用于在對蒸煮至高卡伯值的化學紙漿進行氧脫木素之后處理濾液的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及對已蒸煮至高卡伯值的化學紙漿進行處理的方法和裝置。通過在堿性蒸煮工藝中蒸煮到50-120、優(yōu)選60-100的卡伯值制造紙漿，對所述蒸煮的紙漿進行洗滌，將所述洗滌的紙漿引入氧氣階段中，其中在氧氣和堿存在下對所述紙漿進行處理以除去木質素，并對所述氧氣處理的紙漿進行洗滌，由此形成含木質素的洗滌濾液。在所述氧氣階段中，所述紙漿的卡伯值下降至少30個單位。對所述氧氣階段下游的所述濾液進行處理以分離木質素，并將所述處理的濾液作為洗滌液體引入所述洗滌設備中以用于所述蒸煮的紙漿。
【專利說明】用于在對蒸煮至高卡伯值的化學紙漿進行氧脫木素之后處理濾液的方法和裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及在已經(jīng)將紙漿蒸煮至高卡伯時對化學紙漿進行處理的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]卡伯值指示殘余的木質素含量，并且在所有工廠都將其用作蒸煮的目標值。待漂白紙漿的典型卡伯值目前對于硬木為14-20，而對于軟木為25-35。如果未對紙漿漂白，則蒸煮之后的卡伯值明顯更高，通常為40-100。通常在氧氣階段中對待漂白軟木紙漿進行處理以將卡伯值降至10-20。
[0003]關于本發(fā)明，高卡伯紙漿是指超過50的卡伯值。在需要高強度性質和硬度但不需要亮度或印刷性質的產(chǎn)品中，通常使用高卡伯紙漿(高收率紙漿)。基于該原因，軟木由于其長纖維而成為用于高收率紙漿的典型原料。軟木具有高木質素含量，為此其需要相對長的化學處理。強度性質和硬度的組合對于軟木紙漿是典型的。關于高收率紙漿，木質素含量仍然高，以至于在現(xiàn)有技術中在不進行機械處理的條件下不能對紙漿進行脫纖維，但在此情況中，最終產(chǎn)品不要求印刷性質或亮度。
[0004]通常以硫酸鹽法生產(chǎn)高收率紙漿。高收率紙漿的收率范圍為50-70%。公知地，使用為具有正常卡伯值而設計的纖維線設備不能制造這種紙漿，而需要另外的技術。纖維線之間的最重要的差別是，蒸煮之后的高卡伯紙漿處于如下的粗屑形式，該粗屑形式使得其脫纖維需要特殊的脫纖維設備，例如吹洗管線精磨機(串聯(lián)精磨機)，或可選地熱精煉。所述裝置是類似類型的。在首先提及的脫纖維裝置中，將處于屑形式的蒸煮紙漿從蒸煮器排放入位于洗滌階段上游的吹洗管線中的精磨機內(nèi)。蒸煮紙漿脫纖維的目的是將纖維相互分離，因為蒸煮之后纖維仍在屑基體中。這種脫纖維使得制造的紙漿具有高卡伯并具有高收率值。即使對紙漿進行輕微脫纖維的機械處理，其效果是在堿性條件下降低了紙漿的品質。
[0005]將高卡伯紙漿制造成所謂的粗漿。因此，目的不是對這種紙漿進行漂白。用于這種紙漿的生產(chǎn)線包括對紙漿洗滌和篩分。如果對于紙漿品質設置任何特殊性質的要求，則所述生產(chǎn)線可以包括氧氣階段以將紙漿的性質調節(jié)至期望水平。
[0006]在蒸煮期間將碳水化合物(纖維素和半纖維素)溶解，造成原料成本明顯提高，因為在蒸煮開始和結束時碳水化合物的損失都大。降低碳水化合物分解的一種方式是在較高卡伯值下結束蒸煮。通常，如果在高卡伯值時結束蒸煮并利用二氧化氯對紙漿進行漂白而不需要氧氣階段，則收率提高。另外，漂白和提高流出物排放的成本超過了允許界限。在BAT (最佳可獲得技術)工廠水平下保持流出物排放，要求使用氧氣階段，從而碳水化合物的收率盡可能高。氧脫木素的急劇發(fā)展已經(jīng)提供了一種在基本不損失收率的條件下降低待漂白紙漿的卡伯的有效方法。目前的趨勢已經(jīng)是終止達到明顯低水平的蒸煮卡伯值。
[0007]在硫酸鹽蒸煮中重要的是選擇性，即，當溶解木質素時，盡可能少量的碳水化合物(纖維素和半纖維素)分裂并溶解。因為化學反應而造成問題，其導致在蒸煮的結束階段溶解明顯量的半纖維素。因此，在溶解碳水化合物的最終階段也造成化學紙漿強度的下降。在軟木紙漿的情況中，化學紙漿的強度是最基本的品質指標之一。除了紙漿性質之外，工藝收率也是重要的成本因素。過去幾年的目的是發(fā)現(xiàn)這樣的制漿方法，通過所述制漿方法會實現(xiàn)從木材到紙漿盡可能高的收率。其是指，提高蒸煮的選擇性或僅蒸煮以達到這樣的卡伯值，從而使用更具選擇性的脫木素方法以提供明顯的收率效益和由此的經(jīng)濟重要性。在最終卡伯范圍內(nèi)(對于軟木為25-40)硫酸鹽蒸煮法之間的差別足夠小，使得用其基本得不到在選擇性方面的差別。實際上，提高收率的可行方法是在明顯更高卡伯值水平下停止蒸煮，其中碳水化合物收率比在對紙漿漂白并繼續(xù)用氧氣進行脫木素的蒸煮中的相對更高，與蒸煮相比，已知該方法是更具選擇性的對紙漿進行脫木素的方式。
[0008]由于堿性條件，所以氧脫木素是在蒸煮期間直接緊隨木質素去除而發(fā)生的。在工業(yè)蒸煮過程中，不將化學紙漿蒸煮至明顯低于卡伯值25，因為收率損失顯著。另一方面，期望對蒸煮進行優(yōu)化以達到盡可能高的卡伯值，從而保持丟棄物含量受控并保持紙漿可漂白。在蒸煮與最終漂白之間，氧脫木素是更具選擇性的且更溫和的工藝。其將木質素分解并氧化成可溶于堿的形式，破壞木質素中存在的著色化合物并從紙漿中除去雜質(樹脂)。
