沉积物监测方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明涉及用于监测工艺设备的表面上的来自水溶液的沉积物的方法和装置。更具体地，本发明涉及监测造纸厂蒸煮器、蒸发器和浓缩器中的来自黑液的垢沉积物的方法。本发明尤其涉及监测并且抑制纸浆厂蒸煮器、蒸发器和浓缩器中的垢沉积物以改善制浆操作中的工艺效率。
[0002]硫酸盐制浆法是纸浆造纸工业中的主要制浆方法之一。产自硫酸盐制浆法的废液(黑液或“BL”)包含各种有机材料以及无机盐，它们的沉积由于使热导率降低以及使熬煮(boilout)时间变长而不利于有效的化学制浆和回收循环。另外，在对沉积物的组成有影响的液体化学组成方面，诸如碱性制浆法或亚硫酸盐制浆法的较不常用的制浆方法与硫酸盐法不同。
[0003]在纸浆造纸工业中最常见的垢为碳酸钙，碳酸钙也是在许多其他工业中普遍存在的垢(Amjad,Z.(主编)Mineral scale format1n and inhibit1n.Plenum,N.Y.(1995)；Cowan，J.C.，Weintritt，D.J.Water-Formed Scale Deposits.GulfPubl.C0.，Houston，TX (1976) )o这是硫酸盐蒸煮器中尤为严重的问题(Markham，L.D.，Bryce, J.R.G.，Format1n of calcium carbonate scale in a Kamyr digester，Proc.TAPPI PulpingConf., TAPPI Press,17-21 (1979) ；Severtson,S.J.，Duggirala，P.Y., Carter,P.ff., Reed,P.E.Mechanism and chemical control of CaC03 scaling in the kraft process.TAPPIJ.，1999 年，第 82 卷，第 6 期，第 167 页至第 174 页；Sithole, B.Scale deposit problemsin pulp and paper mills.Proc.African Pulp and Paper Week，Durban，SA(2002))。通常，由于高的驱动力而不能完全抑制碳酸钙的析出。成功抑制沉积的方法依赖于使得沉积物不附着而是被分散或者使钙离子被掩蔽。碳酸钙沉积物可以是温度诱导的或者是PH诱导的。虽然温度诱导是蒸煮器和蒸发器的典型情况，但是在漂白车间碳酸钙垢更经常地通过碱性化被诱导。可购得宽泛范围的碳酸钙处理产品，原因是碳酸钙处理产品的相对性能取决于条件，并且适用性取决于稳定性问题和环境法规。
[0004]在造纸工艺的许多阶段广泛地形成碳酸钙沉积物。例如，如在美国专利第7，985，318 号、第 6，053，032 号、第 6，942，782 号、第 6，250，140 号和第 5，734，098 号中所描述的，废液蒸发器和浓缩器中的无机盐结垢一直是纸浆造纸工业中遇到的最为顽固的问题之一。浓缩液包含水平高到足以成垢的钙离子、钠离子、碳酸根离子和硫酸根离子，该垢从溶液中析出并且沉积在被加热的表面上。蒸发器中最重要的垢类型是诸如碳酸钙(CaC03)的硬垢和诸如碳钠矾(2(Na2S04):Na2C03)的软垢。两种类型的垢的溶解度随着温度的升高而降低，这使得垢附着在传热表面，因而显著降低了蒸发器的总体效率(见Smith, J.B.&Hsieh, J.S., Preliminary investigat1n into factors affecting secondcritical solids black liquor scaling.TAPPI Pulping/Process，Prod.Qual.Conf.，第1页至第 9 页，2000 年；以及 Smith，J.B.&Hsieh，J.S.，Evaluat1n of sodium salt scalingin a pilot falling film evaporator.TAPPI Pulping/Process, Prod.Qual.Conf.,%1013 页至第 1022 页，2001 年；以及 Smith，J.B.等人，Quantifying burkeite scaling in apilot falling film evaporator, TAPPI Pulping Conf.，第 898 页至第 916 页，2001 年)。
