专利名称：在碱性滤液再使用下使用冷碱提取的浆加工方法和系统的制作方法
在碱性滤液再使用下使用冷碱提取的浆加工方法和系统发明背景1)发明领域发明领域总体上涉及浆加工，更具体地涉及结合牛皮纸化学制浆方法处理来自冷碱提取(caustic extraction)的流出物的改进的方法和系统。2)背景来自木材和植物材料的浆具有大量的商业用途。虽然最常见的用途之一是在造纸中，但是浆还可用于生产许多其它产品，包括人造丝和其它合成材料以及醋酸纤维素和纤维素酯，其用于，例如，制造过滤丝束(filter tow)、布、包装薄膜和炸药。存在许多加工木材和植物材料以制造浆和纸的化学和机械方法。基本的加工步骤包括准备原料(例如，剥皮和切碎)、用机械或化学手段(例如，磨碎、精炼或蒸煮)分离木纤维以从木纤维的纤维素分离木质素和提取物、通过漂白去除着色剂、和将产生的加工的浆形成纸或其它产品。除了和结合浆和纸制造，造纸厂还通常具有生产和回收化学剂，收集和加工副广品以广生能量，和去除和处理废物以使对环境影响减到最小的设施。“制浆(pulping) ”通常指实现纤维分离的过程。木材和其它植物材料包括纤维素、半纤维素、木质素和其它次要成分。木质素是散布在个体纤维之间的聚合物网络，并充当细胞间粘合剂以将个体木纤维粘结在一起。在制浆工艺期间，破碎木质素大分子，由此解放个体纤维质纤维和溶解可引起纸或其它终产品变色和将来分解的杂质。牛皮纸浆制法是通常使用的制浆工艺。例如，可使用从牛皮纸制浆工艺生产的纸，来制备包装工业中使用的漂白的盒纸板和衬板。传统的牛皮纸浆制法用被称作“烧碱液”的氢氧化钠和硫化钠的水性混合物处理木材。该处理破坏木质素和纤维素之间的连接和将大部分木质素和部分半纤维素大分子降解成在强碱溶液中可溶的碎片。将木质素从周围的纤维素释放的该过程称作去木质作用。此后将可溶的部分从纤维素浆分离。图I显示传统的牛皮纸浆制法100的流程图。方法100包括将木屑(或其它含有有机浆的原料)118和碱性溶液投入到称作消化器的高压反应容器中以实现去木质作用，这被称作“蒸煮”阶段121。将木屑与烧碱液111混合，烧碱液111可从下游过程产生或由单独的来源提供。去木质作用可需要几个小时，将去木质作用的程度表示为无单位“H因子”，这被通常定义，以便在100°C煮一小时等于I的H因子。因为高温，由于蒸汽的引入，反应容器常常被加压。蒸煮步骤将近结束时，将反应容器降低到大气压，由此释放蒸汽和挥发物。蒸煮中使用的烧碱液可以是，例如，含有氢氧化钠(NaOH)和硫化钠(Na2S)的苛性碱溶液。烧碱液的性质常常以有效碱(“EA”)和硫化度(sulfidity)来表示。有效碱浓度可被计算为氢氧化钠的重量加硫化钠的二分之一重量，并代表每升液体的氢氧化钠当量，表示为克每升。有效碱载量如氢氧化钠表示每木材烘干重量的氢氧化钠当量，以百分数表示。硫化度是硫化钠的二分之一重量与氢氧化钠的重量和硫化钠的二分之一重量之和的t匕，以百分数表示。蒸煮之后，褐色的固态纤维质衆——也称作“粗浆”——从蒸煮阶段121中使用的消化器中释放，并然后在清洗和筛选工艺122中被筛选和清洗。筛选使浆与碎片(shive)(木纤维束)、结(未煮的木屑(chip))、污物和其它碎屑(debris)分离。与浆分离的材料有时被称作“废料(reject)”，浆被称作“良浆(accept)”。多阶段级联操作常常用于减少废料物流中纤维质纤维的量而保持良浆物流中的高纯度。进一步的纤维回收可通过下游精制机或消化器中筛和结的再加工来实现。然后可将粗浆进行几个连续的清洗阶段以将用过的煮液和溶解的物质与纤维素纤维分离。来自蒸煮阶段121中使用的消化器的废煮液112和从清洗和筛选工艺122收集的液体113，由于它们的着色，通常都被称作“黑液”。黑液通常含有木质素碎片
(fragment)、来自破碎的半纤维素的碳水化合物和无机物。黑液可用于-除了蒸煮步骤
的烧碱液——如例如图I中箭头所显示的，表示清洗和筛选工艺122中产生的并被转移到蒸煮阶段121的黑液113。如果需要获得合适的碱浓度或为了其它相似的目的，也可将来自 积累罐(图I中未显示)的黑液135投到作为蒸煮阶段121部分的消化器。然后可将来自清洗和筛选工艺122的净化的粗浆131与烧碱液114混合并投入到反应容器以进一步去除溶解的物质如半纤维素和低分子量纤维素。示例性的分离方法是所谓的冷碱提取(“CCE”)法，并在图I中由CCE反应阶段123表示。提取受影响的温度可变化，但通常小于60°C。然后将来自CCE反应阶段123中使用的反应器的纯化的浆132与用过的冷的苛性碱溶液和溶解的半纤维素分离，并在CCE清洗阶段124中的第二清洗和分离装置中洗几次。