用于在对蒸煮至高卡伯值的化学纸浆进行氧脱木素之后处理滤液的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及对已蒸煮至高卡伯值的化学纸浆进行处理的方法和装置。通过在碱性蒸煮工艺中蒸煮到50-120、优选60-100的卡伯值制造纸浆，对所述蒸煮的纸浆进行洗涤，将所述洗涤的纸浆引入氧气阶段中，其中在氧气和碱存在下对所述纸浆进行处理以除去木质素，并对所述氧气处理的纸浆进行洗涤，由此形成含木质素的洗涤滤液。在所述氧气阶段中，所述纸浆的卡伯值下降至少30个单位。对所述氧气阶段下游的所述滤液进行处理以分离木质素，并将所述处理的滤液作为洗涤液体引入所述洗涤设备中以用于所述蒸煮的纸浆。
【专利说明】用于在对蒸煮至高卡伯值的化学纸浆进行氧脱木素之后处理滤液的方法和装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及在已经将纸浆蒸煮至高卡伯时对化学纸浆进行处理的方法和装置。
【背景技术】
[0002]卡伯值指示残余的木质素含量，并且在所有工厂都将其用作蒸煮的目标值。待漂白纸浆的典型卡伯值目前对于硬木为14-20，而对于软木为25-35。如果未对纸浆漂白，则蒸煮之后的卡伯值明显更高，通常为40-100。通常在氧气阶段中对待漂白软木纸浆进行处理以将卡伯值降至10-20。
[0003]关于本发明，高卡伯纸浆是指超过50的卡伯值。在需要高强度性质和硬度但不需要亮度或印刷性质的产品中，通常使用高卡伯纸浆(高收率纸浆)。基于该原因，软木由于其长纤维而成为用于高收率纸浆的典型原料。软木具有高木质素含量，为此其需要相对长的化学处理。强度性质和硬度的组合对于软木纸浆是典型的。关于高收率纸浆，木质素含量仍然高，以至于在现有技术中在不进行机械处理的条件下不能对纸浆进行脱纤维，但在此情况中，最终产品不要求印刷性质或亮度。
[0004]通常以硫酸盐法生产高收率纸浆。高收率纸浆的收率范围为50-70%。公知地，使用为具有正常卡伯值而设计的纤维线设备不能制造这种纸浆，而需要另外的技术。纤维线之间的最重要的差别是，蒸煮之后的高卡伯纸浆处于如下的粗屑形式，该粗屑形式使得其脱纤维需要特殊的脱纤维设备，例如吹洗管线精磨机(串联精磨机)，或可选地热精炼。所述装置是类似类型的。在首先提及的脱纤维装置中，将处于屑形式的蒸煮纸浆从蒸煮器排放入位于洗涤阶段上游的吹洗管线中的精磨机内。蒸煮纸浆脱纤维的目的是将纤维相互分离，因为蒸煮之后纤维仍在屑基体中。这种脱纤维使得制造的纸浆具有高卡伯并具有高收率值。即使对纸浆进行轻微脱纤维的机械处理，其效果是在碱性条件下降低了纸浆的品质。
[0005]将高卡伯纸浆制造成所谓的粗浆。因此，目的不是对这种纸浆进行漂白。用于这种纸浆的生产线包括对纸浆洗涤和筛分。如果对于纸浆品质设置任何特殊性质的要求，则所述生产线可以包括氧气阶段以将纸浆的性质调节至期望水平。
[0006]在蒸煮期间将碳水化合物(纤维素和半纤维素)溶解，造成原料成本明显提高，因为在蒸煮开始和结束时碳水化合物的损失都大。降低碳水化合物分解的一种方式是在较高卡伯值下结束蒸煮。通常，如果在高卡伯值时结束蒸煮并利用二氧化氯对纸浆进行漂白而不需要氧气阶段，则收率提高。另外，漂白和提高流出物排放的成本超过了允许界限。在BAT (最佳可获得技术)工厂水平下保持流出物排放，要求使用氧气阶段，从而碳水化合物的收率尽可能高。氧脱木素的急剧发展已经提供了一种在基本不损失收率的条件下降低待漂白纸浆的卡伯的有效方法。目前的趋势已经是终止达到明显低水平的蒸煮卡伯值。
[0007]在硫酸盐蒸煮中重要的是选择性，即，当溶解木质素时，尽可能少量的碳水化合物(纤维素和半纤维素)分裂并溶解。因为化学反应而造成问题，其导致在蒸煮的结束阶段溶解明显量的半纤维素。因此，在溶解碳水化合物的最终阶段也造成化学纸浆强度的下降。在软木纸浆的情况中，化学纸浆的强度是最基本的品质指标之一。除了纸浆性质之外，工艺收率也是重要的成本因素。过去几年的目的是发现这样的制浆方法，通过所述制浆方法会实现从木材到纸浆尽可能高的收率。其是指，提高蒸煮的选择性或仅蒸煮以达到这样的卡伯值，从而使用更具选择性的脱木素方法以提供明显的收率效益和由此的经济重要性。在最终卡伯范围内(对于软木为25-40)硫酸盐蒸煮法之间的差别足够小，使得用其基本得不到在选择性方面的差别。实际上，提高收率的可行方法是在明显更高卡伯值水平下停止蒸煮，其中碳水化合物收率比在对纸浆漂白并继续用氧气进行脱木素的蒸煮中的相对更高，与蒸煮相比，已知该方法是更具选择性的对纸浆进行脱木素的方式。
[0008]由于碱性条件，所以氧脱木素是在蒸煮期间直接紧随木质素去除而发生的。在工业蒸煮过程中，不将化学纸浆蒸煮至明显低于卡伯值25，因为收率损失显著。另一方面，期望对蒸煮进行优化以达到尽可能高的卡伯值，从而保持丢弃物含量受控并保持纸浆可漂白。在蒸煮与最终漂白之间，氧脱木素是更具选择性的且更温和的工艺。其将木质素分解并氧化成可溶于碱的形式，破坏木质素中存在的着色化合物并从纸浆中除去杂质(树脂)。
