專利名稱：纖維素材料和木質(zhì)纖維素材料的過(guò)氧化物漂白法的制作方法
一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及制漿造紙工業(yè)中木質(zhì)纖維素材料的漂白，特別是涉及改善使用過(guò)氧化氫的紙漿漂白程序性能的方法。當(dāng)與為不使用氯化合物漂白的紙漿生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的漂白程序結(jié)合使用時(shí)，該方法是特別有價(jià)值的。
由于從紙漿漂白過(guò)程中除去氯化化合物和減少它們對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響的壓力所致，業(yè)已激起所謂“無(wú)氯技術(shù)”的浪潮。當(dāng)氯化合物從漂白程序中除去時(shí)，由于據(jù)信過(guò)氧化氫通常對(duì)環(huán)境是溫和的，因此，常常使用過(guò)氧化氫作為替代物。然而，由于過(guò)氧化氫的使用日益增加，因此，迫切需要開(kāi)發(fā)出應(yīng)用過(guò)氧化氫的更有效的方法，以使漂白更為經(jīng)濟(jì)有效。
過(guò)氧化氫是常用于機(jī)械漿，半機(jī)械漿，半化學(xué)漿，和回用紙漿增白的氧化化學(xué)品。另外，它還被用于化學(xué)漿的漂白，以幫助脫木素。
加拿大制漿造紙研究所(The Pulp & Paper Research Institute ofCanada)(PAPRICAN)已開(kāi)發(fā)出若干種漂白機(jī)械漿的方法。在這些方法中，使人感興趣的是Lierbergott等人公開(kāi)的高溫過(guò)氧化物體系，這是因?yàn)?，該體系進(jìn)行了與常規(guī)高濃度漂白體系相同的白度改善，而且在中濃(10-14％)時(shí)也是如此的。這可通過(guò)將紙漿的溫度升至約85℃并降低PH值來(lái)實(shí)現(xiàn)，這與常規(guī)的高濃過(guò)氧化物體系有所不同。由于反應(yīng)加快，因此，停留時(shí)間(retentiontime)將從若干小時(shí)降至若干分鐘(15-30分鐘)，并且，無(wú)需用硅酸鹽來(lái)穩(wěn)定過(guò)氧化物溶液。過(guò)氧化物的用量大致與常規(guī)的體系保持相同。
根據(jù)Bottan，G.的待批申請(qǐng)，已提出了在85-95℃進(jìn)行很短周期操作的高溫過(guò)氧化物體系。但還沒(méi)有任何人提出將紙漿加熱至過(guò)熱并在超過(guò)100℃在加壓下以較短的停留時(shí)間執(zhí)行過(guò)氧化物段。在保持與用很長(zhǎng)停留時(shí)間得到的亮度相同的同時(shí)，為了使所需資金投入最少，使紙漿的停留時(shí)間變得最少是人們所希望的。
Dominique Lachenal of the Centre Technique du papier in Grenoble，F(xiàn)rance已提出了將再活化的剩余過(guò)氧化物用于機(jī)械漿的漂白。這使得沒(méi)消耗(或剩余)的過(guò)氧化物(在第一段反應(yīng)塔之后)通過(guò)增加紙漿懸浮液的堿性能再活化。其目的是，省去通常在漂白塔后使用的，昂貴的脫水設(shè)備，該設(shè)備是用來(lái)回收剩余的過(guò)氧化物并將它再循環(huán)至添加新鮮過(guò)氧化物的位置(通常是漂白塔前的混合機(jī)處)。當(dāng)與在段與段之間需要昂貴脫水設(shè)備的，常規(guī)兩段過(guò)氧化物漂白體系相比時(shí)，這個(gè)建議是非常重要的。在剩余過(guò)氧化物再活化之前，第一段反應(yīng)在常規(guī)的塔中于60℃進(jìn)行若干小時(shí)。然后，添加氫氧化鈉，其用量與在60℃反應(yīng)若干小時(shí)后得到的過(guò)氧化物的剩余量成正比。
在化學(xué)漿中，過(guò)氧化氫主要用于中濃度體系，其中，將從前段來(lái)的漿液在濃縮機(jī)中或洗漿機(jī)中脫水至約10-14％濃度。通常，過(guò)氧化物溶液與堿一起在碎漿機(jī)處(從濃縮機(jī)或洗漿機(jī)的卸料)或在中濃度塔之前的中濃度泵或混合機(jī)中加入。
當(dāng)對(duì)化學(xué)漿的漂白用一段來(lái)進(jìn)行時(shí)，常規(guī)的中濃過(guò)氧化物漂白段不能提供足夠的亮度增加，并且，據(jù)說(shuō)要消耗更多的過(guò)氧化物，并需要很長(zhǎng)的停留時(shí)間以消耗過(guò)氧化物。為了能更顯著地進(jìn)行脫木素或增加亮度，過(guò)氧化物必須在若干個(gè)塔中添加。
業(yè)已表明，在大于25％濃度時(shí)，使用高濃過(guò)氧化物操作能克服常規(guī)中濃過(guò)氧化物漂白段中的許多限制。然而，其缺點(diǎn)是，需要安裝能執(zhí)行高卸料濃度的脫水裝置，操作更為復(fù)雜，并且比中濃體系消耗更多的動(dòng)力。
對(duì)化學(xué)漿而言，已廣泛除氧外還使用過(guò)氧化物對(duì)氧化抽提段進(jìn)行強(qiáng)化，以減少第一紙漿漂白段中所需的用氯量。常規(guī)的Eop(用過(guò)氧化物增強(qiáng)的氧化抽提)通常使用升流/降流塔，需要使用氧氣，并且通常在65-85℃進(jìn)行操作。
在紙漿漂白的最后段也使用過(guò)氧化氫，以獲得高亮度，穩(wěn)定的漂白紙漿。由于據(jù)信過(guò)氧化物可能會(huì)降解，導(dǎo)致漂白化學(xué)劑極差的利用率，紙漿的強(qiáng)度降低，并使漂白的經(jīng)濟(jì)性變得很差，因此，在紙漿的漂白中使用過(guò)氧化氫其溫度通常低于90℃。
近年來(lái)，當(dāng)在常規(guī)的或無(wú)氯的漂白程序的最后使用時(shí)，作為開(kāi)發(fā)很高亮度紙漿的一種手段，已提出了在高溫和相對(duì)長(zhǎng)的停留時(shí)間的條件下使用過(guò)氧化氫。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，所需的停留時(shí)間為1-3小時(shí)。業(yè)已表明，長(zhǎng)停留時(shí)間的加壓氧過(guò)氧化物體系可增加紙漿的亮度升限，且該升限超過(guò)使用常規(guī)的常壓過(guò)氧化物漂白段所獲得的升限。為了減少裝置所需的資金投入，在壓力下使所需的停留時(shí)間最少是人們所希望的。例如，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)表明，使用100+℃進(jìn)行1-3小時(shí)能有效地減少過(guò)氧化物漂白法所需的時(shí)間。雖然如此，但由于1-3小時(shí)的加壓過(guò)氧化物段所需的資金相當(dāng)高，因此，該方法的經(jīng)濟(jì)性似乎沒(méi)什么吸引力。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)的常壓過(guò)氧化物漂白段和加壓氧過(guò)氧化物漂白段(PO)經(jīng)濟(jì)性的基本信息，對(duì)于約850madtpd容量的單段漂白而言，現(xiàn)有技術(shù)所指出的擴(kuò)散塔(retention tower)所需的投入計(jì)算如下a.停留2小時(shí)的加壓過(guò)氧化物塔$1,000,000b.常規(guī)的，長(zhǎng)停留時(shí)間和常壓段1.停留3小時(shí)$300,0002.停留6小時(shí)$400,0003.停留9小時(shí)$550,000為了用常規(guī)的常壓過(guò)氧化物漂白獲得相同的亮度值，與現(xiàn)有技術(shù)的加壓氧過(guò)氧化物體系的1-3小時(shí)相比，其停留時(shí)間必須超過(guò)6小時(shí)。例如，必須將常壓塔的尺寸定在8-10小時(shí)的停留時(shí)間，以獲得與2小時(shí)的加壓的氧過(guò)氧化物體系類似的結(jié)果。