产生的纯化的具有相对高的α纤维素含量的褐色浆(brown pulp) 133仍然含有一些木质素，继续到进一步去木质作用的下游漂白装置。在一些浆生产工艺中，漂白在CCE反应阶段123和CCE清洗阶段124之前进行。在许多应用，如合成材料或药剂的制造中，期望具有非常高纯度或质量的浆。浆质量可通过几个参数来评价。例如，α纤维素含量的百分比表示加工的浆的相对纯度。去木质作用和纤维素降解的程度分别通过卡伯值(“ΚΝ”)和浆粘度来测量。较高的浆粘度指示较长的纤维素链长度和较少的降解。18 〖％氢氧化钠水溶液中的浆溶解度(“S18”)提供残留半纤维素量的估计。1(^丨％氢氧化钠水溶液中的浆溶解度(“S10”)提供碱性溶液中溶解物质的总量的指示，其包括半纤维素和降解的纤维素之和。最后，SlO和S18之间的差异确定降解的纤维素的量。在传统工艺中，来自CCE清洗和分离阶段124的滤液116——也称作CCE碱性滤液——包括用过的冷的苛性碱溶液和来自清洗和分离阶段124的用过的洗液。该滤液116常常含有大量的高分子半纤维素。当具有高半纤维素含量的滤液用作蒸煮阶段121的消化器中的煮液部分时，半纤维素可从溶液中沉淀出来并沉积在纤维质纤维上。这可阻止获得高质量浆。另一方面，某些应用——如高质量纱或合成织物、用于液晶显示器的材料、由醋酸酯衍生物制成的产品、粘胶产品(如轮胎帘布和专用纤维)、香烟中使用的过滤丝束部分和某些食品和药物应用——需要含有最小量的再沉积的半纤维素和α纤维素含量的浆。CCE碱性滤液116的一些部分可在蒸煮阶段121中再使用，而将剩余物送到回收区134以控制蒸煮阶段121中半纤维素再沉积的风险。在回收区134中，可将转移的CCE碱性滤液116与过量的黑液混合、浓缩并在回收锅炉中燃烧以消耗有机物和回收无机盐，或将其他的带到另一个制浆线，或二者的组合。然后可能需要新碱源来替换送到回收区134的CCE滤液和黑液，以保持蒸煮阶段121中适当的碱平衡。新碱源的回收工艺和供应趋于导致增加的生产成本。存在导致具有非常高的α纤维素含量的溶解浆的浆加工方法和系统的需要。进一步存在提供增加的效率和允许CCE滤液的有效使用而最小化蒸煮期间半纤维素沉积的浆加工方法和系统的需要。发明概述一方面，改进的制浆方法和系统包括清洗从冷碱提取方法中产生的纯化的浆、收集由此产生的碱性滤液、通过例如蒸发来浓缩碱性滤液、和在上游蒸煮方法中利用至少部分浓缩的碱性滤液等等。
根据一个或多个实施方式，结合牛皮纸浆制法使用冷碱提取的制浆方法和系统包括以下步骤在消化器中去木质化含有有机浆的材料、处理产生的粗浆以产生半纯化的浆、用苛性碱溶液提取半纯化的浆以产生纯化的浆和含有半纤维素的溶液、从纯化的浆中分离含有半纤维素的溶液、清洗纯化的浆和收集由此产生的碱性滤液、浓缩碱性滤液和在消化器中利用至少部分浓缩的碱性滤液。浓缩的碱性滤液可逐渐替换最初用于启动蒸煮工艺的不同的煮液，由此导致增加的效率。在某些实施方式中，浓缩碱性滤液以形成含有，例如，每升90克或更多的有效碱如氢氧化钠的溶液。通过利用浓缩的碱性滤液作为部分煮液，可提高粗浆和产生的纯化的浆的纯度。另外的实施方式，备选方案和变化也在本文中被描述或在附图
中显示。附图简述图I是如本领域所知与浆生产结合使用的传统的预水解牛皮纸浆工艺的总的工艺流程图。图2是根据如本文公开的一个实施方式的浆生产工艺的工艺流程图。图3是根据图2中显示的一般原理的冷碱提取后蒸发的系统和相关工艺的示意图。图4是可与冷碱提取等结合使用的蒸发的传统的系统和工艺的图。图5是根据图2和3中显示的一般原理从冷碱提取的滤液蒸发的系统和相关工艺的图。优选实施方式的详细描述根据一个或多个实施方式，衆加工的方法和系统包括将第一苛性碱溶液，如烧碱液与大量木材或其它含有生浆的有机材料在适当的罐或容器(消化器)中结合，在合适的温度，例如，130和180°C之间煮以产生粗浆。粗浆的清洗和筛选导致半纯化的浆以及被投回到消化器的衍生物(如黑液)。半纯化的浆可用另一苛性碱溶液(其可再次是烧碱液)在合适的温度，例如，60°C以下提取以产生纯化的浆。通过另外的清洗，含有半纤维素的溶液可从纯化的浆中分离，导致另一碱性滤液形式的苛性碱溶液，其可单独收集和存储。该碱性滤液可通过，例如，蒸发或其它手段浓缩，并独自或与消化器中的第一苛性碱溶液组合使用以处理有机材料和重新启动循环。根据一个或多个实施方式的方面，将木屑或含有有机物的其它浆与苛性碱溶液在反应容器中反应。在反应结束时，反应混合物含有释放的纤维质纤维。将这些纤维进一步用第二苛性碱溶液提取以溶解半纤维素。将用过的苛性碱溶液和溶解的半纤维素与提取的浆分离，并将浆进行进一步清洗，去除残留的苛性碱溶液和半纤维素。