改良的間歇蒸煮技術(shù)SuperBatch-K和CBC

劉秋娟

（天津科技大學(xué)，天津市制漿造紙重點實驗室，天津，300457）

綜 述

改良的間歇蒸煮技術(shù)SuperBatch-K和CBC

劉秋娟

（天津科技大學(xué)，天津市制漿造紙重點實驗室，天津，300457）

簡要介紹了超級間歇蒸煮-K(SuperBatch-K)和連續(xù)控制蒸煮液濃度的間歇蒸煮（CBC-Continuous batch cooking）兩種改良的間歇蒸煮技術(shù)。

置換蒸煮；超級間歇蒸煮；SuperBatch-K；CBC

1 超級間歇蒸煮—K(SuperBatch-K)

SuperBatch-K蒸煮技術(shù)是在超級間歇蒸煮(SuperBatch)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。其目的主要是為了減少針葉木蒸煮黑液在蒸發(fā)車間的鈣結(jié)垢問題[1]。在早期的間歇置換蒸煮技術(shù)中，浸漬后的黑液一部分作為溫充液回用，另一部分送往黑液蒸發(fā)車間。然而，這種黑液含有在浸漬階段和熱充段前期從木材中釋放出來的鈣。當(dāng)加熱的時候，釋放的鈣離子會生成碳酸鈣。碳酸鈣的形成有一個特定的溫度范圍，大約在120~160℃之間。在針葉木制漿時發(fā)現(xiàn)在蒸發(fā)工段的黑液蒸發(fā)溫度下會形成碳酸鈣，造成蒸發(fā)設(shè)備結(jié)垢。在SuperBatch-K中，在稀黑液送往蒸發(fā)車間之前，利用蒸煮后的余熱來加熱這種含有鈣的黑液。另一種減少稀黑液中鈣的特有方法是在浸漬段減少黑液的過多排出[2]。圖1為SuperBatch與SuperBatch-K各自蒸煮液系統(tǒng)的差別。

除了含鈣黑液的熱處理外，SuperBatch-K技術(shù)還有其他方面的改進。首先，部分蒸煮終點置換用的洗滌液由來自浸漬段的黑液所替代，用洗漿稀黑液（washing filtrate）進行溫充，洗漿稀黑液的溶解固形物濃度約為10%~12%,代替溶解固形物濃度高于15%的稀黑液。因此，使得整個循環(huán)中蒸煮液中溶解的固形物濃度更低。第二黑液貯存槽的稀黑液直接送往蒸發(fā)工段。與原來的SuperBatch工藝一樣，也用回收熱量來加熱白液。稀黑液的溫度通過黑液/水換熱器來進一步控制。由于稀黑液溫度控制會影響送往蒸發(fā)工段的所有黑液，因此SuperBatch-K具有更高效的溫度控制。

與此同時，對槽罐區(qū)也進行了重新設(shè)計 （見表1）。在原來的設(shè)計中，第一和第二黑液貯存罐是立式的壓力容器，在SuperBatch-K中由單臺臥式壓力罐取而代之。這增強了松節(jié)油的回收，并使整個系統(tǒng)更簡單和更具投資成本效益[3]。此外，SuperBatch-K還降低了蒸煮過程中蒸煮液的固形物濃度。在單一臥式黑液貯罐中，黑液進入其氣相區(qū)域，發(fā)生閃蒸和冷凝作用，促進了松節(jié)油的分離，松節(jié)油的分離取決于溫度。與雙黑液貯存罐系統(tǒng)中的第一黑液貯罐相比，單一臥式黑液貯罐的黑液溫度較低。因此，設(shè)有換熱器來控制進入蒸煮器的熱充黑液的溫度。而原來的SuperBatch系統(tǒng)的換熱器則主要用于開機啟動時的加熱。不過，配置單一熱黑液貯存罐的系統(tǒng)也有一些不足之處：

-中壓蒸汽的消耗比配置雙黑液貯存罐的系統(tǒng)高約15%。在熱充階段需要更多的蒸汽將熱黑液加熱到設(shè)定溫度。雖然從稀黑液中回收了更多的熱量來加熱白液，但并沒有完全補償多消耗的蒸汽。

-送蒸發(fā)的稀黑液的堿濃更難以控制。在配置單一熱黑液貯存罐的系統(tǒng)中，實際蒸煮過程中的堿濃度會影響稀黑液的堿濃。而在具有雙熱黑液貯罐的系統(tǒng)中，來自蒸煮的原液（mother liquor）不作為稀黑液（weak black liquor）用。

原始的SuperBatch·工藝過程

SuperBatch·－K 工藝過程

圖1 原SuperBatch（超級間歇蒸煮）與SuperBatch-K蒸煮技術(shù)中藥液流程的比較[4]

