2011-06-10 10:17:33| 分类：美国DDS节能环保
溶解浆的生产工艺特点及项目技术改造
周海东
(湖南泰格林纸集团技术中心，湖南岳阳414002)
周海东，高级工程师，企业技术专家，主要从事制浆造纸装备技术研发与设计。
《中华纸业》2011年第9期P50-53
受纺织业原料市场的拉动，目前国内溶解浆项目受到了日益广泛的热捧和关注，造纸企业纷纷上马相关项目。然而，溶解浆要达到可作织物标准，企业需要在技术、设备、环保上花大成本。本文简述国内溶解浆的需求发展现状，介绍溶解浆的生产工艺特点以及一般化学浆生产线改造为溶解浆生产线的主要改造部位、要点和方法以及如何规避投入风险。
1 概述
溶解浆又称特种浆，或精制浆，其主要用途是用作生产纺织原料的粘胶纤维。溶解浆也是玻璃纸、医药行业灭菌过滤纸、醋酸纤维(卷烟过嘴棒原料)、硝化纤维、酸甲基纤维素、微晶纤维素、纤维素醚等产品的原料。纺织上生产粘胶纤维用溶解浆的配用比例可大可小，一般为30%左右，也可用100%的溶解浆来生产粘胶纤维。用溶解浆生产的粘胶纤维的可纺性、印染性比棉浆柏好，因此，当溶解浆与棉浆柏的成本相当或更低时，粘胶纤维厂家就乐意使用。 溶解浆是一种较纯净和均匀的优质化学浆，其甲种纤维素含量90%~98%，半纤维素和木质素基本清除干净（≤2%）。溶解浆通常可用马尾松、桉木、杨木生产，竹子也可以作为生产溶解浆的原料。国内已开发出竹纤维溶解浆生产工艺和产品。竹纤维具有天然的消臭抗菌(24小时的抗菌率达71%)、清新凉爽和耐磨的特殊性能，尤其是竹纤维的吸、放湿性能在麻和丝绸之间，可以和棉、麻、蚕丝、莫代尔、涤纶、睛纶等纤维进行不同比例的混纺交织。
我国是纺织大国，产量位居世界第一。我国纺织化纤行业"十一五"发展规划总目标中曾提到，2010年纺织纤维加工总量将由2004年的2416万吨发展到3400万吨，比2004年增加57%，其中棉、毛、丝、麻等天然纤维用量约为1160万吨，化纤用量将达到2240万吨。产能增长需新增原料1000万吨。
纺织行业的高速发展，加剧了各类纤维原料的需求矛盾，特别是作为化纤原料的石油化工产品更是紧缺。石油化工产品的紧缺、价格的持续高位，对纺织行业的影响是全局性的和长远性的，事关产业安
全和可持续发展。为了从根本上解决"石化资源"的短缺乃至枯竭的严峻局面，世界各发达国家正从战略上全力研发可再生的玉米、大豆、甘薯、秸轩以及速生林等农林资源为主体的生物质工程技术等新材料、新能源。在这种背景下，为作为纺织原料的粘胶纤维的发展带来了机遇，也即是为用速生材生产溶解浆的发展带来了机遇。
2010年我国粘胶纤维产量约210万吨，耗用棉浆柏和语解浆约230万吨(约1.1吨溶解浆粕生产1吨粘胶纤维)，其中溶解浆130万吨，进口为105万吨。2011年粘胶纤维产能预计将增加到280万吨，棉浆粕和溶解浆消耗量将达300万吨以上。由于预期2011年棉浆粕供应量不超过80万吨，因此预计溶解浆需求将增长至220万吨以上，除了进口外，巨大的缺口需要国内生产填补。
因此，国内溶解项目受到了日益广泛的热棒和关注，造纸企业开始纷纷上马相关项目。然而，溶解浆要达到可作织物标准，企业需要在技术、设备、环保上花大成本，国外溶解浆的价格比棉浆粕高出了10%，并非棉花的低价替代品。