僅就北美350家漂白廠而言，如果在每個(gè)工廠中只需要一個(gè)過(guò)氧化物漂白體系的話，那么，將需要約$200-350百萬(wàn)的工業(yè)投入。為了滿足日益嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)，必須在每個(gè)工廠中安裝多于一個(gè)的過(guò)氧化物漂白段，這可能會(huì)有多于兩倍的投資。因此，現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)是，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的工藝，要執(zhí)行該技術(shù)，需要大量的資金投入。
上述內(nèi)容說(shuō)明了某些現(xiàn)有的纖維素和木質(zhì)纖維素漂白方法中存在的不足，因此，有利的是，提供一種能克服這些不足的一項(xiàng)或多項(xiàng)的替換方法。因此，業(yè)已提供了一種包括在下面將更為詳細(xì)說(shuō)明的特征的替換方法。
本發(fā)明的一方面，提供一種使用過(guò)氧化氫對(duì)纖維素和木質(zhì)纖維素紙漿進(jìn)行漂白的方法，該方法包括如下步驟將漿濃調(diào)至10-18％并將該紙漿加至混合機(jī)中，在該混合機(jī)中添加氫氧化鈉從而將紙漿的PH值調(diào)至大于8.5；添加過(guò)氧化氫，其用量為紙漿重量的0.5-5.0％；將紙漿的溫度加熱至大于100℃，與此同時(shí)維持足夠的壓力以防止?jié){液沸騰；將紙漿通過(guò)一反應(yīng)塔，其通過(guò)速率以在反應(yīng)塔中的反應(yīng)時(shí)間少于45分鐘為準(zhǔn)；將紙漿的溫度冷卻至低于100℃；在常壓下在反應(yīng)塔中沉積所述的紙漿并讓反應(yīng)一直進(jìn)行到絕大部分剩余的過(guò)氧化氫都消耗完為止；卸出紙漿以備進(jìn)一步處理。
當(dāng)結(jié)合附圖一起考慮時(shí)，根據(jù)下面的詳細(xì)說(shuō)明，上述內(nèi)容和本發(fā)明的其它方面將變得很清楚。


圖1示出了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案；圖2示出了本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案；圖3示出了本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案；圖4示出了本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案；圖5示出了結(jié)合本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的漂白段；圖6示出了將本發(fā)明用至現(xiàn)有漂白廠的漂白程序的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案；圖7示出了利用常規(guī)洗漿機(jī)回收的剩余過(guò)氧化物，使用本發(fā)明漂白程序的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案；圖8示出了利用壓榨機(jī)回收的剩余過(guò)氧化物，使用本發(fā)明漂白程序的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案；圖9示出了利用壓榨機(jī)回收剩余過(guò)氧化物的另一方法，使用本發(fā)明漂白程序的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案。
參考圖1，將從常規(guī)的洗漿機(jī)或濃縮機(jī)來(lái)的紙漿通過(guò)漿管10裝入混合器100中，在該處，通過(guò)管15添加加熱紙漿用的蒸汽和增加紙漿PH的堿。將紙漿加熱并將PH調(diào)至大于8.5，優(yōu)選在9.5-10.5。然后，通過(guò)管20，將加熱過(guò)的并調(diào)節(jié)好PH的紙漿從混合器100送至常規(guī)的中濃泵200中，該泵通過(guò)管30將紙漿泵至混合器300。通過(guò)管35將過(guò)氧化氫溶液加至混合器300中，其用量以足以保證在反應(yīng)結(jié)束時(shí)能獲得所希望的亮度增加為準(zhǔn)。和常規(guī)的過(guò)氧化物漂白體系一樣，還可通過(guò)管15與堿溶液一起，通過(guò)管35與過(guò)氧化物溶液一起，或單獨(dú)地通過(guò)管16和/或36，添加保護(hù)纖維素粘度的鎂化合物，以及多價(jià)螯合劑(如SiO2)和/或螯合劑(如EDTA或DTPA)。由于根據(jù)本發(fā)明，紙漿的溫度必須超過(guò)100℃，并且在該溫度泵送紙漿通常不是切實(shí)可行的，因此，最終溫度從例如85-90℃升溫至超過(guò)100℃是借助在泵200和混合器300之間通過(guò)管37添加蒸汽而實(shí)現(xiàn)的。
然后，將加熱至所希望的反應(yīng)溫度并調(diào)節(jié)至所希望的PH的紙漿通過(guò)管40泵入升流管式塔400中，該塔的尺寸定在具有反應(yīng)所希望的停留時(shí)間為準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明，將升流管的尺寸定在保證紙漿的停留時(shí)間為1-30分鐘，優(yōu)選為5-20分鐘，然后，通過(guò)管50將紙漿送至適當(dāng)?shù)男读涎b置500，如閥門，隨后，通過(guò)管60送至后面的洗滌和漂白段。由于紙漿是在大于100℃進(jìn)行漂白的，因此，降低該溫度以防止紙漿的“閃蒸”是人們所希望的，可用較低溫度的水或液體通過(guò)管70進(jìn)入升流管的頂部進(jìn)行稀釋。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將知道，為了獲得反應(yīng)所希望的停留時(shí)間，本發(fā)明可用升流，降流，升流/降流，或其它構(gòu)形來(lái)實(shí)施。此外，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員也將知道，在反應(yīng)之前和之后，分別有加熱和冷卻紙漿用的輔助裝置。在本發(fā)明的說(shuō)明中給出的細(xì)節(jié)不是用來(lái)限制本發(fā)明的范圍，而是為了清楚地說(shuō)明優(yōu)選的實(shí)施方案。
除增加了降流塔600以外，圖2簡(jiǎn)要地描述了與圖1所示相同的，本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案。根據(jù)本發(fā)明，將升流管的尺寸定在保證紙漿的停留時(shí)間為1-30分鐘，優(yōu)選為5-20分鐘，然后，通過(guò)管50將紙漿送至適當(dāng)?shù)男读涎b置500，如閥門，通過(guò)管60送至常規(guī)的漂白塔600，該漂白塔最好是已在漿廠安裝好的，并能替代基于氯的漂白程序而重新用于該新的漂白段。在希望的反應(yīng)溫度將紙漿在該塔中再停留1-5小時(shí)，以消耗絕大部分加至紙漿中的過(guò)氧化氫。由于紙漿在塔400中是在大于100℃進(jìn)行漂白的，因此，降低該溫度以防止紙漿“閃蒸”是人們所希望的。在本發(fā)明中，可以在從升流管卸料前對(duì)紙漿進(jìn)行冷卻，使得漿液不會(huì)“閃蒸”。為了限制蒸汽和剩余的化學(xué)劑可能逸至大氣中，本實(shí)施方案在某些漿廠可能是所希望的。這可借助通過(guò)管70添加冷卻水或液體對(duì)紙漿進(jìn)行稀釋而實(shí)現(xiàn)。例如，對(duì)于在升流塔中以12％的濃度于110℃進(jìn)行處理的紙漿而言，添加50-60℃的1.5-2.5立方米/噸漿的液體，將使紙漿溫度冷卻至低于100℃，并使?jié){濃降至約10％，這不會(huì)明顯降低第二步反應(yīng)的性能。在大氣壓下將紙漿保持在允許的最大溫度是人們特別希望的。
