度500 65(TC，机尾温度47—7(TC，返料量 》50%。
所述喷雾干燥时喷雾干燥塔入口温度300—40(TC，出口温度110—130'C。 以下对本发明展开详述。
本发明提供的一种木素磺酸铵的制备方法，主要包括以下两个歩骤
5200810013839.3
说明书第2/8页
(1) 蒸发浓縮本发明方法的原料是针对来自挤浆机的亚铵法草浆黑液，为了防止对后续工艺 产生不利影响，必须先将黑液过滤，以除去其中的纤维素，过滤纤维的歩骤使用纤 维过滤机，经过纤维过滤机后的亚铵法草浆黑液纤维含量(过325目筛子)《200 mg/L，波美度2-9，固含量=4一15%， pH=9-13，温度二60-80。C。
为了提高热能利用率，蒸发浓縮时一般采用多效蒸发，多效蒸发中第I效加入加 热蒸汽，其中蒸出的二次蒸汽温度比加热蒸汽低，可作为第II效的的加热蒸汽，第 II效蒸出的二次蒸汽作为第III效的加热蒸汽，依次类推，各效的加热蒸汽温度与各 效的操作压力依次降低，各效溶液的沸点温度也依次降低。
随着多效蒸发器效数的增加，单位蒸汽消耗量逐渐减小，但由于多效蒸发器成 本较高，因此出自操作成本考虑，本发明采用五效蒸发。
为了充分利用黑液自身的热量，提高热能利用率，降低成本，可以将亚钹法草 浆黑液在进入五效蒸发前先进行闪蒸，优选连续进行2次闪蒸。闪蒸使得亚铵法草 浆黑液产生少量蒸汽，2个闪蒸罐的蒸汽分别通入以后歩骤中的III效和IV效蒸发器， 可以利用亚钹法草浆黑液自身的热量。
亚铵法草浆黑液流入闪蒸罐的温度为60—80'C，经过2歩闪蒸后，温度变化不 大，固含量无明显变化，然后进行五效蒸发。
五效蒸发所用的设备为五效蒸发器，五效蒸发器中的每一效通常分为三部分， 可参见图4，最上部为分配盘，作用是将循环泵抽上的黑液平均分配到各管中，中间 为气室，为蒸汽与黑液的热交换区域，黑液的此区域蒸发浓縮，最下部为液室，蒸 发浓縮后的黑液流入此部位。
总的来说，五效蒸发器中的物质可分为气相和液相两部分，液相即黑液，气相 即蒸汽，流向分别如下所示
1、 液相即黑液流向如图2所示。
2、 气相即蒸汽流向如图3所示。
亚铵法草浆黑液流入V效蒸发器，被来自IV效蒸发器的蒸汽加热浓縮，进入IV 效蒸发器，被来自III效的蒸汽加热浓縮，进入低半浓黑液槽，变为低半浓黑液，固 含量为20 — 25%，波美度为11-14。
低半浓黑液然后依次进入II效蒸发器和I效蒸发器，被蒸汽加热浓縮后进入半 浓黑液槽，变为半浓黑液，固含量为30 — 35%，波美度为18-21。
6半浓黑液再一次依次进入II效和I效黑液槽，被蒸汽加热浓縮即变为浓黑液， 流入浓黑液槽。
浓黑液固含量为40—47%，波美度为25-29。
在五效蒸发器中，气相即蒸汽的流向刚好相反，目的在于增加气相和液相间的 温度差，提高热交换效率。其中，从蒸汽发生器出来的初始蒸汽温度为200 — 21(TC， 压力=0.8-1 MPa，经过减压阀降到0.2-0.4MPa、 14(TC左右，通入I效，此时的蒸汽 为清洁蒸汽，与I效的黑液进行热交换后，变为清洁冷凝水，清洁冷凝水的温度为 105°C-120°C，为了充分利用其热量，将其通过一个闪蒸罐，闪蒸的蒸汽通入II效蒸 发器，排出的清洁冷凝水可以用于制浆工艺中的洗浆。
I效的黑液蒸发的蒸汽进入II效，作为II效的加热蒸汽，同样，II效的黑液蒸发 的蒸汽作为III效的蒸发蒸汽，依次类推，II、 III、 IV、 V黑液蒸发的蒸汽为污蒸汽， 因其为前一效沸腾黑液产生，其与该效黑液进行热交换后，即形成污冷凝水，II、 III、 IV、 V效的污冷凝水最终汇总在一起，COD在1500mg/L左右，流向污水处理 厂进行处理。
上述各效中黑液的温度依次为 I效100-120°C、 II效 90-100。C 、 11I效80-90。C 、 IV效70-80°C、 V效57-65 。C;
各效黑液波美度分别为 各效黑液波美度分别为
V效5—9、 IV效9一12、 IH效11一14;第一次经过II效和I效时，n效14一17、 I 效18—21;第二次经过II效和I效时，H效23—25、 I效25-29。 各效的压力为
