机械浆的制备方法和装置的制作方法

专利名称：机械浆的制备方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于制备机械浆的方法和装置，所述的方法和装置表述于后附的独立权利的前序部分中。
背景技术：
当制备在生产诸如纸幅和纸板幅的木基纤维幅中所使用的机械浆时，即，纤维分离时，每吨木材中要溶解和分散出20kg～50kg得自木材的物质。这些从木材中得来的物质被积累在制浆工艺过程中。从木材中得来的这些物质通常被称为溶解胶态物(DCS)。
在制备机械浆的过程中，从木材中得来的并溶解在白水中的化合物组通常是碳水化合物、木质素、脂溶性抽提物(树脂、沥青)和无机盐(灰)。脂溶性抽提物是胶态的，而碳水化合物和木质素是已溶解的化合物。
在制备机械浆过程中对木材进行纤维分离时，可通过例如研磨或精磨使抽提物从木材中分离出来。阴离子干扰物是在木材纤维分离过程中释放的木质半纤维素。在纸桨漂白的过程中，半纤维素的组成发生变化，并且漂白后纸桨的阴离子载荷比漂白前高得多。对于溶解在白水中的得自木材中的物质，从精磨机械浆中得到的所述物质要多于从研磨纸浆中得到的物质，但是这两种情况中的DCS的组成几乎是一样的。
溶解胶态物与无机盐一起沉淀下来，这对纸张和纸板的制造工艺造成了污染。所溶解的糖份也是细菌的优良养分，因此增加了工艺过程中的微生物问题。这些因素容易导致造纸机运行性能的下降，增加了洗涤的中断和湿部化学品的消耗并且降低了最终产品的质量。还可能有异味问题。为了防止这些问题严重到阻碍工艺过程的操作，典型的解决该问题的方法是改变水，即，去除制浆工艺中含有干扰物质的水，并用新的更干净的水代替它。
另一方面，对环境因素的日益重视和对环境允许条件的严格控制已经产生了在纸张和纸板制造工艺中减少使用清水的趋势。然而，减少使用清水增加了水循环中溶解胶态物的用量，因此进一步扰乱了纸张和纸板制造，并且降低了最终产品的质量。
如果将造纸机和纸板机中清水的消耗降低到这样的水平，使得泵送到纸浆部的替代水的量不足，则也无法将水从工艺过程中引出。因此，需要提高工艺过程中水的再利用。然而，进行纤维分离和漂白的木材总会带来更多的干扰物质，因此这些物质的含量累积得很快。因此，机械浆制备中的沉淀风险显著增加。一种典型的纠正该情形的方法是使用化学品，但是通常在实践中是不可能的或者至少成本过高。而且，因为增加清水的使用以通过稀释来降低干扰物质的含量是不可能的，所以增加了废水量。与废水量增加相关的问题是很难将其净化，因此结果可能是杂质被排放到环境中，并且存在使水道富营养化的风险。
一般地，为了防止在机械浆制造过程中形成的溶解胶态物被携带到造纸机或纸板机中，使用纸浆增稠并洗涤或纸浆多次洗涤等工序。采用置换洗涤来进行纸浆洗涤，因此使用所谓的洗涤用水将纸浆稀释到约5％的浓度，并且稀释后通过压榨将浓度提高到高于30％。在压榨时，换句话说，在洗涤中，用水从纸浆中去除了大部分的DCS。根据磨浆机和工艺配置的不同，通过逆流原理将洗涤压榨水引回到制浆过程的早期阶段和/或将洗涤压榨水排出工艺过程之外以进行废水处理。在洗涤中使用的水通常是造纸厂和纸板厂的白水(清洁滤液)和压榨阶段的自有滤液的混合物。
在增稠并洗涤中所用的洗涤水的品质对洗涤结果即残留在纸浆中的干扰物质的量有很大影响。纸浆的有效洗涤显著减少了被携带到造纸机和纸板机的干扰物质的量。由于降低了溶解物质的含量，沉淀的风险和微生物问题都降低了，因此造纸机或纸板机及其工艺过程都保持得更为清洁。因此，提高了机器的运行性能并且最终产品的品质更好。此外，减少了在工艺中可能需要的诸如固着用化学品和保留剂等添加剂的需求，相应就降低了运行成本并简化了工艺。与所述洗涤相关的问题是，作为洗涤的结果，干扰物质大量集中在制浆过程中，通常从该过程中每吨约有10m3的水被排放到废水处理站。该水量由从造纸厂或纸板厂中引来的白水置换。当从该工艺过程中排出的水量不断减少从而引入该工艺过程的清水的量不断减少时，会出现纸浆洗涤不能持续的问题，而且纸浆的品质显著下降，并且大量的干扰物质会随着纸浆被携带到造纸厂和纸板厂中。因此，大大减弱了造纸机和纸板机的运行性能。