[0009]关于品质，在吹洗管线纤维分离机中对从蒸煮器排放之后的纸浆进行脱纤维从来不是所谓的最佳方案，但在不使用明显机械加载的条件下对纸浆进行化学脱纤维以保持纤维性质最佳。
[0010]最近的蒸煮研究表明，蒸煮能够制造高卡伯纸浆，其被脱纤维至如下的程度:这种屑形式的纸衆即使在70-90卡伯值下仍能够在纤维线中进行泵送和处理(Jiajun Wang,硕士毕业论文，Aalto Yliopisto (阿尔托学院)，School of Science and Technology (科学技术大学)2010 ;W0专利申请PCT/US10/57417)。此外，在该阶段内，蒸煮的纸浆含有大量分析的丢弃物，但丢弃物的特征使得其不会限制将纸浆泵送到洗涤和随后的工艺阶段。
[0011]FI专利申请20115277提供了一种处理纸浆的方法，所述纸浆是通过将软木屑化学蒸煮到50-100、优选60-90的卡伯值而制造的，在所述方法中，
[0012]不在蒸煮器与洗涤之间的机械纤维分离机中进行处理的情况下，将蒸煮的纸浆引入洗涤，对该纸浆进行洗涤，
[0013]将洗涤的纸浆引入第一氧脱木素阶段中，其中在氧气和碱的存在下对所述纸浆进行处理，
[0014]对氧脱木素的纸浆进行洗涤，并在洗涤之后在随后的阶段中用亲电子化学品对其进行处理，其后
[0015]在第二氧脱木素阶段中用氧气和碱对所述纸浆进行洗涤和处理，对由此处理的纸浆进行洗涤并引入漂白工艺中以进行另外的处理。
[0016]根据本专利申请的氧气阶段是指如下的碱性阶段，该碱性阶段在8.5-14的pH范围下在混合点下在1-20、优选8-12巴(绝对)的压力范围内以加压的方式进行，并且其中至少在部分反应时间期间内氧气存在于纤维的周围。该氧气阶段可包括一个、两个或甚至几个步骤，由此各个反应步骤包括化学混合和反应容器或利用管完成的反应停留。实际上，此处的处理步骤是指在该氧气阶段中使用的化学品的添加和混合，以及随后在管或反应器部分中的停留。根据实用的方法，反应停留为0.1分钟至最高达120分钟，从而反应停留取决于期望的反应器类型。关于这一点，氧气阶段还可从根据该氧气阶段上游和下游两者的洗涤阶段获知。[0017]最通常地，将氧气和碱以及防止纤维受到金属损伤的可能的某些抑制剂计量加入到氧气阶段中，或另外将纤维中夹带的金属除去或进行处理以使其失活。通常以l_60kg/admt的量计量加入碱,并以l_50kg/admt的量计量加入氧气。当碱的剂量为0.8-1.4 X卡伯单位且氧气的剂量为0.7-1.3X卡伯单位时，能够注意到，当在氧气阶段中的卡伯下降为60单位时,氧气阶段碱的剂量可以最高达90kg/adt且氧气的剂量可最高达70kg/adt。所使用的碱最通常地为氢氧化钠或氧化的白液，但原则上含有OH离子的所有碱性化合物都是在某些条件下可用于氧气阶段中的碱。在氧气阶段中通常有利地是，计量加入化学循环的补充的氢氧化钠。以气体形式计量加入氧气，其中氧气的含量最通常地为比重的75-100%。氧气阶段的温度为70-120°C且最通常为80-105°C。使用具有0.5-20巴压力的某些合适蒸汽以及热水通过洗涤或稀释能够升高所述温度。蒸汽能够直接用于加热，在纸浆中混合，或间接用于加热。
[0018]在高卡伯纸浆的氧脱木素阶段中，尤其是在第一处理中，释放大量木质素(卡伯值降低例如30-70单位)，这是在工艺中要考虑的。当除去的木质素的量为例如40卡伯单位时，从纸浆中释放的有机材料的量变高。在所述卡伯下降的情况下，例如仅木质素的比例为纸浆干物质的约7%，且另外其碳水化合物损失。所述量的木质素将氧气阶段滤液的COD量提升60-120kg/adt，并以相同比例提升干物质的量。所述氧气阶段通常根据逆流洗涤原理进行连接，以使得在蒸煮与氧气阶段之间设置的纸浆洗涤功能是对来自洗涤的纸浆中夹带的液体进行置换，这能够将该液体分离为蒸煮纸浆洗涤阶段的滤液，从氧气阶段的洗涤得到滤液。因此，蒸煮的纸浆的洗涤液体的COD将为30-60g/l，且在12%的稠度下纸浆悬浮液的COD为200-500kg/adt。通常，将源自纸浆洗涤的滤液逆流引入纤维线中，但以此方式对具有高COD值的氧气阶段的滤液进行处理并不一定是有利的。工业上已知的COD水平明显低于所述研究中的上述值，当将氧气阶段产生的滤液逆流引入同一阶段时，为了确定其特性进行了所述研究。上文示出的水平已经足够高，从而其妨碍氧气阶段的运行并造成化学品以及循环木质素的消耗。当概述高卡伯纸浆的氧气阶段时，要考虑反应产物的量。
[0019]因为所述反应产物由于氧气阶段的选择性特征而包含木质素和少量碳水化合物，所以能够说，在氧气阶段的洗涤滤液中，木质素和碳水化合物的比例高于黑液中的。由此，在不对氧气阶段工艺进行干扰的条件下，根据逆流原理将其用于蒸煮的纸浆的洗涤中是不利的。因此，明确需要以新的方式将洗涤和氧气阶段在总体上进行结合以用于蒸煮至高卡伯的纸浆，在许多方式中这更具实用性。
