專利名稱：在堿性濾液再使用下使用冷堿提取的漿加工方法和系統(tǒng)的制作方法
在堿性濾液再使用下使用冷堿提取的漿加工方法和系統(tǒng)發(fā)明背景1)發(fā)明領(lǐng)域發(fā)明領(lǐng)域總體上涉及漿加工，更具體地涉及結(jié)合牛皮紙化學(xué)制漿方法處理來自冷堿提取(caustic extraction)的流出物的改進的方法和系統(tǒng)。2)背景來自木材和植物材料的漿具有大量的商業(yè)用途。雖然最常見的用途之一是在造紙中，但是漿還可用于生產(chǎn)許多其它產(chǎn)品，包括人造絲和其它合成材料以及醋酸纖維素和纖維素酯，其用于，例如，制造過濾絲束(filter tow)、布、包裝薄膜和炸藥。存在許多加工木材和植物材料以制造漿和紙的化學(xué)和機械方法。基本的加工步驟包括準備原料(例如，剝皮和切碎)、用機械或化學(xué)手段(例如，磨碎、精煉或蒸煮)分離木纖維以從木纖維的纖維素分離木質(zhì)素和提取物、通過漂白去除著色劑、和將產(chǎn)生的加工的漿形成紙或其它產(chǎn)品。除了和結(jié)合漿和紙制造，造紙廠還通常具有生產(chǎn)和回收化學(xué)劑，收集和加工副廣品以廣生能量，和去除和處理廢物以使對環(huán)境影響減到最小的設(shè)施?！爸茲{(pulping) ”通常指實現(xiàn)纖維分離的過程。木材和其它植物材料包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和其它次要成分。木質(zhì)素是散布在個體纖維之間的聚合物網(wǎng)絡(luò)，并充當(dāng)細胞間粘合劑以將個體木纖維粘結(jié)在一起。在制漿工藝期間，破碎木質(zhì)素大分子，由此解放個體纖維質(zhì)纖維和溶解可引起紙或其它終產(chǎn)品變色和將來分解的雜質(zhì)。牛皮紙漿制法是通常使用的制漿工藝。例如，可使用從牛皮紙制漿工藝生產(chǎn)的紙，來制備包裝工業(yè)中使用的漂白的盒紙板和襯板。傳統(tǒng)的牛皮紙漿制法用被稱作“燒堿液”的氫氧化鈉和硫化鈉的水性混合物處理木材。該處理破壞木質(zhì)素和纖維素之間的連接和將大部分木質(zhì)素和部分半纖維素大分子降解成在強堿溶液中可溶的碎片。將木質(zhì)素從周圍的纖維素釋放的該過程稱作去木質(zhì)作用。此后將可溶的部分從纖維素漿分離。圖I顯示傳統(tǒng)的牛皮紙漿制法100的流程圖。方法100包括將木屑(或其它含有有機漿的原料)118和堿性溶液投入到稱作消化器的高壓反應(yīng)容器中以實現(xiàn)去木質(zhì)作用，這被稱作“蒸煮”階段121。將木屑與燒堿液111混合，燒堿液111可從下游過程產(chǎn)生或由單獨的來源提供。去木質(zhì)作用可需要幾個小時，將去木質(zhì)作用的程度表示為無單位“H因子”，這被通常定義，以便在100°C煮一小時等于I的H因子。因為高溫，由于蒸汽的引入，反應(yīng)容器常常被加壓。蒸煮步驟將近結(jié)束時，將反應(yīng)容器降低到大氣壓，由此釋放蒸汽和揮發(fā)物。蒸煮中使用的燒堿液可以是，例如，含有氫氧化鈉(NaOH)和硫化鈉(Na2S)的苛性堿溶液。燒堿液的性質(zhì)常常以有效堿(“EA”)和硫化度(sulfidity)來表示。有效堿濃度可被計算為氫氧化鈉的重量加硫化鈉的二分之一重量，并代表每升液體的氫氧化鈉當(dāng)量，表示為克每升。有效堿載量如氫氧化鈉表示每木材烘干重量的氫氧化鈉當(dāng)量，以百分數(shù)表示。硫化度是硫化鈉的二分之一重量與氫氧化鈉的重量和硫化鈉的二分之一重量之和的t匕，以百分數(shù)表示。蒸煮之后，褐色的固態(tài)纖維質(zhì)衆(zhòng)——也稱作“粗漿”——從蒸煮階段121中使用的消化器中釋放，并然后在清洗和篩選工藝122中被篩選和清洗。篩選使?jié){與碎片(shive)(木纖維束)、結(jié)(未煮的木屑(chip))、污物和其它碎屑(debris)分離。與漿分離的材料有時被稱作“廢料(reject)”，漿被稱作“良漿(accept)”。多階段級聯(lián)操作常常用于減少廢料物流中纖維質(zhì)纖維的量而保持良漿物流中的高純度。進一步的纖維回收可通過下游精制機或消化器中篩和結(jié)的再加工來實現(xiàn)。然后可將粗漿進行幾個連續(xù)的清洗階段以將用過的煮液和溶解的物質(zhì)與纖維素纖維分離。來自蒸煮階段121中使用的消化器的廢煮液112和從清洗和篩選工藝122收集的液體113，由于它們的著色，通常都被稱作“黑液”。黑液通常含有木質(zhì)素碎片
(fragment)、來自破碎的半纖維素的碳水化合物和無機物。黑液可用于-除了蒸煮步驟
