CN101333779B

CN101333779B - 用烧碱蒽醌蒸煮所得木质纤维素纸浆的漂白方法和系统

Info

Publication number: CN101333779B
Application number: CN200810126666.6A
Authority: CN
Inventors: 纳姆希·欣; 伯蒂尔·斯特龙伯格; 帕姆·O'利里
Original assignee: Andritz Inc
Current assignee: Andritz Inc
Priority date: 2007-06-18
Filing date: 2008-06-17
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2028-06-17
Also published as: ZA200805042B; CN101333779A

Abstract

本发明涉及用烧碱蒽醌蒸煮木质纤维素材料后的纸浆漂白方法。当使用类似的漂白流程时，该方法可以得到与牛皮浆漂白法大致相当的白度。某些情况下，漂白流程可以是O-A-Do-Eop-D、O-A-ZDo-Eop-D、A-Do或A-ZDo。

Description

用烧碱蒽醌蒸煮所得木质纤维素纸浆的漂白方法和系统

技术领域

下述内容一般涉及木质纤维素(如木材)纸浆的漂白。在特别优选的实施例中，本发明涉及木质纤维素材料经烧碱蒽醌蒸煮后所得纸浆的漂白工艺。

背景技术

在纸浆和纸张制造业中，将木材或非木材类木质纤维素材料转变成造纸用浆的处理方法基本上有两种，它们之间截然不同。一种处理方法是化学法制浆，该方法使用氢氧化钠、硫化钠、亚硫酸钠或不同溶剂等化学品将各纤维单体间的键断裂。另一种处理方法是机械法制浆，该方法主要使用机械装置，例如用一对转盘(通常称为盘磨机)或者旋转式磨石，将木质纤维素纤维彼此间分开。

牛皮化学制浆法(又称硫酸盐法)是典型的化学浆法，这种方法制出的纸浆强度高，得率约50％。该硫酸盐方法是在温度和压力下用氢氧化钠(NaOH)和硫化钠(Na₂S)的水溶液对木材进行化学处理。但有时候，通常在用硫化物和氢氧化物处理前，加入添加剂或进行化学处理，有可能提高硫酸盐方法的纸浆得率。这样，得率呈个位数增长，有可能对纸浆厂的收益率产生重大影响。如果纸浆厂因其回收蒸煮器的容量增加有限而导致产量受限的话，则制浆工艺中纸浆得率的增长能提高纸浆厂的产量，从而消除了回收系统所带来的限制。另一种化学制浆法被称为烧碱蒸煮法，该方法中，蒸煮液内基本上不含硫。

美国专利4,012,280揭示，往蒸煮液中添加环酮类化合物，包括蒽醌(AQ)，用该蒸煮液——AQ溶液在制浆温度下处理纤维素材料，能改善碱性化学制浆法的得率。但在这一方法中，尽管知道AQ是一种催化剂，却没有对AQ添加剂加以回收，而只是在该制浆工艺中被一次性消耗。美国专利4,127,439对前面的AQ处理法做了改进，将纤维素材料与AQ的接触仅仅限制在蒸煮之前的预处理阶段。这一方法是在蒸煮之前先将预处理液从纤维素材料中分离出来，然后将含有残留AQ的预处理液再在预处理中使用。美国专利4,127,439包括在连续法中选择对纤维素进行预处理，该方法中处理液在单一处理区内以逆流方式替换预处理液。但预处理液的分离和回收由于在一个处理区内处理而受到限制。

美国专利4,310,383公开了另一种用蒽醌进行上述预处理的方法，该方法利用蒽醌的溶解度在碱性溶液中发生变化这一特性，在处理区内形成蒽醌的内部循环。这种内部循环是在纤维素的逆流处理过程中因蒽醌的溶解度发生改变而引起的。在高碱性的逆流处理区一端通入含AQ的溶液，此处AQ的溶解度较大。这种高碱性是在向纤维素中通入AQ时，由另外引入的高碱性硫酸盐白液所产生。逆向流动液体的碱性随着纤维素对碱的消耗而降低，使得AQ溶液的碱性被降低到使AQ变得不可溶而沉淀在纤维素上的程度。然后向下流动的纤维素带着沉淀出的AQ回到处理区的另一端，这一端的碱性更高，所以AQ又被溶解。之后再将溶解的AQ逆流通到纤维素流中，该循环自身反复进行。虽然这种方法对蒽醌加以回收和再利用，但并不适用于聚硫化物或硫等其它添加剂的处理，因为它们的溶解度不随碱性变化而改变。

最近，美国专利6,241,851和6,576,084已被授权公告，它们对上述AQ制浆法又做了改进。而且，某些漂白流程和漂白阶段为本领域所熟知，如美国专利6,153,300和6,010,594，以及EP 0786 029 B1所述。

