回收制浆化学品和减少其中的钾和氯浓度的方法
【专利说明】回收制浆化学品和减少其中的钾和氯浓度的方法发明领域
[0001 ] 本发明涉及制浆木料，更特别涉及制浆化学品的回收。
[0002]发明背景
[0003]在木料制浆工艺中，将木肩进料至蒸煮器中。通常，对蒸煮器加压并且在约160-180°C下操作。水溶液，白液(通常由氢氧化钠和硫化钠构成)，与木肩混合。白液或化学制浆材料在木料的化学品基质中中和有机酸。木质素和其他有机材料(贡献约一半质量的木料)溶解在白液中并且作为黑稀液离开蒸煮器。剩下的材料、纸浆构成用于造纸工艺的木纤维。
[0004]稀液通常具有约15重量％的固含量，其对于燃烧过低。为了提高黑稀液的固含量，黑稀液通常在多重效果的蒸发器中浓缩直到其固含量约为65-85%。之后，浓缩的黑稀液称为浓缩的黑液。
[0005]许多纸浆工厂使用被称作Kraft化学品回收工艺的工艺。这个工艺具有三个主要的目的:⑴最小化来自制浆工艺的废料(黑液)的环境影响；⑵再循环形成氢氧化钠和硫化钠的制浆化学品；和(3)产生蒸汽和动力。
[0006]Kraft化学品回收工艺开始于将黑液引入回收锅炉中。浓缩的黑液喷射到回收锅炉的下部，其中其在缺氧环境中燃烧从而形成硫化钠(Na2S)。无机钠和硫作为熔融熔炼物移出，其主要由Na2S和碳酸钠(Na2CO3)构成。将熔融熔炼物引入溶解槽中，其中其溶解在水中形成称作绿液的物质。将绿液引入苛化装置，其中其与石灰、氧化钙反应将碳酸钠转化为氢氧化钠。苛化的绿液称为“白液”，其主要包含氢氧化钠和硫化钠。其返回到蒸煮器中用于在制浆中再利用。将来自苛化反应的沉淀的碳酸钙(有时称为石灰泥)洗涤并送入石灰窑中，其中将其加热至高温以再生氧化钙用于再利用。
[0007]已知氯(Cl)(在工厂中以氯化物的形式存在)和钾(K)对在纸浆工厂中的化学品回收工艺的操作具有负面影响。这些元素，尽管他们在黑液中只是小量，但可以极大降低飞灰沉淀物的熔融温度，促使回收锅炉中的传热管产生严重的结垢和腐蚀。
[0008]氯和钾在回收锅炉中燃烧黑液期间形成的灰分中浓缩。所述灰分主要由钠盐和钾盐构成，其中硫酸根，碳酸根和氯离子构成绝大多数的阴离子。
[0009]当前大多数，如果不是所有的，从回收锅炉中收集并取出的沉淀物灰分再循环至待在锅炉中燃烧的黑液。当氯或钾的浓度提高时，一部分沉淀物灰分从该系统中清除出来。
[0010]随着纸浆工厂在近些年加强了其液体循环以提高溢出控制并减少化学品损耗，氯和钾在工厂液体中的浓度增加，导致在回收锅炉操作中产生问题。这导致了在氯和钾移出中的更新的益处。
[0011]附图的简要说明
[0012]图1为示出木料制浆工艺的示意图，其并入了减少黑液中钾和氯浓度的化学品回收工艺。
[0013]图2为一部分化学品回收工艺，尤其示例移出从回收锅炉回收的钾、氯和沉淀物灰分的工艺的示意图。
[0014]图3为一部分化学品回收工艺的另一个实施方案，特别是示例移出从回收锅炉回收的钾、氯和沉淀物灰分的工艺的示意图。
[0015]图4是一部分化学品回收工艺的另一个实施方案，特别是示例移出从回收锅炉回收的钾、氯和沉淀物灰分的工艺的示意图。
[0016]发明的示例性实施方案的描述
[0017]参考图1，其中示出了一种从木料中移出纸浆并回收制浆化学品的方法。如本文中所讨论的，化学品回收工艺包括减少在通过制浆木料生产的黑液中通常存在的氯和钾浓度的工艺设备或元件。
[0018]参考图1，将木肩引入蒸煮器12中。木肩与通常称为白液的制浆化学品混合。该白液包含氢氧化钠(NaOH)和硫化钠(Na2S)。蒸煮器12在压力下操作，在典型的工艺中，在约160-180°C的温度下蒸煮木肩。蒸煮器中的白液中和木料的化学品基质中的有机酸。木质素和其他有机材料溶解在白液中。剩余的材料是在造纸工艺中使用的纸浆或木纤维。白液从蒸煮器12中排出，一旦排出，则白液就称为黑稀液。
[0019]将黑稀液引入蒸发器中或一系列蒸发器14中(例如多重效果的蒸发器)，在其中浓缩黑稀液。黑稀液通常的固含量约15重量％，其对于燃烧而言过低。通常，黑稀液在多重效果的蒸发器网络中浓缩。尽管浓缩度可以变化，但一般黑稀液浓缩成约65-85重量％的干燥固体。一旦在蒸发器14中浓缩，黑稀液被称作浓缩的黑液。
