专利名称：通过回用半纤维素制备硫酸盐浆的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于从分解的木质材料制备硫酸盐浆的方法。
背景技术：
专利文献EP1115943( = US6468390)公开了一种用于蒸煮的方法，其中在蒸煮工 艺中，最适当地是就在浸渍步骤结束后，取出含有大量主要为木聚糖形式的溶解半纤维素 的早期蒸煮液，该蒸煮液随后被再导入蒸煮工艺的最后部分，在此时半纤维素可以通过赋 予较长的保留时间而沉淀在软化的木材片上。通过这种方法可以将产量提高至少并且 还可以改善浆的打浆性能。专利文献EP1115943详细公开了用于选择性沉淀半纤维素/木 聚糖的工艺和在提交日的现有技术。专利文献US3354029公开了一种工艺，其中在蒸煮工艺的最后15分钟添加蒸煮液 并且通过添加酸来将PH减小至11. 5-13以减小碱性，由此发生木质素沉淀(所谓的木质素 缩合)并在某种程度上得到半纤维素。专利文献EP1115943中的工艺与这种工艺的不同之 处在于，其目的是沉淀木聚糖，而根本不会得到木质素缩合，因为工艺中必须保持较高的碱 性。专利文献US3937647公开了另一种工艺，其中仅需要沉淀有机物质，亦即木质素， 在此，通过将PH值减小至11以下，特别是使pH在5. 5-10的范围内来激活这种沉淀工艺。专利文献US3802956公开了另外一种工艺，其中在蒸煮工艺的最后部分使溶解的 有机物质以及软化的木材片在较短的保留时间得以沉淀。
发明内容
随着专利文献EP1115943的方法的应用可以发现，在蒸煮工艺期间溶解的半纤维 素的量随时间变化，并且刚刚溶解的半纤维素的性质也随时间变化。早期在蒸煮工艺中已 经溶解的半纤维素开始降解，即木聚糖链形式的半纤维素被分解，由此完全或部分地失去 了从早期溶解的木聚糖来沉淀木聚糖从而增加产量的效果。在蒸煮工艺期间，木聚糖更容 易从部分软化的木材片的表面溶解，这就是早期溶解的半纤维素平均包含的链长长于其 后从软化的木材片的内部溶解的半纤维素的链长的原因。在其它文献中，Herbert Sixta 的〃 Handbook of Pulp"，Vol. 1公开了不同种类的半纤维素的分解率。木聚糖溶解得相 对较快，在碱蒸煮工艺中100分钟之后通过保持170°C的温度，25%的木聚糖在100分钟之 后已经溶解，而25%的葡甘聚糖需在200分钟之后溶解。己烯糖醛酸甚至溶解得更快。在 不超过100分钟之后，超过75%的己烯糖醛酸已经从木材中溶解。通常需要从浆中除去己 烯糖醛酸，因为己烯糖醛酸含量较大的浆难以进行漂白。通常，必需借助高温或高效的漂白 化学制品使用活力很强的漂白步骤。后期溶解的半纤维素也在较长的时段内受到较高的蒸 煮温度，这也是影响这种后期溶解的半纤维素的一个因素。为了能够完全优化专利文献EP 1115943的木聚糖蒸煮工艺，已经发现将具有不 同组成的早期溶解的半纤维素和晚期溶解的半纤维素的蒸煮液在被再导入蒸煮工艺的最
3后部分之前取出是适宜的，此时，会在软化的木材片上出现半纤维素的选择性沉淀，即没有 任何明显的木质素沉淀。最适当地，蒸煮液的取出与置换液的添加组合地执行，由此蒸煮液中的半纤维素 的量可以被稀释并且促进木材片内的半纤维素溶解。根据本发明，在蒸煮工艺期间，在浸渍步骤的后半部分与蒸煮区域的第一个四分 之一部分之间的位置(以时间计算)开始第一取出，之后在蒸煮区域执行第二取出，这些含 有溶解的半纤维素的取出液体被再导入至蒸煮区域的最终阶段从而能够在蒸煮工艺中软 化的木材片上沉淀。这种方式可以快速取出具有较长链长的早期溶解的半纤维素，并且在 后续阶段中继续溶解更多的半纤维素，这些具有“新”溶解的半纤维素的液体被再导入至蒸 煮罐最终阶段时，当木聚糖羧基的断裂开始减小木聚糖的溶解性时，溶解的半纤维素在木 材片上发生沉淀。通过取出早期初步溶解的半纤维素可以防止木聚糖的降解到达失去增加 产量效果的程度。本发明可以用于蒸汽相蒸煮罐和水相蒸煮罐(hydraulic digester)，在单容器蒸 煮系统和双容器蒸煮系统中都可使用。