将含有半纤维素的洗液和用过的苛性碱溶液混合和浓缩，形成浓缩的CCE滤液。然后浓缩的CCE滤液可单独使用或与另一苛性碱溶液组合使用以在反应容器中处理木材。以上描述的所有步骤可用传统的设备进行。根据说明书遵循以上描述的步骤可导致浓缩的CCE滤液，其具有比得上通常用于蒸煮的烧碱液的有效碱浓度。根据一个实施方式的工艺显示在图2中。工艺200由蒸煮阶段221开始，在该阶段中，与传统的牛皮纸浆制法相似，将木屑或含有有机材料的其它浆218投入到能抵抗高压的消化器中。消化器可具有任何合适的容积如，例如，大约360立方米。在典型的工业装置中，多个消化器可并联运转，不同的消化器在浆生产工艺的不同的阶段运转。消化器中使用的木材类型或其它植物或有机材料的具体选择可取决于期望的最终产品。例如，软木材如松树、冷杉和云杉可用于一些衍生工艺以获得具有高粘度的产品，如纤维素醚(其可用作，例如，食品、涂料、油回收液体或泥浆、纸、化妆品、药物、粘合剂、印刷、农业、陶瓷制品、纺织品、洗涤剂和建筑材料中的添加剂)。硬木材，如桉树和金合欢对不需要具有非常高的粘度的浆的那些应用可能是优选的。在一个实施方式中，在蒸煮阶段221期间用蒸汽或其它适当方法将消化器加热到第一预定温度。该预定温度可以是Iio至130°C，更具体地，例如，可以是120°C。在该具体实例中的加热在15至60分钟之间的时期(例如，30分钟)里完成，尽管根据设备的个别情况和正被加热的有机材料的性质可使用其它的加热时间。优选然后用蒸汽或其它方法将消化器加热到高于第一预定温度的第二温度，用于预水解阶段。该第二预水解温度优选是165°C左右，虽然再一次地精确的温度可取决于包括设备和有机材料在内的许多变量。用于预水解的加热可以在30至120分钟(例如，60分钟)的时期里完成，尽管加热时间可如需要再次改变。一旦达到预水解温度，就将消化器保持在该温度持续合适的时期，例如，35至45分钟，或足以完成预水解的任何其它时间。在优选实施方式中，将中和溶液210加入到作为蒸煮阶段221部分的消化器。中和溶液210可由之后是黑液的新鲜配制的烧碱液组成，或它可由之后是黑液的CCE滤液组成。烧碱液可采取这样的形式，例如，氢氧化钠和硫化钠的混合物。在优选实施方式中，烧碱液具有每升85至150克有效碱如氢氧化钠(NaOH)，更优选每升95至125克有效碱如氢氧化钠，最优选每升100至110克有效碱如氢氧化钠。烧碱液的硫化度可以是10%和40%之间，优选15和35%之间，最优选20和30%之间。黑液中有效的NaOH浓度可以是每升10至50克，虽然它可根据具体工艺而改变。在一个实施方式中，中和溶液210包括烧碱液和黑液，烧碱液具有每升85至150克氢氧化钠的有效碱浓度，黑液具有每升20至50克氢氧化钠的有效碱浓度。在优选实施方式中，包括烧碱液和黑液的中和溶液210具有分别为每升95至125克和每升30至35克的有效碱浓度，更优选具有分别为每升100和110克和每升38至45克的有效浓度。中和溶液210可具有对于组合液每升38至48克NaOH的有效碱浓度。可将中和溶液210 —次性加入到消化器中或可分几部分加入到消化器中。在一个实施方式中，将由烧碱液和黑液组成的中和溶液210分两部分加入，借此首先将烧碱液提供给消化器，之后加入黑液。在一个实施方式中，中和溶液210在130至160°C之间，更优选140至150°C之间的温度加入。加入可在15至60分钟的时期里，优选在30分钟的时期里进行。在优选实施方式中，中和溶液210分两部分加入，每次在15分钟时期里在140至150°C之间的温度。
然后第一苛性碱溶液211可替换中和溶液210和用于在消化器中煮木材。第一苛性碱溶液211可具有与中和溶液210相同的组成，或可具有不同的组成。第一苛性碱溶液211中氢氧化钠和硫化钠的范围和优选范围与中和溶液210中的相同，并且是本领域技术人员所熟知的。可用蒸汽或其它方法将消化器加热到蒸煮温度。蒸煮温度可以是140和180°C之间，优选145至160°C之间。加热可以是在10至30分钟的时期或其它合适的时期里。将消化器在蒸煮温度保持合适的时期，用于蒸煮工艺，如15至120分钟之间。针对目标H因子选择温度范围和蒸煮时间，其优选在130和250之间。中和和蒸煮的优选技术在同此同时提交的名称为“高α溶解浆生产的方法和系统(Method and System for High Alpha Dissolving Pulp Production)” 的共同未决美国专利申请系列号12/789，307(律师案卷号161551-0003)中被描述，该申请被转让给本发明的受让人，并在此通过引用被并入，如同在本文被完全示出。