I效20 — 38 kPa、 II效 —19 0kPa、 111效—58^40 kPa 、 IV效—73 —60kPa、 V效一84^^—79kPa，文中所有压力都为相对压力，相对大气压而言。
各效的热交换面积可以视设计处理能力而定，以设计处理能力蒸发水70吨/h， 每天处理2000m3的亚铵法草浆黑液；正常负荷下通蒸汽量为17.5吨/h而言，每效的 热交换面积为I效1600m2、 II效1200 m2、 III效、IV效、V效都是900m2。
此外，在设计中为了提高热交换效率，往往需要将各效蒸发器中N2等不凝性气
体除去，这可以通过在气室处连接一个真空泵来实现，在气室和真空管道连接处有 节流孔板，只允许不凝性气体通过，而水蒸气无法通过。二、干燥
亚铵法草浆黑液经过浓縮变为浓黑液后，将其进行干燥即可得木素磺酸铵。出 自工业化大生产的考虑，干燥方法优选喷浆造粒或喷雾干燥，其中喷浆造粒时喷浆 造粒机头温度550 60(TC，机尾温度47 — 55。C，返料量》50%，喷雾干燥时，喷雾 干燥塔入口温度300—40(TC，出口温度110 — 13(TC。具体流程见图5。浓黑液喷入 喷塔，同时热风炉提供的热风进入喷塔，通过干燥喷雾形式生产粉末状的化工原料。 所产生尾气经过旋风分离器、风机和湿法除尘器后，直接用在储料罐周边,作为保温 热源利.基本没有任何废气,废渣,废水排出.完全避免对周边环境产生任何污染。
总之，本发明工艺能源消耗少，采用多歩闪蒸和加入节流孔板等方式，以充分 利用蒸汽的热量，每吨蒸汽可以带走4_6吨水分，而且能够将黑液浓縮到40—47 %不结垢，产生的污冷凝水COD仅1500 mg/L，易于治理。同时，得到的木素磺酸 铵，用途广泛，可以作为多种具有很高经济价值产品的原料，还可用于制备优秀的 减水剂，也可以加入少量交联剂，用于制备木质素固沙剂，具有良好的经济效益。
图1本发明采用的五效蒸发工艺
图2五效蒸发中液相流动方向
图3五效蒸发中气相流动方向
图4蒸发器的简要结构示意图
图5浓黑液的喷雾干燥过程
具体实施方式
实施例1
(1)蒸发浓縮
亚铵法草浆黑液纤维含量200mg/L，波美度2，固含量=4%， pH=9;温度为 6CTC，将草浆黑液进行2歩闪蒸，得到闪蒸后的草浆黑液。
将闪蒸后的草浆黑液进行五效蒸发，五效蒸发过程为逆流多效蒸发，闪蒸后的 草浆黑液自V效流入，加热蒸汽自I效流入，闪蒸后的草浆黑液依次经过V效、IV 效、III效加热蒸发后，变为低半浓黑液，低半浓黑液依次经过II效、I效加热蒸发 后，变为半浓黑液，半浓黑液再一次依次经过II效和I效加热蒸发，变为浓黑液。
上述的加热蒸汽温度为120°C，压力为0.2MPa，自I效流入后经过热交换变为
清洁冷凝水，温度为105°C，所述的清洁冷凝水再进行闪蒸，闪蒸出的蒸汽再次利用，
8上述的五效蒸发各效压力为I效20 kPa， II效一19kPa、 III效—58 kPa 、 IV 效一73kPa、 V效一84kPa;
各效黑液温度为
I效100°C、 II效 90°C 、 ni效80。C 、 IV效70°C、 V效57。C :各效黑液波美度分别为
V效5、 IV效9、 III效11;第一次经过II效和I效时，II效14、 I效18;第二 次经过II效和I效时，11效23、 1效25。
上述的低半浓黑液固含量为20%，波美度为11;所述的半浓黑液固含量为30%， 波美度为18;得到的浓黑液其固含量为40%，波美度为25。 (2)喷浆造粒
将浓黑液通入喷浆造粒机，喷浆造粒机头温度50(TC，机尾温度47'C，返料量 50%，得到粒状木素磺酸铵。 实施例2 (1)蒸发浓縮
亚铵法草浆黑液纤维含量100mg/L，波美度9，固含量=15%， pH=13
将亚钹法草浆黑液直接进行五效蒸发，五效蒸发过程为逆流多效蒸发，草浆黑 液自V效流入，加热蒸汽自I效流入，草浆黑液依次经过V效、IV效、III效加热蒸 发后，变为低半浓黑液，低半浓黑液依次经过II效、I效加热蒸发后，变为半浓黑液， 半浓黑液再一次依次经过II效和I效加热蒸发，变为浓黑液。。