在圖3中示出的本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，將紙漿從管60送入塔600，并使之閃蒸至大氣壓。進(jìn)入降流塔中的紙漿將處于其可能的最大溫度，例如98-100℃，這將增加在第二步反應(yīng)中過(guò)氧化物的消耗。此外，已閃蒸的蒸汽通過(guò)管90送至熱交換器700。熱交換器是用來(lái)預(yù)熱過(guò)氧化物段之前加至洗漿機(jī)中的洗滌水，由此，減少了通過(guò)管15和37加至該段所需的蒸汽量。這增加了管101中的洗滌水在其通過(guò)管110加至常規(guī)的洗漿機(jī)之前的溫度。
從開(kāi)始至紙漿從升流反應(yīng)塔400卸料的位置，圖3所示的實(shí)施方案與圖2相同。在這種場(chǎng)合，在卸料時(shí)，紙漿保留有絕大部分的剩余過(guò)氧化物。紙漿通過(guò)管50送至合適的混合閥500，在該處通過(guò)管55添加另外的堿以增加紙漿的PH至大于8.5，優(yōu)選為9.5-10.5以用于第二反應(yīng)步驟。
在閃蒸冷卻后，通過(guò)管60將紙漿送至常規(guī)的降流塔600以進(jìn)行第二步反應(yīng)。將常規(guī)的降流塔的尺寸定在能消耗絕大部分剩余的過(guò)氧化物并通常能保留紙漿1-5小時(shí)為準(zhǔn)。漂白漿通過(guò)管80從塔600排至隨后的處理步驟。
閥500起降低來(lái)自升流管400的壓力并使?jié){液閃蒸的作用。正好在閥的上游將堿添加至紙漿中，而且在閥中產(chǎn)生的渦流起混合堿和紙漿的作用。應(yīng)該明白的是，在該方法的這個(gè)位置安裝任何混合裝置與閥門的作用基本相同。
除在混合裝置550中進(jìn)行紙漿的再活化以外，圖4描述了與圖3相同的，本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案。在該優(yōu)選的實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明，將升流管的尺寸定在保證紙漿的停留時(shí)間為1-30分鐘，優(yōu)選5-20分鐘為準(zhǔn)，然后，通過(guò)管50將紙漿送至合適的混合裝置550中，在該裝置中，借助通過(guò)管55添加的堿而使剩余的過(guò)氧化物再活化，隨后，讓紙漿進(jìn)行閃蒸，并將由該閃蒸得到的蒸汽通過(guò)管90送至熱交換器700中，從而將從管101來(lái)的水預(yù)熱至較高的溫度，預(yù)熱的水通過(guò)管110排出，并在漂白段的上游用來(lái)洗滌紙漿。
圖5是采用本發(fā)明漂白程序的流程簡(jiǎn)圖。從洗漿機(jī)或濃縮機(jī)10來(lái)的紙漿通過(guò)管11排出，并送至混合器20，在該處，通過(guò)管12和13施加蒸汽和/或漂白化學(xué)劑，以將紙漿加熱至所希望的反應(yīng)溫度，并將紙漿的PH增加至用過(guò)氧化物的第一處理步驟所希望的值。通過(guò)管21將加熱過(guò)的并調(diào)節(jié)過(guò)PH的紙漿送至泵30，以便將紙漿送至混合器40。由于紙漿將加熱至高于100℃，因此，通常通過(guò)管34在混合器之前施加蒸汽以進(jìn)行最終的加熱。包括堿，過(guò)氧化物，螯合劑和其它的附加化學(xué)劑可通過(guò)管32和33添加，并且，在通過(guò)管41排至第一過(guò)氧化物反應(yīng)罐50之前與紙漿均勻混合。將過(guò)氧化物反應(yīng)罐50的尺寸定在停留時(shí)間為1-30分鐘，優(yōu)選為5-20分鐘為準(zhǔn)，以便在通過(guò)管51送至卸料裝置52之前，獲得明顯的脫木素和/或亮度增加。該程序優(yōu)選的但不是必須的最佳操作成本是，在第一過(guò)氧化物處理步驟后洗滌紙漿，并且如果洗滌裝置為非加壓裝置，那么，優(yōu)選在從第一過(guò)氧化物反應(yīng)罐卸料之前冷卻紙漿?？赏ㄟ^(guò)管53將較冷的稀釋液加入第一過(guò)氧化物反應(yīng)罐50中。如果該洗滌裝置要求低濃紙漿以進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟僮鳎敲?，在泵前通過(guò)管54供給濾液來(lái)稀釋紙漿是所希望的。
紙漿在洗漿機(jī)60中洗滌，并將洗滌過(guò)的紙漿通過(guò)管61送至混合器70。本優(yōu)選實(shí)施方案的第二步是可在高濃或中濃進(jìn)行操作的臭氧段，然而，該臭氧段優(yōu)選是在常規(guī)洗漿機(jī)卸料濃度10-14％進(jìn)行操作的中濃段，以使設(shè)備資金投入最少。正如現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣，臭氧段必須在低于4的PH下進(jìn)行操作，以獲得最佳的結(jié)果。因此，在臭氧段之前，可添加酸如硫酸，其添加可通過(guò)管53在第一過(guò)氧化物反應(yīng)罐50的出料位置，與噴淋水一起通過(guò)管56施加至第一過(guò)氧化物洗漿機(jī)60上，通過(guò)管62加入供至泵70的進(jìn)料中，或加入單獨(dú)的混合器(沒(méi)示出)中。然后，用泵70通過(guò)管71將酸化紙漿泵送至混合器80中，并通過(guò)管72將臭氧加至其中。將紙漿排至臭氧反應(yīng)罐90中并保持至多10分鐘，以便基本上完全消耗掉臭氧。通過(guò)管91將紙漿從臭氧反應(yīng)罐送至卸料裝置92，該裝置可由一個(gè)閥門，許多閥門，或機(jī)械裝置組成，以降低從臭氧反應(yīng)罐來(lái)的壓力。通過(guò)管93將紙漿送至氣體分離裝置220中，在該裝置中氣體從紙漿中分離出并通過(guò)管202排出，以在工廠中進(jìn)行處理和/或回用。通過(guò)管102將脫氣的紙漿送至泵210。該程序優(yōu)選的但不是必須的最佳操作成本是，在臭氧段后在下一漂白段之前洗滌紙漿。如果該洗滌裝置要求低濃紙漿以進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟僮?，那么，在泵前通過(guò)管103供給濾液來(lái)稀釋紙漿是所希望的。通過(guò)管104將紙漿送至洗漿機(jī)120，并用通過(guò)管115施加的水或?yàn)V液進(jìn)行洗滌。
從洗漿機(jī)120來(lái)的紙漿通過(guò)管121排出，并送至混合器130，在該處，通過(guò)管122，123和124施加蒸汽和/或漂白化學(xué)劑，以將紙漿加熱至所希望的反應(yīng)溫度，并將紙漿的PH增加至用過(guò)氧化物的第一處理步驟所希望的值。然后，將加熱過(guò)的和調(diào)節(jié)過(guò)PH的紙漿通過(guò)管131送至泵140，以便通過(guò)管141將紙漿送至混合器150中。由于紙漿將加熱至高于100℃，因此，通常通過(guò)管144在混合器之前施加蒸汽以進(jìn)行最終的加熱。包括堿，過(guò)氧化物，螯合劑，和其它的附加化學(xué)劑可通過(guò)管142和143添加，并且，在通過(guò)管151排至第二過(guò)氧化物反應(yīng)罐160之前與紙漿均勻混合。再次將過(guò)氧化物反應(yīng)罐160的尺寸定在停留時(shí)間為1-30分鐘，優(yōu)選為5-20分鐘為準(zhǔn)，以便在通過(guò)管161送至卸料裝置152之前，獲得明顯的脫木素和/或亮度增加。優(yōu)選在第二過(guò)氧化物處理步驟后洗滌紙漿；然而，如果附加另外的漂白段不明顯受所存在的剩余過(guò)氧化物和/或溶解的有機(jī)物影響的話，那么，該漂白段不是必須的。如果洗滌裝置為非加壓裝置，那么，優(yōu)選在從第一過(guò)氧化物反應(yīng)罐卸料之前冷卻紙漿。紙漿的稀釋可通過(guò)管153用冷卻液在第二過(guò)氧化物反應(yīng)罐160中完成。如果該洗滌裝置要求低濃紙漿以進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟僮鳎敲?，在泵前通過(guò)管154供給濾液來(lái)稀釋紙漿是所希望的。然后，用通過(guò)管156施加的水或?yàn)V液在洗漿裝置180中洗滌紙漿。