作为蒸煮阶段221的结果，产生粗浆212。将粗浆212提供到清洗和筛选工艺222，与传统的牛皮纸操作相似，于是通过利用不同类型的滤网或筛子和离心净化来筛选粗浆212。然后在筛选和清洗工艺222中用洗涤机清洗粗浆212。洗涤机可以是任何商业类型，包括水平带式洗涤机、滚筒式洗涤机、真空过滤机、洗涤式压滤机(wash presses)、压实挡板过滤器(compaction baffle filters)、大气洗料器(atmospheric diffusers)和压力洗料器。清洗装置可在各阶段之间使用逆流流动以便浆以相反的方向移动到洗涤水。在一个实施方式中，加压的水用于洗粗浆212。在另一个实施方式中，稀释的苛性碱溶液用于洗粗浆212。稀释的苛性碱溶液可，例如，具有小于每升5克NaOH，更优选小于每升I克NaOH的有效碱浓度。收集用过的洗液并在工艺200中别处用作黑液213。在一个实施方式中，黑液213用作在蒸煮阶段221中提供给消化器的部分煮液或其它苛性碱溶液211。然后将来自清洗和筛选工艺222的半纯化的浆作为浆体抽泵送到在冷碱提取(“CCE”)阶段223中利用的反应器，再次与传统的方法相似，其中将半纯化的浆与第二苛性碱溶液214(其可与第一苛性碱溶液211相同或不同)混合以实现半纤维素与期望的纤维质纤维的进一步分离。冷碱提取是本领域熟知的工艺。冷碱处理系统的实例被更详细地描述，例如，在Ali等人的美国专利申请公开号2004/0020854和Svenson等人的美国专利申请公开号2005/0203291中，二者在此通过引用被并入，如同在本文完全阐述。CCE提取工艺223中的半纤维素提取在合适的温度进行，通常在15和50°C之间，优选在30°C左右。浆的pH通常高于13，有效碱在每升60至90克NaOH之间。将浆浸在冷的苛性碱溶液214中持续足够的时间以达到半纤维素期望程度地扩散进溶液。在30°C在PH13的提取的示例性的停留时间是30分钟。冷碱提取通常可导致具有92%至96%范围含量的α纤维素的纯化的浆，虽然历史上达到该比例的上端或超过其已相当困难，特别是同时保持浆的其它期望的特性(如粘度水平)。达到高纯度同时保持高加工效率也是困难的。CCE提取工艺223中的混合和提取程序中使用的苛性碱溶液214可包括新鲜制备的氢氧化钠溶液、来自下游工艺的回收、或浆或造纸操作中的副产品，例如，半碱性烧碱液、氧化的烧碱液和类似物。还可利用其它的碱性溶液，如氢氧化铵和氢氧化钾。CCE提取工艺223中使用的苛性碱溶液214可含有合适的氢氧化物浓度；例如，苛性碱溶液214可含有按重量计3%至50%的氢氧化物浓度，更优选按重量计6%至18%的氢氧化物浓度。提取可在任何合适的浆稠度进行，如按重量计约2%至50%，但优选按重量计约5%至10%。在该上下文中，术语“稠度”指提取混合物中纤维质纤维的浓度。期望的停留时间之后，将浆在下面的清洗工艺224中与用过的冷苛性碱溶液分离。用过的冷苛性碱溶液含有提取的半纤维素。浆在CCE清洗装置中清洗。示例性的洗涤机包括水平带式洗涤机、滚筒式洗涤机、真空过滤机、洗涤式压滤机、压实挡板过滤器、大气洗料器和压力洗料器。洗液可包括，例如，纯水或具有有效碱浓度，例如，低于每升I克NaOH的稀释的苛性碱溶液。以传统的方式收集用过的洗液并与用过的冷苛性碱溶液混合以形成另一种苛性碱溶液216，该苛性碱溶液216，一方面，包括由清洗工艺224产生的碱性滤液。其间，将提取和清洗的浆233输送到下一阶段用于漂白。优选将第三苛性碱溶液216提供到浓缩工艺225，并可，例如，投到蒸发系统用于浓缩。通常的蒸发系统可含有几个连续安装的装置或效应器(effect)。液体通过每个效应器运动并在效应器的出口变得更浓。可利用真空来促进溶液的蒸发和浓缩。与浓缩工艺225连接，可通过，例如，使用一个或多个连续排列的效应器的蒸发，将淡的黑液243浓缩成浓的黑液244，在工艺期间逐渐增加淡的黑液243的浓度。可将浓的黑液244储存在积累罐中并用于回收区(回收锅炉)或用于其它目的，因此通过再使用或循环输出副产品而增加效率。用于蒸发的效应器的数量部分取决于期望的浓度水平、工厂的能力和其它因素。在一个实施方式中，用于浓缩阶段225的蒸发设备包括六个能加工，例如，每小时740吨液体的效应器。效应器可以一一但不必一具有与用于浓缩来自蒸煮阶段221的黑液相同的类型。通常，例如，使用一系列效应器来浓缩从蒸煮阶段剩下的淡的黑液并将其储存在存储槽，在那里它可被循环用于蒸煮工艺或送到用于不同目的的其它工艺。通常，产生过量黑液，将过量黑液在发电的煅烧炉中燃烧。