上述的加热蒸汽温度为200°C，压力为0.4MPa，自I效流入后经过热交换变为 清洁冷凝水，温度为120°C。
上述的五效蒸发各效压力为1效38 kPa， II效OkPa、 IH效一40kPa、 IV 效一60kPa、 V效一79kPa;
各效黑液温度为
I效120°C、 II效 100°C 、 ni效90。C 、 IV效80°C、 V效65。C 各效黑液波美度分别为
V效9、 IV效12、 III效14;第一次经过II效和I效时，II效17、 I效21;第二 次经过II效和I效时，11效25、 1效29。
上述的低半浓黑液固含量为25%，波美度为14;所述的半浓黑液固含量为35%,
9波美度为21;得到的浓黑液其固含量为47%，波美度为29。 (2)喷浆造粒
将浓黑液通入喷浆造粒机，喷浆造粒机头温度65(TC，机尾温度70°C，返料量 70%,得到粒状木素磺酸铵。 实施例3
(O蒸发浓縮
亚钹法草浆黑液纤维含量50mg/L，波美度6，固含量=10%， pH=10;温度为 7CTC，将草浆黑液进行一歩闪蒸，得到闪蒸后的草浆黑液。
将闪蒸后的草浆黑液进行五效蒸发，五效蒸发过程为逆流多效蒸发，闪蒸后的 草浆黑液自V效流入，加热蒸汽自I效流入，闪蒸后的草浆黑液依次经过V效、IV 效、III效加热蒸发后，变为低半浓黑液，低半浓黑液依次经过II效、I效加热蒸发 后，变为半浓黑液，半浓黑液再一次依次经过II效和I效加热蒸发，变为浓黑液。
上述的加热蒸汽温度为130°C，压力为0.3MPa，自I效流入后经过热交换变为 清洁冷凝水，温度为105°C，所述的清洁冷凝水再进行闪蒸，闪蒸出的蒸汽再次利用， 以提高热能利用率。
上述的加热蒸汽温度为140°C，压力为0.3 MPa，自I效流入后经过热交换变为 清洁冷凝水，温度为ll(TC，所述的清洁冷凝水再进行闪蒸，闪蒸出的蒸汽再次利用， 以提高热能利用率。
上述的五效蒸发各效压力为I效25kPa， II效一10kPa、 IH效一50kPa、 IV 效—70kPa、 V效一80kPa;
各效黑液温度为
I效110°C、 II效 95°C 、 ni效85。C 、 IV效75°C、 V效60°C 各效黑液波美度分别为
V效6、 IV效10、 III效12;第一次经过II效和I效时，II效15、 I效19;第二 次经过II效和I效时，11效24、 1效28。
上述的低半浓黑液固含量为21%，波美度为12;所述的半浓黑液固含量为32%， 波美度为19;得到的浓黑液其固含量为42%，波美度为28。 (2)喷雾干燥
将浓黑液通入喷雾干燥塔，喷雾干燥塔入口温度30(TC，出口温度110。C，得到 粉状木素磺酸铵。
10实施例4
(1) 蒸发浓縮
亚铵法草浆黑液纤维含量80mg/L，波美度8，固含量=13%， pH=ll;温度为 62°C，将草浆黑液进行2歩闪蒸，得到闪蒸后的草浆黑液。
将闪蒸后的草浆黑液进行五效蒸发，五效蒸发过程为逆流多效蒸发，闪蒸后的 草浆黑液自V效流入，加热蒸汽自I效流入，闪蒸后的草浆黑液依次经过V效、IV 效、III效加热蒸发后，变为低半浓黑液，低半浓黑液依次经过II效、I效加热蒸发 后，变为半浓黑液，半浓黑液再一次依次经过II效和I效加热蒸发，变为浓黑液。
上述的加热蒸汽温度为150°C，压力为0.35 MPa，自I效流入后经过热交换变为 清洁冷凝水，温度为112°C，所述的清洁冷凝水再进行闪蒸，闪蒸出的蒸汽再次利用， 以提高热能利用率。
上述的五效蒸发各效压力为I效28kPa， II效一12kPa、 III效一45kPa 、 IV 效一65kPa、 V效一82kPa;
各效黑液温度为
I效115。C、 II效 98°C 、 HI效86。C 、 IV效73°C、 V效58°C 各效黑液波美度分别为
V效8、 IV效ll、 III效13;第一次经过II效和I效时，11效16、 I效20;第二 次经过II效和I效时，11效24、 1效28。
上述的低半浓黑液固含量为22%，波美度为13;所述的半浓黑液固含量为33%， 波美度为20;得到的浓黑液其固含量为42%，波美度为28。
(2) 喷雾干燥
