[发明专利]一种高含碳量制浆黑液半焦制备方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及制浆黑液碱回收技术领域，具体地说，是一种高含碳量制浆黑液半焦制备方法及其装置。

技术背景

制浆工业常用的黑液处理设备是碱回收锅炉，由于碱回收锅炉投资较大、规模效应显著，一些中小制浆企业并未配置，也往往成为制浆企业扩大产能的瓶颈。近30年来，国内外一些公司和研究机构试图开发碱回收锅炉替代技术，其中黑液气化技术被认为是较有前景的替代方案。黑液气化技术一般被划分为低温气化和高温气化，前者多采用流化床工艺，运行温度一般低于700℃；后者一般采用气流床工艺，运行温度一般高于900℃。

美国专利US7842110给出了一套黑液低温水蒸气气化的工艺。该工艺的核心是一台鼓泡流化床，以过热蒸汽作为流化介质和气化剂。浓缩的黑液被均匀地喷涂于床料上发生快速干燥和热解，残余的半焦被蒸汽流化并发生气化反应，固体物料在炉内的停留时间一般需要约20小时。该技术的优点之一是制浆化学品以固体形式回收确保了安全性。为了保证流化床顺利运行，气化炉温度必须保持较低(大约610℃)以使黑液无机物不致熔融，气化所需热量由一种特殊设计的间接加热装置提供。喷入炉中的黑液发生快速干燥热解是这种技术所采用的流化床达到成功运行的关键之处，然而较低的温度梯度限制了传热速率，加上黑液的较高粘性使得操作存在较大难度。

高温气化的典型工艺见于美国专利US6790246。黑液连同一定量的空气或氧气被从炉顶喷入反应器，产生的热量足以维持900℃以上的高温，产生的颗粒或熔融物则被分离后在反应器的下部溶入水中形成绿液。相比上述低温气化技术，此种高温气化工艺在有机碳气化速率上具有极大提高。高温熔融物对反应器衬里的腐蚀是该技术面临的一大挑战，对耐火材料的要求较高。

加拿大专利CA1193406给出了一种直接苛化法黑液处理工艺。以氧化铁或二氧化钛作为直接苛化剂，与黑液燃烧产物碳酸钠进行脱二氧化碳反应(即直接苛化反应)，生成固体状态的铁酸钠或钛酸钠以及芒硝。这一方法的最大特点在于化学品不再以熔融态回收，并且运行温度可以保持较高。该专利提供的装置尚有待改进，且迄今为止未见钛酸盐直接苛化技术成功运行的报导。

发明内容

本发明的目的是综合现有技术的各种优点，克服其缺点，提供一种高含碳量制浆黑液半焦制备方法及其装置。本方法并不追求碳转化率的最大化，而只希望达到将浓黑液干燥并部分燃烧制取高含碳量半焦之目的。此种黑液半焦是一种松脆的、具有较好流动性的固体混合物，并且与直接苛化剂钛酸盐进行初步混合。这种黑液半焦与钛酸盐的混合固体粉末将会适用于比较常见的气化炉例如流化床，也可应用于回转窑气化炉，在这些气化炉中，由于钛酸盐的存在，黑液无机物在接近900℃的高温下仍能保持固体状态，从而消除了熔融物腐蚀作用，而这种作用是高温气化工艺面临的技术难题。钛酸盐的另一重要作用是在上述这些气化炉中直接将黑液无机物碳酸钠脱除二氧化碳并形成另一种钛酸盐例如4Na₂O·5TiO₂，但在本发明中并不追求这一结果，而仅需要钛酸盐与黑液半焦初步混合并且利用余热。

为达到上述目的，本发明采取了以下的技术方案：

本发明高含碳量制浆黑液半焦制备方法包括以下步骤：

1)固形物含量在54％以上的浓黑液由空气或富氧气体作为雾化和气化介质，经雾化烧嘴从顶部喷入已经预热的气化炉炉膛中，控制雾化烧嘴的喷洒角以使黑液不会喷到炉壁上，所述气化炉可内衬耐火材料；黑液可以为硫酸盐黑液，也可以为烧碱法黑液，后者制浆原料多为麦草，这种黑液采用传统碱炉回收相比前者较为困难；所述空气或富氧气体预热温度范围350±50℃，黑液预热温度范围100±5℃，炉膛预热及运行温度780±20℃；

2)黑液喷入热的炉膛旋即热解气化，包括蒸发、脱挥发份、部分燃烧，所述挥发份主要包括可燃气体如氢气、甲烷、一氧化碳、其它少量低碳烃类，以及二氧化碳和焦油，发生燃烧的物质以所述挥发份为主，由于通入空气或氧气量较少，黑液热解气化的有机固体产物燃烧份额很少，成为高含碳量的半焦产物，以有机碳和钠盐为主要组分，所述半焦落到位于气化炉炉膛底部的炉排上形成垫层，垫层通过炉排进入卸料仓中；

3)垫层通过炉排连续输出进入卸料仓中以控制垫层高度，垫层温度以700±50℃为宜，以免渗出熔融物；

4)直接苛化剂在炉排下部输入到卸料仓中与半焦混合，达到混合、半焦冷却、自身温度提高三重目的，直接苛化剂可以为二氧化钛或三钛酸钠。直接苛化剂的输入量以生成4Na₂O·5TiO₂为化学计量依据。