在优选实施方式(如图3所示)中，来自CCE清洗阶段224的碱性提取溶液316的浓缩在减压下在六个效应器中的两个(在该实施例中，第五效应器327和第六效应器328)中发生，提供浓溶液330，即，浓缩的CCE碱性滤液。将来自蒸煮阶段221的淡的黑液浓缩成浓缩的黑液在高压下在六个效应器中的四个中发生。在该实施例中，将淡的黑液313引入到一个效应器(在该实施例中，第四效应器326)中，并在初步浓缩后泵送用于在其它下游效应器329中进一步浓缩。来自CCE清洗阶段224的碱性提取溶液316——其可以是用过的洗液314和用过的冷苛性碱溶液315的组合——的浓缩可在适当的压力下被提供在第五和第六效应器327和328并持续足够的持续时间以达到期望的浓度，在一个实施例中其为每升约85和110克NaOH之间，更优选每升95和105克NaOH之间。在一个实施方式中，碱性提取溶液316在大约-O. 84巴(g)的负压下保持在第五效应器327中，并在大约-O. 50巴(g)的负压下保持在第六效应器328中，提供具有，例如，每升大约95和105克NaOH之间的有效碱浓度的浓溶液330。有利地，可配置加工厂以利用创造性的工艺，而不需要设备的大量额外支出。在工厂已经利用例如，六个效应器用于浓缩从蒸煮阶段剩下的淡的黑液时，效应器中的两个可重新布署，用于浓缩CCE清洗工艺中产生的碱性滤液。可用于黑液浓缩的减少数目的效应器不重要，因为虽然黑液蒸发的能力降低大致20至30%，但是黑液质量(最终的固体浓度)可保持，允许从四个效应器产生的黑液在回收锅炉中燃烧，没有任何显著的影响。然而，根据本文描述的发明的技术，使用效应器中的两个用于碱性滤液浓缩和循环，可对工厂效率具有有意义的影响。因为相同数目的效应器可用于两个不同工艺，工厂可被配置以便操作员可选择在所有效应器中使用传统的工艺用于蒸发淡的黑液，或可分配效应器中的一些用于碱性滤液浓缩，没有可感觉到的负面后果，仍然在效率方面提供改进。回到图2，可再使用全部或部分的浓缩的碱性滤液溶液217，作为中和溶液210和/或作为部分煮液211。在一个实施方式中，中和溶液210完全由浓缩的碱性滤液溶液217组成。在另一个实施方式中，中和溶液210包括浓缩的碱性滤液溶液217和烧碱液，其可首先被加入到消化器中，并还任选地用于富集浓缩的碱性滤液溶液217。在第三个实施方式中，浓缩的碱性滤液溶液217用作煮液211。在第四个实施方式中，浓缩的碱性滤液溶液117与烧碱液混合，用作煮液211。在蒸煮阶段221中不再使用的浓缩的碱性滤液溶液217可用于其它目的。例如，可将它任选地转向其它目的，如用于邻近的生产线(作为烧碱液)，如图2的实施例中箭头251所指。同时，浓缩的碱性滤液溶液217还可允许在蒸煮阶段221中使用较高的液体浓度，因此防止半纤维素在纤维上再沉积。图4和5显示和比较结合冷碱提取的蒸发方法的传统系统与如本文所公开的一个可能的实施方式。图4是反映如可与冷碱提取等一起使用的蒸发方法的传统系统400的图。如图4所示，系统400包括许多效应器461A-D和462-466。将来自蒸煮工艺的淡的黑液413接收到一个效应器中，在该情况下是第四效应器464，蒸发工艺在那里开始。管441和442分别连接第四效应器464与第五效应器465和第五效应器465与第六效应器466。在第六效应器466中加工之后，将半浓缩的黑液移到中间换热器450和452。将半浓缩的黑液从换热器452提供给第三效应器463，将其产物移到另一个中间换热器454。然后将半浓缩的黑液从换热器454提供给第二效应器462 (分成两个液体循环单元“A”和“B”的一个主体)。在第二效应器462中蒸发之后，将一部分黑液直接泵送到第一效应器(浓缩器)并将其它部分在蒸发器459中在大气压下进行闪蒸并泵送432到灰混合。第一效应器物理上可由四个蒸发器461A-D组成。蒸发器可以是管型和壳型降膜蒸发器。所有的四个蒸发器461A-D可同时运行，这可允许产生具有较高浓度的黑液。将含有灰的液体从灰混合槽泵送到蒸发器461D。在蒸发器461D中蒸发之后，将浓缩的重质的黑液在闪蒸器459中闪蒸并储存在加压的重质液体槽(图4中未显示)中。蒸发系统400的输出是重质的(浓的)黑液430，以及被送到洗液储藏库的冷凝物431。浓的黑液430可用于先前描述的目的。在冷凝槽440A中，将来自第二、第三和第四效应器462、463和464的蒸汽冷凝物混合，形成清洁的冷凝物(“A-冷凝物”)并可在几个阶段中闪蒸，直到其经受与第六效应器466的蒸汽入口压力相似的压力。将A-冷凝物收集在清洁的冷凝槽(冷凝槽440的槽A)中并可用于别处，例如，纤维线路。