【发明内容】
[0020]本发明涉及处理化学纸浆的方法，在所述方法中通过将木屑化学蒸煮至50-120、优选60-100的卡伯值来制造纸浆，对蒸煮的纸浆进行洗涤，将洗涤的纸浆引入氧气阶段中，其中在氧气和碱存在下对纸浆进行处理以除去木质素，并对氧气处理的纸浆进行洗涤，由此形成含木质素的洗涤滤液。所述方法特征在于，
[0021]在所述氧气阶段中，所述纸浆的卡伯值下降至少30个单位，且
[0022]对所述氧气阶段下游的洗涤的滤液进行处理以分离木质素，并将处理的滤液作为洗涤液体引入洗涤设备中以用于蒸煮的纸浆。用于蒸煮的纸浆的洗涤设备的Eltl值通常至少是8，优选至少是10。[0023]所谓的Eltl值限定了洗涤效率，从而能够对不同类型的洗涤器进行相互比较。Eltl值是为洗涤器或数个洗涤器的组合定义的数值，其展示了如何实现洗涤器或洗涤器组合的多种理想混合。理想混合又被理解为如下时的情形:将洗涤液体高效混入洗涤的纸浆中，使得残留在纸浆内的液体与从其抽取的液体两者的浓度相等。在Eltl值中的数值10是指计算的稠度百分比，此时纸浆排出洗涤器。稀释因子是指每吨纸浆使用的洗涤液体和与纸浆一起排出洗涤设备的液体之间的差别。
[0024]本发明还涉及对在蒸煮设备中由木屑制造的纸浆进行处理的装置，其中将木屑化学蒸煮至50-120、优选60-100的卡伯值，所述装置至少包括:
[0025]用于纤维质纤维材料的蒸煮设备，用于蒸煮的纸浆的洗涤设备，
[0026]在蒸煮的纸浆的洗涤下游的设备，其用于在氧气阶段中对纸浆脱木素，
[0027]在氧气阶段之后对纸浆进行洗涤的设备，以及
[0028]将洗涤滤液逆流引入前述洗涤器中以作为洗涤液体的滤液管线。必要的是，在所述氧气阶段下游的滤液管线设置有用于从滤液分离木质素的设备，且将该滤液管线连接至用于蒸煮的纸浆的洗涤设备以将滤液用作木质素分离之后的洗涤液体。
[0029]用于蒸煮的纸浆的洗涤设备的Eltl值优选至少是8，优选至少是10。用于蒸煮的纸浆的洗涤设备通常包括超过一个的阶段。用于蒸煮的纸浆的洗涤设备通常包括所谓的蒸煮器洗涤和至少一个在蒸煮器与氧气处理设备之间的洗涤设备。
[0030]用于蒸煮的纸浆的洗涤设备，作为一个阶段，可包括在蒸煮器下部进行的蒸煮器洗涤，例如高热型蒸煮器置换或在间歇蒸煮中发生的最终置换。用于蒸煮的纸浆的洗涤设备包括在其下游的一个或多个洗涤器，例如优选单滚筒洗涤器，例如Drum Displacer ?(DD)洗涤器(Andritz Oy)或扩散洗涤器。如果蒸煮的纸浆不含有害量的未蒸煮的级分例如木节，则在用于蒸煮的纸浆的总洗涤设备的Eltl水平超过8的前提下，还能够使用压力机。所述洗涤设备的稀释因子将为0-5，优选1-3。为了确保在蒸煮期间将释放自纸浆的木质素充分除去，足够的洗涤效率是重要的。在所述洗涤中除去超过95%、优选超过97%的木质素。同时，也能够将硫从纸浆中除去。
[0031]本发明填补了在高卡伯下脱木素的漂白纸浆的性能，以使其在工业上可行。另外，其使得纸浆生产的收率明显更高于常规纤维线中的收率。此外，即使通过使用常规纤维线和回收概念的硫酸盐法制造纸浆，仍能够从工艺中回收贫硫木质素。从木质素的量和蒸煮/脱木素性能考虑，本发明更优选应用于软木，但其也能够应用于硬木，尤其是具有高木质素含量的硬木物种。
[0032]在所示方法中，通过碱性蒸煮法例如硫酸盐蒸煮、苏打蒸煮或苏打-蒽醌蒸煮来制造纸浆。所述蒸煮方法还可以是这些方法的改进。优选的实例是具有低硫化度即5-25%的硫酸盐蒸煮。低于所述值的硫化度值涉及苏打蒸煮或其改进。该蒸煮可以为连续蒸煮或间歇蒸煮。
[0033]在所述蒸煮中，将纸浆蒸煮至50-120、优选60-100的卡伯值。这种纸浆具有约7-14重量％的木质素，这基本是显著的量。如果蒸煮的纸浆的卡伯为100-120，则在所述氧气阶段中将这种木质素除去，使得该纸浆的卡伯值通常为约20-40且约50。由此，从经济性和工艺技术两方面考虑，将明显量的木质素转移至氧气阶段的滤液中。根据本发明的实施方案，不使用氧化的白液，而优选使用氢氧化钠来实施所述氧气阶段，由此使得木质素释放在溶液中，这与使用氧化的白液实施的氧气阶段相比是贫硫的。源自用作抑制剂的硫酸镁的硫和源自蒸煮化学品的硫进入所述氧气阶段。在此情况中，更有利地是，将不含产生自氧化的白液的硫化合物的液体用于所述氧气阶段上游的洗涤器中。硫低于正常值的木质素在关于木质素的许多其它应用方面是有利的。根据本发明的方法，在所述氧气阶段之前不需要或不实施任何单独的螯合处理。由此可降低流出物组分的量并降低工艺成本。