的燒堿液——如例如圖I中箭頭所顯示的，表示清洗和篩選工藝122中產(chǎn)生的并被轉(zhuǎn)移到蒸煮階段121的黑液113。如果需要獲得合適的堿濃度或為了其它相似的目的，也可將來自 積累罐(圖I中未顯示)的黑液135投到作為蒸煮階段121部分的消化器。然后可將來自清洗和篩選工藝122的凈化的粗漿131與燒堿液114混合并投入到反應(yīng)容器以進一步去除溶解的物質(zhì)如半纖維素和低分子量纖維素。示例性的分離方法是所謂的冷堿提取(“CCE”)法，并在圖I中由CCE反應(yīng)階段123表示。提取受影響的溫度可變化，但通常小于60°C。然后將來自CCE反應(yīng)階段123中使用的反應(yīng)器的純化的漿132與用過的冷的苛性堿溶液和溶解的半纖維素分離，并在CCE清洗階段124中的第二清洗和分離裝置中洗幾次。產(chǎn)生的純化的具有相對高的α纖維素含量的褐色漿(brown pulp) 133仍然含有一些木質(zhì)素，繼續(xù)到進一步去木質(zhì)作用的下游漂白裝置。在一些漿生產(chǎn)工藝中，漂白在CCE反應(yīng)階段123和CCE清洗階段124之前進行。在許多應(yīng)用，如合成材料或藥劑的制造中，期望具有非常高純度或質(zhì)量的漿。漿質(zhì)量可通過幾個參數(shù)來評價。例如，α纖維素含量的百分比表示加工的漿的相對純度。去木質(zhì)作用和纖維素降解的程度分別通過卡伯值(“ΚΝ”)和漿粘度來測量。較高的漿粘度指示較長的纖維素鏈長度和較少的降解。18 〖％氫氧化鈉水溶液中的漿溶解度(“S18”)提供殘留半纖維素量的估計。1(^丨％氫氧化鈉水溶液中的漿溶解度(“S10”)提供堿性溶液中溶解物質(zhì)的總量的指示，其包括半纖維素和降解的纖維素之和。最后，SlO和S18之間的差異確定降解的纖維素的量。在傳統(tǒng)工藝中，來自CCE清洗和分離階段124的濾液116——也稱作CCE堿性濾液——包括用過的冷的苛性堿溶液和來自清洗和分離階段124的用過的洗液。該濾液116常常含有大量的高分子半纖維素。當(dāng)具有高半纖維素含量的濾液用作蒸煮階段121的消化器中的煮液部分時，半纖維素可從溶液中沉淀出來并沉積在纖維質(zhì)纖維上。這可阻止獲得高質(zhì)量漿。另一方面，某些應(yīng)用——如高質(zhì)量紗或合成織物、用于液晶顯示器的材料、由醋酸酯衍生物制成的產(chǎn)品、粘膠產(chǎn)品(如輪胎簾布和專用纖維)、香煙中使用的過濾絲束部分和某些食品和藥物應(yīng)用——需要含有最小量的再沉積的半纖維素和α纖維素含量的漿。CCE堿性濾液116的一些部分可在蒸煮階段121中再使用，而將剩余物送到回收區(qū)134以控制蒸煮階段121中半纖維素再沉積的風(fēng)險。在回收區(qū)134中，可將轉(zhuǎn)移的CCE堿性濾液116與過量的黑液混合、濃縮并在回收鍋爐中燃燒以消耗有機物和回收無機鹽，或?qū)⑵渌膸У搅硪粋€制漿線，或二者的組合。然后可能需要新堿源來替換送到回收區(qū)134的CCE濾液和黑液，以保持蒸煮階段121中適當(dāng)?shù)膲A平衡。新堿源的回收工藝和供應(yīng)趨于導(dǎo)致增加的生產(chǎn)成本。存在導(dǎo)致具有非常高的α纖維素含量的溶解漿的漿加工方法和系統(tǒng)的需要。進一步存在提供增加的效率和允許CCE濾液的有效使用而最小化蒸煮期間半纖維素沉積的漿加工方法和系統(tǒng)的需要。發(fā)明概述一方面，改進的制漿方法和系統(tǒng)包括清洗從冷堿提取方法中產(chǎn)生的純化的漿、收集由此產(chǎn)生的堿性濾液、通過例如蒸發(fā)來濃縮堿性濾液、和在上游蒸煮方法中利用至少部分濃縮的堿性濾液等等。
根據(jù)一個或多個實施方式，結(jié)合牛皮紙漿制法使用冷堿提取的制漿方法和系統(tǒng)包括以下步驟在消化器中去木質(zhì)化含有有機漿的材料、處理產(chǎn)生的粗漿以產(chǎn)生半純化的漿、用苛性堿溶液提取半純化的漿以產(chǎn)生純化的漿和含有半纖維素的溶液、從純化的漿中分離含有半纖維素的溶液、清洗純化的漿和收集由此產(chǎn)生的堿性濾液、濃縮堿性濾液和在消化器中利用至少部分濃縮的堿性濾液。濃縮的堿性濾液可逐漸替換最初用于啟動蒸煮工藝的不同的煮液，由此導(dǎo)致增加的效率。在某些實施方式中，濃縮堿性濾液以形成含有，例如，每升90克或更多的有效堿如氫氧化鈉的溶液。通過利用濃縮的堿性濾液作為部分煮液，可提高粗漿和產(chǎn)生的純化的漿的純度。另外的實施方式，備選方案和變化也在本文中被描述或在附圖
中顯示。附圖簡述圖I是如本領(lǐng)域所知與漿生產(chǎn)結(jié)合使用的傳統(tǒng)的預(yù)水解牛皮紙漿工藝的總的工藝流程圖。圖2是根據(jù)如本文公開的一個實施方式的漿生產(chǎn)工藝的工藝流程圖。圖3是根據(jù)圖2中顯示的一般原理的冷堿提取后蒸發(fā)的系統(tǒng)和相關(guān)工藝的示意圖。圖4是可與冷堿提取等結(jié)合使用的蒸發(fā)的傳統(tǒng)的系統(tǒng)和工藝的圖。圖5是根據(jù)圖2和3中顯示的一般原理從冷堿提取的濾液蒸發(fā)的系統(tǒng)和相關(guān)工藝的圖。優(yōu)選實施方式的詳細描述根據(jù)一個或多個實施方式，衆(zhòng)加工的方法和系統(tǒng)包括將第一苛性堿溶液，如燒堿液與大量木材或其它含有生漿的有機材料在適當(dāng)?shù)墓藁蛉萜?消化器)中結(jié)合，在合適的溫度，例如，130和180°C之間煮以產(chǎn)生粗漿。粗漿的清洗和篩選導(dǎo)致半純化的漿以及被投回到消化器的衍生物(如黑液)。半純化的漿可用另一苛性堿溶液(其可再次是燒堿液)在合適的溫度，例如，60°C以下提取以產(chǎn)生純化的漿。通過另外的清洗，含有半纖維素的溶液可從純化的漿中分離，導(dǎo)致另一堿性濾液形式的苛性堿溶液，其可單獨收集和存儲。該堿性濾液可通過，例如，蒸發(fā)或其它手段濃縮，并獨自或與消化器中的第一苛性堿溶液組合使用以處理有機材料和重新啟動循環(huán)。根據(jù)一個或多個實施方式的方面，將木屑或含有有機物的其它漿與苛性堿溶液在反應(yīng)容器中反應(yīng)。