[0009]關于品質，在吹洗管線纖維分離機中對從蒸煮器排放之后的紙漿進行脫纖維從來不是所謂的最佳方案，但在不使用明顯機械加載的條件下對紙漿進行化學脫纖維以保持纖維性質最佳。
[0010]最近的蒸煮研究表明，蒸煮能夠制造高卡伯紙漿，其被脫纖維至如下的程度:這種屑形式的紙衆(zhòng)即使在70-90卡伯值下仍能夠在纖維線中進行泵送和處理(Jiajun Wang,碩士畢業(yè)論文，Aalto Yliopisto (阿爾托學院)，School of Science and Technology (科學技術大學)2010 ;W0專利申請PCT/US10/57417)。此外，在該階段內(nèi)，蒸煮的紙漿含有大量分析的丟棄物，但丟棄物的特征使得其不會限制將紙漿泵送到洗滌和隨后的工藝階段。
[0011]FI專利申請20115277提供了一種處理紙漿的方法，所述紙漿是通過將軟木屑化學蒸煮到50-100、優(yōu)選60-90的卡伯值而制造的，在所述方法中，
[0012]不在蒸煮器與洗滌之間的機械纖維分離機中進行處理的情況下，將蒸煮的紙漿引入洗滌，對該紙漿進行洗滌，
[0013]將洗滌的紙漿引入第一氧脫木素階段中，其中在氧氣和堿的存在下對所述紙漿進行處理，
[0014]對氧脫木素的紙漿進行洗滌，并在洗滌之后在隨后的階段中用親電子化學品對其進行處理，其后
[0015]在第二氧脫木素階段中用氧氣和堿對所述紙漿進行洗滌和處理，對由此處理的紙漿進行洗滌并引入漂白工藝中以進行另外的處理。
[0016]根據(jù)本專利申請的氧氣階段是指如下的堿性階段，該堿性階段在8.5-14的pH范圍下在混合點下在1-20、優(yōu)選8-12巴(絕對)的壓力范圍內(nèi)以加壓的方式進行，并且其中至少在部分反應時間期間內(nèi)氧氣存在于纖維的周圍。該氧氣階段可包括一個、兩個或甚至幾個步驟，由此各個反應步驟包括化學混合和反應容器或利用管完成的反應停留。實際上，此處的處理步驟是指在該氧氣階段中使用的化學品的添加和混合，以及隨后在管或反應器部分中的停留。根據(jù)實用的方法，反應停留為0.1分鐘至最高達120分鐘，從而反應停留取決于期望的反應器類型。關于這一點，氧氣階段還可從根據(jù)該氧氣階段上游和下游兩者的洗滌階段獲知。[0017]最通常地，將氧氣和堿以及防止纖維受到金屬損傷的可能的某些抑制劑計量加入到氧氣階段中，或另外將纖維中夾帶的金屬除去或進行處理以使其失活。通常以l_60kg/admt的量計量加入堿,并以l_50kg/admt的量計量加入氧氣。當堿的劑量為0.8-1.4 X卡伯單位且氧氣的劑量為0.7-1.3X卡伯單位時，能夠注意到，當在氧氣階段中的卡伯下降為60單位時,氧氣階段堿的劑量可以最高達90kg/adt且氧氣的劑量可最高達70kg/adt。所使用的堿最通常地為氫氧化鈉或氧化的白液，但原則上含有OH離子的所有堿性化合物都是在某些條件下可用于氧氣階段中的堿。在氧氣階段中通常有利地是，計量加入化學循環(huán)的補充的氫氧化鈉。以氣體形式計量加入氧氣，其中氧氣的含量最通常地為比重的75-100%。氧氣階段的溫度為70-120°C且最通常為80-105°C。使用具有0.5-20巴壓力的某些合適蒸汽以及熱水通過洗滌或稀釋能夠升高所述溫度。蒸汽能夠直接用于加熱，在紙漿中混合，或間接用于加熱。
[0018]在高卡伯紙漿的氧脫木素階段中，尤其是在第一處理中，釋放大量木質素(卡伯值降低例如30-70單位)，這是在工藝中要考慮的。當除去的木質素的量為例如40卡伯單位時，從紙漿中釋放的有機材料的量變高。在所述卡伯下降的情況下，例如僅木質素的比例為紙漿干物質的約7%，且另外其碳水化合物損失。所述量的木質素將氧氣階段濾液的COD量提升60-120kg/adt，并以相同比例提升干物質的量。所述氧氣階段通常根據(jù)逆流洗滌原理進行連接，以使得在蒸煮與氧氣階段之間設置的紙漿洗滌功能是對來自洗滌的紙漿中夾帶的液體進行置換，這能夠將該液體分離為蒸煮紙漿洗滌階段的濾液，從氧氣階段的洗滌得到濾液。因此，蒸煮的紙漿的洗滌液體的COD將為30-60g/l，且在12%的稠度下紙漿懸浮液的COD為200-500kg/adt。通常，將源自紙漿洗滌的濾液逆流引入纖維線中，但以此方式對具有高COD值的氧氣階段的濾液進行處理并不一定是有利的。工業(yè)上已知的COD水平明顯低于所述研究中的上述值，當將氧氣階段產(chǎn)生的濾液逆流引入同一階段時，為了確定其特性進行了所述研究。上文示出的水平已經(jīng)足夠高，從而其妨礙氧氣階段的運行并造成化學品以及循環(huán)木質素的消耗。當概述高卡伯紙漿的氧氣階段時，要考慮反應產(chǎn)物的量。
[0019]因為所述反應產(chǎn)物由于氧氣階段的選擇性特征而包含木質素和少量碳水化合物，所以能夠說，在氧氣階段的洗滌濾液中，木質素和碳水化合物的比例高于黑液中的。由此，在不對氧氣階段工藝進行干擾的條件下，根據(jù)逆流原理將其用于蒸煮的紙漿的洗滌中是不利的。因此，明確需要以新的方式將洗滌和氧氣階段在總體上進行結合以用于蒸煮至高卡伯的紙漿，在許多方式中這更具實用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明涉及處理化學紙漿的方法，在所述方法中通過將木屑化學蒸煮至50-120、優(yōu)選60-100的卡伯值來制造紙漿，對蒸煮的紙漿進行洗滌，將洗滌的紙漿引入氧氣階段中，其中在氧氣和堿存在下對紙漿進行處理以除去木質素，并對氧氣處理的紙漿進行洗滌，由此形成含木質素的洗滌濾液。所述方法特征在于，