圖6是將本發(fā)明的漂白程序用于現(xiàn)有的漂白工廠的流程簡(jiǎn)圖。目前，許多漂白工廠現(xiàn)有的常用漂白程序是DcEoDED?？蓪?duì)現(xiàn)有的常規(guī)漂白工廠進(jìn)行改進(jìn)，以非常經(jīng)濟(jì)地引入本發(fā)明的構(gòu)思。如圖中所示，在改造過(guò)程中，幾乎使用了所有的現(xiàn)有設(shè)備，改造投入只不過(guò)是三臺(tái)混合器，三個(gè)反應(yīng)罐，一臺(tái)臭氧發(fā)生器，和在改造中的各種管道。在某些場(chǎng)合，必須對(duì)現(xiàn)有漂白塔，管道和其它設(shè)備的材料作出某些變更。
在如圖6所示的例子中，現(xiàn)有的氯化塔在新的漂白程序中不使用，但可在新的漂白車間之前用作輔助的儲(chǔ)存或其它的預(yù)處理設(shè)備?，F(xiàn)有的Eo段將被用作其中添加EDTA，DTPA，或其它螯合劑的螯合劑段，并在控制的PH和溫度，優(yōu)選在PH5-7和10-60℃進(jìn)行操作。通常存在于常規(guī)Eo段中的30-90分鐘的停留時(shí)間適合于螯合段。
在現(xiàn)有的Eo洗漿機(jī)中洗滌后，在有或沒(méi)有根據(jù)本發(fā)明的剩余過(guò)氧化物的再活化下，通過(guò)將漿轉(zhuǎn)移至適合于添加過(guò)氧化物的新的混合器中，增設(shè)合適的反應(yīng)罐，并卸料至現(xiàn)有的D1塔中，將現(xiàn)有的D1段用作第一過(guò)氧化物段(P1)。第一過(guò)氧化物段的PH約為8.5-12.5，第一步反應(yīng)的溫度大于100℃，優(yōu)選105-120℃，反應(yīng)時(shí)間為1-30分鐘，優(yōu)選為5-20分鐘。
在現(xiàn)有的D1洗漿機(jī)中洗滌后，通過(guò)將紙漿轉(zhuǎn)移至適合于添加臭氧的新的混合器中，增設(shè)合適的反應(yīng)罐和氣體分離器，并卸料至現(xiàn)有的E塔中，將現(xiàn)有的E段用作臭氧段。該臭氧段將在PH小于4，優(yōu)選為2-4下，在30-70℃優(yōu)選低于50℃進(jìn)行操作，其反應(yīng)時(shí)間小于10分鐘，優(yōu)選小于5分鐘。在現(xiàn)有的D2洗漿機(jī)中洗滌后，在有或沒(méi)有根據(jù)本發(fā)明的剩余過(guò)氧化物的再活化下，通過(guò)將漿轉(zhuǎn)移至適合于添加過(guò)氧化物的新的混合器中，增設(shè)合適的反應(yīng)罐，并卸料至現(xiàn)有的D2塔中，將現(xiàn)有的D2段用作第二過(guò)氧化物段(P2)。第二過(guò)氧化物段的PH約為8.5-12.5，第一步反應(yīng)的溫度大于100℃，優(yōu)選105-120℃，反應(yīng)時(shí)間為1-30分鐘，優(yōu)選為5-20分鐘。
在現(xiàn)有的D2洗漿機(jī)中洗滌后，進(jìn)而對(duì)紙漿進(jìn)行后處理，但最好是將充分漂白的紙漿轉(zhuǎn)移至漂白的高濃儲(chǔ)存塔中。
圖7說(shuō)明了在QPZP程序中回用濾液的優(yōu)選方法。必須注意的是，根據(jù)本發(fā)明，在紙漿經(jīng)過(guò)氧化物處理后，有大量的剩余過(guò)氧化物，例如，過(guò)氧化物的用量以紙漿為準(zhǔn)通常為2.5％，但在反應(yīng)中所消耗的過(guò)氧化物量通常小于紙漿的1.5％。由于過(guò)氧化物是相當(dāng)昂貴的漂白化學(xué)劑，因此，希望回收該剩余物，以回用于過(guò)氧化物段中。如圖所示，這可借助將過(guò)氧化物段后洗滌得到的濾液再循環(huán)至過(guò)氧化物段之前的洗滌段而實(shí)現(xiàn)。為了說(shuō)明，通常將濾液流示于圖中，例如，每臺(tái)洗漿機(jī)均以10％的濃度卸料，濾液流和紙漿為9公斤液體/公斤紙漿。以稀釋因子2，將洗滌水加至每臺(tái)洗漿機(jī)，在目前的漂白車間這通常是11公斤液體/公斤紙漿。將根據(jù)本發(fā)明的濾液逆流再循環(huán)通過(guò)漂白車間，以便將剩余的過(guò)氧化物在洗漿機(jī)上加至紙漿中，并將絕大部分剩余的過(guò)氧化物向前帶至過(guò)氧化物段。在該段中由于與紙漿一起向前攜帶的過(guò)氧化物，因而減少了所需的過(guò)氧化物用量。向前攜帶的剩余過(guò)氧化物量是洗漿機(jī)置換比(洗滌效率)的函數(shù)。例如，如果洗漿機(jī)的置換比為0.85，那么，將回收到約60％的過(guò)氧化物剩余物。相同的原理可用于在過(guò)氧化物段中使用的堿的回收。與其它可考慮的濾液循環(huán)方案相比，根據(jù)本實(shí)施方案，如圖7所示，通過(guò)再循環(huán)濾液，將大大地減少該程序中使用的漂白化學(xué)劑。
圖8說(shuō)明了在QPZP程序中濾液回用的另一優(yōu)選的實(shí)施方案，如果漂白車間是新建的，即在漂白車間中不再使用現(xiàn)有的設(shè)備，那么，該方法是優(yōu)選的。圖8包括使用壓榨機(jī)，優(yōu)選使用由Ingersoll-Rand Company制造的雙輥洗漿壓榨機(jī)，來(lái)替代常規(guī)的真空或加壓洗漿機(jī)，或者真空或加壓擴(kuò)散洗漿機(jī)(diffuser)。通常將濾液流示于圖中，對(duì)于每臺(tái)壓榨機(jī)均以33％的濃度卸料，濾液流和紙漿為2公斤液體/公斤紙漿。以稀釋因子2，將洗滌水加至每臺(tái)洗漿機(jī)，在目前的漂白車間這通常是4公斤液體/公斤紙漿。在這種場(chǎng)合，與圖7中所述的構(gòu)思相同，濾液被用來(lái)在壓榨機(jī)上進(jìn)行洗滌。然而，除此之外，還可將包含大量剩余過(guò)氧化物的濾液用來(lái)稀釋從壓榨機(jī)中排出的紙漿，其用量為7公斤液體/公斤紙漿?；厥盏降倪^(guò)氧化物量與圖7中所述的用真空洗漿機(jī)的情況相同。在壓榨機(jī)中回收到的濾液量是壓榨機(jī)置換比(洗滌效率)的函數(shù)。如果壓榨機(jī)的置換比為0.40，那么，總共將回收到約60％的過(guò)氧化物剩余物。由于壓榨機(jī)的資金投入與常規(guī)的真空或加壓洗漿機(jī)差不多，因此，對(duì)于新建車間而言，這將是有吸引力的。這種構(gòu)形的另一益處是，如果所安裝的洗滌裝置是壓榨機(jī)的話，那么，它能引入高濃臭氧漂白而不是中濃臭氧漂白。該方案降低了漂白所需的臭氧量，并降低了漂白車間所要求的能量。
在圖9中，通過(guò)管10將從常規(guī)洗漿機(jī)或濃縮機(jī)來(lái)的紙漿排入混合器100中，在該處，通過(guò)管15添加加熱紙漿用的蒸汽和/或增加紙漿PH用的堿。加熱紙漿并將PH調(diào)節(jié)至約11。然后，通過(guò)管20，將加熱過(guò)的和調(diào)節(jié)好PH的紙漿從混合器100送至常規(guī)的中濃泵200，該泵通過(guò)管30再將紙漿泵送至混合器300中。通過(guò)管35將過(guò)氧化氫溶液添加至混合器300中，其用量以足以保證在第一步反應(yīng)結(jié)束時(shí)保留有大量剩余物過(guò)氧化氫為準(zhǔn)。正如在過(guò)氧化物漂白體系中是常規(guī)的，還可通過(guò)管15與堿溶液一起添加保護(hù)纖維素粘度的鎂化合物以及多價(jià)螯合劑(如硅酸鹽/或螯合劑{如EDTA或DTPA})。過(guò)氧化物溶液可通過(guò)管35添加，或單獨(dú)通過(guò)管16和/或36添加。由于根據(jù)本發(fā)明，紙漿的溫度必須超過(guò)100℃，并且在該溫度泵送紙漿通常不是切實(shí)可行的，因此，最終溫度從例如85-90℃升溫至超過(guò)100℃是借助在泵200和混合器300之間通過(guò)管37添加蒸汽而實(shí)現(xiàn)的。