因此，有专家认为，目前溶解浆项目一拥而上(如表1)既存在机一遇，也存在很大的隐忧。表l所列并未包括其它许多跃跃欲试的中小纸厂，照此发展速度，至2012年底，国内溶解浆产能将一跃突破200万吨，基本达到饱和。
表1国内正在建设溶解浆项目的主要厂家
建设规模
厂家原料
建设类型目前进度预期投产日期
万吨/年
福建青山纸业松木、桉木10 新建施工阶段2011年10月
晨鸣(富裕) 松木 5 改扩建设计阶段2011年下半年
晨鸣(湖北黄冈) 松木、桉木40 新建项目前期2012年下半年
福建南纸股份松木、桉木30 新建项目前期2012年下半年
太阳广西纸业松木、桉木10 新建项目前期2012年下半年
宜宾天竹竹子12 新建招标阶段2012年上半年
渤海油脂公司桉木30 新建项目前期2013年上半年
四川江安10 新建项目前期2013年上半年
泰格林纸骏泰松木、桉木30 改扩建招标阶段2011年10月
不粘胶新疆玛拉斯20 新建设计阶段2012年下半年
合计新增197
2 溶解浆生产工艺及特点
2.1工艺方法
制取溶解浆有两种工艺方法：预水解硫酸盐法和亚硫酸盐法。一般来说，半纤维素含量低的原料可采用酸性亚硫酸盐法；若是树脂含量高的原料，则必须采用预水解硫酸盐法。两种方法相比较，预水解硫酸盐能生产的榕解浆的甲种纤维素含量较亚硫酸盐法高。预水解类似亚硫酸盐蒸煮，从这个角度来看，预水解硫酸盐法是综合了硫酸盐法和亚硫酸盐法两种制浆方怯的优点，故新建项目采用预水解硫酸盐法的较多，它对原料的适应性也广一些。 预水解硫酸盐法制溶解浆主要包括预水解和硫酸盐蒸煮两个工序。预水解有酸预水解法、水预水解法和蒸汽预水解法三种方式，分别是利用水、蒸汽和酸液。酸预水解法的操作温度虽较低，但需要配备
酸液循环使用装置，建设成本高且操作复杂；热水抽提法，升温时间长，汽耗高，时间效率低。三种方式中，用蒸汽预水解比较成熟而且经济，故新建系统中大多采用蒸汽预水解工艺。
预水解都是在酸性条件下进行的。在酸性条件下，半纤维素发生酸性水解而溶出，使原料中的半纤维素(尤其是多戊糖)含量大大下降。预水解还能提高制浆时的反应能力，预水解类似亚硫酸盐蒸煮，能破坏纤维的初生壁，使初生壁在制浆过程中剥离下来，致使富含纤维素的纤维次生壁暴露出来，与化学药剂接触，从而提高溶解浆柏的反应能力。预水解还可以较灵活地控制溶解浆粕的粘度和聚合度。
此外，预水解时由于半纤维素的水解，破坏或削弱了碳水化合物与木素之间的联接，因此也有部分木素被除去。预水解后的原料继续进行硫酸盐也蒸煮，其工艺与一般制浆用硫酸盐浆蒸煮基本相同，只是预水解过程中有一部分术素缩合以及其它物质发生变化。由于预水解是酸性反应，蒸煮时需要中和这一部分的酸性物质，蒸煮用碱量较一般硫酸盐法制浆要高一些。
2.2 生产步骤
蒸汽预水解硫酸盐也生产溶解浆的步骤简述如下：
(1) 装锅：在木片装入的同时，通入低压蒸汽，一方面可以提高装锅密度和温度，另一方面还可以除去木片中的一部分空气。
(2) 升温：首先利用低压蒸汽加温，一般0.6MPa的低压蒸汽温度只能达到159℃。当压差减小、进汽量降低时，应改用中压蒸汽升温达到所需要的温度，压力0.8MPa的饱和中压蒸汽对应的温度是170℃。预水解根据材种不同，温度一般要达到165-172℃不等。