[0021]在所述氧氣階段中，所述紙漿的卡伯值下降至少30個單位，且
[0022]對所述氧氣階段下游的洗滌的濾液進行處理以分離木質素，并將處理的濾液作為洗滌液體引入洗滌設備中以用于蒸煮的紙漿。用于蒸煮的紙漿的洗滌設備的Eltl值通常至少是8，優(yōu)選至少是10。[0023]所謂的Eltl值限定了洗滌效率，從而能夠對不同類型的洗滌器進行相互比較。Eltl值是為洗滌器或數(shù)個洗滌器的組合定義的數(shù)值，其展示了如何實現(xiàn)洗滌器或洗滌器組合的多種理想混合。理想混合又被理解為如下時的情形:將洗滌液體高效混入洗滌的紙漿中，使得殘留在紙漿內(nèi)的液體與從其抽取的液體兩者的濃度相等。在Eltl值中的數(shù)值10是指計算的稠度百分比，此時紙漿排出洗滌器。稀釋因子是指每噸紙漿使用的洗滌液體和與紙漿一起排出洗滌設備的液體之間的差別。
[0024]本發(fā)明還涉及對在蒸煮設備中由木屑制造的紙漿進行處理的裝置，其中將木屑化學蒸煮至50-120、優(yōu)選60-100的卡伯值，所述裝置至少包括:
[0025]用于纖維質纖維材料的蒸煮設備，用于蒸煮的紙漿的洗滌設備，
[0026]在蒸煮的紙漿的洗滌下游的設備，其用于在氧氣階段中對紙漿脫木素，
[0027]在氧氣階段之后對紙漿進行洗滌的設備，以及
[0028]將洗滌濾液逆流引入前述洗滌器中以作為洗滌液體的濾液管線。必要的是，在所述氧氣階段下游的濾液管線設置有用于從濾液分離木質素的設備，且將該濾液管線連接至用于蒸煮的紙漿的洗滌設備以將濾液用作木質素分離之后的洗滌液體。
[0029]用于蒸煮的紙漿的洗滌設備的Eltl值優(yōu)選至少是8，優(yōu)選至少是10。用于蒸煮的紙漿的洗滌設備通常包括超過一個的階段。用于蒸煮的紙漿的洗滌設備通常包括所謂的蒸煮器洗滌和至少一個在蒸煮器與氧氣處理設備之間的洗滌設備。
[0030]用于蒸煮的紙漿的洗滌設備，作為一個階段，可包括在蒸煮器下部進行的蒸煮器洗滌，例如高熱型蒸煮器置換或在間歇蒸煮中發(fā)生的最終置換。用于蒸煮的紙漿的洗滌設備包括在其下游的一個或多個洗滌器，例如優(yōu)選單滾筒洗滌器，例如Drum Displacer ?(DD)洗滌器(Andritz Oy)或擴散洗滌器。如果蒸煮的紙漿不含有害量的未蒸煮的級分例如木節(jié)，則在用于蒸煮的紙漿的總洗滌設備的Eltl水平超過8的前提下，還能夠使用壓力機。所述洗滌設備的稀釋因子將為0-5，優(yōu)選1-3。為了確保在蒸煮期間將釋放自紙漿的木質素充分除去，足夠的洗滌效率是重要的。在所述洗滌中除去超過95%、優(yōu)選超過97%的木質素。同時，也能夠將硫從紙漿中除去。
[0031]本發(fā)明填補了在高卡伯下脫木素的漂白紙漿的性能，以使其在工業(yè)上可行。另外，其使得紙漿生產(chǎn)的收率明顯更高于常規(guī)纖維線中的收率。此外，即使通過使用常規(guī)纖維線和回收概念的硫酸鹽法制造紙漿，仍能夠從工藝中回收貧硫木質素。從木質素的量和蒸煮/脫木素性能考慮，本發(fā)明更優(yōu)選應用于軟木，但其也能夠應用于硬木，尤其是具有高木質素含量的硬木物種。
[0032]在所示方法中，通過堿性蒸煮法例如硫酸鹽蒸煮、蘇打蒸煮或蘇打-蒽醌蒸煮來制造紙漿。所述蒸煮方法還可以是這些方法的改進。優(yōu)選的實例是具有低硫化度即5-25%的硫酸鹽蒸煮。低于所述值的硫化度值涉及蘇打蒸煮或其改進。該蒸煮可以為連續(xù)蒸煮或間歇蒸煮。
[0033]在所述蒸煮中，將紙漿蒸煮至50-120、優(yōu)選60-100的卡伯值。這種紙漿具有約7-14重量％的木質素，這基本是顯著的量。如果蒸煮的紙漿的卡伯為100-120，則在所述氧氣階段中將這種木質素除去，使得該紙漿的卡伯值通常為約20-40且約50。由此，從經(jīng)濟性和工藝技術兩方面考慮，將明顯量的木質素轉移至氧氣階段的濾液中。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，不使用氧化的白液，而優(yōu)選使用氫氧化鈉來實施所述氧氣階段，由此使得木質素釋放在溶液中，這與使用氧化的白液實施的氧氣階段相比是貧硫的。源自用作抑制劑的硫酸鎂的硫和源自蒸煮化學品的硫進入所述氧氣階段。在此情況中，更有利地是，將不含產(chǎn)生自氧化的白液的硫化合物的液體用于所述氧氣階段上游的洗滌器中。硫低于正常值的木質素在關于木質素的許多其它應用方面是有利的。根據(jù)本發(fā)明的方法，在所述氧氣階段之前不需要或不實施任何單獨的螯合處理。由此可降低流出物組分的量并降低工藝成本。
