製漿黑液鹼回收是將製漿黑液經化工過程處理，以回收化學品和熱能，再供製漿生產使用的過程。簡稱鹼回收。
基本介紹
- 中文名：製漿黑液鹼回收
- 簡稱：鹼回收
- 鹼回收工藝：提取黑液、黑液的蒸發濃縮等
- 釋義：回收化學品和熱能再供製漿使用
正文,
正文
將製漿黑液經化工過程處理，以回收化學品和熱能，再供製漿生產使用的過程。簡稱鹼回收。黑液是植物纖維原料在蒸煮成漿後，從紙漿中分離出被蒸煮藥液溶解出來的木素和糖類等有機化合物的鹼性溶液及殘餘的蒸煮液。
原理鹼回收是套用呂布蘭制鹼法的基本原理,將黑液中鈉的有機化合物燒成碳酸鈉及將補充的硫酸鈉（芒硝）還原成硫化鈉，再經過石灰苛化，製成氫氧化鈉溶液，或氫氧化鈉和硫化鈉的混合液（造紙工業通稱為白液）。鹼回收過程的主要化學反應如下：
2RCOONa+O2→Na2CO3+CO2+H2O+C
Na2SO4+2C→Na2S+2CO2
Na2CO3+CaO+H2O→2NaOH+CaCO3鹼回收系統的主要生產技術指標是鹼回收率，計算公式為在國際上常用生產 1噸紙漿需要在鹼回收過程中補充的芒硝量來表示鹼回收的效率。補充的芒硝量愈少，則鹼回收率愈高。較好的鹼回收系統，對木漿黑液鹼回收率在93%以上，生產一噸紙漿需要在鹼回收過程中補充的芒硝量在50kg以下。
鹼回收工藝 鹼回收包括從紙漿洗滌過程提取黑液、黑液的蒸發濃縮、濃黑液的燃燒、熔融物的溶解苛化和從苛化產生的碳酸鈣中回收石灰等基本工序。鹼回收系統的基本組成部分及生產工藝循環過程見圖1。 紙漿洗滌和黑液提取 造紙原料經過蒸煮成紙漿，懸浮於黑液中。套用液固相分離和過濾洗滌的基本原理，以儘量少的水將紙漿洗淨，注意將紙漿纖維細胞腔中的黑液擴散置換出來，使黑液與紙漿充分分離，以取得含黑液少的紙漿和較濃的黑液，常用的洗滌與黑液提取設備為一系列（一般為3～4台）串聯的真空或壓力轉鼓式洗滌機，按逆流洗滌的方式進行洗滌並提取黑液。較新開發的有連續擴散洗漿機、水平帶式洗漿機、強制供料式壓力洗漿機等。在塔式連續蒸煮器中，也可配合進行高溫洗滌。
黑液蒸發 從洗滌過程提取的黑液中，乾固物含量一般在15%以下，需經過蒸發水分，提高黑液濃度至含乾固物50%以上，以便於燃燒。黑液在蒸發前，一般採用黑液過濾機除去黑液中的細小纖維和泥沙雜質。也有採用黑液氧化，使其中的還原性硫轉化成為硫代硫酸根，以減少黑液蒸發過程中的硫的損失。
黑液蒸發採用多效蒸發器系統，一般採用3～4效蒸發器，為了節能，則可採用5～7效蒸發器。為了適應黑液粘度高和易於結垢的特性，第一效蒸發器使用溫度不高於 130℃的飽和蒸汽。最後一效蒸發器的二次蒸汽溫度不低於50℃，並採用混流方式進料。針葉木漿黑液濃度達25～30%時,可分離出硫酸鹽皂(或稱皂化物),其主要成分是樹脂酸鈉和脂肪酸鈉。硫酸鹽皂用硫酸處理，製成塔羅油，可再分餾得到樹脂酸、脂肪酸等副產品。黑液蒸發產生的二次蒸汽冷凝水中，含有甲醇、還原性硫化物等污染物質，可經蒸汽汽提分離出來。得到比較潔淨的冷凝水，可回用於紙漿洗滌。
黑液燃燒 將蒸濃的黑液和補充的芒硝,送入回收爐中燃燒。鹼回收爐是完成鹼回收化學反應的反應器，又是生產蒸汽的動力鍋爐，因此是鹼回收工藝的心臟部分。主要有轉爐和噴射爐兩種。轉爐由迴轉爐、餘熱鍋爐和熔爐等部分組成，其技術和裝備比較簡單，但熱效率低、生產能力小、勞動條件差，已被逐步淘汰。噴射爐由固定的立式爐膛和鍋爐兩部分組成（圖2）。固定式爐膛的中上部起燃燒室作用，底部起熔爐作用。鍋爐由凝渣管、過熱器、對流管和省煤器等部件組成，爐膛四壁均有對流水凝管。