[0034]在所述氧气阶段之后，对所述纸浆进行正常洗涤，从而从液相纸浆中分离反应产物。每吨纸浆可以制造40-120kg、通常40-80kg量的木质素。在本发明中，用于所述氧气阶段中的碱优选为不含硫或贫硫的，由此，当使用基本不含硫化合物的液体在氧气阶段的下游和上游两者对纸浆进行高效洗涤时，对于每吨纸浆可获得具有40-100kg量的贫硫木质素的含木质素液体。这种木质素的货币价值如此显著，使得其值得回收，尤其是因为将木质素化合物引入氧气阶段上游的洗涤是所述工艺的主要干扰因素，使得该工艺不具有工艺技术或经济基础。低硫木质素是指木质素中干物质的硫含量小于1%的木质素。根据研究，从黑液中沉淀的硫含量为干物质的约1.4% (硫)，而从氧气阶段洗涤滤液中沉淀的木质素的硫含量为干物质的约0.66%ο
[0035]在此处所呈现的溶液中，将所述氧气阶段的滤液与所述纸浆分离并从其回收木质素，以例如用作化学工业的原料。相应的，已经从其分离了木质素的液体能够再用于所述氧气阶段中，从而将其引入所述氧气阶段上游的洗涤，而不存在对木质素的有害影响。由此，从在任何情况中都与高卡伯纸浆的氧气阶段相连的逆流连接洗涤循环和分离技术中除去所述氧气阶段的氧气反应产物，能够被认为是具有明确经济目的的投资，且不仅仅是用于确保工艺功能的附加成本。
[0036]为了优化木质素的硫含量，所述氧气阶段的碱是纯的氢氧化钠(NaOH)或者是能够在氧气阶段中保持足够高PH水平的一些其它氢氧化物。此处纯的是指所述氢氧化钠溶液不含任何硫，或含有非常少量的硫。优选地，所述氧气阶段的化学品不是含有硫化合物的化学品。一种通常用于所述氧气阶段中的化学品是作为抑制剂的硫酸镁。能够根据纸浆品质要求并根据硫含量低至何种程度的要求，对其使用进行优化。尽管优选不使用氧化的白液，但仍可在化学纸浆工厂结合化学再生将碱分离，使得一种级分含有硫化合物而另一种级分含有纯的NaOH。在此情况中，以在蒸煮中的硫化度超过40%的方式形成化学品比例。当根据逆流原理使用源自木质素分离的低硫洗涤液体对蒸煮的纸浆进行洗涤时，在返回黑液蒸发车间的物流中硫化度返回至“正常”。在另一个实施方案中，蒸煮的硫化度为约25-40%，但在回收中的液体的硫化度明显更低，例如为25-30%。
[0037]现有技术已经结合化学再生提供了几种将绿液分级成氢氧化钠和含硫级分的工艺。例如从FI 104334.FI 98226和US 5607549可知这种工艺。将氢氧化钠用于所述氧气阶段中并将含硫级分用于蒸煮中。于是，不需要使用商购的化学品作为所述氧气阶段中的碱，但结合化学循环能够在工厂制造需要的化学品。
[0038]根据一种实施方案，氧化的白液也能够用于所述氧气阶段中。于是，在白液的制造中，用氧气对硫化物进行氧化，经由硫代硫酸盐至硫酸盐。如果期望最小化木质素的硫含量，则这不是非常有利的实施方案。
[0039]从本发明考虑，所述木质素分离方法本身不是必须的，但特别是基于如下事实:木质素分离变得有利可图，且根据一种优选实施方案，能够在牛皮纸工艺中以低硫形式分离木质素。于是，所述工艺包括如下性质:
[0040]牛皮纸蒸煮至卡伯50-120。
[0041]在蒸煮和所述氧气阶段之后是纸浆的高效洗涤。用于蒸煮的纸浆的洗涤设备的Eiq值至少为8，优选超过10。所述氧气阶段的Eltl值超过4，优选超过7。要求的洗涤效率也取决于在洗涤中将蒸煮产生的木质素和氧气阶段的木质素分离的精确程度。蒸煮的纸浆的洗涤越高效，蒸煮产生的木质素的分离越好，并且能够在所述氧气阶段的洗涤中以低硫形式分离氧气阶段产生的木质素越多。
[0042]-引入所述氧气阶段上游的洗涤的最后阶段的洗涤液体是不含重要量硫的液体。
[0043]-当期望非常低硫的木质素时，在所述氧气阶段期间的碱优选不含硫。
[0044]-在所述氧气阶段中，为了从纸浆中释放在经济上明显量的木质素，卡伯降低至少30个单位,优选降低了超过35个单位。
[0045]在所述氧气阶段中将纸浆明显部分的木质素溶于与纤维一起移动的液体中，并且其由此可与洗涤器或压力机的滤液分离。当木质素已经分离时，能够将由此提纯的液体用于蒸煮的纸浆的洗涤中。将洗涤的纸浆本身供至纸板的生产，或者能够以在该专利申请中同样提供的方法对洗涤的纸浆另外进行漂白。
[0046]由于现代化学纸浆工厂已经能够几乎完全杜绝硫，并且实际上工厂不会发生硫损失，所以可清楚地得出，蒸煮的纸浆的洗涤能够高效地除去硫，并由此适用于从纸浆除去硫，常规洗涤技术具有超过8的Eltl值。
[0047]根据本发明必要的是，能够对已经蒸煮至明显高木质素含量的纸浆进行加工以用于纸浆市场，所述纸浆还能够洗涤至期望的洁净水平。这对建造生物精炼厂并应用各种处理方法拓展了全新的可能性，其结果是能够从纤维浆料中分离木质素。自然地，可能的实施方案通常限制为完全承担得起的化学品，因为要使得所述工艺有利可图，但仍存在能够用于木质素分离的几种不同方法。
[0048]分离的木质素还能够用作化学纸浆工厂的锅炉和干燥炉中的燃料。