[0034]在所述氧氣階段之后，對所述紙漿進行正常洗滌，從而從液相紙漿中分離反應產(chǎn)物。每噸紙漿可以制造40-120kg、通常40-80kg量的木質素。在本發(fā)明中，用于所述氧氣階段中的堿優(yōu)選為不含硫或貧硫的，由此，當使用基本不含硫化合物的液體在氧氣階段的下游和上游兩者對紙漿進行高效洗滌時，對于每噸紙漿可獲得具有40-100kg量的貧硫木質素的含木質素液體。這種木質素的貨幣價值如此顯著，使得其值得回收，尤其是因為將木質素化合物引入氧氣階段上游的洗滌是所述工藝的主要干擾因素，使得該工藝不具有工藝技術或經(jīng)濟基礎。低硫木質素是指木質素中干物質的硫含量小于1%的木質素。根據(jù)研究，從黑液中沉淀的硫含量為干物質的約1.4% (硫)，而從氧氣階段洗滌濾液中沉淀的木質素的硫含量為干物質的約0.66%ο
[0035]在此處所呈現(xiàn)的溶液中，將所述氧氣階段的濾液與所述紙漿分離并從其回收木質素，以例如用作化學工業(yè)的原料。相應的，已經(jīng)從其分離了木質素的液體能夠再用于所述氧氣階段中，從而將其引入所述氧氣階段上游的洗滌，而不存在對木質素的有害影響。由此，從在任何情況中都與高卡伯紙漿的氧氣階段相連的逆流連接洗滌循環(huán)和分離技術中除去所述氧氣階段的氧氣反應產(chǎn)物，能夠被認為是具有明確經(jīng)濟目的的投資，且不僅僅是用于確保工藝功能的附加成本。
[0036]為了優(yōu)化木質素的硫含量，所述氧氣階段的堿是純的氫氧化鈉(NaOH)或者是能夠在氧氣階段中保持足夠高PH水平的一些其它氫氧化物。此處純的是指所述氫氧化鈉溶液不含任何硫，或含有非常少量的硫。優(yōu)選地，所述氧氣階段的化學品不是含有硫化合物的化學品。一種通常用于所述氧氣階段中的化學品是作為抑制劑的硫酸鎂。能夠根據(jù)紙漿品質要求并根據(jù)硫含量低至何種程度的要求，對其使用進行優(yōu)化。盡管優(yōu)選不使用氧化的白液，但仍可在化學紙漿工廠結合化學再生將堿分離，使得一種級分含有硫化合物而另一種級分含有純的NaOH。在此情況中，以在蒸煮中的硫化度超過40%的方式形成化學品比例。當根據(jù)逆流原理使用源自木質素分離的低硫洗滌液體對蒸煮的紙漿進行洗滌時，在返回黑液蒸發(fā)車間的物流中硫化度返回至“正?！薄Ｔ诹硪粋€實施方案中，蒸煮的硫化度為約25-40%，但在回收中的液體的硫化度明顯更低，例如為25-30%。
[0037]現(xiàn)有技術已經(jīng)結合化學再生提供了幾種將綠液分級成氫氧化鈉和含硫級分的工藝。例如從FI 104334.FI 98226和US 5607549可知這種工藝。將氫氧化鈉用于所述氧氣階段中并將含硫級分用于蒸煮中。于是，不需要使用商購的化學品作為所述氧氣階段中的堿，但結合化學循環(huán)能夠在工廠制造需要的化學品。
[0038]根據(jù)一種實施方案，氧化的白液也能夠用于所述氧氣階段中。于是，在白液的制造中，用氧氣對硫化物進行氧化，經(jīng)由硫代硫酸鹽至硫酸鹽。如果期望最小化木質素的硫含量，則這不是非常有利的實施方案。
[0039]從本發(fā)明考慮，所述木質素分離方法本身不是必須的，但特別是基于如下事實:木質素分離變得有利可圖，且根據(jù)一種優(yōu)選實施方案，能夠在牛皮紙工藝中以低硫形式分離木質素。于是，所述工藝包括如下性質:
[0040]牛皮紙蒸煮至卡伯50-120。
[0041]在蒸煮和所述氧氣階段之后是紙漿的高效洗滌。用于蒸煮的紙漿的洗滌設備的Eiq值至少為8，優(yōu)選超過10。所述氧氣階段的Eltl值超過4，優(yōu)選超過7。要求的洗滌效率也取決于在洗滌中將蒸煮產(chǎn)生的木質素和氧氣階段的木質素分離的精確程度。蒸煮的紙漿的洗滌越高效，蒸煮產(chǎn)生的木質素的分離越好，并且能夠在所述氧氣階段的洗滌中以低硫形式分離氧氣階段產(chǎn)生的木質素越多。
[0042]-引入所述氧氣階段上游的洗滌的最后階段的洗滌液體是不含重要量硫的液體。
[0043]-當期望非常低硫的木質素時，在所述氧氣階段期間的堿優(yōu)選不含硫。
[0044]-在所述氧氣階段中，為了從紙漿中釋放在經(jīng)濟上明顯量的木質素，卡伯降低至少30個單位,優(yōu)選降低了超過35個單位。
[0045]在所述氧氣階段中將紙漿明顯部分的木質素溶于與纖維一起移動的液體中，并且其由此可與洗滌器或壓力機的濾液分離。當木質素已經(jīng)分離時，能夠將由此提純的液體用于蒸煮的紙漿的洗滌中。將洗滌的紙漿本身供至紙板的生產(chǎn)，或者能夠以在該專利申請中同樣提供的方法對洗滌的紙漿另外進行漂白。
[0046]由于現(xiàn)代化學紙漿工廠已經(jīng)能夠幾乎完全杜絕硫，并且實際上工廠不會發(fā)生硫損失，所以可清楚地得出，蒸煮的紙漿的洗滌能夠高效地除去硫，并由此適用于從紙漿除去硫，常規(guī)洗滌技術具有超過8的Eltl值。
[0047]根據(jù)本發(fā)明必要的是，能夠對已經(jīng)蒸煮至明顯高木質素含量的紙漿進行加工以用于紙漿市場，所述紙漿還能夠洗滌至期望的潔凈水平。這對建造生物精煉廠并應用各種處理方法拓展了全新的可能性，其結果是能夠從纖維漿料中分離木質素。自然地，可能的實施方案通常限制為完全承擔得起的化學品，因為要使得所述工藝有利可圖，但仍存在能夠用于木質素分離的幾種不同方法。
[0048]分離的木質素還能夠用作化學紙漿工廠的鍋爐和干燥爐中的燃料。