黑液在爐堂的中下部噴入爐中。爐膛內溫度達1000～1200℃,使黑液蒸發、乾燥,成為黑灰落在爐底上，鋪成墊層，著火燃燒成碳酸鈉，並使硫酸鈉還原成為硫化鈉，一起熔化成為熔融物，從爐底出口處流入溶解槽。燃燒產生的煙氣,在爐內上升,通過鍋爐部分吸收熱量，生產蒸汽。最後煙氣經蒸發器進一步利用餘熱，或再經靜電除塵器等裝置回收鹼塵後排出。噴射爐的生產能力大、熱效率高，是現代鹼回收爐的基本爐型。 鹼回收爐燒成的熔融物，與水接觸會發生劇烈爆炸，如何保證鹼回收爐鍋爐中的水不因泄漏而與熔融物接觸，是鹼回收最重要的安全問題。從鹼回收爐中流出的熔融物，要先經高速水流或汽流，把它吹散成細小顆粒，然後落入水中溶解，可以避免溶解過程的劇烈爆炸。這個措施在鹼回收中稱為消音。熔融物溶解於水中，形成綠色溶液，一般稱為綠液，是碳酸鈉溶液、或碳酸鈉與硫化鈉的混合溶液。草類漿綠液中一般還含有較多的矽酸鈉。
苛化 在綠液中添加石灰乳液，使碳酸鈉轉化成為氫氧化鈉，以製成蒸煮藥液──白液。苛化有間斷苛化和連續苛化兩種方式。
間斷苛化採用間斷苛化器，間斷產生白液。間斷苛化器是裝有攪拌器的鐵制圓桶。綠液送入間斷苛化器中，通汽加熱，添加石灰，進行攪拌，等到苛化反應完成後，靜置澄清。上層的清淨白液吸出來供蒸煮使用，下層的碳酸鈣沉澱稱為白泥，經洗滌後，一般作為廢料送出廠外，或送石灰窯回收石灰。間斷苛化的生產能力小、效率低、勞動強度大，一般僅用於小型鹼回收系統。
連續苛化是將綠液用澄清或過濾方式，連續除去其中懸浮的固體雜質，得到清綠液，再送入苛化器中，與經過消化的石灰乳液充分反應，得到含有氫氧化鈉和碳酸鈉顆粒的苛化乳液，連續分離白泥，取得清白液，供蒸煮使用。白泥供石灰窯回收使用。連續苛化的生產能力大、效率高，適於大型鹼回收系統。
石灰回收 把苛化過程分離出的白泥，經洗滌和脫水，送入石灰窯中，燃燒重油或燃料氣以進行乾燥與煅燒成氧化鈣（石灰），再供苛化使用。石灰回收的化學反應式為：石灰回收採用的主體設備是迴轉窯。另有一種流化床石灰窯，還沒有得到普遍採用。
原理鹼回收是套用呂布蘭制鹼法的基本原理,將黑液中鈉的有機化合物燒成碳酸鈉及將補充的硫酸鈉（芒硝）還原成硫化鈉，再經過石灰苛化，製成氫氧化鈉溶液，或氫氧化鈉和硫化鈉的混合液（造紙工業通稱為白液）。鹼回收過程的主要化學反應如下：
2RCOONa+O2→Na2CO3+CO2+H2O+C
Na2SO4+2C→Na2S+2CO2
Na2CO3+CaO+H2O→2NaOH+CaCO3鹼回收系統的主要生產技術指標是鹼回收率，計算公式為在國際上常用生產 1噸紙漿需要在鹼回收過程中補充的芒硝量來表示鹼回收的效率。補充的芒硝量愈少，則鹼回收率愈高。較好的鹼回收系統，對木漿黑液鹼回收率在93%以上，生產一噸紙漿需要在鹼回收過程中補充的芒硝量在50kg以下。
鹼回收工藝 鹼回收包括從紙漿洗滌過程提取黑液、黑液的蒸發濃縮、濃黑液的燃燒、熔融物的溶解苛化和從苛化產生的碳酸鈣中回收石灰等基本工序。鹼回收系統的基本組成部分及生產工藝循環過程見圖1。 紙漿洗滌和黑液提取 造紙原料經過蒸煮成紙漿，懸浮於黑液中。套用液固相分離和過濾洗滌的基本原理，以儘量少的水將紙漿洗淨，注意將紙漿纖維細胞腔中的黑液擴散置換出來，使黑液與紙漿充分分離，以取得含黑液少的紙漿和較濃的黑液，常用的洗滌與黑液提取設備為一系列（一般為3～4台）串聯的真空或壓力轉鼓式洗滌機，按逆流洗滌的方式進行洗滌並提取黑液。較新開發的有連續擴散洗漿機、水平帶式洗漿機、強制供料式壓力洗漿機等。在塔式連續蒸煮器中，也可配合進行高溫洗滌。