来自第四和第五效应器464和465的清洁侧的冷凝物形成中间冷凝物(“B-冷凝物”)，其压力瞬时下降或分阶段降压，直到它具有与第六效应器466的入口压力相似的压力。将闪蒸的B-冷凝物与来自蒸发系统其它部分如来自第六效应器466的清洁侧、隔离的表面冷凝器470的初级部分的处理或未处理的冷凝物、和/或来自汽提塔的处理的冷凝物混合。该混合的冷凝物通常可含有较A-冷凝物更多的杂质。将B-冷凝物收集在中间冷凝槽(冷凝槽440的槽B)中，并可用于制衆生产如苛性化装置(causticizing plant)中的其它部分。污浊的冷凝物("“C-冷凝物”)一其通常含有较A-冷凝物或B-冷凝物更多的杂质一可从第五和第六效应器465和466的污浊侧、隔离的表面冷凝器第二部分和真空系统收集。将C-冷凝物储存在污浊的冷凝槽(冷凝槽440的C槽)中。图5是反映根据图2和3中显示的一般原理来自冷碱提取的滤液蒸发方法的系统500的图。在该实施例中，系统500使用与图4的系统400相同的基本设备配置和相同数目的效应器，虽然这不必是其它实施方式中的情况。图5中的虚线显示另外的连接(包括管和阀)，其可加入到图4的设备中以取得CCE滤液浓缩的另外功能性。在图5中，系统500再次具有多个效应器561A-D和562-566。效应器561A_561D、562和563发挥与图4中相应的效应器461A-D、462和463相同的一般目的。然而，在图5中显示的系统500中，在淡的黑液513在第四效应器564中被最初浓缩之后，将其通过旁通管537 (如增加的阀536所控制的)提供给换热器550 (其在其它方面与图4的换热器450相似)。这样，淡的黑液浓缩工艺绕过第五和第六效应器565、566。和图4的系统400不同，在图5的系统500中，将来自CCE清洗步骤的冷碱提取(CCE)滤液516通过连接管541提供给第五效应器565，于是它经历浓缩工艺的第一部分。新的阀538已加在图4上以允许第四效应器564与CCE滤液516分离。可加入任选的分支连接管539以连接CCE滤液516与第六效应器566，允许——如果，例如，期望较小量的浓缩一选择直接提供CCE滤液到第六效应器566。另外，在第五效应器565中蒸发之后，将半浓缩的CCE滤液通过连接管542提供给第六效应器566，于是它通过蒸发经历进一步浓缩到期望程度。通过线591可将浓缩的CCE滤液560引导到冷凝槽540中的槽C，或通过线592引导到冷凝槽540的槽B。与先前描述的牛皮纸加工步骤结合，浓缩的CCE滤液560可与烧碱液、黑液或作为蒸煮阶段一部分的其它溶液混合。如果期望，可将半浓缩的CCE滤液通过另一个加入的连接管535送到来自第五效应器565的换热器550，如阀534所控制的。连接管535还提供选择使用五个效应器用于淡的黑液浓缩和仅仅单个效应器(第六效应器)用于CCE滤液浓缩。该配置在蒸煮和清洗溶液的各种混合和浓缩方面提供显著的灵活性，等等。在CCE滤液在第五和第六效应器565和566中浓缩的该实施方式中，冷凝物流可通过阀开关而改变例如，第四效应器564的污浊侧可以是污浊的冷凝物(C-冷凝物)的部分；来自第六效应器466污浊侧的冷凝物可以是中间冷凝物(B-冷凝物)的部分；和来自隔离的表面冷凝器的初级部分的冷凝物可以是清洁的冷凝物(A-冷凝物)的部分。
实施例在以下实施例中说明本发明的实施方式的工艺。使用以下方法获得实施例中描述的分析结果。用于在25°C测量SlO和S18浆溶解度的方法是基于TAPPI Standard T235cm_00，在此通过引用被并入，如同在本文中完全示出。分别用10%和18%的氢氧化钠(NaOH)溶液提取浆。溶解的碳水化合物通过用重铬酸钾氧化来测定。可用氢氧化钠溶液从浆提取低分子量碳水化合物如半纤维素和降解的纤维素。因此浆在碱中的溶解度提供制浆和漂白工艺期间关于纤维素降解的信息和关于半纤维素损失或保留的信息。在SlO溶解度测量的典型程序中，将10克烘干的浆样品置于烧杯中并向浆中加入75mL10%Na0H溶液。用分散装置将混合物搅拌足够的时间，直到浆被完全分散。分散装置的一个实例可含有变速电动机和具有外壳的不锈钢搅拌器。调节电动机的速度和刀片的角度以便在搅拌期间没有空气被吸进浆悬液。浆被完全分散之后，将另一个25mL10%Na0H加入到混合物中以确保所有的浆纤维都由碱性溶液覆盖。将含有混合物的烧杯 于25±0. 2°C保持在水浴中从第一次加入NaOH试剂时起60min。该时间之后，将约50ml滤液收集在干净和干燥的过滤烧瓶中。将10. OmL滤液的等分部分与10. OmLO. 5N重铬酸钾溶液在250mL烧瓶中混合。边搅拌边向其中加入30mL浓硫酸，在该期间溶液由于化学反应而变热。将溶液搅拌15分钟同时保持热。