[0049]在最近幾年期間，木材加工工業(yè)以及化學品工業(yè)已經(jīng)意識到研究用于制造聚合物和其它碳基材料的替代原料。目前，聚合物工業(yè)最重要的原料是原油，其價格和可得性從長遠來看將使得聚合物用木材類原料具有競爭力。由此，基于化學制漿工藝的木質素也具有市場，其中其能夠代替原油類產(chǎn)品。由于最重要的化學紙漿制造工藝是以使用硫基蒸煮化學品為基礎的，所以如果不注重從木質素中去除硫，則從所述硫基蒸煮化學品分離的木質素在化學工業(yè)中的可用性低或受到限制。且如果使用不含硫的化學品完成所述蒸煮工藝，則木質素的品質提高，但紙漿的制造具有許多這種特征，所述工藝至今未具有廣泛競爭力。本發(fā)明的優(yōu)勢在于，其制造適用于進一步加工的木質素。
[0050]氧氣階段是對高卡伯紙漿脫木素的最簡單且最公知的方法。因此，利用如下的方法對紙漿進行處理，其中，纖維性質是優(yōu)先的，且纖維原料的使用目標是已知的紙和纖維產(chǎn)品。還可使用其它木質素溶解和分離方法，代替氧氣階段，將其用于制造例如特殊的木質素或用于分離例如半纖維素。這種方法可包括酸制漿方法，例如由Chempolis提供的適用于草紙漿的脫纖維、稱作CIMV工藝的甲酸制漿或者酸水解和氧氣階段的組合。在這種關系中，存在幾種替代物，因為高卡伯紙漿(卡伯例如為100)是用于大量不同產(chǎn)品的原料，其中已經(jīng)通過洗滌從所述高卡伯紙漿除去了蒸煮化學品，首先是硫。因此，木質素不是僅有的可能產(chǎn)物，而是除其之外，所述產(chǎn)物可能還包含例如半纖維素。
[0051]在氧氣階段中與紙漿分離的溶液能夠以多種方式進行處理以分離木質素。最常規(guī)的化學分離方法是沉淀，其中對堿性溶液進行中和或酸化，由此將堿從溶液中沉淀且其能夠從液體中澄出。這需要大量的酸，但另一方面，其為回收木質素的高效且簡單的方式。在PH為10下沉淀約15%的木質素，且在pH為8下沉淀50%的木質素。氧氣階段的pH為10-13，通常為10.5-12。在木質素分離中，目標不需要是完全分離。即使從氧氣階段的洗滌濾液中分離僅約50%的木質素并然后將其用作洗滌液體，在蒸煮的紙漿的洗滌中仍獲得滿意的結果。另一方面，將木質素通過氧氣階段循環(huán)會劣化其品質，從而有利的目的是更高的分離程度。從進一步加工考慮，在回收的木質素中更大量的固有木質素是有利的。
[0052]其它木質素分離方式包括多種過濾方法，其中過濾器能夠除去大的成鏈分子，但使得離子和水穿過。這種方法包括多種超濾或納濾、滲濾和反滲濾、動態(tài)交叉流動過濾和能夠通過其將分子從溶液分離的其它方法。當已經(jīng)將木質素從溶液分離時，能夠將潔凈的溶液用于蒸煮的紙漿的 洗滌中，因為已經(jīng)將有機載液除去。
[0053]當著眼于絡合物時，其中這種溶液是合適的，這種優(yōu)勢顯示，作為單獨的步驟，其明顯改進了工廠的經(jīng)濟潛能:
[0054].纖維線的紙漿收率明顯更好。
[0055].得到了一種溶液，當對高卡伯紙漿進行處理時，利用所述溶液，氧氣階段充分地發(fā)揮功能。
[0056].形成了一種其中可分離低硫木質素的工藝。
[0057].該工藝的整個化學循環(huán)例如蒸發(fā)和回收鍋爐保持不變，從而為了進一步使用木質素而可能需要的生物精煉方案不需要新的工藝部門。
[0058]?在更少化學循環(huán)的條件下更大的生產(chǎn)量。當從工藝中回收木質素時，在回收鍋爐中燃燒的物質的量減少，因為每噸紙漿產(chǎn)生的干物質的量下降，且化學循環(huán)更少。因此，需要更小的鍋爐，或現(xiàn)有的鍋爐對于生產(chǎn)的每噸紙漿能夠焚燒更高量的黑液干物質。
[0059]由于所有改變對許多單元都有影響，所以在開發(fā)工藝中要考慮如下種類的事項:
[0060].回收鍋爐的總的蒸汽生產(chǎn)量下降
[0061].需要用于木質素的新分離部門
[0062].所述氧氣階段或其它脫木素階段的化學品可能比目前使用的更昂貴
[0063].流出物生產(chǎn)量發(fā)生變化且常規(guī)結合不能照此使用
[0064]?將需要不含硫或低硫的化學品，其價格水平高于含硫化學品的價格水平。
[0065]本發(fā)明特別適用于通過硫酸鹽法或其改進制造的紙漿。結合蒸煮可以使用例如提高收率的化學品，例如蒽醌。以連續(xù)或間歇蒸煮的方式對紙漿進行蒸煮，從而在高木質素含量水平下(卡伯值50-120)終止脫木素，但使得達到木屑的脫纖維點。例如在國際專利申請PCT/US10/57417中對這種方法進行了描述。作為一種優(yōu)選實施方案，本發(fā)明的方法包括一種如下的工藝結合，其中在蒸煮之后對完整的紙漿物流進行的機械脫纖維能夠省略。由此，在不在機械脫纖維設備例如吹洗管線精磨機中進行機械處理的條件下，將蒸煮的紙漿從蒸煮器排放入洗滌中，然后排放入氧氣階段中。在機械纖維分離機中，應用機械作業(yè)使纖維從木屑基體釋放，這在根據(jù)該實施方案的方法中是不需要的。所述纖維線自然地包括泵、混合器和用于紙漿轉移和將化學品和其它物質混入紙漿中的相應設備。從能量經(jīng)濟性考慮，不使用機械纖維分離機是有利的，因為蒸煮器與第一氧氣階段之間的洗滌器、泵和混合器的能量耗散低于30kW/adt，而纖維分離機的能量消耗是其兩倍。