然后，將加熱至所希望的反應(yīng)溫度并調(diào)節(jié)至所希望的PH的紙漿通過(guò)管40泵入升流管式塔400中，該塔的尺寸設(shè)計(jì)為具有第一步反應(yīng)所希望的停留時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明，將升流管的尺寸定在保證紙漿的停留時(shí)間為5-30分鐘，優(yōu)選為5-20分鐘，在該停留時(shí)間后，在漿液中保持有大量剩余過(guò)氧化物。通過(guò)管50將紙漿送至適當(dāng)?shù)膲赫パb置560中，在該裝置中將紙漿的濃度以10％升至約25％。濾液通過(guò)管55循環(huán)至管30，從而回收在第一步反應(yīng)中沒(méi)消耗掉的部分過(guò)氧化物。
通過(guò)管60將紙漿送至常規(guī)的降流塔600中，以在高濃(25-30％)進(jìn)行第二步反應(yīng)。將常規(guī)的降流塔的尺寸定在能消耗絕大部分剩余的過(guò)氧化物，并通常能使紙漿保留1-5小時(shí)。通過(guò)管80，將漂白漿從塔600送至后續(xù)的處理步驟。
為清楚起見(jiàn)，既沒(méi)有示出在圖1-6中描述的泵和混合器，以及卸料裝置等，也沒(méi)有示出在每個(gè)漂白段中所需的維持最佳溫度的熱交換器。根據(jù)良好的工程實(shí)踐，可將熱交換裝置引入漂白車間。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將知道，為了獲得反應(yīng)所希望的停留時(shí)間，本發(fā)明可用升流，降流，升流/降流，或其它構(gòu)形來(lái)實(shí)施。此外，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員也將知道，在反應(yīng)之前和之后，分別有加熱和冷卻紙漿用的輔助裝置。另外，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將知道，在第一停留時(shí)間內(nèi)(升流管)用來(lái)保持壓力的閥可設(shè)置在混合裝置之前或之后。在本發(fā)明的說(shuō)明中給出的細(xì)節(jié)不是用來(lái)限制本發(fā)明的范圍，而是為了清楚地說(shuō)明優(yōu)選的實(shí)施方案。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員還將知道，使用螯合劑和多價(jià)螯合劑是所希望的或必須的，以獲得本發(fā)明的益處，而且，所添加的這些種類的本發(fā)明的處理劑并不是對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定。使用程序的例子有，QP，QPQP，QPQZP，QPZQP，PZQP等。此外，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員還將知道，在許多場(chǎng)合，可按性質(zhì)用特別是很低PH例如小于3的酸處理有效地替代螯合劑；因而，附加酸處理段，或用酸處理段替代螯合劑段也將落入本發(fā)明的范圍。
被稱之為“PAPEROXIDE”法的本發(fā)明的技術(shù)可用于纖維素或木質(zhì)纖維素材料，這些材料有，針葉木，闊葉木，或各種由化學(xué)漿，機(jī)械漿，半化學(xué)漿，或半機(jī)械漿，或回用纖維漿得到的非木質(zhì)纖維。這些應(yīng)用的益處將在下面的實(shí)施例中示出。
PAPEROXIDE法的第一步是，在PH8.5-12.5于高溫(大于100℃)，將紙漿與過(guò)氧化物反應(yīng)約少于30分鐘，優(yōu)選5-20分鐘的有限時(shí)間。重要的是，該第一步驟在漿液中不產(chǎn)生金屬雜質(zhì)下進(jìn)行。該第一步驟的結(jié)果在下面的例子中說(shuō)明實(shí)施例1對(duì)卡伯價(jià)(kappa number)為27.2的針葉木硫酸鹽漿試樣進(jìn)行氧脫木素(O段)，至卡伯價(jià)為1。然后，在約50℃和30分鐘的停留時(shí)間，用以紙漿為準(zhǔn)0.6％的EDTA在螯合段中對(duì)該紙漿試樣進(jìn)行處理(Q段)。然后，用常規(guī)的過(guò)氧化氫段(P)和臭氧段(Z)對(duì)試樣進(jìn)行進(jìn)一步脫木素，以獲得卡伯價(jià)2.0，ISO亮度77.9％和粘度14.4兆帕·秒的紙漿，所用的條件和化學(xué)劑用量列于下表A中。
表A-在OQPZ段中的條件和化學(xué)劑用量段 O Q P Z時(shí)間，分60 302407溫度，℃1005090 23濃度，％10 2 10 40壓力，psig 100- - -化學(xué)劑，％ 約1％O20.6％EDTA 2.5％H2O20.5％O3以絕干紙2.5％NaOH H2SO4至PH6 2.5％NaOH H2SO4至PH2漿為準(zhǔn)MgSO4，0.5％ MgSO4，0.5％DTPA，0.2％根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在加壓過(guò)氧化物段中對(duì)該紙漿進(jìn)行進(jìn)一步的處理，并與新方法的第一步進(jìn)行對(duì)比表I現(xiàn)有技術(shù)與加壓過(guò)氧化物的新方法進(jìn)行對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)(加壓的) 新方法(第一步)以紙漿為準(zhǔn)消耗的H2O2，％ 2.2 0.9最終PH 10.611.3時(shí)間，分60 5溫度，℃110 110亮度，％ISO 91.689.6粘度，兆帕·秒 8.5 8.9在所有場(chǎng)合，紙漿均在10％的濃度進(jìn)行處理，并使用氧氣將壓力維持在75psig。在漂白過(guò)程中施加下述化學(xué)劑表2表1用的漂白條件化學(xué)劑 用量，以紙漿為準(zhǔn)的％用量H2O22.5NaOH2.75MgSO40.05DTPA0.2本例表明，在本發(fā)明的第一步驟中，能獲得85％的亮度改善，而且，令人驚奇的是，沒(méi)有粘度惡化并以很短的停留時(shí)間大大降低了過(guò)氧化物的消耗，相比之下，現(xiàn)有技術(shù)需要1小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間。盡管本例中用氧氣來(lái)維持紙漿處于加壓狀態(tài)，但根據(jù)本發(fā)明的第一步驟，并不是必須將紙漿暴露至氧氣中。這將在下面的例子中說(shuō)明實(shí)施例2對(duì)卡伯價(jià)為27.2的針葉木硫酸鹽漿試樣進(jìn)行氧脫木素(O段)，至卡伯價(jià)為14。然后，在約50℃和30分鐘的停留時(shí)間下，用以紙漿為準(zhǔn)0.6％的EDTA在螯合段中對(duì)該紙漿試樣進(jìn)行處理(Q段)。然后，用常規(guī)的過(guò)氧化氫段(P)和臭氧段(Z)對(duì)試樣進(jìn)行進(jìn)一步脫木素，以獲得卡伯價(jià)1.3，ISO亮度81.8％的紙漿。用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)的常壓過(guò)氧化物段，和加壓的過(guò)氧化物段進(jìn)一步對(duì)紙漿進(jìn)行處理，并與本發(fā)明的第一步驟對(duì)比如下表3與現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)的和加壓的過(guò)氧化物段進(jìn)行對(duì)比，和使用氧氣的作用現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)有技術(shù)新方法(常規(guī)的)(加壓的)(第一步)以紙漿為準(zhǔn)消耗的H2O2，％ 1.84 1.911.07最終PH 11.2 11.011.4壓力，psig -75 35氧氣 沒(méi)用 用 沒(méi)用蒸汽壓 35時(shí)間，分 240 60 5溫度，℃ 90 110 110亮度，％ISO93.3 93.6 92.6在所有場(chǎng)合，紙漿均在10％的濃度進(jìn)行處理，在漂白過(guò)程中施加下述化學(xué)劑表4表3用的漂白條件