[0049]在最近几年期间，木材加工工业以及化学品工业已经意识到研究用于制造聚合物和其它碳基材料的替代原料。目前，聚合物工业最重要的原料是原油，其价格和可得性从长远来看将使得聚合物用木材类原料具有竞争力。由此，基于化学制浆工艺的木质素也具有市场，其中其能够代替原油类产品。由于最重要的化学纸浆制造工艺是以使用硫基蒸煮化学品为基础的，所以如果不注重从木质素中去除硫，则从所述硫基蒸煮化学品分离的木质素在化学工业中的可用性低或受到限制。且如果使用不含硫的化学品完成所述蒸煮工艺，则木质素的品质提高，但纸浆的制造具有许多这种特征，所述工艺至今未具有广泛竞争力。本发明的优势在于，其制造适用于进一步加工的木质素。
[0050]氧气阶段是对高卡伯纸浆脱木素的最简单且最公知的方法。因此，利用如下的方法对纸浆进行处理，其中，纤维性质是优先的，且纤维原料的使用目标是已知的纸和纤维产品。还可使用其它木质素溶解和分离方法，代替氧气阶段，将其用于制造例如特殊的木质素或用于分离例如半纤维素。这种方法可包括酸制浆方法，例如由Chempolis提供的适用于草纸浆的脱纤维、称作CIMV工艺的甲酸制浆或者酸水解和氧气阶段的组合。在这种关系中，存在几种替代物，因为高卡伯纸浆(卡伯例如为100)是用于大量不同产品的原料，其中已经通过洗涤从所述高卡伯纸浆除去了蒸煮化学品，首先是硫。因此，木质素不是仅有的可能产物，而是除其之外，所述产物可能还包含例如半纤维素。
[0051]在氧气阶段中与纸浆分离的溶液能够以多种方式进行处理以分离木质素。最常规的化学分离方法是沉淀，其中对碱性溶液进行中和或酸化，由此将碱从溶液中沉淀且其能够从液体中澄出。这需要大量的酸，但另一方面，其为回收木质素的高效且简单的方式。在PH为10下沉淀约15%的木质素，且在pH为8下沉淀50%的木质素。氧气阶段的pH为10-13，通常为10.5-12。在木质素分离中，目标不需要是完全分离。即使从氧气阶段的洗涤滤液中分离仅约50%的木质素并然后将其用作洗涤液体，在蒸煮的纸浆的洗涤中仍获得满意的结果。另一方面，将木质素通过氧气阶段循环会劣化其品质，从而有利的目的是更高的分离程度。从进一步加工考虑，在回收的木质素中更大量的固有木质素是有利的。
[0052]其它木质素分离方式包括多种过滤方法，其中过滤器能够除去大的成链分子，但使得离子和水穿过。这种方法包括多种超滤或纳滤、渗滤和反渗滤、动态交叉流动过滤和能够通过其将分子从溶液分离的其它方法。当已经将木质素从溶液分离时，能够将洁净的溶液用于蒸煮的纸浆的 洗涤中，因为已经将有机载液除去。
[0053]当着眼于络合物时，其中这种溶液是合适的，这种优势显示，作为单独的步骤，其明显改进了工厂的经济潜能:
[0054].纤维线的纸浆收率明显更好。
[0055].得到了一种溶液，当对高卡伯纸浆进行处理时，利用所述溶液，氧气阶段充分地发挥功能。
[0056].形成了一种其中可分离低硫木质素的工艺。
[0057].该工艺的整个化学循环例如蒸发和回收锅炉保持不变，从而为了进一步使用木质素而可能需要的生物精炼方案不需要新的工艺部门。
[0058]?在更少化学循环的条件下更大的生产量。当从工艺中回收木质素时，在回收锅炉中燃烧的物质的量减少，因为每吨纸浆产生的干物质的量下降，且化学循环更少。因此，需要更小的锅炉，或现有的锅炉对于生产的每吨纸浆能够焚烧更高量的黑液干物质。
[0059]由于所有改变对许多单元都有影响，所以在开发工艺中要考虑如下种类的事项:
[0060].回收锅炉的总的蒸汽生产量下降
[0061].需要用于木质素的新分离部门
[0062].所述氧气阶段或其它脱木素阶段的化学品可能比目前使用的更昂贵
[0063].流出物生产量发生变化且常规结合不能照此使用
[0064]?将需要不含硫或低硫的化学品，其价格水平高于含硫化学品的价格水平。
[0065]本发明特别适用于通过硫酸盐法或其改进制造的纸浆。结合蒸煮可以使用例如提高收率的化学品，例如蒽醌。以连续或间歇蒸煮的方式对纸浆进行蒸煮，从而在高木质素含量水平下(卡伯值50-120)终止脱木素，但使得达到木屑的脱纤维点。例如在国际专利申请PCT/US10/57417中对这种方法进行了描述。作为一种优选实施方案，本发明的方法包括一种如下的工艺结合，其中在蒸煮之后对完整的纸浆物流进行的机械脱纤维能够省略。由此，在不在机械脱纤维设备例如吹洗管线精磨机中进行机械处理的条件下，将蒸煮的纸浆从蒸煮器排放入洗涤中，然后排放入氧气阶段中。在机械纤维分离机中，应用机械作业使纤维从木屑基体释放，这在根据该实施方案的方法中是不需要的。所述纤维线自然地包括泵、混合器和用于纸浆转移和将化学品和其它物质混入纸浆中的相应设备。从能量经济性考虑，不使用机械纤维分离机是有利的，因为蒸煮器与第一氧气阶段之间的洗涤器、泵和混合器的能量耗散低于30kW/adt，而纤维分离机的能量消耗是其两倍。