[0066]更優(yōu)選在氧脫木素之后完成紙漿的篩分。根據(jù)一種實施方案，當存在數(shù)個氧氣階段時，篩分室位于第一氧氣階段的下游。根據(jù)一種實施方案，該篩分室位于第一氧氣階段與隨后的洗滌之間?？蛇x地，也可在后來對紙漿進行篩分，但優(yōu)選在第二氧氣階段之后的洗滌之前對紙漿進行篩分。所述篩分還能夠分為粗篩分和細篩分，由此粗篩分發(fā)生在例如第一氧氣階段下游，而細篩分發(fā)生在第二氧氣階段下游。因此，為了制造待漂白的紙漿，有利的是僅在第一氧氣階段之前在蒸煮之后對紙漿進行洗滌。因此，在不進行機械脫纖維且不進行篩分的條件下，通過洗滌將排放自蒸煮器的紙漿引入第一氧氣階段。
[0067]然而，可以想到，在第一洗滌之前在從蒸煮器排放紙漿之后實施從紙漿去除木節(jié)。因此，在篩分木節(jié)中，將從主紙漿物流分離的丟棄物進行溫和的脫纖維。可將脫纖維的丟棄物物流返回至主紙漿物流以進入木節(jié)分離進料或木節(jié)分離的同向的下游。必要的是，不對所述主紙漿物流進行機械脫纖維，而僅對從其分離的側物流(例如優(yōu)選小于30%，最優(yōu)選小于20%)進行脫纖維，從而在合適條件下將木節(jié)級分用于洗滌和隨后的處理。
[0068]洗滌是指一個或多個洗滌階段，并且其由此發(fā)生在一個或多個洗滌設備中。
[0069]根據(jù)一種實施方案，在第一氧氣階段之前，優(yōu)選使用單滾筒洗滌器，例如由Andritz制造的壓力滾筒洗滌器即Drum Displacer? (DD)-洗滌器，或者真空滾筒洗滌器或擴散器，對排放自蒸煮器的紙漿進行洗滌。其中在例如洗滌壓力機中發(fā)現(xiàn)的滾筒和/或輥之間的輥隙中對紙漿進行壓制的洗滌器，不適用于在蒸煮與第一氧氣階段之間的紙漿洗滌。如果在蒸煮器下游的洗滌之前實現(xiàn)木節(jié)的去除，則也可以使用壓力機。當篩分已發(fā)生在氧氣階段的洗滌之前時，則可使用如下的常規(guī)洗滌技術且由此還能夠使用洗滌壓力機或壓力機完成第一氧氣階段下游的洗滌，該常規(guī)技術能夠使用上述洗滌設備。
[0070]第一氧氣階段明顯是蒸煮的繼續(xù)，其目的是將卡伯降低30-70個卡伯單位。同時，紙漿的丟棄物含量也大幅下降，由此在第一氧氣階段之后在某些處理步驟中的紙漿篩分中去除的丟棄物的量不明顯，因為去除將終止收率效益。在第二氧氣階段中，所述紙漿的卡伯值降至10-20的水平，優(yōu)選降至10-15或更低的值。
[0071]研究表明，第一氧氣階段中丟棄物的含量的下降甚至超過95%，這意味著，這種結合在降低丟棄物含量方面特別有效。
[0072]已知氧分子僅能夠與某些即酚類木質素組合物反應。在高堿性條件(pH>10)下，離子化的木質素組合物分解并因鏈反應而減少，并且溶解。氧氣主要與木質素形成羧基基團的游離酚式羥基基團反應，其將木質素轉化為水溶性形式。同時，木質素發(fā)生解聚即降解。這些反應導致木質素的酚式羥基基團數(shù)量下降且木質素的羧基基團數(shù)量提高。
[0073]根據(jù)氧脫木素動力學，在氧脫木素中將這種酚類木質素除去，但氧脫木素對非酚類木質素的量無任何顯著影響。關于這種化學，即使將相同化學條件下的氧氣處理幾個串聯(lián)結合且處理周期持續(xù)，在氧氣階段的脫木素水平仍停留在75-80%的水平處。另外，明顯觀察到條件變苛刻，特別是紙漿的品質下降且收率低。因此，在氧氣階段之后連續(xù)的脫木素需要如下的化學品，其還與其它木質素組合物反應和/或產(chǎn)生新的游離酚基團。
[0074]另外，為了查明在酸性條件下紙漿的處理是否會充分激活氧氣階段而進行了試驗，但注意到，不與木質素反應的酸階段本身對降低卡伯無幫助。酸階段強化了質量傳遞，但不改變化學組成。由此發(fā)現(xiàn)，在氧氣階段之后，紙漿將經(jīng)歷用與非酚類木質素反應的漂白化學品進行的處理。適用于此的是所謂的親電子漂白化學品。這些通常包括過酸、在酸性條件下的二氧化氯、臭氧或氯。過酸例如包括過乙酸、Caron酸、過硫酸和過氧鑰酸鹽。能夠在本身已知的且在本領域手冊中提供的條件下實施利用這些化學品的紙漿處理。通常在如下的條件下實施二氧化氯的處理:40-90°C的溫度，1.5-5.5的pH，和1_10分鐘的時間段，但更長的時間段也是可行的。在該處理中典型的二氧化氯劑量為2-20kg/adt。關于過酸處理的典型條件是:溫度為50-90°C且時間為30-120分鐘。添加入紙漿中的化學品的量取決于所使用的過酸，但其通常為2-20kg/adt。
[0075]通常，在5-15巴的壓力下，優(yōu)選在5-35%的稠度下，更優(yōu)選在7_18%的稠度下，力口壓實現(xiàn)利用臭氧的處理，從而在一個或幾個點處，優(yōu)選通過一個或多個混合器將臭氧含量為8-18重量％、優(yōu)選10-15%的含臭氧的氣體引入紙漿中。所述氣體是臭氧和充當載氣的氧氣的混合物。計量加入紙漿中的臭氧的量為2-8kg/admt。pH在酸性范圍內(nèi)，通常為1_5。僅在允許長停留的混合器中或以將紙漿與具有載氣的臭氧的混合物引入反應容器中的方式，實施所述臭氧漂白，在所述反應容器中設置期望的反應停留。
