两段氧脱木素系统
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工艺与技术1传统的漂白技术及其存在的主要问题化学浆漂白是用化学药品氧化、降解和溶出纸浆中的残余木素,提高纸浆的白度,同时,净化纸浆。
从上世纪30年代开始,国际上漂白浆生产线几乎全部以氯化和碱处理作为漂白的前二段,典型的漂白流程是CEH 三段漂;到上世纪50年代,ClO 2漂白实现工业化,CEDED 成为经典的针叶木KP 浆漂白流程。
CE 作为漂白的起始段,具有脱木素能力强、选择性好,净化浆料效果好、投资省、成本低等突出优点。
因此,得到广泛应用。
1985年美国环保局在一些纸厂下游河流中捕获的鱼体内检测出了二恶英(dioxin ),它的毒性相当于氰化钾的130倍,砒霜的900倍,是目前世界上已知有毒化合物中毒性最强的;而且它很难被微生物通过生化反应降解,是一种重要的POPs (persistent organic pollutants )物质,容易在生物体内产生生物积累。
研究表明,制浆造纸生产过程中的二恶英主要由纸浆漂白时浆中残余木素与元素氯反应而生成。
除了二恶英,Cl 2、次氯酸盐和二氧化氯与木素反应,还生成一系列的其他有机氯化物(AOX ),他们具有与二恶英类似的危害。
采用传统的含氯化学品漂白纸浆,除了产生上述有毒污染物外,氯化过程在低浓条件下进行,而且漂白废水封闭程度低,漂白废水因含氯而不能通过逆流洗涤后送碱回收炉燃烧处理,漂白产生的废水量大,废水污染负荷高。
因此,纸浆漂白成为在蒸煮黑液碱回收之后制浆造纸生产过程中最大的水体污染源。
2008年6月,环境保护部和国家质量监督检验检疫总局发布了《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2008)。
新标准严格地限制了二恶英和AOX 的排放量,并大幅度地降低了单位产品的基准排水量和水污染物排放浓度。
因此,漂白化学浆生产企业必须对传统的漂白生产线进行技术改造,才能满足新标准的排放要求。
2漂白技术现状及发展趋势在环境压力的驱动下,漂白新技术的研究成为了制浆造纸领域近20多年来最热门的课题之一。
水污染防治重点行业清洁生产技术推行方案
为贯彻贯彻《中国制造2025》(国发〔〕28号)和《水污染防治行动计划》(国发〔〕17号), 推进造纸、印染等11个重点行业实行清洁生产技术改造, 减少工业新增水用量, 提高水反复运用率, 减少水污染物产生, 严格控制并削减行业水污染物排放总量, 推进全面达标排放, 增进水环境质量持续改善, 工信部组织编制了《水污染防治重点行业清洁生产技术推行方案》(工信部联节〔〕275号)。
造纸、食品加工、制革、纺织、有色金属、氮肥、农药、焦化、电镀、化学原料药和染料颜料制造等行业水污染物排放量约占所有工业旳50%, 是工业水污染防治旳重点领域。
通过在水污染防治重点行业推广采用先进合用清洁生产技术, 实行清洁生产技术改造, 从源头减少废水、化学需氧量(COD)、氨氮、含铬污泥(含水量80-90%)等污染物旳产生和排放。
一、造纸行业
二、食品加工行业
三、制革行业
四、纺织行业
五、有色金属行业
六、氮肥行业
七、农药行业
八、焦化行业
九、电镀行业
十、化学原料药制造行业
十一、染料颜料制造行业。
新型绿色低碳制浆技术及制浆造纸污染全过程控制⊙ 徐峻徐峻 先生工学博士,华南理工大学教授、博士生导师,广东省植物资源生物炼制重点实验室副主任,曾获广东特支计划科技创新青年拔尖人才称号。
教育经历:1998.9-2002.6,湖北工业大学轻化工程,本科,获学士学位;2002.9-2008.6,华南理工大学制浆 造纸工程,研究生,获工学博士学位。
工作经历:2007.2-2008.2,加拿大Alberta Research Council,访问学者;2008.6至今,华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室从事教学科研工作,历任讲师、高级工程师、教授级高工。