[0066]更优选在氧脱木素之后完成纸浆的筛分。根据一种实施方案，当存在数个氧气阶段时，筛分室位于第一氧气阶段的下游。根据一种实施方案，该筛分室位于第一氧气阶段与随后的洗涤之间。可选地，也可在后来对纸浆进行筛分，但优选在第二氧气阶段之后的洗涤之前对纸浆进行筛分。所述筛分还能够分为粗筛分和细筛分，由此粗筛分发生在例如第一氧气阶段下游，而细筛分发生在第二氧气阶段下游。因此，为了制造待漂白的纸浆，有利的是仅在第一氧气阶段之前在蒸煮之后对纸浆进行洗涤。因此，在不进行机械脱纤维且不进行筛分的条件下，通过洗涤将排放自蒸煮器的纸浆引入第一氧气阶段。
[0067]然而，可以想到，在第一洗涤之前在从蒸煮器排放纸浆之后实施从纸浆去除木节。因此，在筛分木节中，将从主纸浆物流分离的丢弃物进行温和的脱纤维。可将脱纤维的丢弃物物流返回至主纸浆物流以进入木节分离进料或木节分离的同向的下游。必要的是，不对所述主纸浆物流进行机械脱纤维，而仅对从其分离的侧物流(例如优选小于30%，最优选小于20%)进行脱纤维，从而在合适条件下将木节级分用于洗涤和随后的处理。
[0068]洗涤是指一个或多个洗涤阶段，并且其由此发生在一个或多个洗涤设备中。
[0069]根据一种实施方案，在第一氧气阶段之前，优选使用单滚筒洗涤器，例如由Andritz制造的压力滚筒洗涤器即Drum Displacer? (DD)-洗涤器，或者真空滚筒洗涤器或扩散器，对排放自蒸煮器的纸浆进行洗涤。其中在例如洗涤压力机中发现的滚筒和/或辊之间的辊隙中对纸浆进行压制的洗涤器，不适用于在蒸煮与第一氧气阶段之间的纸浆洗涤。如果在蒸煮器下游的洗涤之前实现木节的去除，则也可以使用压力机。当筛分已发生在氧气阶段的洗涤之前时，则可使用如下的常规洗涤技术且由此还能够使用洗涤压力机或压力机完成第一氧气阶段下游的洗涤，该常规技术能够使用上述洗涤设备。
[0070]第一氧气阶段明显是蒸煮的继续，其目的是将卡伯降低30-70个卡伯单位。同时，纸浆的丢弃物含量也大幅下降，由此在第一氧气阶段之后在某些处理步骤中的纸浆筛分中去除的丢弃物的量不明显，因为去除将终止收率效益。在第二氧气阶段中，所述纸浆的卡伯值降至10-20的水平，优选降至10-15或更低的值。
[0071]研究表明，第一氧气阶段中丢弃物的含量的下降甚至超过95%，这意味着，这种结合在降低丢弃物含量方面特别有效。
[0072]已知氧分子仅能够与某些即酚类木质素组合物反应。在高碱性条件(pH>10)下，离子化的木质素组合物分解并因链反应而减少，并且溶解。氧气主要与木质素形成羧基基团的游离酚式羟基基团反应，其将木质素转化为水溶性形式。同时，木质素发生解聚即降解。这些反应导致木质素的酚式羟基基团数量下降且木质素的羧基基团数量提高。
[0073]根据氧脱木素动力学，在氧脱木素中将这种酚类木质素除去，但氧脱木素对非酚类木质素的量无任何显著影响。关于这种化学，即使将相同化学条件下的氧气处理几个串联结合且处理周期持续，在氧气阶段的脱木素水平仍停留在75-80%的水平处。另外，明显观察到条件变苛刻，特别是纸浆的品质下降且收率低。因此，在氧气阶段之后连续的脱木素需要如下的化学品，其还与其它木质素组合物反应和/或产生新的游离酚基团。
[0074]另外，为了查明在酸性条件下纸浆的处理是否会充分激活氧气阶段而进行了试验，但注意到，不与木质素反应的酸阶段本身对降低卡伯无帮助。酸阶段强化了质量传递，但不改变化学组成。由此发现，在氧气阶段之后，纸浆将经历用与非酚类木质素反应的漂白化学品进行的处理。适用于此的是所谓的亲电子漂白化学品。这些通常包括过酸、在酸性条件下的二氧化氯、臭氧或氯。过酸例如包括过乙酸、Caron酸、过硫酸和过氧钥酸盐。能够在本身已知的且在本领域手册中提供的条件下实施利用这些化学品的纸浆处理。通常在如下的条件下实施二氧化氯的处理:40-90°C的温度，1.5-5.5的pH，和1_10分钟的时间段，但更长的时间段也是可行的。在该处理中典型的二氧化氯剂量为2-20kg/adt。关于过酸处理的典型条件是:温度为50-90°C且时间为30-120分钟。添加入纸浆中的化学品的量取决于所使用的过酸，但其通常为2-20kg/adt。
[0075]通常，在5-15巴的压力下，优选在5-35%的稠度下，更优选在7_18%的稠度下，力口压实现利用臭氧的处理，从而在一个或几个点处，优选通过一个或多个混合器将臭氧含量为8-18重量％、优选10-15%的含臭氧的气体引入纸浆中。所述气体是臭氧和充当载气的氧气的混合物。计量加入纸浆中的臭氧的量为2-8kg/admt。pH在酸性范围内，通常为1_5。仅在允许长停留的混合器中或以将纸浆与具有载气的臭氧的混合物引入反应容器中的方式，实施所述臭氧漂白，在所述反应容器中设置期望的反应停留。
[0076]在亲电子化学品处理之后，利用氧气第二次对纸浆脱木素，其目的是将卡伯值降至10-20或在某些情况中甚至低于10的目标卡伯值。其后，能够在常规的完全不含氯(TCF)的漂白工艺中或在不含元素氯(ECF)的漂白工艺中对纸浆进行漂白。
【专利附图】
【附图说明】
[0077]通过根据本发明的实施方案并参照所附的示意图对本发明进行更详细地说明，其中:
[0078]图1是在不进行木质素分离的条件下优选的对高卡伯纸浆进行氧脱木素的示意图；且
[0079]图2是根据本发明的方法的优选示例性实施方案的示意图。
具体实施方案
[0080]所述蒸煮器设备包括一个或多个纸浆蒸煮器。将蒸煮至50-120、通常60-100的卡伯值的木质纸浆从蒸煮器I的底部通过吹洗管线2转移到吹洗罐3内，将纸浆从所述吹洗罐3泵通过管线4送入洗涤器5中。该洗涤器通常为单滚筒洗涤器，例如由Andritz制造的压力滚筒洗涤器即Drum Displacer? (DD)-洗涤器，或者扩散器或抽吸滚筒洗涤器。将洗涤的纸浆引入氧气阶段中。不对排放自蒸煮器的纸浆进行机械脱纤维，并因此所述吹洗管线在蒸煮器下游不包括机械纤维分离机。此外，此处在第一氧气阶段之前不对纸浆进行筛分。吹洗罐3并不是不可或缺的，而是取决于本身已知的洗涤器和设备结合的类型，还能够将纸浆直接转移至洗涤器5中。
[0081]将黑液从蒸煮器通过管线33排出。
[0082]在该实施例中，第一氧气阶段包括两个反应器7和8，即，其为两步阶段，但其还能够为一步或多步阶段，如上所述的。在这种氧气阶段中，纸浆的卡伯值通常下降30-70个单位。
[0083]将纸浆从第一氧气阶段通过管线9引入筛分室10。将纸浆进一步通过管线11引入氧气阶段下游的洗涤12，其中洗涤器还能够为压力机以代替单滚筒洗涤器或扩散器。
[0084]然后，在反应容器14中用亲电子化学品对纸浆进行处理，其中将洗涤的纸浆从洗涤设备12通过管线13排出。在第一氧气阶段之后用与非酚类木质素反应的漂白化学品对纸浆进行处理。适用于此的是所谓的亲电子漂白化学品。这些通常包括过酸、在酸性条件下的二氧化氯、臭氧或氯。这种处理足以促进蒸煮至高卡伯的纸浆脱木素以用于实际的漂白工艺。
[0085]在反应容器14中的处理之后，将纸浆通过管线15排放入洗涤器16中，所述洗涤器16可为与洗涤器12类似的设备。其后，将洗涤的纸浆通过管线17转移至第二氧气阶段，所述第二氧气阶段与第一氧气阶段类似，包括两个步骤18和19。在该氧气阶段中，纸浆的卡伯值降至10-20、优选10-15或更低的水平。
[0086]将纸浆从第二氧气阶段通过管线20引入洗涤器21，所述洗涤器21可为单滚筒洗涤器或扩散器或另外为压力机。将洗涤的纸浆通过管线27转移入漂白工艺。在蒸煮之后，将已蒸煮至高卡伯的纸浆进行了处理，使得其卡伯值降至有利于漂白的水平，但同时纸浆的品质保持在良好水平上，因为不需要机械脱纤维。
[0087]图1示例了根据逆流原理本身已知的对纸浆进行的洗涤。由此，将源自后来氧气阶段洗涤21的滤液通过管线22逆流引入洗涤器16中作为洗涤液体。因为在酸性条件下实施利用亲电子化学品的处理14，所以将源自下游洗涤器的滤液的一部分通过管线24从该工艺中排出，但一部分通过管线23转移入第一氧气阶段的洗涤器12以作为洗涤液体。将排放自洗涤器12的滤液通过管线25引入蒸煮器下游的洗涤器5，将源自该洗涤器的滤液通过管线26引导至蒸煮器洗涤而进入蒸煮器I中。另外，将水或其它洗涤液体通过管线32引入洗涤器21和12中。
[0088]结合图2，在适用的情况下，使用与图1中相同的附图标记。将蒸煮至50-120、通常60-100的卡伯值的木质纸浆从蒸煮器I的底部通过吹洗管线2转移至吹洗罐3中，将纸浆从吹洗罐3通过管线4泵送入一个或几个洗涤器5中。所述洗涤器通常为单滚筒洗涤器，例如由Andritz制造的压力滚筒洗涤器即Drum Displacer? (DD)-洗涤器，或者扩散器或抽吸滚筒洗涤器。之前，通过所谓的蒸煮器洗涤在蒸煮器底部对蒸煮的纸浆进行洗涤。用于蒸煮的纸浆的洗涤设备即蒸煮器洗涤和洗涤器5的Eltl值至少是8，优选至少是10。
[0089]将洗涤的纸浆引入氧气阶段中。在该实施方案中，第一和第二氧气阶段分别具有一个反应容器8和19，但可以存在更多的容器，如图1中所示的。与图1的装置相比，另外的差别是氧气阶段下游的洗涤器的滤液的处理。在所述氧气阶段中，特别是在第一处理中，释放大量木质素。当除去的木质素的量例如是40卡伯单位时，从纸浆释放的有机材料的量变高。随着所述卡伯的下降，例如木质素的比例仅为纸浆干物质的约7%，且另外碳水化合物发生损失。鉴于此，表征滤液中有机物质的溶液COD量可因木质素而升至100-200kg/adt。在图2中，尤其是如果反应容器8中的卡伯值已经下降30-70个单位，则第一氧气阶段8下游的洗涤器12的滤液含有大量木质素。因此，通过可本身已知的方法，例如通过沉淀或过滤，从阶段29中的洗涤器12的滤液25分离木质素。此处能够应用多种木质素分离方法。有利的是，第一氧气处理使用氢氧化钠作为碱代替氧化的白液以避免硫化合物。木质素级分以低硫形式回收，由此有利地将其用作化学工业的原料。木质素分离的结果是，滤液液体变洁净，并在蒸煮器下游且氧气处理上游的洗涤器5处使用滤液，将源自所述洗涤器的滤液通过管线32转移至蒸煮器洗涤。在图1中将含木质素的滤液25在不分离木质素的条件下在洗涤器5处用作纸浆用洗涤液体。