在反應(yīng)結(jié)束時，反應(yīng)混合物含有釋放的纖維質(zhì)纖維。將這些纖維進一步用第二苛性堿溶液提取以溶解半纖維素。將用過的苛性堿溶液和溶解的半纖維素與提取的漿分離，并將漿進行進一步清洗，去除殘留的苛性堿溶液和半纖維素。將含有半纖維素的洗液和用過的苛性堿溶液混合和濃縮，形成濃縮的CCE濾液。然后濃縮的CCE濾液可單獨使用或與另一苛性堿溶液組合使用以在反應(yīng)容器中處理木材。以上描述的所有步驟可用傳統(tǒng)的設(shè)備進行。根據(jù)說明書遵循以上描述的步驟可導(dǎo)致濃縮的CCE濾液，其具有比得上通常用于蒸煮的燒堿液的有效堿濃度。根據(jù)一個實施方式的工藝顯示在圖2中。工藝200由蒸煮階段221開始，在該階段中，與傳統(tǒng)的牛皮紙漿制法相似，將木屑或含有有機材料的其它漿218投入到能抵抗高壓的消化器中。消化器可具有任何合適的容積如，例如，大約360立方米。在典型的工業(yè)裝置中，多個消化器可并聯(lián)運轉(zhuǎn)，不同的消化器在漿生產(chǎn)工藝的不同的階段運轉(zhuǎn)。消化器中使用的木材類型或其它植物或有機材料的具體選擇可取決于期望的最終產(chǎn)品。例如，軟木材如松樹、冷杉和云杉可用于一些衍生工藝以獲得具有高粘度的產(chǎn)品，如纖維素醚(其可用作，例如，食品、涂料、油回收液體或泥漿、紙、化妝品、藥物、粘合劑、印刷、農(nóng)業(yè)、陶瓷制品、紡織品、洗滌劑和建筑材料中的添加劑)。硬木材，如桉樹和金合歡對不需要具有非常高的粘度的漿的那些應(yīng)用可能是優(yōu)選的。在一個實施方式中，在蒸煮階段221期間用蒸汽或其它適當(dāng)方法將消化器加熱到第一預(yù)定溫度。該預(yù)定溫度可以是Iio至130°C，更具體地，例如，可以是120°C。在該具體實例中的加熱在15至60分鐘之間的時期(例如，30分鐘)里完成，盡管根據(jù)設(shè)備的個別情況和正被加熱的有機材料的性質(zhì)可使用其它的加熱時間。優(yōu)選然后用蒸汽或其它方法將消化器加熱到高于第一預(yù)定溫度的第二溫度，用于預(yù)水解階段。該第二預(yù)水解溫度優(yōu)選是165°C左右，雖然再一次地精確的溫度可取決于包括設(shè)備和有機材料在內(nèi)的許多變量。用于預(yù)水解的加熱可以在30至120分鐘(例如，60分鐘)的時期里完成，盡管加熱時間可如需要再次改變。一旦達到預(yù)水解溫度，就將消化器保持在該溫度持續(xù)合適的時期，例如，35至45分鐘，或足以完成預(yù)水解的任何其它時間。在優(yōu)選實施方式中，將中和溶液210加入到作為蒸煮階段221部分的消化器。中和溶液210可由之后是黑液的新鮮配制的燒堿液組成，或它可由之后是黑液的CCE濾液組成。燒堿液可采取這樣的形式，例如，氫氧化鈉和硫化鈉的混合物。在優(yōu)選實施方式中，燒堿液具有每升85至150克有效堿如氫氧化鈉(NaOH)，更優(yōu)選每升95至125克有效堿如氫氧化鈉，最優(yōu)選每升100至110克有效堿如氫氧化鈉。燒堿液的硫化度可以是10%和40%之間，優(yōu)選15和35%之間，最優(yōu)選20和30%之間。黑液中有效的NaOH濃度可以是每升10至50克，雖然它可根據(jù)具體工藝而改變。在一個實施方式中，中和溶液210包括燒堿液和黑液，燒堿液具有每升85至150克氫氧化鈉的有效堿濃度，黑液具有每升20至50克氫氧化鈉的有效堿濃度。在優(yōu)選實施方式中，包括燒堿液和黑液的中和溶液210具有分別為每升95至125克和每升30至35克的有效堿濃度，更優(yōu)選具有分別為每升100和110克和每升38至45克的有效濃度。中和溶液210可具有對于組合液每升38至48克NaOH的有效堿濃度?？蓪⒅泻腿芤?10 —次性加入到消化器中或可分幾部分加入到消化器中。在一個實施方式中，將由燒堿液和黑液組成的中和溶液210分兩部分加入，借此首先將燒堿液提供給消化器，之后加入黑液。在一個實施方式中，中和溶液210在130至160°C之間，更優(yōu)選140至150°C之間的溫度加入。加入可在15至60分鐘的時期里，優(yōu)選在30分鐘的時期里進行。在優(yōu)選實施方式中，中和溶液210分兩部分加入，每次在15分鐘時期里在140至150°C之間的溫度。
然后第一苛性堿溶液211可替換中和溶液210和用于在消化器中煮木材。第一苛性堿溶液211可具有與中和溶液210相同的組成，或可具有不同的組成。第一苛性堿溶液211中氫氧化鈉和硫化鈉的范圍和優(yōu)選范圍與中和溶液210中的相同，并且是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的?？捎谜羝蚱渌椒▽⑾骷訜岬秸糁鬁囟?。蒸煮溫度可以是140和180°C之間，優(yōu)選145至160°C之間。加熱可以是在10至30分鐘的時期或其它合適的時期里。將消化器在蒸煮溫度保持合適的時期，用于蒸煮工藝，如15至120分鐘之間。針對目標(biāo)H因子選擇溫度范圍和蒸煮時間，其優(yōu)選在130和250之間。中和和蒸煮的優(yōu)選技術(shù)在同此同時提交的名稱為“高α溶解漿生產(chǎn)的方法和系統(tǒng)(Method and System for High Alpha Dissolving Pulp Production)” 的共同未決美國專利申請系列號12/789，307(律師案卷號161551-0003)中被描述，該申請被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并在此通過引用被并入，如同在本文被完全示出。