[0076]在親電子化學品處理之后，利用氧氣第二次對紙漿脫木素，其目的是將卡伯值降至10-20或在某些情況中甚至低于10的目標卡伯值。其后，能夠在常規(guī)的完全不含氯(TCF)的漂白工藝中或在不含元素氯(ECF)的漂白工藝中對紙漿進行漂白。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0077]通過根據(jù)本發(fā)明的實施方案并參照所附的示意圖對本發(fā)明進行更詳細地說明，其中:
[0078]圖1是在不進行木質素分離的條件下優(yōu)選的對高卡伯紙漿進行氧脫木素的示意圖；且
[0079]圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選示例性實施方案的示意圖。
具體實施方案
[0080]所述蒸煮器設備包括一個或多個紙漿蒸煮器。將蒸煮至50-120、通常60-100的卡伯值的木質紙漿從蒸煮器I的底部通過吹洗管線2轉移到吹洗罐3內(nèi)，將紙漿從所述吹洗罐3泵通過管線4送入洗滌器5中。該洗滌器通常為單滾筒洗滌器，例如由Andritz制造的壓力滾筒洗滌器即Drum Displacer? (DD)-洗滌器，或者擴散器或抽吸滾筒洗滌器。將洗滌的紙漿引入氧氣階段中。不對排放自蒸煮器的紙漿進行機械脫纖維，并因此所述吹洗管線在蒸煮器下游不包括機械纖維分離機。此外，此處在第一氧氣階段之前不對紙漿進行篩分。吹洗罐3并不是不可或缺的，而是取決于本身已知的洗滌器和設備結合的類型，還能夠將紙漿直接轉移至洗滌器5中。
[0081]將黑液從蒸煮器通過管線33排出。
[0082]在該實施例中，第一氧氣階段包括兩個反應器7和8，即，其為兩步階段，但其還能夠為一步或多步階段，如上所述的。在這種氧氣階段中，紙漿的卡伯值通常下降30-70個單位。
[0083]將紙漿從第一氧氣階段通過管線9引入篩分室10。將紙漿進一步通過管線11引入氧氣階段下游的洗滌12，其中洗滌器還能夠為壓力機以代替單滾筒洗滌器或擴散器。
[0084]然后，在反應容器14中用親電子化學品對紙漿進行處理，其中將洗滌的紙漿從洗滌設備12通過管線13排出。在第一氧氣階段之后用與非酚類木質素反應的漂白化學品對紙漿進行處理。適用于此的是所謂的親電子漂白化學品。這些通常包括過酸、在酸性條件下的二氧化氯、臭氧或氯。這種處理足以促進蒸煮至高卡伯的紙漿脫木素以用于實際的漂白工藝。
[0085]在反應容器14中的處理之后，將紙漿通過管線15排放入洗滌器16中，所述洗滌器16可為與洗滌器12類似的設備。其后，將洗滌的紙漿通過管線17轉移至第二氧氣階段，所述第二氧氣階段與第一氧氣階段類似，包括兩個步驟18和19。在該氧氣階段中，紙漿的卡伯值降至10-20、優(yōu)選10-15或更低的水平。
[0086]將紙漿從第二氧氣階段通過管線20引入洗滌器21，所述洗滌器21可為單滾筒洗滌器或擴散器或另外為壓力機。將洗滌的紙漿通過管線27轉移入漂白工藝。在蒸煮之后，將已蒸煮至高卡伯的紙漿進行了處理，使得其卡伯值降至有利于漂白的水平，但同時紙漿的品質保持在良好水平上，因為不需要機械脫纖維。
[0087]圖1示例了根據(jù)逆流原理本身已知的對紙漿進行的洗滌。由此，將源自后來氧氣階段洗滌21的濾液通過管線22逆流引入洗滌器16中作為洗滌液體。因為在酸性條件下實施利用親電子化學品的處理14，所以將源自下游洗滌器的濾液的一部分通過管線24從該工藝中排出，但一部分通過管線23轉移入第一氧氣階段的洗滌器12以作為洗滌液體。將排放自洗滌器12的濾液通過管線25引入蒸煮器下游的洗滌器5，將源自該洗滌器的濾液通過管線26引導至蒸煮器洗滌而進入蒸煮器I中。另外，將水或其它洗滌液體通過管線32引入洗滌器21和12中。
[0088]結合圖2，在適用的情況下，使用與圖1中相同的附圖標記。將蒸煮至50-120、通常60-100的卡伯值的木質紙漿從蒸煮器I的底部通過吹洗管線2轉移至吹洗罐3中，將紙漿從吹洗罐3通過管線4泵送入一個或幾個洗滌器5中。所述洗滌器通常為單滾筒洗滌器，例如由Andritz制造的壓力滾筒洗滌器即Drum Displacer? (DD)-洗滌器，或者擴散器或抽吸滾筒洗滌器。之前，通過所謂的蒸煮器洗滌在蒸煮器底部對蒸煮的紙漿進行洗滌。用于蒸煮的紙漿的洗滌設備即蒸煮器洗滌和洗滌器5的Eltl值至少是8，優(yōu)選至少是10。
[0089]將洗滌的紙漿引入氧氣階段中。在該實施方案中，第一和第二氧氣階段分別具有一個反應容器8和19，但可以存在更多的容器，如圖1中所示的。與圖1的裝置相比，另外的差別是氧氣階段下游的洗滌器的濾液的處理。在所述氧氣階段中，特別是在第一處理中，釋放大量木質素。當除去的木質素的量例如是40卡伯單位時，從紙漿釋放的有機材料的量變高。隨著所述卡伯的下降，例如木質素的比例僅為紙漿干物質的約7%，且另外碳水化合物發(fā)生損失。鑒于此，表征濾液中有機物質的溶液COD量可因木質素而升至100-200kg/adt。在圖2中，尤其是如果反應容器8中的卡伯值已經(jīng)下降30-70個單位，則第一氧氣階段8下游的洗滌器12的濾液含有大量木質素。因此，通過可本身已知的方法，例如通過沉淀或過濾，從階段29中的洗滌器12的濾液25分離木質素。此處能夠應用多種木質素分離方法。有利的是，第一氧氣處理使用氫氧化鈉作為堿代替氧化的白液以避免硫化合物。木質素級分以低硫形式回收，由此有利地將其用作化學工業(yè)的原料。木質素分離的結果是，濾液液體變潔凈，并在蒸煮器下游且氧氣處理上游的洗滌器5處使用濾液，將源自所述洗滌器的濾液通過管線32轉移至蒸煮器洗滌。在圖1中將含木質素的濾液25在不分離木質素的條件下在洗滌器5處用作紙漿用洗滌液體。