黑液蒸發 從洗滌過程提取的黑液中，乾固物含量一般在15%以下，需經過蒸發水分，提高黑液濃度至含乾固物50%以上，以便於燃燒。黑液在蒸發前，一般採用黑液過濾機除去黑液中的細小纖維和泥沙雜質。也有採用黑液氧化，使其中的還原性硫轉化成為硫代硫酸根，以減少黑液蒸發過程中的硫的損失。
黑液蒸發採用多效蒸發器系統，一般採用3～4效蒸發器，為了節能，則可採用5～7效蒸發器。為了適應黑液粘度高和易於結垢的特性，第一效蒸發器使用溫度不高於 130℃的飽和蒸汽。最後一效蒸發器的二次蒸汽溫度不低於50℃，並採用混流方式進料。針葉木漿黑液濃度達25～30%時,可分離出硫酸鹽皂(或稱皂化物),其主要成分是樹脂酸鈉和脂肪酸鈉。硫酸鹽皂用硫酸處理，製成塔羅油，可再分餾得到樹脂酸、脂肪酸等副產品。黑液蒸發產生的二次蒸汽冷凝水中，含有甲醇、還原性硫化物等污染物質，可經蒸汽汽提分離出來。得到比較潔淨的冷凝水，可回用於紙漿洗滌。
黑液燃燒 將蒸濃的黑液和補充的芒硝,送入回收爐中燃燒。鹼回收爐是完成鹼回收化學反應的反應器，又是生產蒸汽的動力鍋爐，因此是鹼回收工藝的心臟部分。主要有轉爐和噴射爐兩種。轉爐由迴轉爐、餘熱鍋爐和熔爐等部分組成，其技術和裝備比較簡單，但熱效率低、生產能力小、勞動條件差，已被逐步淘汰。噴射爐由固定的立式爐膛和鍋爐兩部分組成（圖2）。固定式爐膛的中上部起燃燒室作用，底部起熔爐作用。鍋爐由凝渣管、過熱器、對流管和省煤器等部件組成，爐膛四壁均有對流水凝管。黑液在爐堂的中下部噴入爐中。爐膛內溫度達1000～1200℃,使黑液蒸發、乾燥,成為黑灰落在爐底上，鋪成墊層，著火燃燒成碳酸鈉，並使硫酸鈉還原成為硫化鈉，一起熔化成為熔融物，從爐底出口處流入溶解槽。燃燒產生的煙氣,在爐內上升,通過鍋爐部分吸收熱量，生產蒸汽。最後煙氣經蒸發器進一步利用餘熱，或再經靜電除塵器等裝置回收鹼塵後排出。噴射爐的生產能力大、熱效率高，是現代鹼回收爐的基本爐型。 鹼回收爐燒成的熔融物，與水接觸會發生劇烈爆炸，如何保證鹼回收爐鍋爐中的水不因泄漏而與熔融物接觸，是鹼回收最重要的安全問題。從鹼回收爐中流出的熔融物，要先經高速水流或汽流，把它吹散成細小顆粒，然後落入水中溶解，可以避免溶解過程的劇烈爆炸。這個措施在鹼回收中稱為消音。熔融物溶解於水中，形成綠色溶液，一般稱為綠液，是碳酸鈉溶液、或碳酸鈉與硫化鈉的混合溶液。草類漿綠液中一般還含有較多的矽酸鈉。
苛化 在綠液中添加石灰乳液，使碳酸鈉轉化成為氫氧化鈉，以製成蒸煮藥液──白液。苛化有間斷苛化和連續苛化兩種方式。
間斷苛化採用間斷苛化器，間斷產生白液。間斷苛化器是裝有攪拌器的鐵制圓桶。綠液送入間斷苛化器中，通汽加熱，添加石灰，進行攪拌，等到苛化反應完成後，靜置澄清。上層的清淨白液吸出來供蒸煮使用，下層的碳酸鈣沉澱稱為白泥，經洗滌後，一般作為廢料送出廠外，或送石灰窯回收石灰。間斷苛化的生產能力小、效率低、勞動強度大，一般僅用於小型鹼回收系統。
連續苛化是將綠液用澄清或過濾方式，連續除去其中懸浮的固體雜質，得到清綠液，再送入苛化器中，與經過消化的石灰乳液充分反應，得到含有氫氧化鈉和碳酸鈉顆粒的苛化乳液，連續分離白泥，取得清白液，供蒸煮使用。白泥供石灰窯回收使用。連續苛化的生產能力大、效率高，適於大型鹼回收系統。
石灰回收 把苛化過程分離出的白泥，經洗滌和脫水，送入石灰窯中，燃燒重油或燃料氣以進行乾燥與煅燒成氧化鈣（石灰），再供苛化使用。石灰回收的化學反應式為：石灰回收採用的主體設備是迴轉窯。另有一種流化床石灰窯，還沒有得到普遍採用。