作為蒸煮階段221的結(jié)果，產(chǎn)生粗漿212。將粗漿212提供到清洗和篩選工藝222，與傳統(tǒng)的牛皮紙操作相似，于是通過利用不同類型的濾網(wǎng)或篩子和離心凈化來篩選粗漿212。然后在篩選和清洗工藝222中用洗滌機清洗粗漿212。洗滌機可以是任何商業(yè)類型，包括水平帶式洗滌機、滾筒式洗滌機、真空過濾機、洗滌式壓濾機(wash presses)、壓實擋板過濾器(compaction baffle filters)、大氣洗料器(atmospheric diffusers)和壓力洗料器。清洗裝置可在各階段之間使用逆流流動以便漿以相反的方向移動到洗滌水。在一個實施方式中，加壓的水用于洗粗漿212。在另一個實施方式中，稀釋的苛性堿溶液用于洗粗漿212。稀釋的苛性堿溶液可，例如，具有小于每升5克NaOH，更優(yōu)選小于每升I克NaOH的有效堿濃度。收集用過的洗液并在工藝200中別處用作黑液213。在一個實施方式中，黑液213用作在蒸煮階段221中提供給消化器的部分煮液或其它苛性堿溶液211。然后將來自清洗和篩選工藝222的半純化的漿作為漿體抽泵送到在冷堿提取(“CCE”)階段223中利用的反應(yīng)器，再次與傳統(tǒng)的方法相似，其中將半純化的漿與第二苛性堿溶液214(其可與第一苛性堿溶液211相同或不同)混合以實現(xiàn)半纖維素與期望的纖維質(zhì)纖維的進一步分離。冷堿提取是本領(lǐng)域熟知的工藝。冷堿處理系統(tǒng)的實例被更詳細地描述，例如，在Ali等人的美國專利申請公開號2004/0020854和Svenson等人的美國專利申請公開號2005/0203291中，二者在此通過引用被并入，如同在本文完全闡述。CCE提取工藝223中的半纖維素提取在合適的溫度進行，通常在15和50°C之間，優(yōu)選在30°C左右。漿的pH通常高于13，有效堿在每升60至90克NaOH之間。將漿浸在冷的苛性堿溶液214中持續(xù)足夠的時間以達到半纖維素期望程度地擴散進溶液。在30°C在PH13的提取的示例性的停留時間是30分鐘。冷堿提取通?？蓪?dǎo)致具有92%至96%范圍含量的α纖維素的純化的漿，雖然歷史上達到該比例的上端或超過其已相當(dāng)困難，特別是同時保持漿的其它期望的特性(如粘度水平)。達到高純度同時保持高加工效率也是困難的。CCE提取工藝223中的混合和提取程序中使用的苛性堿溶液214可包括新鮮制備的氫氧化鈉溶液、來自下游工藝的回收、或漿或造紙操作中的副產(chǎn)品，例如，半堿性燒堿液、氧化的燒堿液和類似物。還可利用其它的堿性溶液，如氫氧化銨和氫氧化鉀。CCE提取工藝223中使用的苛性堿溶液214可含有合適的氫氧化物濃度；例如，苛性堿溶液214可含有按重量計3%至50%的氫氧化物濃度，更優(yōu)選按重量計6%至18%的氫氧化物濃度。提取可在任何合適的漿稠度進行，如按重量計約2%至50%，但優(yōu)選按重量計約5%至10%。在該上下文中，術(shù)語“稠度”指提取混合物中纖維質(zhì)纖維的濃度。期望的停留時間之后，將漿在下面的清洗工藝224中與用過的冷苛性堿溶液分離。用過的冷苛性堿溶液含有提取的半纖維素。漿在CCE清洗裝置中清洗。示例性的洗滌機包括水平帶式洗滌機、滾筒式洗滌機、真空過濾機、洗滌式壓濾機、壓實擋板過濾器、大氣洗料器和壓力洗料器。洗液可包括，例如，純水或具有有效堿濃度，例如，低于每升I克NaOH的稀釋的苛性堿溶液。以傳統(tǒng)的方式收集用過的洗液并與用過的冷苛性堿溶液混合以形成另一種苛性堿溶液216，該苛性堿溶液216，一方面，包括由清洗工藝224產(chǎn)生的堿性濾液。其間，將提取和清洗的漿233輸送到下一階段用于漂白。優(yōu)選將第三苛性堿溶液216提供到濃縮工藝225，并可，例如，投到蒸發(fā)系統(tǒng)用于濃縮。通常的蒸發(fā)系統(tǒng)可含有幾個連續(xù)安裝的裝置或效應(yīng)器(effect)。液體通過每個效應(yīng)器運動并在效應(yīng)器的出口變得更濃?？衫谜婵諄泶龠M溶液的蒸發(fā)和濃縮。與濃縮工藝225連接，可通過，例如，使用一個或多個連續(xù)排列的效應(yīng)器的蒸發(fā)，將淡的黑液243濃縮成濃的黑液244，在工藝期間逐漸增加淡的黑液243的濃度?？蓪獾暮谝?44儲存在積累罐中并用于回收區(qū)(回收鍋爐)或用于其它目的，因此通過再使用或循環(huán)輸出副產(chǎn)品而增加效率。用于蒸發(fā)的效應(yīng)器的數(shù)量部分取決于期望的濃度水平、工廠的能力和其它因素。在一個實施方式中，用于濃縮階段225的蒸發(fā)設(shè)備包括六個能加工，例如，每小時740噸液體的效應(yīng)器。效應(yīng)器可以一一但不必一具有與用于濃縮來自蒸煮階段221的黑液相同的類型。通常，例如，使用一系列效應(yīng)器來濃縮從蒸煮階段剩下的淡的黑液并將其儲存在存儲槽，在那里它可被循環(huán)用于蒸煮工藝或送到用于不同目的的其它工藝。通常，產(chǎn)生過量黑液，將過量黑液在發(fā)電的煅燒爐中燃燒。