然后将50mL水加入到混合物中并将混合物冷却到室温。将二至四滴邻菲咯啉亚铁离子指示剂加入到混合物中，并用O. IN硫酸亚铁铵溶液滴定混合物。使用10mL10%Na0H溶液重复滴定。利用下面的公式计算SlO溶解度S，%= [ (V2-Vi) *N*6. 85*10] / (A*ff)其中，Vi是用于滴定滤液的硫酸亚铁铵溶液的体积，单位是毫升；V2也是用毫升表示的用于滴定纯的10%Na0H溶液的硫酸铵溶液的体积，N是硫酸亚铁铵溶液的当量浓度；A——单位是毫升——是氧化中使用浆滤液的体积；W是以克表示的浆样品的烘干的重量。S18溶解度测定的程序是相同的，除了 18%Na0H溶液替代上面使用的10%Na0H溶液。铜乙二胺(CED)溶液中的浆粘度利用基于SCAN Standard CM15-99的方法来测定，该方法通过引用被并入，好像在本文完全示出。该方法测定稀释的CED溶液中浆的特性粘度数。在通常的程序中，将浆样品溶解在CED溶液中。对于期望的特性粘度数来选择浆的量。将称重的浆样品置于聚乙烯瓶子(体积大约52mL)中，其中通过挤压瓶子排除残余空气。将5至10段铜线和25mL去离子水加入到浆中，并用适当的振荡装置摇动混合物，直到浆完全分解。分解的通常的时间间隔是10至30分钟之间。将另一个25. OmL CED溶液加入到混合物中。排除残余空气之后，将瓶子盖紧并再次摇动大约30分钟或直到浆样品完全溶解。将试验溶液和粘度计的温度调节到25°C。通过吸取将部分试验溶液吸到试验粘度计中。测量流出时间，即，弯液面从粘度计的上面标记降到下面标记需要的时间。利用下面的方程计算相对粘度(如)=其中，F是粘度计的校准因子；Teed——以秒表示——是50%CED溶液的流出时间；T是试验溶液的流出时间，也以秒表示。当量(Ce)值可在SCAN标准所附的表中找到，其中η是单位是mL/g的浆的特性粘度，c是试验溶液的浓度，其被计算为浆干重除以试验溶液的体积，在该实施例中试验溶液的体积是50ML。卡伯值(KN)利用与TAPPI Standard T236om_99相似的方法来测量。KN对应于用于氧化一克烘干的浆的O. IN高锰酸钾溶液的体积(以mL表示)。在通常的程序中，将浆样品分解或溶解于大约300ml蒸馏水。将分解或溶解的浆样本转移到烧杯并向浆混合物中加入足够的水，使混合物的总体积达到约795mL。将IOOmLO. IN高锰酸钾溶液和100mL4N硫酸4N在独立的烧杯中混合，并将混合物快速调节到25°C。立即将酸化高锰酸钾溶液加入到试验浆中。加入之后，混合物的总体积是大约1000±5mL。允许混合物反应十分钟，该时期之后，加入20mLlN碘化钾溶液以淬灭反应。然后立即通过用O. 2N硫代硫酸钠溶液滴定浆混合物来测定混合物的游离碘含量。滴定终点通过反应结束时加入的淀粉指示剂来指示。不去除浆纤维而进行滴定。另一个滴定用没有浆的空白溶液进行。利用下面的公式来计算KN KN= (p*f) /w其中P是试验样本消耗的以毫升表示的O. IN高锰酸钾的量；f是50%高锰酸盐体积的校正因子并从属于“P”，其可在Tappi标准中找到；w是浆样品的烘干的重量；和、”被如下测定P= [ (b-a)*N]/0. I其中，b是滴定空白溶液中消耗的以毫升表示的硫代硫酸盐的量；a是滴定浆样品中消耗的以毫升表示的硫代硫酸盐的量；N是硫代硫酸盐的当量浓度。实施例ICCE滤液的浓度根据第一实施例，将每升5. 6克NaOH有效碱浓度的非常稀的苛性碱溶液流引入到如图3所示的第五效应器327中以启动装置运转并用不同的碱浓缩水平观察它的行为。以-O. 73巴的减压在51. 5°C和56. 8°C之间的温度将水从溶液中去除。4小时30分钟之后，将具有每升约50克NaOH的有效碱浓度——与原CCE滤液相似——的苛性碱溶液投到第五效应器，第五效应器从每升约50克NaOH的入口滤液浓度到达第六效应器的出口。表I列出了作为时间函数的流速、温度、有效碱浓度和真空水平。表权利要求
1.使用冷碱提取的制浆方法，包括 在消化器中去木质化有机材料，和处理产生的粗浆以产生半纯化的浆； 用苛性碱溶液提取所述半纯化的浆以产生纯化的浆和含有半纤维素的溶液； 从所述纯化的浆中分离含有所述半纤维素的溶液； 清洗所述纯化的浆和收集由此产生的碱性滤液； 浓缩所述碱性滤液以形成浓缩的碱性滤液；和 在所述消化器中利用至少部分所述浓缩的碱性滤液。
2.权利要求I所述的方法，其中浓缩所述碱性滤液通过蒸发方法来进行。
3.权利要求2所述的方法，其中所述蒸发方法在多个连续连接的效应器中进行。
4.权利要求2所述的方法，其中所述蒸发方法在约50和60°C之间的温度范围进行。