本例表明，根據(jù)本發(fā)明的第一步驟，能獲得與現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)的長(zhǎng)停留時(shí)間的常壓或加壓氧-過(guò)氧化物段非常類似的結(jié)果。與現(xiàn)有技術(shù)相反的是，在本發(fā)明的第一步驟中，這些可比的結(jié)果可在不使用氧氣的情況下獲得。在本例中說(shuō)明的本發(fā)明的短時(shí)，高溫第一步驟(停留時(shí)間5分鐘)僅使用了110℃漿液的蒸汽壓。該壓力為35psig，相比之下，現(xiàn)有技術(shù)需要使用高壓氧氣。通過(guò)這些例子和根據(jù)本發(fā)明，與現(xiàn)有技術(shù)類似的結(jié)果可在只使用短時(shí)，高溫段來(lái)獲得，所述的短時(shí)，高溫段將大大地降低進(jìn)行過(guò)氧化物漂白技術(shù)所需的資金投入。
本發(fā)明的基本原理是在約100-120℃，在小反應(yīng)塔中小于約30分鐘的停留時(shí)間，用相當(dāng)短的時(shí)間周期獲得快速的脫木素和亮度改善；然后，將紙漿排入常壓即低于約100℃的常規(guī)大擴(kuò)散塔中保持約1-5小時(shí)，在兩段之間不洗滌紙漿。對(duì)于常規(guī)的1-5小時(shí)的停留時(shí)間而言，隨后在常壓下使用的停留時(shí)間將導(dǎo)致進(jìn)一步消耗過(guò)氧化氫，并伴隨著亮度進(jìn)一步增加。這使得進(jìn)漿能在比本例紙漿更低的亮度時(shí)被接收。
本過(guò)氧化物段的設(shè)計(jì)可通過(guò)將高溫和短停留時(shí)間的原理與剩余過(guò)氧化物的再活化相結(jié)合，繼之以常規(guī)的漂白塔保留而進(jìn)一步改善。在進(jìn)行剩余過(guò)氧化物的再活化時(shí)，過(guò)氧化氫溶液以過(guò)量添加，從而保證在第一步反應(yīng)完成后有大量的過(guò)氧化物剩余物，所述的第一步反應(yīng)以1-30分鐘，優(yōu)選5-20分鐘的停留時(shí)間進(jìn)行，因而，保證了過(guò)氧化物剩余物進(jìn)入第二步反應(yīng)。這種組合在Bottan的共同待批申請(qǐng)中被進(jìn)一步描述。
本發(fā)明可用于生產(chǎn)ECF或TCF漿的現(xiàn)有漂白車間的重建和/或新建。在有或沒(méi)有隨后的保存，和有或沒(méi)有剩余過(guò)氧化物的再活化下使用短時(shí)，高溫過(guò)氧化物步驟，并且與常規(guī)的漂白化學(xué)劑相結(jié)合，使得短停留時(shí)間的漂白車間很經(jīng)濟(jì)地得以建造。
例如，對(duì)進(jìn)漿卡伯價(jià)約14的氧脫木素針葉木硫酸鹽漿，使用兩個(gè)短時(shí)，高溫過(guò)氧化物段，段間用臭氧氣體進(jìn)行處理，能生產(chǎn)出高亮度例如大于80％ISO的TCF漿。這種漂白構(gòu)思使得在漂白車間中整個(gè)漂白操作所需的總停留時(shí)間低于2小時(shí)。由于與常規(guī)的漂白技術(shù)相比使用了小的漂白反應(yīng)器，因此，與所有目前用于生產(chǎn)TCF漿的方法相比，本方法具有從末有過(guò)的低的資金投入。這將在下面的例子中說(shuō)明實(shí)施例3對(duì)卡伯價(jià)為25.7的針葉木硫酸鹽漿試樣進(jìn)行氧脫木素(O段)，至卡伯價(jià)為13.6和粘度為22.4兆帕。然后，在約50℃和30分鐘的停留時(shí)間下，用以紙漿為準(zhǔn)0.6％的EDTA在螯合段中對(duì)該紙漿試樣進(jìn)行處理(Q段)，然后，用P-Z-P程序?qū)⒓垵{漂白至大于85％的ISO亮度。根據(jù)本發(fā)明的第一步驟，使用短時(shí)(5-15分鐘)，高溫(107-110℃)條件進(jìn)行過(guò)氧化物段，但在兩個(gè)過(guò)氧化物段之間附加常規(guī)的臭氧漂白步驟。
對(duì)于在兩個(gè)過(guò)氧化物段中的總停留時(shí)間分別為10，20和25分鐘而言，漂白漿的亮度分別為82.3，87.6和91.0。必須指出的是，漂白漿的卡伯價(jià)很低，例如低于3。迄今為止，仍有許多對(duì)紙漿進(jìn)行TCF漂白的紙漿廠只使用過(guò)氧化物作為活性漂白化學(xué)劑，這些漿廠生產(chǎn)出的全漂漿的卡伯價(jià)很高，例如大于5，特別是考慮到這些紙漿生產(chǎn)的紙張的返色，高卡伯價(jià)是人們所不希望的。對(duì)于通過(guò)使用本方法生產(chǎn)的紙漿制得的紙張質(zhì)量而言，將本發(fā)明的第一步驟與既定的臭氧漂白技術(shù)結(jié)合使用，具有比目前的工業(yè)實(shí)施的實(shí)質(zhì)性的優(yōu)點(diǎn)。
必須指出的是，在實(shí)驗(yàn)室漂白期間，用氧氣來(lái)加壓紙漿混合物，根據(jù)表5中的數(shù)據(jù)模擬本發(fā)明。在實(shí)驗(yàn)室中，紙漿溫度保持在高于100℃，這是一種切實(shí)可行的模擬漂白方法。然而，根據(jù)表2列出的數(shù)據(jù)，本發(fā)明無(wú)需使用氧氣，而且，在工業(yè)實(shí)踐中要求獲得本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)這是不可預(yù)料的。
為了在實(shí)驗(yàn)室模擬方便起見(jiàn)，本程序的模擬包括在高濃操作的臭氧段，即約40％的濃度；然而，應(yīng)該明白的是，對(duì)于以紙漿為準(zhǔn)中等劑量的臭氧，即少于約0.6％，當(dāng)使用中等濃度的臭氧，即約10-14％的濃度時(shí)，將獲得基本上相同的結(jié)果。因此，本發(fā)明并不局限于使用高濃臭氧，事實(shí)上，優(yōu)選使用中濃臭氧，以便利用漿廠現(xiàn)有的設(shè)備，而且這將在優(yōu)選的實(shí)施方案中得到描述。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將知道，本發(fā)明的應(yīng)用原理，即兩個(gè)過(guò)氧化物段和段間酸處理段也可用其它現(xiàn)存的或?qū)?lái)的優(yōu)選在酸性介質(zhì)(即PH低于約7)中操作的化學(xué)劑來(lái)應(yīng)用。其它的段間處理的例子包括，但不局限于過(guò)乙酸，過(guò)一硫酸(Caro’s aeid)，各種酶處理劑，和這些處理劑的混合物。
此外，必須指出的是，對(duì)于特殊的紙漿而言，由于在有或沒(méi)有段間處理的情況下可將現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)過(guò)氧化物段與根據(jù)本發(fā)明第一步驟的一個(gè)過(guò)氧化物漂白段相結(jié)合，因此無(wú)需根據(jù)本發(fā)明第一步驟進(jìn)行兩個(gè)過(guò)氧化物段的操作?？梢灶A(yù)料的是，使用多于兩個(gè)過(guò)氧化物段并帶有段間處理對(duì)本發(fā)明將是有效的。盡管從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，應(yīng)限制段數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最小的資金投入，但通過(guò)只是一個(gè)或兩個(gè)過(guò)氧化物段所給出的例子不是用來(lái)限定本發(fā)明的范圍。