在優(yōu)選實施方式(如圖3所示)中，來自CCE清洗階段224的堿性提取溶液316的濃縮在減壓下在六個效應(yīng)器中的兩個(在該實施例中，第五效應(yīng)器327和第六效應(yīng)器328)中發(fā)生，提供濃溶液330，即，濃縮的CCE堿性濾液。將來自蒸煮階段221的淡的黑液濃縮成濃縮的黑液在高壓下在六個效應(yīng)器中的四個中發(fā)生。在該實施例中，將淡的黑液313引入到一個效應(yīng)器(在該實施例中，第四效應(yīng)器326)中，并在初步濃縮后泵送用于在其它下游效應(yīng)器329中進一步濃縮。來自CCE清洗階段224的堿性提取溶液316——其可以是用過的洗液314和用過的冷苛性堿溶液315的組合——的濃縮可在適當(dāng)?shù)膲毫ο卤惶峁┰诘谖搴偷诹?yīng)器327和328并持續(xù)足夠的持續(xù)時間以達到期望的濃度，在一個實施例中其為每升約85和110克NaOH之間，更優(yōu)選每升95和105克NaOH之間。在一個實施方式中，堿性提取溶液316在大約-O. 84巴(g)的負壓下保持在第五效應(yīng)器327中，并在大約-O. 50巴(g)的負壓下保持在第六效應(yīng)器328中，提供具有，例如，每升大約95和105克NaOH之間的有效堿濃度的濃溶液330。有利地，可配置加工廠以利用創(chuàng)造性的工藝，而不需要設(shè)備的大量額外支出。在工廠已經(jīng)利用例如，六個效應(yīng)器用于濃縮從蒸煮階段剩下的淡的黑液時，效應(yīng)器中的兩個可重新布署，用于濃縮CCE清洗工藝中產(chǎn)生的堿性濾液。可用于黑液濃縮的減少數(shù)目的效應(yīng)器不重要，因為雖然黑液蒸發(fā)的能力降低大致20至30%，但是黑液質(zhì)量(最終的固體濃度)可保持，允許從四個效應(yīng)器產(chǎn)生的黑液在回收鍋爐中燃燒，沒有任何顯著的影響。然而，根據(jù)本文描述的發(fā)明的技術(shù)，使用效應(yīng)器中的兩個用于堿性濾液濃縮和循環(huán)，可對工廠效率具有有意義的影響。因為相同數(shù)目的效應(yīng)器可用于兩個不同工藝，工廠可被配置以便操作員可選擇在所有效應(yīng)器中使用傳統(tǒng)的工藝用于蒸發(fā)淡的黑液，或可分配效應(yīng)器中的一些用于堿性濾液濃縮，沒有可感覺到的負面后果，仍然在效率方面提供改進。回到圖2，可再使用全部或部分的濃縮的堿性濾液溶液217，作為中和溶液210和/或作為部分煮液211。在一個實施方式中，中和溶液210完全由濃縮的堿性濾液溶液217組成。在另一個實施方式中，中和溶液210包括濃縮的堿性濾液溶液217和燒堿液，其可首先被加入到消化器中，并還任選地用于富集濃縮的堿性濾液溶液217。在第三個實施方式中，濃縮的堿性濾液溶液217用作煮液211。在第四個實施方式中，濃縮的堿性濾液溶液117與燒堿液混合，用作煮液211。在蒸煮階段221中不再使用的濃縮的堿性濾液溶液217可用于其它目的。例如，可將它任選地轉(zhuǎn)向其它目的，如用于鄰近的生產(chǎn)線(作為燒堿液)，如圖2的實施例中箭頭251所指。同時，濃縮的堿性濾液溶液217還可允許在蒸煮階段221中使用較高的液體濃度，因此防止半纖維素在纖維上再沉積。圖4和5顯示和比較結(jié)合冷堿提取的蒸發(fā)方法的傳統(tǒng)系統(tǒng)與如本文所公開的一個可能的實施方式。圖4是反映如可與冷堿提取等一起使用的蒸發(fā)方法的傳統(tǒng)系統(tǒng)400的圖。如圖4所示，系統(tǒng)400包括許多效應(yīng)器461A-D和462-466。將來自蒸煮工藝的淡的黑液413接收到一個效應(yīng)器中，在該情況下是第四效應(yīng)器464，蒸發(fā)工藝在那里開始。管441和442分別連接第四效應(yīng)器464與第五效應(yīng)器465和第五效應(yīng)器465與第六效應(yīng)器466。在第六效應(yīng)器466中加工之后，將半濃縮的黑液移到中間換熱器450和452。將半濃縮的黑液從換熱器452提供給第三效應(yīng)器463，將其產(chǎn)物移到另一個中間換熱器454。然后將半濃縮的黑液從換熱器454提供給第二效應(yīng)器462 (分成兩個液體循環(huán)單元“A”和“B”的一個主體)。在第二效應(yīng)器462中蒸發(fā)之后，將一部分黑液直接泵送到第一效應(yīng)器(濃縮器)并將其它部分在蒸發(fā)器459中在大氣壓下進行閃蒸并泵送432到灰混合。第一效應(yīng)器物理上可由四個蒸發(fā)器461A-D組成。蒸發(fā)器可以是管型和殼型降膜蒸發(fā)器。所有的四個蒸發(fā)器461A-D可同時運行，這可允許產(chǎn)生具有較高濃度的黑液。將含有灰的液體從灰混合槽泵送到蒸發(fā)器461D。在蒸發(fā)器461D中蒸發(fā)之后，將濃縮的重質(zhì)的黑液在閃蒸器459中閃蒸并儲存在加壓的重質(zhì)液體槽(圖4中未顯示)中。蒸發(fā)系統(tǒng)400的輸出是重質(zhì)的(濃的)黑液430，以及被送到洗液儲藏庫的冷凝物431。濃的黑液430可用于先前描述的目的。在冷凝槽440A中，將來自第二、第三和第四效應(yīng)器462、463和464的蒸汽冷凝物混合，形成清潔的冷凝物(“A-冷凝物”)并可在幾個階段中閃蒸，直到其經(jīng)受與第六效應(yīng)器466的蒸汽入口壓力相似的壓力。將A-冷凝物收集在清潔的冷凝槽(冷凝槽440的槽A)中并可用于別處，例如，纖維線路。