将浓黑液通入喷雾干燥塔，喷雾干燥塔入口温度30(TC，出口温度110。C，得到 粉状木素磺酸铵。
1权利要求
1、一种木素磺酸铵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)蒸发浓缩采用五效逆流蒸发浓缩工艺，亚铵法草浆黑液自V效流入，加热蒸汽自I效流入，亚铵法草浆黑液依次经过V效、IV效、III效加热蒸发后，变为低半浓黑液，低半浓黑液依次经过II效、I效加热蒸发后，变为半浓黑液，半浓黑液再一次依次经过II效和I效加热蒸发，变为浓黑液；(2)干燥将浓黑液通过喷浆造粒或喷雾干燥，得到粒状或粉状的木素磺酸铵。
2、 根据权利要求i所述的制备方法，其特征在于，所述的亚铵法草浆黑液纤维含量过325目筛后不大于200 mg/L，波美度2-9，固含量=4一15%， pH=9-13，温度= 60-8CTC。
3、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的亚铵法草浆黑液在流入V 效甜先进行闪蒸，优选W蒸连续进行2次，W蒸出的蒸汽分别通入III效和IV效蒸 发器，以充分利用亚铵法草浆黑液自身的热量。
4、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的五效蒸发各效压力为I 效20 — 38 kPa， I效20 —38 kPa， II效一19 0kPa、 III效—58 _40 kPa 、 IV 效一73 一60kPa， V效一84^^_79kPa，各效压力为相对大气压力而言。
5、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，亚铵法草浆黑液经过各效时温度 分别为I效100-120°C、 II效 90-100°C 、 111效80-90°C 、 IV效70-80°C、 V 效57-65°C。
6、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，亚铵法草浆黑液经过各效时波美 度分别为V效5 — 9、 IV效9一12、 in效ll一14;第一次经过II效和I效时，II 效14_17、 I效18 — 21;第二次经过II效和I效时，1I效23 — 25、 I效25-29。
7、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的低半浓黑液固含量为20 一25%，波美度为11-14:所述的半浓黑液固含量为30_35%,波美度为18-21，所 述的浓黑液固含量为40—47%，波美度为25 — 29。
8、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的加热蒸汽温度为120-200 °C，压力为0.2-0.4MPa，自I效流入后经过热交换变为清洁冷凝水，温度为105°C-120°C，优选将所述的清洁冷凝水再进行闪蒸，闪蒸出的蒸汽通入n效，以提高热 能利用率。
9、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的喷浆造粒时喷浆造粒机头 温度500 650'C，机尾温度47 —70°C，返料量》50%。
10、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的喷雾干燥时喷雾干燥塔 入口温度300—40(TC，出口温度110—130。C。
全文摘要
本发明涉及一种木素磺酸铵的制备方法，采用该方法制备木素磺酸铵，能源消耗少，效率高，同时，得到的木素磺酸铵，用途广泛，可以作为多种具有很高经济价值产品的原料，还可用于制备优秀的减水剂，也可以加入少量交联剂，用于制备木质素固沙剂，具有良好的经济效益。
文档编号D21C11/10GK101487196SQ200810013839
公开日2009年7月22日 申请日期2008年1月16日 优先权日2008年1月16日
发明者周长青, 宋明信, 李洪法, 杨茂峰, 王安保, 郭良进, 陈学涛 申请人:山东泉林纸业有限责任公司