[0090] 然后，將系列試驗的結果以表的形式顯示，其中結合氧氣階段用多種順序對紙漿進行處理。對Scandinavian (斯堪的納維亞)軟木紙衆(zhòng)(SW)進行試驗。根據(jù)表中的數(shù)據(jù)注意到，已經(jīng)將利用酸過氧化物(Caron酸)或二氧化氯處理的紙漿脫木素至約15的卡伯值水平。而僅用次氯酸鹽或酸處理的或根本未處理的紙漿的卡伯值處于20的水平。結果確認了如下事實:在氧氣階段中高卡伯紙漿的卡伯下降至多為約80%。關于氧氣階段用紙漿的再活化，要求利用親電子化學品(Caron酸或二氧化氯)進行處理。能夠將這種紙漿漂白至高亮度。
【權利要求】
1.一種處理化學紙漿的方法，在所述方法中通過在堿性蒸煮工藝中將木屑蒸煮到50-120、優(yōu)選60-100的卡伯值制造紙衆(zhòng)，對所述蒸煮的紙漿進行洗滌，將所述洗滌的紙漿引入氧氣階段中，其中在氧氣和堿存在下對所述紙漿進行處理以除去木質素，并對所述氧氣處理的紙漿進行洗滌，由此形成含木質素的洗滌濾液，所述方法的特征在于，在所述氧氣階段中，所述紙漿的卡伯值下降至少30個單位，且對所述氧氣階段下游的洗滌的濾液進行處理以分離木質素，并將所述處理的濾液作為洗滌液體引入所述洗滌設備中以用于所述蒸煮的紙漿。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，用于所述蒸煮的紙漿的所述洗滌設備的 E10值至少是8，優(yōu)選至少是10。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述氧氣階段中，所述紙漿的卡伯值下降至少35個卡伯單位。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在所述氧氣階段期間，所述堿為氫氧化鈉。
5.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，在所述氧氣階段之前不對所述紙漿進行篩分，而是在其后進行篩分。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述紙漿在兩個氧氣階段中進行處理，并在所述第一氧氣階段與所述第二氧氣階段下游的洗滌之間進行篩分。
7.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括在利用氧氣對所述紙漿進行處理之前的木節(jié)分離。
8.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，通過沉淀分離所述木質素。
9.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，所述蒸煮工藝為硫酸鹽法。
10.根據(jù)前述權利要求1-8中的任一項所述的方法，其特征在于，所述蒸煮工藝為蘇打法或其改進。
11.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，將所述紙漿從所述蒸煮器排出并引至洗滌，其中不在所述蒸煮器與所述洗滌之間的機械纖維分離機中進行處理。
12.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，對所述分離的木質素進行回收并直接加以使用或進一步進行加工。
13.—種對在蒸煮設備中由木屑制造的紙漿進行處理的裝置，其中將所述木屑化學蒸煮至50-120、優(yōu)選60-100的卡伯值，所述裝置至少包括:用于纖維質纖維材料的蒸煮設備，用于蒸煮的紙漿的洗滌設備，在所述蒸煮的紙漿的洗滌下游的設備，其用于在氧氣階段中對所述紙漿進行脫木素，在所述氧氣階段之后對所述紙漿進行洗滌的設備，以及將洗滌濾液逆流引至前述洗滌器以作為洗滌液體的濾液管線，其特征在于，在所述氧氣階段下游的所述濾液管線設置有用于從所述濾液分離木質素的設備，且將所述濾液管線連接到用于蒸煮的紙漿的洗滌設備，以將所述濾液用作木質素分離之后的洗滌液體。
14.根據(jù)權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括:洗滌設備，所述洗滌設備的紙漿入口導管連接至所述蒸煮設備的紙漿出口導管，且所述紙漿出口導管連接至所述氧氣處理設備的紙漿入口導管，和 在所述氧氣處理設備之后的洗滌設備，所述洗滌設備的紙漿入口導管連接至所述氧氣處理設備的紙漿出口導管，以將所述紙漿引入所述洗滌設備中，由此將所述木質素分離設備設置在所述洗滌設備之間的濾液管線中。
15.根據(jù)權利要求13或14所述的裝置，其特征在于，用于所述蒸煮的紙漿的洗滌設備的Eltl值至少是8，優(yōu) 選至少是10。
【文檔編號】D21C9/02GK103459711SQ201280014425
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年3月21日 優(yōu)先權日:2011年3月22日
【發(fā)明者】雅納·韋赫馬, 約翰·恩斯特倫, 尤西·皮拉 申請人:安德里茲公司