在制浆的白水处理中，即，在从制浆工艺过程的白水中去除浓缩的干扰物质时，在一些实际应用中使用了微量浮选和可能的蒸发。在现有技术的解决方案中，获取来自纸浆漂白后的压榨的待处理白水，以进行处理。通过逆流原理将处理中制备的清洁水返回到制浆工艺过程。原则上，所述的技术都是可使用的解决方案，但是它们两个都有各自的缺陷。
微量浮选在颗粒分离中是最佳的。在某种程度上也可以通过微量浮选去除胶态沥青。然而，胶态物质在澄清时不能很好地沉降，并且如果不使用大量添加剂来将所述物质(通常是沥青)与水份分离，则在浮选或微量浮选时就不能很彻底地去除这些物质。使用充当添加剂的聚合物大大增加了系统运行成本。此外，当过量使用时，所述聚合物会阻碍、污染后续的过程并给后续的过程增加负担。
另一方面，与蒸发相关的问题是需要很高的投资和运营成本。由于纤维和干扰物质容易阻塞蒸发表面，因此为了使其运转，需要进行有效的预处理，例如在有些情况下已经建议使用膜过滤。此外，与蒸发相关的问题是蒸发浓缩物包括所有的盐和离子，它们使该级分不能在普通锅炉中焚烧。因此破坏这些浓缩物需要昂贵的专用设备。
此外，在公报SE 439 940中披露了使用膜过滤从基于过氧化物漂白的精磨机漂白工艺的生产废水中去除大分子物质并将小分子物质和未使用的漂白剂返回到该工艺过程。根据公报SE 439 940中描述的解决方案，可以将一些包含在生产废水中的有机溶解胶态物与剩余的工艺用水分离。但是因为在该公报所述的解决方案中，漂白剂已经加入到纸浆中，所以显著量的抽提物溶解在工艺用水中，用膜过滤充分有效地去除抽提物是不可能的。
此外，与该公报所述的解决方案相关的问题是，因为将通过压榨从纸浆中分离出的工艺用水直接引入到膜过滤器，所以显著量的对造纸有价值和有用的纤维也被从该工序中去除。

发明内容
本发明的方法和装置的目的是消除或至少明显减少上述的现有技术引起的问题，并提出一种用于机械浆制备的方法和装置，在该方法和装置的帮助下可以比以前更容易地控制白水的品质。
此外，本发明的方法和装置的目的是使得能够减少制浆的白水中溶解的胶态有机物的量。
此外，本发明的方法和装置的目的是强化纸浆的洗涤，并因此减少制浆过程的所引入的清水的量。
而且，本发明的方法和装置的目的是描述一种用于制浆的方法和装置，通过采用该方法和装置，用合理的投资和运营成本就可以对制浆工艺所产生的白水进行处理。
此外，本发明的优选方法和装置的目的是使得能够焚烧从制浆工艺废水中去除的废浓缩物。
为了实现上述目的，本发明的方法和装置的主要特征如后附的独立权利要求的特征部分所述。
在本发明的典型方法中，所述处理至少包括如下步骤通过位于漂白工序前的压榨从待制备的纸浆中分离出工艺用水滤液，将该工艺用水滤液引入预处理，并且在该预处理中，对待处理的工艺用水进行分级以从中分离出长纤维。之后，将经过所述被预处理的滤液引入到膜过滤中，在该膜过滤中，将包含在所述工艺用水中的至少一部分有机溶解胶态物与剩余的工艺用水分离。最后，将膜过滤中产生的浓缩物即从所述工艺用水中分离出的溶解胶态物引入下一步处理，并将渗滤液即已通过所述膜过滤的工艺用水引回到制浆工艺过程。