表1 SuperBatch與SuperBatch-K的槽罐設(shè)置

2 連續(xù)控制蒸煮液濃度的間歇蒸煮（CBC）

CBC-Continuous batch cooking，在間歇蒸煮過程中，按照改良硫酸鹽法蒸煮、提高脫木素選擇性的四個原則，采取黑液預(yù)浸漬、改變蒸煮液的濃度，控制蒸煮溫度以及抽出黑液等措施，達(dá)到了脫木素的選擇性的目的。CBC的特點是，蒸煮系統(tǒng)有許多槽罐組成，槽罐中裝著配制好的用于蒸煮的各種溶液，如預(yù)浸漬黑液和蒸煮液等。蒸煮過程中，通過這些罐中液體的循環(huán)，不斷向蒸煮器中添加化學(xué)藥品，并采用直接通蒸汽或間接加熱方式進行加熱，以達(dá)到設(shè)定的蒸煮液濃度和溫度。

CBC與其他置換蒸煮（RHD或SuperBath）的根本區(qū)別在于：在黑液熱充之后，鍋內(nèi)蒸煮液通過蒸煮液罐（CL）進行循環(huán)，并連續(xù)不斷地進行間接加熱和補加白液。結(jié)果是由于新鮮堿液連續(xù)不斷地送入蒸煮器中，整個蒸煮期間的堿液濃度曲線是比較平穩(wěn)的[5]。

CBC蒸煮過程見圖2。

圖2 CBC工藝過程簡圖

① 裝木片：采用蒸汽裝鍋，同時，從 浸漬液IL1罐泵浸漬液入鍋內(nèi)。

②蒸煮器內(nèi)裝完木片后，繼續(xù)從IL1罐向蒸煮鍋內(nèi)泵入浸漬液，直至壓力達(dá)到0.8~0.9MPa。

③浸漬液在IL1罐—蒸煮鍋—浸漬液IL2罐之間循環(huán)，即從IL1罐抽出浸漬液，經(jīng)由鍋頂與鍋底藥液循環(huán)管進入蒸煮鍋內(nèi)，再從蒸煮鍋出來，進入IL2罐。保持鍋內(nèi)壓力0.8~0.9MPa，使鍋內(nèi)藥液均勻分布。浸漬液的HS— 與OH—濃度之比為0.7：1.0（HS—0.25mol/L ，OH—0.25~0.37 mol/L），使木片在浸漬過程中達(dá)到充分地預(yù)硫化。迅速升溫以促進木片對硫化物的吸收，這是選擇性脫木素的重要條件。

④ 浸漬30分鐘后，從CL1罐泵蒸煮液入蒸煮鍋，將浸漬液置換出來，送回浸漬液罐。

⑤當(dāng)浸漬液全部抽出后，循環(huán)管的出口接入蒸煮液罐，此后，蒸煮液在蒸煮器與蒸煮液罐（CL1、CL2）之間進行循環(huán)，直至達(dá)到設(shè)定的H-因子。

通過蒸煮液的循環(huán)使鍋內(nèi)溫度在30min之內(nèi)達(dá)到155~165℃。在蒸煮液循環(huán)過程中，按照設(shè)定的堿液EA濃度和溫度進行實時調(diào)控。如圖3所示，CBC蒸煮過程中堿液濃度很均勻。由于蒸煮液中添加了上一鍋的黑液，所以硫化度較高。HS—與OH—濃度之比為0.5~0.6。蒸煮后期，連續(xù)不斷地用洗漿稀黑液取代部分循環(huán)蒸煮液，因此，蒸煮液中溶解的木素和鈉離子濃度較低，在此同時堿液的濃度和溫度也得到了調(diào)節(jié)。置換出來的蒸煮液通過浸漬液罐送到堿回收的蒸發(fā)工段。

⑥與其他的間歇蒸煮相似，蒸煮到達(dá)終點，將洗漿工段的稀黑液泵入蒸煮鍋內(nèi)終止蒸煮，直到鍋內(nèi)漿料溫度達(dá)到100℃以下再進行放鍋。此過程的具體步驟是，首先將置換出來的高溫蒸煮液送到蒸煮液罐，而后置換出來的溫黑液送到浸漬液罐。

⑦最后，100℃以下的漿料泵送到噴放鍋，泵送過程中用洗漿稀黑液調(diào)節(jié)漿濃。

比較云杉CBC漿和云杉傳統(tǒng)硫酸鹽漿的組成可以發(fā)現(xiàn)，前者的纖維素含量比后者高，而后者的半纖維素含量較前者大，見表2。CBC漿半纖維素含量較低的原因是由于蒸煮后期抽出了部分黑液，半纖維素的再吸附量減小。

圖3 針葉木CBC蒸煮過程中有效堿濃度、溫度和壓力隨時間的變化示例

表2 云杉CBC法與傳統(tǒng)方法蒸煮的比較

[1]Lammi,L.,Uusitalo,P,Svedman,M.,Paakki,A.2002.SuperBatch-K，a tool to control the behaviour of calcium in displacement kraft cooking.ln:7th lnternational Conference on new Available Techniques.SPCI,Stockholm.p.22.

[2]Uusitalo,P.2002.New SuperBatch-K process offers many advantages.Fibre&Paper(MetsoPaper),Vol.4,nr2,pp.22-25.

[3]Metso Files(2009).

[4]GL&V Files(2009).

[5]Ruckl,W.2008.The Second Workshop on Chemical Pulping Processes,Karlstad University.

[6]Sixta,H.,Comparative evaluation ofCBC kraft pulping of pine and sprucewood chips.Internal Report,R&DLenzing AG,2004.