來自第四和第五效應(yīng)器464和465的清潔側(cè)的冷凝物形成中間冷凝物(“B-冷凝物”)，其壓力瞬時下降或分階段降壓，直到它具有與第六效應(yīng)器466的入口壓力相似的壓力。將閃蒸的B-冷凝物與來自蒸發(fā)系統(tǒng)其它部分如來自第六效應(yīng)器466的清潔側(cè)、隔離的表面冷凝器470的初級部分的處理或未處理的冷凝物、和/或來自汽提塔的處理的冷凝物混合。該混合的冷凝物通常可含有較A-冷凝物更多的雜質(zhì)。將B-冷凝物收集在中間冷凝槽(冷凝槽440的槽B)中，并可用于制衆(zhòng)生產(chǎn)如苛性化裝置(causticizing plant)中的其它部分。污濁的冷凝物("“C-冷凝物”)一其通常含有較A-冷凝物或B-冷凝物更多的雜質(zhì)一可從第五和第六效應(yīng)器465和466的污濁側(cè)、隔離的表面冷凝器第二部分和真空系統(tǒng)收集。將C-冷凝物儲存在污濁的冷凝槽(冷凝槽440的C槽)中。圖5是反映根據(jù)圖2和3中顯示的一般原理來自冷堿提取的濾液蒸發(fā)方法的系統(tǒng)500的圖。在該實施例中，系統(tǒng)500使用與圖4的系統(tǒng)400相同的基本設(shè)備配置和相同數(shù)目的效應(yīng)器，雖然這不必是其它實施方式中的情況。圖5中的虛線顯示另外的連接(包括管和閥)，其可加入到圖4的設(shè)備中以取得CCE濾液濃縮的另外功能性。在圖5中，系統(tǒng)500再次具有多個效應(yīng)器561A-D和562-566。效應(yīng)器561A_561D、562和563發(fā)揮與圖4中相應(yīng)的效應(yīng)器461A-D、462和463相同的一般目的。然而，在圖5中顯示的系統(tǒng)500中，在淡的黑液513在第四效應(yīng)器564中被最初濃縮之后，將其通過旁通管537 (如增加的閥536所控制的)提供給換熱器550 (其在其它方面與圖4的換熱器450相似)。這樣，淡的黑液濃縮工藝繞過第五和第六效應(yīng)器565、566。和圖4的系統(tǒng)400不同，在圖5的系統(tǒng)500中，將來自CCE清洗步驟的冷堿提取(CCE)濾液516通過連接管541提供給第五效應(yīng)器565，于是它經(jīng)歷濃縮工藝的第一部分。新的閥538已加在圖4上以允許第四效應(yīng)器564與CCE濾液516分離?？杉尤肴芜x的分支連接管539以連接CCE濾液516與第六效應(yīng)器566，允許——如果，例如，期望較小量的濃縮一選擇直接提供CCE濾液到第六效應(yīng)器566。另外，在第五效應(yīng)器565中蒸發(fā)之后，將半濃縮的CCE濾液通過連接管542提供給第六效應(yīng)器566，于是它通過蒸發(fā)經(jīng)歷進一步濃縮到期望程度。通過線591可將濃縮的CCE濾液560引導(dǎo)到冷凝槽540中的槽C，或通過線592引導(dǎo)到冷凝槽540的槽B。與先前描述的牛皮紙加工步驟結(jié)合，濃縮的CCE濾液560可與燒堿液、黑液或作為蒸煮階段一部分的其它溶液混合。如果期望，可將半濃縮的CCE濾液通過另一個加入的連接管535送到來自第五效應(yīng)器565的換熱器550，如閥534所控制的。連接管535還提供選擇使用五個效應(yīng)器用于淡的黑液濃縮和僅僅單個效應(yīng)器(第六效應(yīng)器)用于CCE濾液濃縮。該配置在蒸煮和清洗溶液的各種混合和濃縮方面提供顯著的靈活性，等等。在CCE濾液在第五和第六效應(yīng)器565和566中濃縮的該實施方式中，冷凝物流可通過閥開關(guān)而改變例如，第四效應(yīng)器564的污濁側(cè)可以是污濁的冷凝物(C-冷凝物)的部分；來自第六效應(yīng)器466污濁側(cè)的冷凝物可以是中間冷凝物(B-冷凝物)的部分；和來自隔離的表面冷凝器的初級部分的冷凝物可以是清潔的冷凝物(A-冷凝物)的部分。
實施例在以下實施例中說明本發(fā)明的實施方式的工藝。使用以下方法獲得實施例中描述的分析結(jié)果。用于在25°C測量SlO和S18漿溶解度的方法是基于TAPPI Standard T235cm_00，在此通過引用被并入，如同在本文中完全示出。分別用10%和18%的氫氧化鈉(NaOH)溶液提取漿。溶解的碳水化合物通過用重鉻酸鉀氧化來測定?？捎脷溲趸c溶液從漿提取低分子量碳水化合物如半纖維素和降解的纖維素。因此漿在堿中的溶解度提供制漿和漂白工藝期間關(guān)于纖維素降解的信息和關(guān)于半纖維素損失或保留的信息。在SlO溶解度測量的典型程序中，將10克烘干的漿樣品置于燒杯中并向漿中加入75mL10%Na0H溶液。用分散裝置將混合物攪拌足夠的時間，直到漿被完全分散。分散裝置的一個實例可含有變速電動機和具有外殼的不銹鋼攪拌器。調(diào)節(jié)電動機的速度和刀片的角度以便在攪拌期間沒有空氣被吸進漿懸液。漿被完全分散之后，將另一個25mL10%Na0H加入到混合物中以確保所有的漿纖維都由堿性溶液覆蓋。將含有混合物的燒杯 于25±0. 2°C保持在水浴中從第一次加入NaOH試劑時起60min。該時間之后，將約50ml濾液收集在干凈和干燥的過濾燒瓶中。將10. OmL濾液的等分部分與10. OmLO. 5N重鉻酸鉀溶液在250mL燒瓶中混合。邊攪拌邊向其中加入30mL濃硫酸，在該期間溶液由于化學(xué)反應(yīng)而變熱。將溶液攪拌15分鐘同時保持熱。