表5.評(píng)估采用新方法的P-Z-P漂白程序P1段(pres’d H2O2) 新方法 常規(guī)方法以紙漿為準(zhǔn)，H2O2％ 2.5 2.52.52.5 2.5H2O2，％吸收 0.5 1.11.11.3 2.1以紙漿為準(zhǔn)，NaOH％ 2.5 2.52.52.5 2.5以紙漿為準(zhǔn)，DTPA％ 0.2 0.20.20.2 0.2以紙漿為準(zhǔn)，MgSO4％ 0.05 0.05 0.05 0.050.05總時(shí)間，分 5 15 15 20 60溫度，℃ 107 110110110 110氧壓，psig- 7575 75 75 75濃度，％ 1010 10 10 10最終PH 11.4 11.7 11.6 11.310.5卡伯價(jià) 8.8 7.56.76.1 4.9亮度，％ISO 60.3 65.5 69.0 70.477.9Z段(臭氧)以紙漿為準(zhǔn)，O3％0.5 0.50.50.5 0.5O3，％吸收 0.49 未測(cè)出 未測(cè)出 未測(cè)出 未測(cè)出總時(shí)間，分 7 7 7 7 7溫度，℃ 23 2323 23 23濃度，％ 40 4040 40 40最終PH 2.42.4 2.02.0 2.3卡伯價(jià) 3.72.0 1.11.1未測(cè)出亮度，％ISO 70.6 76.5 80.8 79.885.7P2段(pres’d H2O2)新方法 常規(guī)方法以紙漿為準(zhǔn)，H2O2％ 2.52.5 2.52.5 2.5H2O2，％吸收 0.90.8 0.90.9 2以紙漿為準(zhǔn)，NaOH％ 2.52.5 2.52.5 2.5以紙漿為準(zhǔn)， DTPA％ 0.20.2 0.20.2 0.2以紙漿為準(zhǔn)， MgSO4％ 0.25 0.25 0.25 0.250.25總時(shí)間，分 5 5 10 5 60
溫度，℃ 108 110 110 109110氧壓，psig 75757575 75濃度，％ 10101010 10最終PH 11.3 11.1 11.4 11.6 10.6卡伯價(jià) 2.0 未測(cè)出0.4 未測(cè)出 未測(cè)出亮度，％ISO82.3 87.6 91.0 31.2 93.6作為進(jìn)一步的例子，使用例如現(xiàn)有的抽提，次氯酸鹽或二氧化氯漂白塔作為在本發(fā)明的過(guò)氧化物漂白段的短時(shí)，高溫步驟后的擴(kuò)散塔，與先前的例子相比，減少了漂白程序的操作成本，而且只需要對(duì)現(xiàn)有的漂白車間添加最少的設(shè)備。
實(shí)施例4對(duì)卡伯價(jià)為25.7的針葉木硫酸鹽漿試樣進(jìn)行氧脫木素(O段)，至卡伯價(jià)為13.6。然后，在約50℃和30分鐘的停留時(shí)間下，用以紙漿為準(zhǔn)0.6％的EDTA在螯合段中對(duì)該紙漿試樣進(jìn)行處理(Q段)，然后，用P1-Z-P2程序?qū)⒓垵{漂白至大于85％的ISO亮度。根據(jù)本發(fā)明，使用短時(shí)(5-15分鐘)，高溫(107-110℃)條件進(jìn)行過(guò)氧化物段，但在每個(gè)短時(shí)，高溫過(guò)氧化物段之后，附加常壓保留時(shí)間，并在兩個(gè)過(guò)氧化物段之間結(jié)合常規(guī)的臭氧漂白步驟。
從表6可以看出，根據(jù)本發(fā)明，在相同過(guò)氧化物劑量時(shí)(相對(duì)紙漿)，在本發(fā)明的短時(shí)，高溫第一步驟后附加常壓擴(kuò)散所取得的結(jié)果與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在每段使用加壓擴(kuò)散1-3小時(shí)所取得的結(jié)果相當(dāng)。由于在許多紙漿廠能重新使用現(xiàn)有的漂白塔作為后續(xù)的保留，使所需的資本投入最小，因此，這是尤其希望的。如前所述，對(duì)于1-3小時(shí)的加壓擴(kuò)散的投資是相當(dāng)高的，并且，還可預(yù)料的是，即使需要建造停留時(shí)間為1-5小時(shí)的新的常壓擴(kuò)散罐，那么，對(duì)于新漂白程序，該新的常壓擴(kuò)散罐加上短時(shí)(5-15分鐘)高溫?cái)U(kuò)散罐，當(dāng)與現(xiàn)有技術(shù)所需的資金相比，在經(jīng)濟(jì)上仍具有相當(dāng)?shù)奈?。根?jù)本發(fā)明，借助短時(shí)(5-20分鐘)升流管與漂白工廠現(xiàn)有的漂白塔(1-4小時(shí))結(jié)合使用，每個(gè)過(guò)氧化物漂白段的投資將降至$250,000或更低，或者，北美工業(yè)350家紙漿廠的總投資約為$90百萬(wàn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可節(jié)省資金$130-430百萬(wàn)。
表6.評(píng)估采用由每個(gè)P段的第一步驟是短時(shí)，高溫和第二步驟是長(zhǎng)停留時(shí)間，低溫組成的本發(fā)明的PZP漂白程序。
一步法二步法 一步法P1段(15分鐘)(15+240分鐘)(60分鐘)以紙漿為準(zhǔn)，H2O2％ 2.5 2.52.5H2O2，％吸收 1.1 2.11.1以紙漿為準(zhǔn)，NaOH％ 2.5 2.52.5以紙漿為準(zhǔn)，MgSO4％ 0.05 0.05 0.05以紙漿為準(zhǔn)，DTPA％ 0.2 0.20.2濃度，％ 10 10 10總時(shí)間，分鐘 15 22560第一步 15 15 60第二步 -- 240--溫度，℃第一步 110 110110第二步 -- 90 --氧壓，psig-75 75 75(僅第一步)最終PH 11.6 11.1 10.5卡伯價(jià) 6.7 5.24.9粘度，兆帕·秒 18.2 76.6 77.9ISO亮度，％69.0 76.6 77.9Z段以紙漿為準(zhǔn)，O3％ 0.5 0.5 0.5濃度，％ 40 40 40總時(shí)間，分 77 7溫度，℃ 23 23 23最終PH 2.0 2.0 2.0卡伯價(jià) 1.1 未測(cè)出 --粘度，兆帕·秒 12.3 11.014.7亮度，％ISO80.8 84.685.7
P2段以紙漿為準(zhǔn)，H2O2％ 2.5 2.5 2.5H2O2，％吸收 0.9 2.3 2.0以紙漿為準(zhǔn)，NaOH％ 2.5 2.5 2.5以紙漿為準(zhǔn)，MgSO4％ 0.25 0.25 0.25以紙漿為準(zhǔn)，DTPA％ 0.2 0.2 0.2濃度，％ 1010 10總時(shí)間，分鐘 10250 60第一步 1010 60第二步 --240 --溫度，℃第一步 110 110 110第二步 --90--氧壓，psig- 757575(僅第一步)最終PH 11.4 11.4 10.6卡伯價(jià) 得不到得不到得不到粘度，兆帕·秒 10.9 9.5 8.7亮度，％ISO 91.0 93.4 93.6所給出的數(shù)據(jù)是對(duì)少許優(yōu)選實(shí)施方案的性能進(jìn)行定量分析，但這并不是對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將知道，為取得本發(fā)明的益處，本發(fā)明能以許多方式來(lái)實(shí)施。給出一些例子就是用來(lái)說(shuō)明這一點(diǎn)的，但這并不意味著限制本發(fā)明的范圍。下表描述了可以在現(xiàn)有的或新建的漂白車間采用的本發(fā)明即“PAPEROXIDE”法的某些場(chǎng)合1.用于在漂白車間之前的脫木素。
2.在漂白車間最后用于最終的增白。
3.替代漂白車間現(xiàn)有的段。
4.對(duì)現(xiàn)有的段進(jìn)行改進(jìn)，以改善性能或減少漂白車間中使用的氯化合物。
5.在進(jìn)一步的漂白段之前用作預(yù)處理。
6.上述任一種情況中，使用多于一種新的或改性的段7.一種以上新段結(jié)合一種或多種段間處理。
權(quán)利要求
1.一種用過(guò)氧化氫漂白木漿和其它纖維素和木質(zhì)纖維素纖維材料(紙漿)的方法，該方法包括將所述紙漿的濃度調(diào)節(jié)至8-18％；添加堿以使所述紙漿的PH大于8.5；添加過(guò)氧化氫，其用量以所述紙漿絕干重量計(jì)至少為0.5％；將所述紙漿的溫度加熱至大于100℃，與此同時(shí)維持足夠的壓力以防止?jié){液沸騰；將所述紙漿通過(guò)一反應(yīng)塔，其通過(guò)速率以在所述反應(yīng)塔中的反應(yīng)時(shí)間少于45分鐘為準(zhǔn)；將所述紙漿的溫度冷卻至低于100℃；在常壓下在反應(yīng)塔中沉積所述的紙漿并讓反應(yīng)進(jìn)行1-5小時(shí)直至絕大部分剩余的過(guò)氧化氫都消耗完為止；和卸出所述紙漿以備進(jìn)一步處理。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，添加足夠的堿，以使所述紙漿的PH大于9.5。