(3) 预水解：升温达到所要求的预水解温度后，保温停留时间大约60min；无论是提高温度，还是延长时间，都是根据P 因子来控制，具体由检验结果定。
(4) 中和：预水解完成后锅内呈酸性，pH值大约2-3。此时可将预水解废液排出，用于回收生产丁醇、糠醛等副产品，但处理这部分废液需要专门的工艺技术，一般不考虑回收。为了中和酸性，在蒸煮器的底部充入大约占总用碱量30%的白液。
(5) 加碱：加入蒸煮液，即把剩余白液和黑液按比例均匀地加入蒸煮器的底部。这一步骤有两个关键的要素：其一是白液需要和黑液均衡加入，否则黑液碱度低，会发生木素结合与沉淀；其二，必须从蒸煮器的底部加入，避免蒸煮液与未被中和的木片接触。
(6 ) 煮浆：二次升温进行硫酸盐法蒸煮，在锅内液位超过中循环位置时，即可启动循环泵进行蒸煮液的强制循环，换热器通入中压蒸汽升温，开始进行常规的硫酸盐法蒸煮操作。
(7) 放锅：当蒸煮H因子达到工艺标准值时，即可进行放锅。
2.3 生产技术特点
国际上溶解浆生产技术供应厂家主要有GL&V、Metso、Andritz和CPL等公司，这几家公司的生产技术大同小异，均为间歇蒸煮工艺。据说Andritz拥有连蒸生产溶解浆技术，但尚无实际业绩的报导。
就蒸煮工艺而言，溶解浆生产的主要特点是需要在蒸煮过程中尽可能多地除去木素和半纤维素。蒸汽预水解主要就是除去半纤维素，通过P因子来控制：碱法蒸煮主要就是脱木素，通过H因子来控制。就蒸煮设备而言，溶解浆和碱法化学浆所用设备是一样的，但材质要求不一样。因水解废液pH 值较低(约2-3)，因此需要采用双相钢或316L不锈钢。通常溶解浆蒸煮得率较化学浆约低12%-15%，蒸煮所需碱耗、汽耗、电耗比化学浆稍高。
为了制得聚合度均一的高甲种纤维素含量的优质溶解浆，目前基本上采用的是蒸汽预水解加硫酸盐法间歇蒸煮工艺。因此，现有普通化学浆生产线是不适宜直接用来生产溶解浆的，需要对蒸煮和洗选漂系统进行一系列的改造。
2.4 工艺流程举例
以化学木浆生产线改造生产溶解浆，流程与原流程基本大同小异，除设备进行一些改扩外其它没有多大差别。新建溶解浆生产线一般整体引进比较先进的生产技术，具有封闭筛选、高效洗涤、ECF漂白
等先进工艺。这种工艺流程一般投资成本很高，但产品质量能达到最好。图l所示为国内某公司引进的完整的溶解浆生产工艺流程。
3 改产溶解浆需进行的技术改造
国际上溶解浆技术发展已相当成熟，国内新上溶解浆项目一般直接引进国外流程和装备，这需要很高的技术投资成本。因此，为了节省投资，达到短平快的目的，对现有制浆系统进行改造的方案被提了出来。
利用现有化学浆生产线改产溶解浆，一般需要进行的技改内容有：
(1) 新增软化水系统，供生产溶解和绝缘浆时漂白末端洗浆与抄浆使用。
(2)改造间歇蒸煮系统，主要是改进蒸煮锅及其附属设备的材质，以适应防腐蚀的要求。对于pH2-3的高温工作环境，一般需要使用316L或双相不锈钢制造蒸煮锅。从节能角度考虑，最好引进使用DDS低能耗间歇蒸煮技术，可以显著降低蒸汽消耗。改造后的间歇蒸煮系统既能用于木片预水解与蒸煮生产溶解浆，亦可用于需要改产时漂白硫酸盐木浆及本木浆的蒸煮。也有直接利用原有的立锅进行蒸煮的，这需要对锅体内壁进行衬不锈钢处理，内衬需要很高的施工技术，要保证不内漏，不伤锅体，而且施工期较长，一般不推荐采用。