5.权利要求2所述的方法，其中所述蒸发方法在-O.6巴和-O. 84巴的压力进行。
6.权利要求2所述的方法，其中所述浓缩的碱性滤液具有每升约95和125克NaOH之间的有效碱浓度。
7.权利要求2所述的方法，其中所述浓缩的碱性滤液具有每升约100和110克NaOH之间的有效碱浓度。
8.权利要求I所述的方法，其中所述碱性滤液通过如下步骤获得 从所述纯化的浆分离所述含有半纤维素的溶液； 清洗所述纯化的浆和收集从此产生的粗碱性滤液。
9.权利要求I所述的方法，进一步包括将烧碱液加入到所述消化器中使用的所述浓缩的碱性滤液。
10.权利要求8所述的方法，其中所述烧碱液与浓缩的碱性滤液之比是大约I:I. 5和1:2. 5之间。
11.权利要求I所述的方法，其中所述苛性碱溶液包括NaOH和Na2S。
12.在牛皮纸浆制法中使用冷碱提取的制浆方法，包括 在消化器中煮第一批有机材料以产生粗浆； 清洗和筛选所述粗浆以产生半纯化的浆； 使用冷碱提取来提取所述半纯化的浆以产生纯化的浆和含有半纤维素的溶液； 从由冷碱提取产生的纯化的浆分离所述含有半纤维素的溶液； 清洗所述纯化的浆和收集从此产生的碱性滤液； 在受控环境中蒸发所述碱性滤液以形成浓缩的苛性碱溶液；和 利用至少部分所述浓缩的苛性碱溶液作为至少一种煮液以煮第二批有机材料。
13.权利要求12所述的方法，进一步包括在不同的浆加工生产线上使用第二部分所述浓缩的碱性滤液。
14.权利要求12所述的方法，其中所述蒸发方法在多个连续连接的效应器中进行。
15.权利要求12所述的方法，其中所述蒸发方法在约50和60°C之间的温度范围进行。
16.权利要求12所述的方法，其中所述蒸发方法在-O.6巴和-O. 84巴的压力进行。
17.权利要求12所述的方法，其中所述浓缩的碱性滤液具有每升约95和125克NaOH之间的有效碱浓度。
18.权利要求12所述的方法，其中所述浓缩的碱性滤液具有每升约100和110克NaOH之间的有效碱浓度。
19.权利要求12所述的方法，进一步包括将烧碱液加入到所述消化器中使用的所述浓缩的碱性滤液。
20.权利要求19所述的方法，其中所述烧碱液与浓缩的碱性滤液之比是大约I:I. 5和1:2. 5之间。
21.权利要求12所述的方法，其中所述苛性碱溶液包括NaOH和Na2S。
22.权利要求12所述的方法，进一步包括以下步骤 在所述消化器中由煮第二批有机材料来产生第二粗浆； 清洗和筛选所述第二粗浆以产生半纯化的浆；和 使用冷碱提取，从所述第二粗浆提取所述半纯化的浆以产生第二纯化的浆和含有半纤维素的第二溶液。
23.权利要求22所述的方法，其中所述第二粗浆在冷碱提取之前具有不超过3.0%的S18溶解度。
24.权利要求23所述的方法，其中所述第二粗浆在冷碱提取之前具有小于10.O的卡伯值。
25.权利要求23所述的方法，其中所述第二粗浆在冷碱提取之前具有每克大约1000毫升的粘度。
26.权利要求23所述的方法，其中所述第二粗浆在冷碱提取之前显示100或更高的粘度与卡伯值之比。
27.在牛皮纸浆制法中使用冷碱提取的改进的制浆方法，包括在消化器中煮有机材料以产生粗浆，清洗和筛选所述粗浆以产生浆，和使用冷碱提取来提取所述生浆以产生纯化的浆和含有半纤维素的溶液，所述改进包括 从由冷碱提取产生的所述纯化的浆分离所述含有半纤维素的溶液； 清洗所述纯化的浆和收集从此产生的碱性滤液； 浓缩所述苛性碱溶液以形成浓缩的碱性滤液；和 在所述消化器中利用至少部分所述浓缩的碱性滤液用于中和或煮另外的有机材料。
28.在牛皮纸浆制法中使用冷碱提取的制浆方法，包括 在多个分批消化器中使用至少部分来自下游冷碱提取阶段的浓缩的苛性碱溶液来煮有机材料，并由此产生粗浆； 清洗和筛选所述粗浆以产生半纯化的浆； 使用冷碱提取来提取半纯化的浆以产生纯化的浆和含有半纤维素的溶液； 从由冷碱提取产生的所述纯化的浆分离所述含有半纤维素的溶液； 清洗所述纯化的浆和收集从此产生的碱性滤液； 在受控环境中蒸发所述碱性滤液以形成浓缩的苛性碱溶液；和 将至少部分所述浓缩的苛性碱溶液返回到所述分批消化器作为至少一种煮液。
全文摘要
浆加工方法包括冷碱提取阶段，其中用过的冷苛性碱溶液和用过的用于洗提取的浆的液体通过蒸发系统来浓缩。浓缩的液体可用作浆工艺中的中和和煮液的部分，从而导致增加的效率，而无浆质量的显著降低。来自冷碱提取阶段的高度浓缩的滤液可有助于减少蒸煮步骤期间半纤维素沉积在木纤维上。
文档编号D21C11/10GK102985610SQ201080067867
公开日2013年3月20日 申请日期2010年8月18日 优先权日2010年5月4日
发明者M·M·莱特 申请人:巴伊亚特种纤维素公司