图1通过具有五个不同的处理区域以最简单的实施方式示出了本发明。
具体实施例方式图1示出了用于从木材片形式的分解木质材料(disintegrated woodmaterial) 制备硫酸盐浆的连续的蒸煮罐10的示例。木材片Cin被连续供入蒸煮罐的顶部，而软化的 纤维素浆形式的蒸煮过的木材片Ctm被连续地从蒸煮罐的底部输出。蒸煮罐可以是蒸汽相 蒸煮罐或水填充的蒸煮罐。本发明可以以相同的方式用于这两种类型的蒸煮罐。木材片通过适当的供给系统1以木材片_液体混合物的形式被供入蒸煮罐的顶 部，任何对于蒸煮工艺过剩的输送液体可以通过在顶部的过滤器被排出并随后再导入通向 供给系统的流2中。供给系统可以是传统的水龙头或供给间阀或泵，或者在一些情况下可 以是在被输送至蒸煮罐顶部之前对木材片混合物加压的预先填充的浸渍容器。在附图中，在蒸煮罐的顺流处理区域(concurrent treatment zone)中的蒸煮液 的流用DF (下降流)表示，而逆流处理区域(counter current treatmentzone)用UF (上 升流)表示，木材片的流用CF(片流)表示。在蒸煮罐的上部，第一浸渍区域的下方可以设置有过滤器11B，在其之前可以可选 地设置有蒸煮循环11A-18A，在该循环中蒸煮液通过过滤器IlA被排出并通过具有管18A的 传统的中心管再导入至蒸煮罐的中心。在上部浸渍区域中，木材片在大于80°C但同时低于蒸煮温度至少20°C的温度 下被浸渍液浸渍。应该在低温下进行浸渍以使得木材片能够被蒸煮液和碱彻底地浸透。 如果在过高的温度下进行浸渍，则碱会在其完全到达木材片芯之前用尽，这会导致木材 片仅部分蒸煮以及产生较大的废品数量(未蒸煮过的木材片聚集束)。在一些情况下 可以完全在预先浸渍容器中，在所谓的双容器蒸煮系统中进行浸渍。本文示出的实施例 仅包括单容器蒸煮系统。在浸渍之后，通过使木材片和蒸煮液加热到会发生初期脱木素(initialdelignification)和大量脱木素(bulk delignification)的较高的蒸煮温度来 启动蒸煮工艺。例如可以通过加热循环来实现加热至蒸煮温度，其中蒸煮液从过滤器IlB 被排出，并且经由管12B、加热器HE和再导入管13通过传统的中心管被再导入至蒸煮罐的 中心。在过滤器IlB之下，设置有蒸煮温度为120-170°C范围的蒸煮区域，其中木质材料在 该蒸煮区域中保留预定的总时间。在木质材料已经在浸渍区域和蒸煮区域中度过第一保留时间之后在浸渍区域的 后半部分与蒸煮区域的第一四分之一部分之间在蒸煮工艺执行第一取出XYL1，该第一取出 伴随包含从木质材料溶解的第一含量的半纤维素的第一取出蒸煮液，该第一取出蒸煮液被 再导入至蒸煮温度下的蒸煮工艺的最终阶段。在附图中，该第一取出XYLl被再导入循环 11E、12E中从而被引入蒸煮罐的中心，并且使得该第一取出XYLl可以出现在蒸煮罐的最后 蒸煮区域中，这是通过上升流达到过滤器IlD而实现。在蒸煮罐的底部可以设置有最终洗涤区域，其中稀释液体或洗涤液体通过多个喷 嘴6b、6C以及通过在蒸煮罐的底部刮板5中的出口(未示出)被添加至蒸煮罐的底部。在 蒸煮区域设置在蒸煮罐内这种情况下，蒸煮区域从过滤器IlB延伸至过滤器11E。本发明的特征在于，在木质材料已经在蒸煮区域度过第二保留时间之后，在蒸煮 区域完成第二取出蒸煮液的第二取出XYL2，该第二取出蒸煮液包含从木质材料溶解的第二 含量的半纤维素，其中所述第二保留时间比执行第一取出时的第一保留时间更长。第二保 留时间短于在蒸煮区域的总保留时间。在附图中，该第二取出XYL2也被再导入循环11E、 12E中从而被再导入至蒸煮罐的中心，并且使得该第二取出XYL2出现在设置于直至过滤器 IlD的上升流的蒸煮罐最后蒸煮区域中。耗费的黑液(black liquor)是从过滤器IlD最终 取出并且输送至回收装置REC，或者可以可选地用作第一浸渍液体。在黑液被直接输送至回 收装置的情况下，残留的碱含量处于5-10g/l的范围内，通常约为8g/l，但是当黑液用作黑 液浸渍的情况下，残留的碱含量通常为4-6g/l。