主要研究领域:植物资源清洁高效转化与高值化利用,主要涉及制浆造纸清洁生产与污染防治技术,以及生物质基新材料研发。
针对行业“污染与落后”问题,通过产学研协同创新,研发了一系列行业首创技术,并实现产业化与应用推广。
1新型DES制浆技术1.1研究背景2022年,我国纸和纸板总产量12425万t,纸浆消耗总量11295万t,国产浆8587万t。
纸浆净缺口2700多万t。
制浆的目的是将原料离解成单根纤维,但由于木质纤维原料结构致密(图1),要将纤维完整分离出来,难度很大。
细胞壁化学组成:纤维素—“钢筋”、半纤维素—“石块砂子”、木质素—“水泥”(图2)。
(1)纯机械法纤维细胞壁破坏严重,纸浆质量很差;后来发展了(B)CTMP和(PRC)APMP技术,作为配浆使用(图3)。
(2)纯化学法制浆是靠强化学作用溶出胞间层、细胞壁中的木质素,纤维保持较为完整,是造纸的骨干用浆,占70%。
木质素脱出率>90%,纤维素含量高,纤维柔韧(图4)。
烧碱法:NaOH(AQ等助剂)硫酸盐法:Na2S+NaOH亚硫酸盐法:XHSO3(X=Ca,Mg,Na,NH4)缺点:化学品消耗高,原料利用率低,污染负荷重,投资规模大。
造纸行业一直在寻求更为绿色环保的制浆技术,其酰胺、羧酸和多元醇等化合物)按一定比例混合而成的低熔点混合溶剂(图6),具有价廉易得、低毒且可生物降解等特点。
氧脱木素效率的改善途径刘祝兰;熊林根;曹云峰【摘要】Oxygen delignification is considered to be the most simple and lowest cost method of delignification besides kraft pulping. It can put pulping and bleaching together. Because of less environment pollution, higher yield, better quality and cost-effective, oxygen delignification has become a main process of elemental chlorine free (ECF) bleaching and totally chlorine free (TCF) now. Molecular oxygen, as the main bleacher, oxidizes and degrades phenol lignin by eliminating side chain, opening benzene ring and demethylation of lignin. These reactions can be influenced by many process parameters including alkali charge, reaction temperature, reaction time, oxygen pressure, concentration and so on. In order to improve the oxygen delignification efficiency, researchers have proposed various ways, such as two-stage oxygen delignification, reinforcement by additives, pretreatment and so on. Oxygen delignification is a promising bleaching method in China, and it compliance with the increasingly strict environmental protection law, so the research on the oxygen delignification need to continue.%氧脱木素被认为是除了硫酸盐蒸煮脱木素外,成本最低且最简单的脱木素方法,所以氧漂可以把制浆与漂白结合起来。