[0005]通常，利用基于石英晶体微量天平(“QCM”)的技术最有效地实现无机垢的监测。然而，基于QCM的仪器的适用性取决于在工艺条件下传感器晶体的稳定性。这样的仪器无法在高温和/或高碱性条件下使用。这种限制使得该技术在蒸煮器和蒸发器中是无用的。除了简单的重量分析技术和利用Lasentec-FBRM的非定量表征之外，针对固体含量高于55%的液体，提出了一种基于在被加热的表面上的沉积物累积的技术(“Methodof monitoring and inhibiting scale deposit1n in pulp mill evaporators andconcentrators，”专利号8，303, 768)。然而，该方法仅能检测相当大体积的沉积物，这使得该方法在硫酸盐法制浆厂蒸煮器中是无用的，在硫酸盐法制浆厂蒸煮器中，碳酸钙累积对于这样的低敏感性的方法而言太慢了。
[0006]因而，存在对开发在高温、高碱性和高压力条件下监测纸浆造纸工业中的沉积物的敏感方法的持续需求。这样的监测在纸浆厂的蒸煮器、蒸发器和浓缩器中尤为重要。在这一部分中所描述的技术并非旨在承认本文中所引用的任何专利、出版物或其他信息是相对于本发明的“现有技术”，除非如此明确地指出。另外，这一部分不应该被理解为意指已经进行了检索或不存在如在37 CFR§ 1.56(a)中所限定的其他相关信息。
【发明内容】
[0007]为了满足上面所确认的长时间存在但是未解决的需求，本发明的至少一个实施方案涉及监测在与液体介质接触的表面上的垢累积的方法。该方法包括如下步骤:提供具有光子发射源、棱镜和光学传感器的折射仪，其中所发射的光子通过棱镜，光学传感器被构造和设置为检测通过棱镜被折射的光子，棱镜具有至少一个测量表面；相对于液体介质布置测量表面使得所发射的光子将根据介质的特性而被折射；确定液体介质对于由发射源发射的光子的折射对照临界角；从发射源发射光子；测量所测得的折射临界角相对于对照临界角的单元结垢因子；以及基于所测得的单元结垢因子来计算垢形成。
[0008]本发明的至少一个实施方案涉及一种测量垢控制剂的有效性的方法。该方法包括如下步骤:提供具有光子发射源、棱镜和光学传感器的折射仪，其中所发射的光子通过棱镜，光学传感器被构造和设置成检测通过棱镜被折射的光子，棱镜具有至少一个测量表面；相对于液体介质布置测量表面使得所发射的光子将根据介质的特性而被折射；确定介质折射由发射源发射的光子的对照临界角；向液体介质添加垢控制剂；从发射源发射光子；测量所测得的折射临界角相对于对照临界角的单元结垢因子；以及根据所测得的单元结垢因子来计算垢控制剂的有效性。
[0009]本发明涵盖以任意和所有变化的顺序和序列执行其步骤。
[0010]本文中描述了附加的特征和优点，并且根据下面的【具体实施方式】将是显见的。
【附图说明】
[0011]下面将具体参照附图描述本发明的详细说明，其中:
[0012]图1为利用折射仪来检测在发明中所使用的折射临界角的示意图；
[0013]图2为利用折射仪来测量在发明中所使用的转变点的示意图；
[0014]图3为示出利用SRM-3仪器独立测量的单元结垢(“单元结垢因子”)与垢累积之间的相关性的图；
[0015]图4为示出通过垢指数(与单元结垢读数相对)度量的来自模型碳酸氢钙溶液的垢累积以及垢抑制剂对通过同一参数度量的垢累积的影响的图。
[0016]图5为示出不同剂量的垢抑制剂对通过垢指数(与单元结垢读数相对)度量的来自模型碳酸氢钙溶液的垢累积的影响的图；最后对传感器进行酸清洗；
[0017]图6为示出通过垢指数(与单元结垢读数相对)度量的来自稀释黑液的垢累积的图；
[0018]图7为示出通过垢指数(与单元结垢读数相对)度量的来自碳酸钠和氯化钙过饱和的标准黑液的垢累积的曲线图。