然后將50mL水加入到混合物中并將混合物冷卻到室溫。將二至四滴鄰菲咯啉亞鐵離子指示劑加入到混合物中，并用O. IN硫酸亞鐵銨溶液滴定混合物。使用10mL10%Na0H溶液重復(fù)滴定。利用下面的公式計算SlO溶解度S，%= [ (V2-Vi) *N*6. 85*10] / (A*ff)其中，Vi是用于滴定濾液的硫酸亞鐵銨溶液的體積，單位是毫升；V2也是用毫升表示的用于滴定純的10%Na0H溶液的硫酸銨溶液的體積，N是硫酸亞鐵銨溶液的當(dāng)量濃度；A——單位是毫升——是氧化中使用漿濾液的體積；W是以克表示的漿樣品的烘干的重量。S18溶解度測定的程序是相同的，除了 18%Na0H溶液替代上面使用的10%Na0H溶液。銅乙二胺(CED)溶液中的漿粘度利用基于SCAN Standard CM15-99的方法來測定，該方法通過引用被并入，好像在本文完全示出。該方法測定稀釋的CED溶液中漿的特性粘度數(shù)。在通常的程序中，將漿樣品溶解在CED溶液中。對于期望的特性粘度數(shù)來選擇漿的量。將稱重的漿樣品置于聚乙烯瓶子(體積大約52mL)中，其中通過擠壓瓶子排除殘余空氣。將5至10段銅線和25mL去離子水加入到漿中，并用適當(dāng)?shù)恼袷幯b置搖動混合物，直到漿完全分解。分解的通常的時間間隔是10至30分鐘之間。將另一個25. OmL CED溶液加入到混合物中。排除殘余空氣之后，將瓶子蓋緊并再次搖動大約30分鐘或直到漿樣品完全溶解。將試驗溶液和粘度計的溫度調(diào)節(jié)到25°C。通過吸取將部分試驗溶液吸到試驗粘度計中。測量流出時間，即，彎液面從粘度計的上面標(biāo)記降到下面標(biāo)記需要的時間。利用下面的方程計算相對粘度(如)=其中，F(xiàn)是粘度計的校準因子；Teed——以秒表示——是50%CED溶液的流出時間；T是試驗溶液的流出時間，也以秒表示。當(dāng)量(Ce)值可在SCAN標(biāo)準所附的表中找到，其中η是單位是mL/g的漿的特性粘度，c是試驗溶液的濃度，其被計算為漿干重除以試驗溶液的體積，在該實施例中試驗溶液的體積是50ML?？ú?KN)利用與TAPPI Standard T236om_99相似的方法來測量。KN對應(yīng)于用于氧化一克烘干的漿的O. IN高錳酸鉀溶液的體積(以mL表示)。在通常的程序中，將漿樣品分解或溶解于大約300ml蒸餾水。將分解或溶解的漿樣本轉(zhuǎn)移到燒杯并向漿混合物中加入足夠的水，使混合物的總體積達到約795mL。將IOOmLO. IN高錳酸鉀溶液和100mL4N硫酸4N在獨立的燒杯中混合，并將混合物快速調(diào)節(jié)到25°C。立即將酸化高錳酸鉀溶液加入到試驗漿中。加入之后，混合物的總體積是大約1000±5mL。允許混合物反應(yīng)十分鐘，該時期之后，加入20mLlN碘化鉀溶液以淬滅反應(yīng)。然后立即通過用O. 2N硫代硫酸鈉溶液滴定漿混合物來測定混合物的游離碘含量。滴定終點通過反應(yīng)結(jié)束時加入的淀粉指示劑來指示。不去除漿纖維而進行滴定。另一個滴定用沒有漿的空白溶液進行。利用下面的公式來計算KN KN= (p*f) /w其中P是試驗樣本消耗的以毫升表示的O. IN高錳酸鉀的量；f是50%高錳酸鹽體積的校正因子并從屬于“P”，其可在Tappi標(biāo)準中找到；w是漿樣品的烘干的重量；和、”被如下測定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鹽的量；a是滴定漿樣品中消耗的以毫升表示的硫代硫酸鹽的量；N是硫代硫酸鹽的當(dāng)量濃度。實施例ICCE濾液的濃度根據(jù)第一實施例，將每升5. 6克NaOH有效堿濃度的非常稀的苛性堿溶液流引入到如圖3所示的第五效應(yīng)器327中以啟動裝置運轉(zhuǎn)并用不同的堿濃縮水平觀察它的行為。以-O. 73巴的減壓在51. 5°C和56. 8°C之間的溫度將水從溶液中去除。4小時30分鐘之后，將具有每升約50克NaOH的有效堿濃度——與原CCE濾液相似——的苛性堿溶液投到第五效應(yīng)器，第五效應(yīng)器從每升約50克NaOH的入口濾液濃度到達第六效應(yīng)器的出口。表I列出了作為時間函數(shù)的流速、溫度、有效堿濃度和真空水平。表權(quán)利要求
1.使用冷堿提取的制漿方法，包括 在消化器中去木質(zhì)化有機材料，和處理產(chǎn)生的粗漿以產(chǎn)生半純化的漿； 用苛性堿溶液提取所述半純化的漿以產(chǎn)生純化的漿和含有半纖維素的溶液； 從所述純化的漿中分離含有所述半纖維素的溶液； 清洗所述純化的漿和收集由此產(chǎn)生的堿性濾液； 濃縮所述堿性濾液以形成濃縮的堿性濾液；和 在所述消化器中利用至少部分所述濃縮的堿性濾液。
2.權(quán)利要求I所述的方法，其中濃縮所述堿性濾液通過蒸發(fā)方法來進行。
3.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述蒸發(fā)方法在多個連續(xù)連接的效應(yīng)器中進行。
4.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述蒸發(fā)方法在約50和60°C之間的溫度范圍進行。
5.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述蒸發(fā)方法在-O.6巴和-O. 84巴的壓力進行。