在此情况中，被引入预处理的滤液指的是通过位于漂白工序前的压榨即漂白压榨从纸浆中分离出的工艺用水。该漂白压榨可以是例如网式压榨、螺杆式压榨或压辊式压榨等。在此情况中，将所述滤液分级指的是按照所需的方式(即，在此情况下，是按照从工艺用水中分离出长纤维的方式)将滤液分成几份。根据本发明的一个优选实施方案，将分离出的纤维引回到制浆工艺过程，例如，引回到白水罐中。
在本发明的一个优选方法中，使用膜进行膜过滤，该膜的截留能力为200g/mol～150,000g/mol。换句话说，使用超滤膜和/或纳米滤膜进行所述过滤。在一些应用中，也可以使用反渗透膜。
更优选的是，使用截留能力约为20,000g/mol～150,000g/mol的膜进行所述膜过滤。然后，所述的膜过滤器渗出大部分的无机盐离子，因此可以进一步处理所述的膜过滤浓缩物，即，通过直接焚烧进行处理，或通过例如与诸如锯屑或树皮等某些适当的载体混合进行焚烧而将其处理。
在机械浆制备中，为了通过处理部分工艺用水以减少制浆工艺用水中有机溶解胶态物的量，本发明的典型装置至少包括—用于将工艺用水滤液引入预处理单元的单元，所述工艺用水滤液是通过位于漂白工序前的压榨工序从所要制备的纸浆中分离出来的，—预处理单元，该单元用于对被处理的工艺用水进行分级以从中分离出长纤维，—用于将已通过所述预处理单元的滤液引入膜过滤单元的单元，—膜过滤单元，该单元用于将包含在工艺用水中的至少一部分有机溶解胶态物与剩余的工艺用水分离，以及—用于将膜过滤浓缩物即从工艺用水中分离出的胶态溶解物引入进一步处理的单元，和用于将渗滤液即通过所述膜过滤的工艺用水引回到制浆工艺过程的单元。
在本发明的一种优选装置中，所述的预处理单元包括一个或多个压力筛。使用压力筛作为预处理单元的优点是成本低、尺寸小且功能稳定。
在本发明的一种优选装置中，所述的膜过滤单元包括至少一个膜过滤器。更优选的是，所述的膜过滤单元包括若干个串联排列的膜过滤器。非常优选的是，所述的膜过滤单元包括至少两套并联排列的膜过滤器。通过增加膜过滤器的数量，可以提高过滤容量，因此可以处理更大量的工艺用水。通过串联排列所述的膜过滤器，可以先使用具有较小截留能力的膜，然后逐渐增加过滤器中所使用的膜的截留能力。然后，降低了膜阻塞的风险，即使是最小的干扰物质也可以有效并可靠地从工艺用水中分离出来。
在本发明的一种优选装置中，所述的膜过滤器的截留能力为200g/mol～150,000g/mol。更优选该膜过滤器的截留能力为20,000g/mol～150,000g/mol。
本发明的一种优选装置包括用于将膜过滤浓缩物混入诸如树皮和/或锯屑等载体中的单元。然后，可以将具有高含水量的膜过滤浓缩物与载体混合，由此可以经济地在设置于许多造纸厂和纸板厂中的树皮锅炉中焚烧所述浓缩物。此外，本发明的装置可以另外包括用于使浓缩物和载体粒化的单元，由此可以将所述粒化的浓缩物运至别处焚烧。因为在所述的浓缩物中含有例如沥青，所以膜过滤浓缩物具有非常高的燃料值。
本发明的方法和装置可以实现通过在加入漂白化学品之前将待处理的工艺用水从制浆工艺过程中取出，漂白中常用的化学品不会增加纸浆的pH值，由此也不会溶解抽提物，而是使包含在工艺用水中的抽提物处于胶态，这样，通过使用膜过滤就可以从工艺用水中去除这些胶态的抽提物。因此，本发明的方法和装置的最大优点之一是，从工艺用水中去除了绝大部分有害的抽提物，而且不需要使用单独的化学品以去除它们。
此外，本发明的方法和装置的优点之一是，通过在纸浆洗涤中使用膜过滤渗透可以强化纸浆洗涤，并由此减少从纸机带入到制浆的新白水的量。对于致力于减少在造纸和纸板制造中的用水的情况来说这是最重要的，并且减少了来自造纸机和纸板机的用于纸浆洗涤的水量。
此外，本发明的方法和装置的优点之一是，通过在机械浆制备中使用膜过滤，可以减少随着纸浆输送到造纸机的溶解胶态物的量。
