一种再生纤维素纤维生产过程中废碱液的回收系统及方法

技术领域

本发明属于资源回收领域，具体涉及一种再生纤维素纤维生产过程中废碱液的回收系统及方法。

背景技术

再生纤维素纤维是主要的化纤品种之一，其产量约占全球化纤总产量的三分之一。据估计，我国的再生纤维素纤维产能约为400万吨，粘胶纤维年产量约占世界总产量的60％。随着全球经济的发展以及人口的增长，再生纤维素纤维的用量仍会继续增长。再生纤维素纤维生产过程包括粘胶制备、纺丝、后处理和后加工4个阶段，其中在粘胶制备过程中需要消耗大量的烧碱，并产生大量的废碱液，其主要成分是水、NaOH和半纤维素，其中NaOH的含量高达17—25％。在再生纤维素纤维生产过程中，碱液是循环利用的，但当碱液中的半纤维素浓度升高到一定程度时就不能再应用于生产，否则将会影响粘胶的制备过程，以及粘胶性质、成形条件和最终产品的质量。为了控制碱液中半纤维素的含量，原始的办法是采取废碱液部分排放的方式调整碱液中半纤维素的含量，这样需要消耗掉大量的酸进行中和，既增加污水处理厂的运行成本，同时造成资源的极大浪费。也有部分企业把废碱液廉价地卖给小造纸厂，结果受制于造纸厂的生产状况。当造纸厂被关停或取缔时，废碱液处置就受到了限制。因此，为了减轻环保压力、降低生产成本，进行废碱液净化回收处理是再生纤维素纤维生产企业持续发展必须解决的问题。

由于半纤维素是由不同单糖基组成的复合多糖，分子量较小，结构复杂，同时废碱液中NaOH含量较高，采用常规工艺很难回收处理。目前我国主要采用透析工艺和膜分离工艺来净化回收废碱液，但透析工艺回收碱液效率低下，用水量大，占地面积大，已逐步淘汰。相对而言，膜分离方法成本低，效果好，正在得到推广应用。但是，膜分离方法实际上是半纤维素在碱水溶液中的浓缩过程，它并不能使废碱液完全彻底地回收并得到循环利用，至少有30—50％废碱液还要用传统方法处理。

发明内容

针对现有技术中存在的问题和不足，本发明的目的旨在提供一种再生纤维素纤维生产过程中废碱液的回收系统及方法。

为实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明第一方面提供一种废碱液回收系统，所述系统包括第一浓密机，废碱液和催化剂进入第一浓密机混合后进行沉降分离，第一上清液进入精馏分离装置，第一浓浆液进入第二浓密机继续沉降分离，第二上清液进入精馏分离装置，第二浓浆液进入蒸干机经过蒸发干燥后得到催化剂蒸汽和半纤维素固体；催化剂蒸汽进入精馏分离装置后从顶部被回收至催化剂贮槽中循环利用，精馏分离装置底部流出的回收碱液返回到生产流程中循环利用。

根据所述的废碱液回收系统，优选地，所述第一上清液与第二上清液混合后再进入精馏分离装置。

本发明第二方面提供一种第一方面所述系统进行再生纤维素纤维生产过程中废碱液的回收方法，包括以下步骤：

(1)将再生纤维素纤维生产过程中的废碱液与催化剂混合均匀，分层后得到第一上清液和第一浓浆液；

(2)第一浓浆液继续沉降分离，再次分层后得到第二上清液和第二浓浆液；

(3)将第一上清液和第二上清液合并后进行精馏，得到回收碱液，将第二浓浆液进行蒸发、干燥，得到催化剂蒸汽和半纤维素固体；

(4)第(3)步得到的回收碱液返回到生产流程中循环利用，催化剂蒸汽被回收后继续循环利用；

所述的催化剂由四丁基氢氧化铵、酞菁钴磺酸钠和乙二胺四乙酸的混合溶液。

根据所述的回收方法，优选地，所述四丁基氢氧化铵、酞菁钴磺酸钠和乙二胺四乙酸的质量比为(5～10):(0.1～0.8):(0.01～0.1)。

根据所述的回收方法，优选地，步骤(1)中废碱液与催化剂溶液的体积比为1：1.3～2.2。

根据所述的回收方法，优选地，步骤(1)中，废碱液中半纤维素的含量为12～35g/L。

根据所述的回收方法，优选地，所述催化剂蒸汽通过分级精馏进行回收。

根据所述的回收方法，优选地，精馏后催化剂在回收碱液中的含量小于0.05wt％。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明选用四丁基氢氧化铵、酞菁钴磺酸钠和乙二胺四乙酸组成催化剂，在催化剂作用下，碱液中半纤维素及相关脂类物质逐步析出，半纤维素类物质以固体颗粒物状态沉降。与甲醇、乙醇等醇类沉淀剂相比，可以减少30～50％的催化剂用量，相应可以节约回收所使用的能耗。本发明在干燥半纤维素的同时还可以回收其中残留的催化剂，减少催化剂的损失，提高半纤维素的纯度。

附图说明

图1为本发明废碱液的回收系统，其中1是催化剂贮槽，2是第一浓密机，3是第二浓密机，4是蒸干机，5是精馏分离装置。

具体实施方式

以下实施例仅适用于对本发明进行进一步阐述。应该说明的是，本发明所使用的所有技术以及科学术语除另有说明外具有与本发明所属技术领域相同的含义。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，均采用本技术领域常规技术，或按照生产厂商所建议的条件；所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