[0020]在化学上，黑液是几种基础化学组分的混合物，其中最大的部分为碳，氧，钠和硫。通常在黑液中存在的其他组分包括氢，钾，氯和氮。
[0021]黑稀液在蒸发器14中浓缩形成浓缩的黑液之后，浓缩的黑液经历回收其中含有的制浆化学品的工艺。如图1中所示例的，将浓缩的黑液引入回收锅炉16。
[0022]通常，由蒸发器14浓缩的黑液的温度约为120°C。将黑液喷射到回收锅炉16中，其通常在约900°C下操作。有效地，将黑液雾化为小滴，当喷入回收锅炉16中时，暴露在热气中并经历干燥，热解，和炭转化(char convers1n) ο在炭转化结尾，小滴转化为小颗粒熔炼物，其一般由离子形式的无机材料，硫化钠、碳酸钠、硫酸钠和氯化钠组成。炭转化通常在熔炼物离开锅炉之前完成。所得的可燃烧气体完全燃烧。这在锅炉的周围水管中产生蒸汽。然后，该蒸汽用于其他工厂工艺并通常用于驱动产生电能的汽轮机。
[0023]所得熔炼物进入到溶解槽19中，其中熔炼物溶解在水中形成称为绿液的物质。然后将绿液送入苛化装置20中，其中绿液与石灰，氧化钙反应，将碳酸钠转化为氢氧化钠。在溶解槽19中形成的硫化钠简单通过苛化装置20没有变化。
[0024]苛化的绿液被称为白液，大多数包含氢氧化钠和硫化钠。通过苛化装置生产的白液返回到蒸煮器，用于在制浆中再利用。在苛化装置20中，碳酸钙(石灰泥)沉淀。洗涤来自苛化反应的沉淀的碳酸钙，送入石灰窑中，在其中将其加热至高温以再生氧化钙用于再利用。
[0025]在制浆化学品回收系统中的主要问题为在进入回收锅炉16的黑液中存在氯和钾。这些因素倾向于减少回收锅炉产生有用化学品的容量。更特别地，氯和钾增加携带沉淀物和灰分颗粒与回收锅炉管的粘度，其导致在回收锅炉的上部的结垢和堵塞。此外，氯化物还倾向于增加超热管的腐蚀速率。
[0026]氯和钾与木料和组分化学品一起进入工厂液体循环。取决于木料种类、它们如何输送到工厂和组分化学品的量和类型，氯和钾输入量会变化。然而，一旦在液体循环中，氯和钾继续累积直到他们达到稳定态浓度。在一个实例的方式中，对于内地工厂，黑液的氯含量通常在约0.2至约0.6wt%变化，以干燥固体计，对于使用被氯化钠污染的苛性组分的工厂，高到约l_2wt%。对于其中使用海运伐木的沿海工厂，氯含量高得多，为约3-5wt%。对于软木材工厂，黑液的钾含量通常在约0.8至1.5wt%变化，以干燥固体计，对于硬木材工厂，甚至高至约2至约5wt%。
[0027]随着纸浆工厂近些年加强它们的液体循环以提高溢出控制并减少化学品损耗，增加了工厂液体中氯和钾的浓度，造成回收锅炉操作中的问题。
[0028]由于它们在高温下的高挥发性，氯和钾的化合物(例如氯化钠和氯化钾)从回收锅炉炭床蒸发，并富集在由回收锅炉16中产生的沉淀物灰分中。近年来纸浆工厂已经清除了一部分沉淀物灰分以控制氯和钾的水平。尽管氯和钾在灰分中浓缩，但他们的量仅是灰分的约4-20wt%。灰分中剩余的清除的物质为钠离子、硫酸根和碳酸根。这意味着当清除沉淀物灰分时必须将组分钠和硫加入到液体循环中。
[0029]本发明涉及从灰分中移出氯和钾而没有消耗大量的制浆化学品的工艺。如图1所示，将来自回收锅炉16的灰分引入图1中由编号18表示的钾和氯移出工艺。如图1所示，将钾和氯移出工艺18设计成移出硫酸钾(K2SO4)或钾芒硝(3K2S04.Na2SO4)形式的钾，并产生相对富集氯化物的一股或多股清除料流。同时，钾和氯的移出工艺回收硫酸钠，其返回到工厂用于产生制浆化学品或白液。
[0030]回到图2，将来自回收锅炉16的灰分引入槽20，其中灰分溶解在水里。在一些情况下中，将全部的或几乎全部的来自回收锅炉16的灰分引入槽20。在其他情况下，仅将一部分来自回收锅炉16的灰分引入槽20。在任何情况下，引入槽20的灰分溶解形成溶解的灰分溶液。将溶解的灰分溶液引入蒸发器或一系列蒸发器22。蒸发器22浓缩溶解的灰分溶液，导致硫酸钠和碳酸钠矾(2Na2S04.Na2CO3)沉淀形成晶体。将包含沉淀的碳酸钠矾和硫酸钠的浓缩物引入固-液分离器24，其从该浓缩物中分离碳酸钠矾和硫酸钠。分离的浓缩物经过管线26再循环回到蒸发器22。蒸发器22产生了浓缩的清除料流25，其相对富含氯和钾。
[0031]将浓缩的清除料流25引入钾芒硝结晶器28。一旦在结晶器28中，浓缩的清除料流经历冷却，优选绝