第二章化学法制浆1.解释化学法制浆常用名词术语。
活性碱:烧碱法蒸液中的活性碱指NaOH,硫酸盐法蒸煮液中的活性碱指NaOH+Na2S,常以Na2O或⑷有效碱:烧碱法指NaOH,硫酸盐法指NaOH+1/2Na2S,常以Na2O 或NaOH 表示。
⑸活化度:碱液中活性碱对总可滴定碱的百分比。
计算时,NaOH 和Na2S 等均以Na2O 或NaOH 表示。
⑹硫化度:白液的硫化度是指Na2S 对活性碱的百分比。
绿液的硫化度是指Na2S 对总可滴定碱的百分比。
计算时,NaOH 和Na2S 等均以Na2O 或NaOH 表示。
⑺蒸煮液:蒸煮液系指原料蒸煮时所用的碱液⒃纸浆硬度:纸浆硬度表示残留在纸浆中的木素和其他还原性物质的相对量。
可用高锰酸钾、氯或次氯酸盐等氧化剂测定,以用高锰酸钾最为普遍。
2.化学法制浆主要分哪几类?碱法和亚硫酸盐法制浆主要分为哪几种?各自的特点是什么?化学法制浆:碱法制浆、亚硫酸盐法和溶剂法制浆。
碱法:烧碱法、;硫酸盐法、多硫化钠法、预水解硫酸盐法、氧碱法、石灰法、纯碱法等。
最常用的是硫酸盐法和烧碱法。
亚硫酸盐法:酸性亚硫酸氢盐法、亚硫酸氢盐法、微酸性亚硫酸氢盐法、中性盐硫酸盐法和碱性亚硫酸盐法。
碱法特点:碱法蒸煮对原料的适应范围比较广,硫酸盐法几乎适用于各种植物纤维原料,还可用于质量较差的废材、枝桠材、木材加工下脚料、锯末以及树脂含量很高的木材。
烧碱法适用于棉、麻、草类等非木材纤维原料,也有用于蒸煮阔叶木的,很少用于蒸煮针叶木。
3.硫酸盐法制浆和亚硫酸盐法制浆的优缺点是什么?硫酸盐法蒸煮的优缺点优点:①对原料适用范围广。
②脱木素速率快,蒸煮时间较短。
③纸浆强度高④蒸煮废液回收技术和设备比较完善。
⑤硫酸盐浆的用途广,针叶木本色硫酸盐浆可用于抄造纸袋纸、电缆纸、电容器纸、包装纸。
漂白浆用于生产文化用纸及其他用途。
阔叶材和草类原料的硫酸盐浆常用于生产文化用纸或生产纸板等。
⑥较少发生树脂问题和草类浆的表皮细胞群问题。
即使是经过活化的纸浆,其漂白率在此阶段之后也逐渐下降。
在后续阶段需要使用选择性更好的漂白剂,并同时提高漂白温度、延长漂白时间。
图8所示为一些不同的氧化漂白阶段,例如ECF漂白(无元素氯漂白),轻度ECF漂白(通常仅在第一个阶段使用一定量的ClO2)和TCF漂白(全无氯漂白)。
如图所示,大多数情况下单段漂白可以分为三个不同的阶段,与图7中过氧化氢漂白阶段一样。
在ECF漂白过程中,木素的大量溶出发生在碱处理阶段,因此脱木素作用和亮度的改变仅在D(EO)漂段后相继表现出来。
在其他情况下,由于亮度的增加不是在碱处理阶段,因此其亮度的改变仅在氧化阶段之后表现出来。
碱处理阶段亮度常常有所下降,同时纸浆发生活化,这使得在后续阶段中亮度的改变更加有效。
如图8所示,漂白反应大多发生在氧化阶段,除了臭氧漂白,因其与图7所示的过氧化氢漂白阶段类似可以分为三个不同阶段。
图8所示为不同用量在相同反应时间下的曲线,而图7所示曲线仅受单一变量的影响,即在相同温度下反应不同时间的曲线,其值相当高。
与蒸煮后期相比,氧脱木素的选择性更高,可使蒸煮后的卡伯值降低至30—70%,不会导致多聚糖过度降解并含有残余木素,从而提高后续漂段的选择性。
这意味着可以减少漂白阶段的数量。
在氧脱木素阶段,卡伯值为10时,一个简短的三段漂相当于蒸煮后卡伯值为30的非氧脱木素中六个到七个阶段的纸浆漂白。
在氧脱木素之后,直接使用ClO2作为Cl2在第一个漂白阶段的替代物,降低了此阶段卡伯值的减小幅度(△kappa number)。
然而,对于随后增强的氧强化碱抽提阶段或者过氧化氢漂白阶段这可以得到补偿。
如前所述,可以在D阶段后增加一个额外的D阶段,使两个D阶段之间的过渡依靠于短时间的中性环境。
如图8所示,轻度ECF漂白和TCF漂白在各个阶段间需要活化才能表现出更好的性能。
二氧化氯,特别是臭氧在过氧化氢漂白阶段会起强化作用。
在过氧化氢漂白阶段中加热的环境也能够增加一些活性作用,就像二氧化氯漂白阶段,即使化学反应的背景是不同的。