一种再生纤维素纤维生产过程中废碱液的回收系统，如图1所示，该系统包括第一浓密机2，废碱液和催化剂进入第一浓密机2混合后进行沉降分离，第一上清液进入精馏分离装置5，第一浓浆液进入第二浓密机3继续沉降分离，第二上清液进入精馏分离装置5，第二浓浆液进入蒸干机4经过蒸发干燥后得到催化剂蒸汽和半纤维素固体；催化剂蒸汽进入精馏分离装置5后从顶部被回收至催化剂贮槽1中循环利用，精馏分离装置5底部流出的回收碱液返回到生产流程中循环利用。所述第一上清液与第二上清液混合后再进入精馏分离装置5中。

本实施例还提供一种上述系统对再生纤维素纤维生产过程中废碱液的回收方法，具体包括以下步骤：

(1)向第一浓密机2中加入含13.4g/L半纤维素和155g/L氢氧化钠的粘胶纤维废碱液，再向其中加入由四丁基氢氧化铵、酞菁钴磺酸钠和乙二胺四乙酸组成的催化剂混合均匀，其中四丁基氢氧化铵、酞菁钴磺酸钠与乙二胺四乙酸的质量比为6:0.1:0.015，废碱液与催化剂的体积比为1：2.1，静置一段时间，待溶液分层后，得到第一上清液(含少量半纤维素的碱液)和第一浓浆液(含半纤维素和催化剂)，将第一上清液通入精馏分离装置5。

(2)将第一浓浆液通入第二浓密机3中继续进行沉降分离，分层后得到第二上清液和第二浓浆液，将第二上清液与第一上清液混合后通入精馏分离装置5中，第二浓浆液通入蒸干机4。

(3)通过喷雾干燥，第二浓浆液中的催化剂以蒸汽形式进入精馏分离装置5，同时得到湿含量为6.35％的半纤维素固体，催化剂蒸汽从塔顶排出进入催化剂贮槽1中循环利用，从塔底流出的碱液返回碱液贮槽中实现循环利用。

本实施例精馏分离装置塔底流出的碱液中催化剂的含量为0.0043％，半纤维素含量为1.67g/L。

实施例2

一种再生纤维素纤维生产过程中废碱液的回收方法，包括以下步骤：

(1)向第一浓密机2中加入含24.5g/L半纤维素和244g/L氢氧化钠的粘胶纤维废碱液，再向其中加入由四丁基氢氧化铵、酞菁钴磺酸钠和乙二胺四乙酸组成的催化剂混合均匀，其中四丁基氢氧化铵、酞菁钴磺酸钠与乙二胺四乙酸的质量比为7.5：0.38：0.049，废碱液与催化剂的体积比为1：1.9，混合均匀，静置一段时间，待溶液分层后，得到第一上清液(含少量半纤维素的碱液)和第一浓浆液(含半纤维素和催化剂)，将第一上清液通入精馏分离装置5。

(2)将第一浓浆液通入第二浓密机3中继续进行沉降分离，分层后得到第二上清液和第二浓浆液，将第二上清液通入精馏分离装置5中，第二浓浆液通入蒸干机4。

(3)通过喷雾干燥，第二浓浆液中的催化剂以蒸汽形式进入精馏分离装置5，同时得到湿含量为6.35％的半纤维素固体，催化剂蒸汽从塔顶排出进入催化剂贮槽1中循环利用，从塔底流出的碱液返回碱液贮槽中实现循环利用。

本实施例精馏分离装置塔底流出的碱液中催化剂的含量为0.0235％，半纤维素含量为3.96g/L。

实施例3

一种再生纤维素纤维生产过程中废碱液的回收方法，包括以下步骤：

(1)向第一浓密机2中加入含33.68g/L半纤维素和216g/L氢氧化钠的粘胶纤维废碱液，再向其中加入由四丁基氢氧化铵、酞菁钴磺酸钠和乙二胺四乙酸组成的催化剂混合均匀，其中四丁基氢氧化铵、酞菁钴磺酸钠与乙二胺四乙酸的质量比为8.8：0.67：0.076，废碱液与催化剂的体积比为1：1.8，静置一段时间，待溶液分层后，得到第一上清液(含少量半纤维素的碱液)和第一浓浆液(含半纤维素和催化剂)，将第一上清液通入精馏分离装置5。

(2)将第一浓浆液通入第二浓密机3中继续进行沉降分离，分层后得到第二上清液和第二浓浆液，将第二上清液通入精馏分离装置5中，第二浓浆液通入蒸干机4。

(3)通过喷雾干燥，第二浓浆液中的催化剂以蒸汽形式进入精馏分离装置5，同时得到湿含量为6.35％的半纤维素固体，催化剂蒸汽从塔顶排出进入催化剂贮槽1中循环利用，从塔底流出的碱液返回碱液贮槽中实现循环利用。

本实施例精馏分离装置塔底流出的碱液中催化剂的含量为0.0397％，半纤维素含量为5.79g/L。

实施例4～9

本发明还进行了实施例4～9实验，实施例4～9的内容与实施例1基本相同，其不同之处在于催化剂的用量不同，具体参见表1。经过两次沉降分离后，实施例4～9回收的碱液中半纤维素和催化剂的含量也参见表1。

表1废碱液回收的相关实验数据

从表1可以看出，半纤维素提取率与催化剂用量的有一定关系，在废碱液与催化剂比例1：1.7～2.2之间，半纤维素提取率最佳。

上述实施例为本发明的具体实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它任何不超出本发明设计思路组合、改变、修饰、替代、简化，均落入本发明的保护范围之内。