此外，本发明的方法和装置的优点之一是，因为被输送到造纸机或纸板机的纸浆的干扰物质的含量较低，所以减少了对添加剂的需求。例如，在一些实际应用中对昂贵的阳离子固着化学品的需求甚至可以降低50％。
此外，在提高了造纸机或纸板机工艺的清洁度的同时，造纸机或纸板机本身的污染也达到了最小化，因此减少了对昂贵的清理停运的需求。
而且，在造纸机或纸板机工艺中，还可以减少干扰物质引起的纸张或纸板品质问题。


以下，将参考附图更详细地描述本发明，其中图1图解说明了作为制浆工艺的一部分的膜过滤流程。
图2图解说明了图1的膜过滤流程具体实施方式
通过一个实例，图1图解说明了制浆的流程。如图1所示，由制备纸浆的机械浆，即纤维分离，例如由研磨1或精磨厂制备浓度一般约为0.1％～0.8％的纸浆。所使用的机械浆制备工艺可以是例如热磨机械制浆(TMP)、研磨(GW/SGW；磨木浆/磨石磨木浆)、压力研磨(PGW压力磨木浆)或热研磨(TGW；热磨木浆)。机械浆制备工艺也可以是化学-热磨机械制浆(CTMP)或化学-机械制浆(CMP)，这些方法在精磨中不使用漂白剂。通过纤维分离，将纸浆引入增稠2，例如引入到盘式过滤机中。在增稠步骤中，纸浆浓度一般上升到大约6％～12％，并且一般将该纸浆引入中间储存3。将所述增稠得到的滤液引入白水罐4，然后从这里引回到制浆工艺过程中。经过中间储存3之后，纸浆浓度一般被稀释到约4％～8％，然后将其引入漂白压榨5。在制浆工艺过程中如果不使用中间储存，则优选储存浓度尽可能高的纸浆以节省空间，在增稠过程中可以将纸浆浓度直接增稠到4％～8％。
在诸如网式压榨或螺杆式压榨的漂白压榨5时，纸浆浓度一般会上升到约35％。将纸浆从漂白压榨5进一步引入漂白6，在此向纸浆中加入漂白剂。将纸浆滤液从漂白压榨引入至第一滤液罐7，然后自该处起进一步对其实施本发明的处理。在漂白6中，向纸浆中加入漂白化学品以提高纸浆的品质性能。
根据本发明，通过直接从漂白压榨或如图1所示经过第一滤液罐，将漂白压榨滤液引入预处理8，进行所述处理。在预处理8中，从滤液中分离出长纤维，通过白水罐4将这些纤维返回到制浆工艺过程。将已经经过预处理8的这部分滤液引入到膜过滤9。如图1所示，将膜过滤渗滤液10引回到制浆过程中，对经过中间储存3后的纸浆进行稀释和/或对经过漂白6后的纸浆进行稀释。将膜过滤浓缩物11即从滤液中去除的溶解胶态干扰物引入进一步处理12。在图2中更详细地描述了滤液的预处理和膜过滤。
在漂白6之后，纸浆浓度通常被稀释到约5％，然后将其引入洗涤压榨13，即所谓的脱水压榨，在该处，纸浆浓度通常被压榨到超过30％。将洗涤压榨滤液引到第二滤液罐14，从该处可以将该洗涤滤液用于稀释洗涤压榨之前的纸浆和/或将滤液通过白水罐4引回到制浆工艺过程中。洗涤压榨13之后，一般使用造纸机或纸板机的清洁滤液15将该纸浆的浓度稀释到8％，然后将其引入到造纸机或纸板机。如图1所示，还可以使用造纸机或纸板机的清洁滤液在漂白压榨和/或洗涤压榨前稀释纸浆。
图1所示仅为一个实例，并且非常概要地介绍了制浆工艺过程的功能图。不同阶段的纸浆浓度仅仅是示例性的并且在不同的工艺中可以变化。实际上，从本发明的观点来看，是通过使用膜过滤来处理漂白前得到的滤液。在一些实际应用中，除了本发明所述的处理之外，还可以通过使用膜过滤和/或微量浮选来进行洗涤压榨滤液处理。
图2概要地且示例性地说明了本发明的膜过滤装置。在图2中，适当时使用图1中的附图标记。如图2所示，将漂白压榨5的滤液引入第一滤液罐7，然后自该处进一步引入预处理8。预处理8包括两个并联排列的压力筛8′，使用该压力筛8′从剩余的混合物中分离出主要是长纤维的固体物质。沿管道20将该固体物质引回到制浆工艺过程中。沿管道21将通过预处理8的至少一部分混合物即预处理接受物引入到膜过滤9中。根据图2，膜过滤9包括第一膜过滤阶段和第二膜过滤阶段。