3.權(quán)利要求1的方法，其中，添加足夠的堿，以使所述紙漿的PH在9.5-11.5。
4.權(quán)利要求1的方法，其中，使所述紙漿通過(guò)所述的反應(yīng)塔，其通過(guò)速率以在所述反應(yīng)塔中的反應(yīng)時(shí)間在5和20分鐘之間為準(zhǔn)。
5.一種用過(guò)氧化氫漂白纖維素和木質(zhì)纖維素纖維材料(紙漿)的方法，該方法包括將所述紙漿的濃度調(diào)節(jié)至10-18％；添加堿以使所述紙漿的PH大于8.5；添加過(guò)氧化氫，以便在通過(guò)第一反應(yīng)塔后能提供剩余的過(guò)氧化物；將所述紙漿的溫度加熱至大于100℃，與此同時(shí)維持足夠的壓力以防止?jié){液沸騰；將所述紙漿通過(guò)一反應(yīng)塔，其通過(guò)速率以在所述反應(yīng)塔中的反應(yīng)時(shí)間少于45分鐘為準(zhǔn)；添加堿以使所述紙漿的PH大于9.0；在常壓下在反應(yīng)塔中沉積所述的紙漿并讓反應(yīng)進(jìn)行1-5小時(shí)直至絕大部分剩余的過(guò)氧化氫都消耗完為止；和卸出所述紙漿以備進(jìn)一步處理。
6.權(quán)利要求5的方法，其中，添加足夠的過(guò)氧化氫，其用量為0.5-5.0％重量。
7.權(quán)利要求5的方法，其中，通過(guò)添加足夠的堿使紙漿的PH大于9.5而使所述剩余過(guò)氧化氫再活化。
8.一種用過(guò)氧化氫漂白纖維素和木質(zhì)纖維素纖維材料(紙漿)的方法，該方法包括將所述紙漿的濃度調(diào)節(jié)至8-18％；添加堿以使所述紙漿的PH大于8.5；添加過(guò)氧化氫，其用量以所述紙漿絕干重量計(jì)為0.5-5.0％；將所述紙漿的溫度加熱至大于100℃，與此同時(shí)維持足夠的壓力以防止?jié){液沸騰；將所述紙漿通過(guò)一反應(yīng)塔，其通過(guò)速率以在所述反應(yīng)塔中的反應(yīng)時(shí)間少于45分鐘為準(zhǔn)；將所述紙漿的溫度冷卻至低于100℃；卸出所述紙漿以備進(jìn)一步處理。
9.一種用于纖維素和木質(zhì)纖維素材料(紙漿)的三段漂白程序，包括如下步驟將所述紙漿經(jīng)過(guò)第一段過(guò)氧化氫漂白段處理，所述第一段包括如下步驟將所述紙漿的濃度調(diào)節(jié)至8-18％并添加堿和過(guò)氧化氫以使所述紙漿的PH大于8.5，過(guò)氧化氫的用量以所述紙漿絕干重量計(jì)為0.5-5.0％；將所述紙漿的溫度加熱至大于100℃，與此同時(shí)維持足夠的壓力以防止?jié){液沸騰，加壓下，將所述紙漿通過(guò)一反應(yīng)塔，其通過(guò)速率以在所述反應(yīng)塔中的反應(yīng)時(shí)間少于45分鐘為準(zhǔn)；冷卻所述紙漿并將冷卻的紙漿送至洗漿機(jī)，在洗漿機(jī)中，從紙漿中除去絕大多數(shù)未反應(yīng)的漂白化學(xué)劑和溶解的材料，并且，如果需要的話，將紙漿濃度調(diào)節(jié)至用于第二段漂白處理的優(yōu)選值；將所述紙漿經(jīng)過(guò)所述的第二漂白段處理，所述的漂白段包括如下步驟添加足夠的酸或堿以將紙漿的PH調(diào)節(jié)至漂白劑的優(yōu)選值，并將所述紙漿引入一混合器中，在該混合器中，第二漂白化學(xué)劑與所述紙漿混合；將紙漿從混合器送至反應(yīng)罐中，在該反應(yīng)罐中，所述紙漿的停留時(shí)間以能使所添加的絕大部分化學(xué)劑消耗掉為準(zhǔn)；將所述紙漿從所述反應(yīng)罐送至洗漿機(jī)中，在洗漿機(jī)中，從紙漿中除去絕大多數(shù)未反應(yīng)的漂白化學(xué)劑和溶解的材料，并且，如果需要的話，將紙漿濃度調(diào)節(jié)至8-18％；和在調(diào)節(jié)紙漿濃度后，將紙漿經(jīng)過(guò)第三段漂白處理，所述的第三段處理的所有步驟與所述第一段過(guò)氧化氫漂白處理所述的步驟相同。
10.權(quán)利要求9的方法，其中，在第二漂白段中，添加足夠的酸以將紙漿的PH調(diào)節(jié)至低于4，并將所述的紙漿引入一混合器中，在混合器中，將在適當(dāng)載氣中的臭氧與所述紙漿混合；將紙漿從混合器送至臭氧反應(yīng)罐中，在該罐中，所述紙漿的停留時(shí)間高達(dá)10分鐘之多，以便能消耗所有的臭氧，并將紙漿從所述臭氧反應(yīng)罐送至洗漿機(jī)中，在洗漿機(jī)中，從紙漿中除去絕大多數(shù)未反應(yīng)的漂白化學(xué)劑和溶解的材料，并且，如果需要的話，將紙漿濃度調(diào)節(jié)至8-18％，以供第三段處理用。
11.權(quán)利要求10的方法，其中，施加的臭氧量以絕干紙漿重量計(jì)在0.1-2.0％之間。
12.權(quán)利要求10的方法，其中，在8-18％的濃度進(jìn)行臭氧漂白段。
13.權(quán)利要求12的方法，其中，施加的臭氧量以絕干紙漿重量計(jì)在0.2-1.0％之間。
14.權(quán)利要求9的方法，其中，包括一段以上的臭氧處理，在各段之間沒(méi)有對(duì)紙漿進(jìn)行洗滌。
15.權(quán)利要求9的方法，其中，在第一過(guò)氧化物處理和第二過(guò)氧化物處理之間進(jìn)行另外的漂白步驟。
16.權(quán)利要求9的方法，其中，將進(jìn)漿的濃度調(diào)節(jié)至大于20％；將卸出的紙漿脫水至大于20％的濃度，并將漂白段后脫水步驟得到的濾液用來(lái)稀釋進(jìn)漿，因此，回收了絕大部分的剩余過(guò)氧化氫。
17.權(quán)利要求16的方法，其中，將從該段排出的紙漿沉積在反應(yīng)塔中并讓反應(yīng)進(jìn)行30分鐘-3小時(shí)，直至絕大部分剩余過(guò)氧化物消耗掉為止。
18.權(quán)利要求17的方法，其中，在紙漿沉積在所述反應(yīng)塔中之前，添加堿以使剩余的過(guò)氧化氫再活化。
19.權(quán)利要求17的方法，其中，在紙漿沉積在所述反應(yīng)塔中之前，將紙漿冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種使用過(guò)氧化氫作為漂白劑的纖維素和木質(zhì)纖維素紙漿的漂白方法,該方法使用兩步反應(yīng),即在足以阻止紙漿沸騰的壓力下的短時(shí)高溫步驟和長(zhǎng)時(shí)間的常壓低溫步驟,以消耗短時(shí)高溫步驟后剩余的絕大部分過(guò)氧化氫。該方法包括如下步驟:將10—18%濃度的紙漿(15)引入混合器(100)中,在混合器中,將紙漿加熱至高于100℃;添加足夠的氫氧化鈉以使所述紙漿的pH大于8.5;添加足夠的過(guò)氧化氫(36),其用量以所述紙漿絕干重量計(jì)為0.5—5.0%;將所述紙漿通過(guò)一加壓反應(yīng)塔(400),其通過(guò)速率以在所述反應(yīng)塔中的反應(yīng)時(shí)間在1—30分鐘為準(zhǔn);在反應(yīng)塔中沉積所述的紙漿并讓反應(yīng)進(jìn)行1—5小時(shí)直至絕大部分剩余的過(guò)氧化氫都消耗完為止。將紙漿引入混合器中并添加堿使在漂白步驟之間紙漿的pH至少為9來(lái)再活化剩余的過(guò)氧化氫,這是人們所希望的。
文檔編號(hào)D21C9/153GK1176673SQ95194090
公開(kāi)日1998年3月18日 申請(qǐng)日期1995年6月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月11日
發(fā)明者萊維斯·D·沙克福德, 威廉·J·米勒, 布賴恩·P·羅伊, 巴巴拉·范萊羅普, 理查德·M·貝里 申請(qǐng)人:具洛特工藝技術(shù)公司, 加拿大制漿造紙研究所