(3)为了获得高质量的溶解浆产品，需要对木片制备系统进行必要的优化改造，增加木片水洗系统以去除大量的泥砂、木节和木屑等杂质，这对于改善预水解条件，降低洗选负荷，提高浆料纯度是必要的。因为生产出来的溶解浆品质要达到用户要求，重点在于原料质量的控制及制浆工艺过程的稳定。溶解浆的其他重要指标，比如：粘度的均匀性、灰分和金属离子的残余值，与原料的均匀性和洁净度有非常密切的关系。
(4)溶解浆是一种高纯度的精制浆，对筛选要求相当高，一般需要对现有筛选系统进行优化扩容改造，用于解决浆料的除节、筛选与洗涤产能瓶颈，提高浆料洗净度，达到减少化学品消耗、提高浆料品质、降低中段废水排放负荷的目的。
(5 )漂白系统的优化改造，需要根据各自不同的漂白流程进行有针对性的改造，主要目的是降低化学品用量、提高产品质量和纯度。同时要加强浆料洗涤，尤其是漂白后段及抄浆过程洗涤用水要使用除盐水，以减少尘埃及金属离子对浆料品质的影响。
(6)要考虑新老系统如何平衡。生产溶解浆时，因成浆得率仅30%左右，在喊回收及发电机组不扩容的情况下，制浆产能可以现有碱回收蒸发与碱炉产能作为平衡依据，为了不增加排污总量，一般以"以碱定产"比较可行。
(7)环境保护和资源综合利用应引起重视，采用间歇蒸煮改造生产溶解木浆，漂白中段废水污染负荷一
般不会增加，但产生的预水解废液需进行处理或利用，皂化物及松节油需进行有效回收。预水解废液主要含有半纤维素，可以用子制备乙醇、丁醇和糠醛等副产品，经济价值很高。副产品综合利用技术目前国外也未引起重视，一般只是简单的采取将预水解废液、臭气、松节油和皂化物集中收集送碱炉烧掉，经济利用价值不高。
对于预水解条件下如何回收松节油，预水解废液如何综合利用，其技术尚需进一步探索。副产品的综合利用既提高经济效益，又降低环境污染负荷，是一举多得的事，改造过程中值得引起重视。
4 如何规避风险
4.1 原料成本风险
因为溶解浆的得率较低，只有30%，比昔通纸浆低12%-15%，所以每吨浆的原料成本较普通纸浆要增加33%左右，这在很大程度上降低了溶解浆的利润空间，其它如蒸汽消耗等也会增加，在能源和原材料价格持续攀升的情况下，原料成本上升是需要考虑的主要因素。
4.2 工艺流程风险
有些厂家并不进行必需的设备改造，或只进行简单的改造和工艺流程调整就生产溶解，生产效率很低，有11小时生产l锅浆的报导，产品质量也不能保障，而且由于普通蒸煮设备材质不耐腐蚀，长期生
产将造成设备腐蚀报废或产生危险事故的风险。
4.3 产品质量风险
利用现有制浆系统生产溶解，最大的风险是产品质量可能难以达到用户要求，价格上不去，产品缺少竞争力。与新上溶解浆项目相比，流程改进有可能不配套，控制系统可能存在问题，未能一次性试生产正常，有可能出现原材料消耗增加，产品档次降低等风险。因为局部改造的工艺流程及某些装备，并不可能达到生产高品质溶解浆的条件，一般只能够生产较低质量的本或氯漂溶解浆，其产品附加值要低很多。
5 小结
由于我国纺织工业快速发展产生的市场缺口，溶解浆进入利好时期，溶解浆市场火爆，给平淡的造纸企业带来了生机。近期企业上马溶解浆的项目日益增多，但新上和改产溶解浆项目是企业经济、技术和综合实力的比拼，竞争将愈演愈烈，企业应根据自身情况量力而为，避免盲目性，规避原料、质量和市场风险，才能最终立于不败之地。