第一膜过滤阶段包括并联放置的2套3个连续的膜过滤器22套件，也就是总共6个膜过滤器。连续排列的膜过滤器22的排列方式为将从前一个膜过滤器得到的浓缩物作为输入物引入下一个膜过滤器。将膜过滤器22的渗滤液引入到渗滤管道23中。将从最后的膜过滤器得到的浓缩物引入第二膜过滤阶段。在第一膜过滤阶段中使用的膜过滤器的膜截留能力约为30,000g/mol。
第二膜过滤阶段包括一个膜过滤器24，该膜过滤器24的膜截留能力约为100,000g/mol。而且，将来自第二膜过滤阶段的渗滤液引入渗滤管道23。沿着渗滤管道23，可以将膜过滤渗滤液引回到制浆工艺过程中，即，例如如图2所示，将其引入漂白压榨前的纸浆稀释工序中。将来自第二膜过滤阶段的浓缩物引入进一步处理12。
在第一和第二膜过滤阶段中，可以使用如专利公报US 6,209,727所述的膜过滤器作为膜过滤器。此外，在不同的实际应用中可以改变所用的膜的尺寸和截留能力。
由于本发明的处理技术利用了膜过滤，因此可以将实际上不含固体物质、细菌或抽提物的水返回到制浆工艺过程。此外，本发明通过使用膜过滤，可以将返回到制浆工艺过程中的水的电荷降低约70％，并将COD(化学需氧量)降低约50％。因此，在制浆中用于纸浆洗涤的白水就不会增加制得的纸浆中的抽提物的含量，并且提高了从工艺过程中洗掉随纸浆而来的抽提物的效果。因此，本发明通过使用膜过滤，可以通过膜过滤浓缩从制浆工艺过程中引出抽提物。
第二膜过滤阶段的浓缩物包含大量的高燃料值的有机精细物与胶态物。然而，在一些工艺中，由于该浓缩物具有较高的含水量，所以不能被直接焚烧。然后，通过例如将该浓缩物与诸如树皮或锯屑等载体混合或者通过蒸发，进一步处理该浓缩物，因此可以经济地在当今许多造纸厂所用的普通锅炉中进行焚烧。如果不能在制浆工艺过程的附近焚烧浓缩物，则可以例如将浓缩物和载体的混合物粒化，并将其输送到别处焚烧。
以前，在制浆工艺用水的最终处理中，通过使用纳米滤膜和反渗透膜以及蒸发制备的浓缩物一般会包含大量无机盐，这些无机盐会妨碍浓缩物的焚烧。因为在本发明的一个非常优选的实施方案中使用了截留能力约为20,000～100,000g/mol的过滤膜，所以无机盐离子可以通过该过滤膜。因此，降低了待焚烧的浓缩物中的有害盐的量，因此它们通常不会对焚烧设备构成问题。使用本发明所述的膜过滤技术从废水中分离有毒的胶态物也提高了废水的可能的生物处理的效能。在焚烧过程中，有毒的胶态物不再构成问题。
上述的实施例的描述决不能用来限制本发明，而是可以在权利要求书中描述的发明构思的范围内有所变化。
权利要求
1.用于制备机械浆的方法，其中，在制浆工艺过程中通过处理部分工艺用水来减少有机溶解胶态物的量，其特征在于，所述处理至少包括如下步骤—通过位于漂白工序前的压榨(5)从要制备的纸浆中分离出工艺用水的滤液，将所述的工艺用水的滤液引入预处理(8)，该预处理(8)中，对所述的待处理的工艺用水进行分级以从中分离出长纤维，—将已通过所述的预处理(8)的滤液引入到膜过滤(9)中，在该膜过滤(9)中，将包含在所述工艺用水中的至少一部分有机溶解胶态物与剩余的所述工艺用水分离，和—将膜过滤浓缩物，即从所述的工艺用水中分离出的所述胶态溶解物，引入进一步的处理，并将渗滤液，即已通过所述膜过滤的工艺用水，引回所述的制浆工艺过程。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将从所述的预处理(8)中的滤液分离出的所述长纤维的级分引回所述的制浆工艺过程。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过使用截留能力为200g/mol～150,000g/mol的膜进行所述的膜过滤。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过使用截留能力约为20,000g/mol～150,000g/mol的膜进行所述的膜过滤。