[0090] 然后，将系列试验的结果以表的形式显示，其中结合氧气阶段用多种顺序对纸浆进行处理。对Scandinavian (斯堪的纳维亚)软木纸衆(SW)进行试验。根据表中的数据注意到，已经将利用酸过氧化物(Caron酸)或二氧化氯处理的纸浆脱木素至约15的卡伯值水平。而仅用次氯酸盐或酸处理的或根本未处理的纸浆的卡伯值处于20的水平。结果确认了如下事实:在氧气阶段中高卡伯纸浆的卡伯下降至多为约80%。关于氧气阶段用纸浆的再活化，要求利用亲电子化学品(Caron酸或二氧化氯)进行处理。能够将这种纸浆漂白至高亮度。
【权利要求】
1.一种处理化学纸浆的方法，在所述方法中通过在碱性蒸煮工艺中将木屑蒸煮到50-120、优选60-100的卡伯值制造纸衆，对所述蒸煮的纸浆进行洗涤，将所述洗涤的纸浆引入氧气阶段中，其中在氧气和碱存在下对所述纸浆进行处理以除去木质素，并对所述氧气处理的纸浆进行洗涤，由此形成含木质素的洗涤滤液，所述方法的特征在于，在所述氧气阶段中，所述纸浆的卡伯值下降至少30个单位，且对所述氧气阶段下游的洗涤的滤液进行处理以分离木质素，并将所述处理的滤液作为洗涤液体引入所述洗涤设备中以用于所述蒸煮的纸浆。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于所述蒸煮的纸浆的所述洗涤设备的 E10值至少是8，优选至少是10。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述氧气阶段中，所述纸浆的卡伯值下降至少35个卡伯单位。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在所述氧气阶段期间，所述碱为氢氧化钠。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述氧气阶段之前不对所述纸浆进行筛分，而是在其后进行筛分。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述纸浆在两个氧气阶段中进行处理，并在所述第一氧气阶段与所述第二氧气阶段下游的洗涤之间进行筛分。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括在利用氧气对所述纸浆进行处理之前的木节分离。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，通过沉淀分离所述木质素。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述蒸煮工艺为硫酸盐法。
10.根据前述权利要求1-8中的任一项所述的方法，其特征在于，所述蒸煮工艺为苏打法或其改进。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将所述纸浆从所述蒸煮器排出并引至洗涤，其中不在所述蒸煮器与所述洗涤之间的机械纤维分离机中进行处理。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，对所述分离的木质素进行回收并直接加以使用或进一步进行加工。
13.—种对在蒸煮设备中由木屑制造的纸浆进行处理的装置，其中将所述木屑化学蒸煮至50-120、优选60-100的卡伯值，所述装置至少包括:用于纤维质纤维材料的蒸煮设备，用于蒸煮的纸浆的洗涤设备，在所述蒸煮的纸浆的洗涤下游的设备，其用于在氧气阶段中对所述纸浆进行脱木素，在所述氧气阶段之后对所述纸浆进行洗涤的设备，以及将洗涤滤液逆流引至前述洗涤器以作为洗涤液体的滤液管线，其特征在于，在所述氧气阶段下游的所述滤液管线设置有用于从所述滤液分离木质素的设备，且将所述滤液管线连接到用于蒸煮的纸浆的洗涤设备，以将所述滤液用作木质素分离之后的洗涤液体。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置包括:洗涤设备，所述洗涤设备的纸浆入口导管连接至所述蒸煮设备的纸浆出口导管，且所述纸浆出口导管连接至所述氧气处理设备的纸浆入口导管，和 在所述氧气处理设备之后的洗涤设备，所述洗涤设备的纸浆入口导管连接至所述氧气处理设备的纸浆出口导管，以将所述纸浆引入所述洗涤设备中，由此将所述木质素分离设备设置在所述洗涤设备之间的滤液管线中。
15.根据权利要求13或14所述的装置，其特征在于，用于所述蒸煮的纸浆的洗涤设备的Eltl值至少是8，优 选至少是10。
【文档编号】D21C9/02GK103459711SQ201280014425
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年3月21日 优先权日:2011年3月22日
【发明者】雅纳·韦赫马, 约翰·恩斯特伦, 尤西·皮拉 申请人:安德里兹公司