在这两种情况下，黑液均不能再用在蒸煮罐 或蒸煮区域中。一些单容器蒸煮罐在蒸煮罐的顶部包括具有黑液的第一上部浸渍区域，但 这在该浸渍区域之后需要附加直接通向回收装置的取出，以在添加新的蒸煮液和白液之前 完全排出耗费的黑液。根据本发明，木材片在蒸煮工艺(即浸渍区域和蒸煮区域)的开始与第一取出 XYLl的取出之间的第一保留时间短于木材片在蒸煮工艺中介于蒸煮工艺的开始与第二取 出之间的保留时间。在附图中，在蒸煮区域的开始时就直接排出XYL1，而XYL2被部分排出 至蒸煮区域中。在蒸煮工艺中适当的第一保留时间至少为30分钟，对于蒸煮液的后续取出，这些 蒸煮液具有在蒸煮工艺的开始与后续取出之间的增加的保留时间。蒸煮液取出的量至少为0. 5-1. 5立方米，其包含来自每个取出位置并被再导入至 蒸煮工艺最终阶段的溶解的半纤维素。由于第一溶解半纤维素具有较长的链长并且在蒸煮工艺中的时间最短，因而具有 第一含量的溶解半纤维素的第一取出蒸煮液XYLl在蒸煮工艺最终阶段的保留时间可长于 在后续取出中取出且也被再导入至蒸煮工艺最终阶段的蒸煮液。在蒸煮液被再导入至蒸煮工艺最终阶段之前，具有第一含量的溶解半纤维素的第 一取出的取出蒸煮液XYLl在蒸煮罐外的保留时间也可能长于后续取出中取出的蒸煮液。以此方式，早期溶解的半纤维素的性质会与后期溶解的半纤维素的性质相似，因此当添加 至蒸煮工艺的相同位置时，它们在蒸煮罐中的纤维上沉淀的表现也相似。第一取出中的第一取出蒸煮液最适当地是在蒸煮工艺中每单位时间从木质材料 溶解的半纤维素开始减小的位置被取出。半纤维素的初始溶解相对较快，半纤维素从木材 片内部的继续溶解却是较长的过程。可以在多于两个位置处进行含有溶解半纤维素的蒸煮液的取出。在对具有第三含 量的溶解半纤维素(未示出)的蒸煮液进行额外的第三取出时，木材片在蒸煮工艺中的第 三保留时间之后将蒸煮液从蒸煮罐中排出，所述第三保留时间比第一保留时间和第二保留 时间更长，随后第三蒸煮液也被再导入至蒸煮工艺最终阶段。具有各自的半纤维素溶解含量的取出蒸煮液也可以首先被减压以提高蒸煮液的 干物质含量，随后这些蒸煮液通过泵送/加压被再导入至蒸煮工艺最终阶段。以此方式，水 和其它挥发性的液体和气体可以从蒸煮液分离，与此同时半纤维素的比例在释压的蒸煮液 中增加。也可以对含有溶解半纤维素的这种蒸煮液进行处理以分离它的半纤维素部分，随 后该富含半纤维素的蒸煮液的分离部分通过泵送/加压被再导入至蒸煮工艺最终阶段。分 离可以是通过过滤或其它一些适当的工艺进行。如图1所示，这种分离装置30可以用于取 出液体中，优选至少分离出溶解的木质素部分。分离的木质素可以随后被直接输送至回收 装置(REC，未示出)。分离装置在此处示出为位于一个流XYLl中，但是也可以用于流XYL2 或设置在组合的流XYL1+XYL2中。也可以在所附权利要求的范围内以多种方式对本发明进行变化。整个蒸煮罐、或富含半纤维素的蒸煮液添加的区域也可以顺流地设置而不是如图 所示地设置为逆流的蒸煮区域(其中蒸煮液与木材片向下通过蒸煮罐的下降动作相反)。蒸煮工艺也可以用在双容器系统中，其中在第一容器中执行第一浸渍，在该浸渍 容器的尾部或在转换至第二蒸煮容器期间进行第一取出。该技术也可以以间隙方式实施蒸煮，其中富含半纤维素的蒸煮液在此蒸煮容器中 的浸渍或蒸煮期间于不同的时间点被取出，并且被再导入至相同蒸煮容器中的蒸煮工艺的 随后阶段，或被再导入至与其平行设置的并随后用在蒸煮工艺中的蒸煮容器中。此技术的 应用并不限于连续的蒸煮罐是作为水蒸煮罐(由蒸煮液完全填充)还是蒸汽相蒸煮罐(其 中气相在蒸煮罐的顶部)工作。
权利要求