5.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，通过焚烧来处理所述的膜过滤浓缩物。
6.用于机械浆制备的装置，该装置通过处理部分制浆工艺用水来减少所述工艺用水中有机溶解胶态物的量，其特征在于，所述的装置至少包括—用于将工艺用水滤液引入预处理单元的单元，所述工艺用水滤液是通过位于漂白工序前的压榨工序从所要制备的纸浆中分离出来的；—预处理单元(8，8′)，该单元用于对被处理的工艺用水进行分级以从中分离出长纤维；—用于将已通过所述预处理单元的滤液引入膜过滤单元(9，22，24)的单元；—膜过滤单元(9，22，24)，该单元用于将包含在工艺用水中的至少一部分有机溶解胶态物与剩余的工艺用水分离；以及—用于将膜过滤浓缩物即从所述工艺用水中分离出的胶态溶解物引入进一步处理(12)的单元，和用于将渗滤液即通过所述膜过滤(9)的工艺用水引回到制浆工艺过程的单元(23)。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的预处理单元(8)包括一个或多个压力筛(8′)。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述的膜过滤单元(9)包括至少一个膜过滤器(22，24)。
9.如上述权利要求6～8中任一项所述的装置，其特征在于，所述的膜过滤单元(9)包括多个串联排列的膜过滤器(22，24)。
10. 如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的膜过滤单元(9)包括至少两个并联排列的膜过滤器。
11.如上述权利要求8～10中任一项所述的装置，其特征在于，所述的膜过滤器(22，24)的截留能力为200g/mol～150,000g/mol。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述的膜过滤器(22，24)的截留能力为20,000g/mol～150,000g/mol。
13.如上述权利要求6～12中任一项所述的装置，其特征在于，所述的装置包括用于将所述的膜过滤浓缩物混入载体的单元，所述载体是诸如树皮和/或锯屑。
全文摘要
本发明的目的是提供用于制备机械浆的方法和装置，该方法和装置在制浆工艺过程中通过处理部分工艺用水来减少有机溶解胶态物的量。根据该方法，所述处理是通过以下步骤来进行通过位于漂白工序前的压榨(5)从要制备的纸浆中分离出工艺用水的滤液，将所述的工艺用水滤液引入预处理(8)，该预处理(8)中，对所述的待处理的工艺用水进行分级以从中分离出长纤维。将已通过所述的预处理(8)的滤液引入到膜过滤(9)中，在该膜过滤(9)中，将包含在所述工艺用水中的至少一部分有机溶解胶态物与剩余的所述工艺用水分离。将膜过滤浓缩物，即从所述的工艺用水中分离出的所述胶态溶解物，引入进一步的处理，并将渗滤液，即已通过所述膜过滤的工艺用水，引回所述的制浆工艺过程。本发明的装置包括可以执行本发明的方法的单元。
文档编号D21C11/00GK1714194SQ200380103813
公开日2005年12月28日 申请日期2003年11月19日 优先权日2002年11月20日
发明者帕西·努尔米宁, 蒂莫·苏特拉, 基莫·科斯基宁 申请人:梅特索纸业有限公司