溶解浆的制备及其应用
2011-08-22 09:57:20| 分类：美国DDS节能环保| 标签：|字号大中小订阅
溶解浆的制备及其应用
崔宇，陈嘉川，杨桂花
（山东轻工业学院制浆造纸科学与技术教育部重点实验室，山东济南250353）
《纸和造纸》2011年6月第30卷第6期PP27-32
摘要：
溶解浆是高纯度的精制浆，可用于生产黏胶纤维、硝化纤维、醋酸纤维、玻璃纸、羧甲基纤维素等产品。制备溶解浆的方法分为两种：一种是亚硫酸盐法，另一种是预水解硫酸盐法。制备人造纤维浆粕和其他纤维素衍生物用浆主要工艺为预水解硫酸盐法；制备溶解浆的最佳原料为棉短绒，也可以用木材和非木材原料，目前竹纤维原料受到广泛关注。
近几年棉花价格持续大幅上涨，下游纺织行业成本压力骤增，通过提高棉花替代品的使用比例来缓解成本压力成为众多厂商的选择。溶解浆可以生产黏胶纤维来替代其他纤维，造纸用化学木浆和溶解浆生产工艺基本相似，目前部分造纸企业将化学浆生产线转化为木材溶解浆生产线，盈利能力大幅提升，受到市场广泛关注。
溶解浆属于高纯度的精制浆，主要用于生产黏胶人造丝、硝化纤维、醋酸纤维、玻璃纸、羧甲基纤维素等产品。制备溶解浆的原料主要是棉短绒和木材，由于棉短绒的价格和供应不稳定等因素，目前棉短绒浆已被部分木浆所代替[1]，与棉短绒浆相比，木浆具有较好而均匀的黏胶加工性能，特别是黏胶过滤性能。目前非木材用于制备溶解浆也受到广泛关注，特别是竹材[2~4]。
不同于造纸用浆粕，溶解浆对浆粕纤维的形态和强度没有要求，但是对纤维的聚合度和化学成分，特别是α-纤维素含量和白度有较高的要求。溶解浆级别一般以α-纤维素含量来划分，α- 纤维素含量低于90%的为低级溶解浆，在90%~95%之间的为中级溶解浆，而超过95%的为高级溶解浆。
溶解浆可用改进的硫酸盐法或亚硫酸盐法来制备，其主要目的就是制得聚合度均一的纯纤维素，而木素和半纤维素作为杂质被除去。
1 溶解浆的制备方法
溶解浆的制备方法大体上分为两种：一种是亚硫酸盐法，另一种是预水解硫酸盐法。制备人造纤维浆粕和其他纤维素衍生物用浆的主要工艺为预水解硫酸盐法（或碱法），尤其是对于半纤维素含量高或树脂含量高的原料，必须用预水解硫酸盐法来蒸煮才能得到合格的浆粕。预水解硫酸盐法蒸煮包括预水解和硫酸盐法蒸煮两个环节，预水解主要是降低半纤维素含量（特别是木聚糖含量）和提高浆粕反应能力[5]。
溶解浆要求半纤维素含量要降到一定数量以保证黏胶制备能顺利进行，避免化工原料消耗高和过滤性差，进而避免影响到产品强度。因此采用硫酸盐法制备溶解浆时，必须先进行预水解，使原料中的部分半纤维素在高温、酸、电解质作用下水解脱除。预水解处理介质有水、蒸汽及无机酸。无论采用何种介质，水解液均呈酸性，并将部分半纤维素转化为多糖类。
1.1 预水解硫酸盐法制竹浆粕
中国是世界上竹类资源最丰富的国家，共有39 属500 余种，约占世界竹种总数的1/3[6]。中国现有竹林面积7.2×104km2，主要分布在我国南方的17 个省( 市)[7~9]。利用我国丰富的竹子资源生产溶解浆粕，研制开发纺织纤维是竹材加工利用的新途径，这将大大提高竹子的利用价值[10, 11]。
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