一种用于从分解的木质材料制备硫酸盐浆的方法，其中所述木质材料首先在浸渍区域被浸渍液体在高于80℃但同时至少低于蒸煮温度20℃的温度下浸渍，随后该浸渍的木质材料在蒸煮区域中在130 180℃范围内的蒸煮温度下进行蒸煮，所述木质材料在该蒸煮区域中保留预定的总时间，其中所述木质材料在所述浸渍区域和所述蒸煮区域中度过第一保留时间之后，在所述蒸煮工艺期间，在所述浸渍区域的后半部分与蒸煮区域的第一个四分之一部分之间的位置执行第一取出，该第一取出伴随的第一取出蒸煮液包含从所述木质材料溶解的第一含量的半纤维素，并且其中所述第一取出蒸煮液被再导入至蒸煮温度下的所述蒸煮工艺的最终阶段，其特征在于，所述木质材料在所述蒸煮工艺度过第二保留时间之后，在所述蒸煮区域中进行第二取出蒸煮液的第二取出，该第二取出蒸煮液包含从所述木质材料溶解的第二含量的半纤维素，其中所述第二保留时间比所述第一保留时间更长，并且所述第二保留时间比在所述蒸煮区域的总保留时间更短，并且其中所述第二取出蒸煮液被再导入至所述蒸煮工艺的最后阶段。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，木材片在介于所述蒸煮工艺的开始与所述 第一取出之间的第一保留时间短于木材片在所述蒸煮工艺中介于蒸煮工艺的开始与所述 第二取出之间的保留时间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一保留时间至少为30分钟，而后续取 出的取出蒸煮液具有在所述蒸煮工艺的开始与所述后续取出之间的增加的保留时间。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，至少0.5-1. 5立方米的具有溶解半纤维素的 蒸煮液从每个取出位置取出并再导入至所述蒸煮工艺的最终阶段。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在第一取出中取出的具有第一含量的溶解 半纤维素的蒸煮液在所述蒸煮工艺的最终阶段中的保留时间长于在后续取出中取出且也 被再导入至所述蒸煮工艺的最终阶段的蒸煮液。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在被再导入至所述蒸煮工艺的最终阶段之 前，所述第一取出中取出的具有第一含量的溶解半纤维素的蒸煮液在所述蒸煮罐外的保留 时间长于在后续取出中取出的蒸煮液。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述蒸煮工艺中的每单位时 间从所述木质材料溶解的半纤维素开始减少的位置执行所述蒸煮液的第一取出。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述木材片于所述蒸煮工艺 中的第三保留时间之后，从所述蒸煮罐进行具有第三含量的溶解半纤维素的蒸煮液的第三 取出，所述第三保留时间比所述第一保留时间和所述第二保留时间更长，所述第三蒸煮液 也被再导入至所述蒸煮工艺的最终阶段。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，具有溶解半纤维素的所述取出蒸煮液首先 被减压以提高所述蒸煮液的干物质含量，随后这些蒸煮液通过泵送/加压被再导入至所述 蒸煮工艺的最终阶段。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，将具有溶解半纤维素的所述取出蒸煮液进 行分离处理以分离其半纤维素部分，随后富含半纤维素的所述蒸煮液的分离部分通过泵送 /加压被再导入至所述蒸煮工艺的最终阶段。
全文摘要
本发明涉及一种用于提高硫酸盐浆的产量并改善硫酸盐浆的打浆性能的改进方法，其中，在蒸煮工艺的进程期间以及在不同的时间点，具有一定量的溶解半纤维素的多于一个的蒸煮液被排出并随后被再导入至蒸煮工艺的最终阶段，以在纤维上重新沉淀半纤维素。这种方法可以充分利用溶解在蒸煮液中的半纤维素并调节这些富含半纤维素的蒸煮液使得它们在添加至蒸煮工艺最终阶段时得到优化。早期溶解的半纤维素不仅链长长于蒸煮工艺后期溶解在蒸煮液中的半纤维素，而且它们在蒸煮工艺中软化的木材片上沉淀的倾向也不同。
文档编号D21C3/02GK101903590SQ200880121903
公开日2010年12月1日 申请日期2008年12月16日 优先权日2007年12月20日
发明者维达·施耐克尼斯 申请人:美卓制浆卡尔斯塔德公司