6.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述濃縮的堿性濾液具有每升約95和125克NaOH之間的有效堿濃度。
7.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述濃縮的堿性濾液具有每升約100和110克NaOH之間的有效堿濃度。
8.權(quán)利要求I所述的方法，其中所述堿性濾液通過如下步驟獲得 從所述純化的漿分離所述含有半纖維素的溶液； 清洗所述純化的漿和收集從此產(chǎn)生的粗堿性濾液。
9.權(quán)利要求I所述的方法，進一步包括將燒堿液加入到所述消化器中使用的所述濃縮的堿性濾液。
10.權(quán)利要求8所述的方法，其中所述燒堿液與濃縮的堿性濾液之比是大約I:I. 5和1:2. 5之間。
11.權(quán)利要求I所述的方法，其中所述苛性堿溶液包括NaOH和Na2S。
12.在牛皮紙漿制法中使用冷堿提取的制漿方法，包括 在消化器中煮第一批有機材料以產(chǎn)生粗漿； 清洗和篩選所述粗漿以產(chǎn)生半純化的漿； 使用冷堿提取來提取所述半純化的漿以產(chǎn)生純化的漿和含有半纖維素的溶液； 從由冷堿提取產(chǎn)生的純化的漿分離所述含有半纖維素的溶液； 清洗所述純化的漿和收集從此產(chǎn)生的堿性濾液； 在受控環(huán)境中蒸發(fā)所述堿性濾液以形成濃縮的苛性堿溶液；和 利用至少部分所述濃縮的苛性堿溶液作為至少一種煮液以煮第二批有機材料。
13.權(quán)利要求12所述的方法，進一步包括在不同的漿加工生產(chǎn)線上使用第二部分所述濃縮的堿性濾液。
14.權(quán)利要求12所述的方法，其中所述蒸發(fā)方法在多個連續(xù)連接的效應(yīng)器中進行。
15.權(quán)利要求12所述的方法，其中所述蒸發(fā)方法在約50和60°C之間的溫度范圍進行。
16.權(quán)利要求12所述的方法，其中所述蒸發(fā)方法在-O.6巴和-O. 84巴的壓力進行。
17.權(quán)利要求12所述的方法，其中所述濃縮的堿性濾液具有每升約95和125克NaOH之間的有效堿濃度。
18.權(quán)利要求12所述的方法，其中所述濃縮的堿性濾液具有每升約100和110克NaOH之間的有效堿濃度。
19.權(quán)利要求12所述的方法，進一步包括將燒堿液加入到所述消化器中使用的所述濃縮的堿性濾液。
20.權(quán)利要求19所述的方法，其中所述燒堿液與濃縮的堿性濾液之比是大約I:I. 5和1:2. 5之間。
21.權(quán)利要求12所述的方法，其中所述苛性堿溶液包括NaOH和Na2S。
22.權(quán)利要求12所述的方法，進一步包括以下步驟 在所述消化器中由煮第二批有機材料來產(chǎn)生第二粗漿； 清洗和篩選所述第二粗漿以產(chǎn)生半純化的漿；和 使用冷堿提取，從所述第二粗漿提取所述半純化的漿以產(chǎn)生第二純化的漿和含有半纖維素的第二溶液。
23.權(quán)利要求22所述的方法，其中所述第二粗漿在冷堿提取之前具有不超過3.0%的S18溶解度。
24.權(quán)利要求23所述的方法，其中所述第二粗漿在冷堿提取之前具有小于10.O的卡伯值。
25.權(quán)利要求23所述的方法，其中所述第二粗漿在冷堿提取之前具有每克大約1000毫升的粘度。
26.權(quán)利要求23所述的方法，其中所述第二粗漿在冷堿提取之前顯示100或更高的粘度與卡伯值之比。
27.在牛皮紙漿制法中使用冷堿提取的改進的制漿方法，包括在消化器中煮有機材料以產(chǎn)生粗漿，清洗和篩選所述粗漿以產(chǎn)生漿，和使用冷堿提取來提取所述生漿以產(chǎn)生純化的漿和含有半纖維素的溶液，所述改進包括 從由冷堿提取產(chǎn)生的所述純化的漿分離所述含有半纖維素的溶液； 清洗所述純化的漿和收集從此產(chǎn)生的堿性濾液； 濃縮所述苛性堿溶液以形成濃縮的堿性濾液；和 在所述消化器中利用至少部分所述濃縮的堿性濾液用于中和或煮另外的有機材料。
28.在牛皮紙漿制法中使用冷堿提取的制漿方法，包括 在多個分批消化器中使用至少部分來自下游冷堿提取階段的濃縮的苛性堿溶液來煮有機材料，并由此產(chǎn)生粗漿； 清洗和篩選所述粗漿以產(chǎn)生半純化的漿； 使用冷堿提取來提取半純化的漿以產(chǎn)生純化的漿和含有半纖維素的溶液； 從由冷堿提取產(chǎn)生的所述純化的漿分離所述含有半纖維素的溶液； 清洗所述純化的漿和收集從此產(chǎn)生的堿性濾液； 在受控環(huán)境中蒸發(fā)所述堿性濾液以形成濃縮的苛性堿溶液；和 將至少部分所述濃縮的苛性堿溶液返回到所述分批消化器作為至少一種煮液。
全文摘要
漿加工方法包括冷堿提取階段，其中用過的冷苛性堿溶液和用過的用于洗提取的漿的液體通過蒸發(fā)系統(tǒng)來濃縮。濃縮的液體可用作漿工藝中的中和和煮液的部分，從而導(dǎo)致增加的效率，而無漿質(zhì)量的顯著降低。來自冷堿提取階段的高度濃縮的濾液可有助于減少蒸煮步驟期間半纖維素沉積在木纖維上。
文檔編號D21C11/10GK102985610SQ201080067867
公開日2013年3月20日 申請日期2010年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月4日
發(fā)明者M·M·萊特 申請人:巴伊亞特種纖維素公司