虽然本领域对有关蒽醌蒸煮法做了若干改进，但仍然需要进行改善，尤其是在用烧碱和蒽醌蒸煮之后的漂白方面。所以本文所述技术针对的是这方面的改进。

发明内容

本发明的一个方面一般涉及木质纤维素纸浆的漂白方法，其包括以下步骤：用烧碱和蒽醌蒸煮木质纤维素材料以形成木质纤维素纸浆，其中，所述烧碱包含氢氧化钠或碳酸钠，或者氢氧化钠和碳酸钠；将木质纤维素纸浆输送至第一阶段，这一阶段中木质纤维素纸浆与含氧的第一碱接触；取出第一阶段中的木质纤维素纸浆，输送至第二阶段，这一阶段中木质纤维素纸浆与酸接触；取出第二阶段中的木质纤维素纸浆，输送至第三阶段，这一阶段中木质纤维素纸浆与第一二氧化氯或者与第一二氧化氯和臭氧接触；取出第三阶段中的木质纤维素纸浆，输送至第四阶段，这一阶段中木质纤维素纸浆与第二碱和过氧化氢接触；取出第四阶段中的木质纤维素纸浆，输送至进一步漂白的第五阶段，这一阶段中木质纤维素纸浆与第二二氧化氯和/或一个或多个阶段中的其它漂白化学品接触以获得最终高于89(％ISO)的白度；以及，取出第五阶段中的木质纤维素纸浆。

本发明的另一方面一般涉及木质纤维素纸浆的漂白方法，其包括以下步骤：用烧碱和蒽醌蒸煮木质纤维素材料以形成木质纤维素纸浆；将木质纤维素纸浆输送至第一阶段，这一阶段中木质纤维素纸浆与含氧的第一碱接触；取出第一阶段中的木质纤维素纸浆，输送至第二阶段，这一阶段中木质纤维素纸浆在高于105℃的温度下与酸接触；取出第二阶段中的木质纤维素纸浆，输送至第三阶段，这一阶段中木质纤维素纸浆与二氧化氯或者与二氧化氯和臭氧接触；以及，取出第三阶段中的木质纤维素纸浆。

在本发明的至少一些实施例中，在用烧碱和蒽醌(AQ)进行蒸煮之后进行的漂白工艺，可以获得与硫酸盐蒸煮法相同或者如果不相同则基本近似的白度和用量(漂白化学品用量)以及其它纸浆强度等性能。在至少某些实施例中，木片(或其它纤维素材料)在用蒽醌烧碱蒸煮前先用或者不用碳酸盐(C)处理，然后经历漂白流程，其中高温下(如高于105℃或110℃)进行的酸阶段后面可以是可选的洗涤和臭氧(Z)或臭氧/二氧化氯组合(Z/D)阶段。其白度、化学品用量和其它纸浆强度等性能与传统的使用类似漂白流程的硫酸盐蒸煮法得到的这些性能大体相当。

附图说明

图1是本发明典型实施例中的漂白流程的示意图。

具体实施方式

在蒸煮和传统漂白流程如O-A/D-Eop-D、O-Z/D-Eop-D和O-Do-Eop-D之前采用蒽醌烧碱蒸煮法(含或不含C阶段)得不到与牛皮浆相同白度的漂白纸浆(漂白流程中Eop表示用氧气和过氧化氢进行的抽提阶段)。根据本发明的至少一些实施例，在用蒽醌烧碱蒸煮(可以用也可以不用碳酸钠预处理)结束后进行高温酸阶段(A)、洗涤、臭氧阶段(Z)或臭氧和二氧化氯阶段(Z/D)，可以获得有益的结果。这种情况下，当要求与牛皮浆所用的化学品用量近似而且抗张强度等其它漂白纸浆性能保持不变时，蒽醌烧碱法纸浆被漂白到至少与牛皮浆一样的白度。

优选的是，烧碱蒸煮法中所含的硫很少或者不含硫(如硫化钠)，所以不是硫酸盐法。在漂白前用烧碱进行的蒸煮可以采用大家熟知的方法，例如包括

蒽醌烧碱法，其中去木素作用过程和直到蒸煮结束的整个体相中的溶解固含量低；带有碳酸盐预处理工序的蒽醌烧碱法；带有酸预处理工序的蒽醌烧碱法等。蒸煮器中纸浆的浓度优选为至少含5wt％固体。

虽然并不希望受任何理论限制，但仍然认为，当操作蒽醌烧碱蒸煮法时(含有或没有碳酸盐处理阶段)，蒽醌和碳水化合物或者木素复合物之间可能形成化学键，而导致漂白性能比硫酸盐蒸煮法差。

我们知道，对于用硫酸盐蒸煮法制出的纸浆来说，酸阶段对Hex-A(己烯糖醛酸)的去除效果很好(例如见美国专利6,776,876、6,736,934和6,306,253)。对牛皮浆而言，该A阶段后面可以跟着一个或多个二氧化氯(D)或臭氧(Z)阶段，这些阶段之间的洗涤步骤并不是很重要。但是，对蒽醌烧碱法纸浆来说，如果A阶段后面跟着臭氧(Z)或臭氧和二氧化氯(Z/D)或二氧化氯(D)阶段，可以在A阶段和后续阶段之间加入洗涤步骤。

应当注意，对蒽醌烧碱法制出的纸浆所进行的漂白阶段之间的洗涤已在实验室规模得到确认。所以，在至少一些实施例中，可以优选地在漂白阶段之间加入洗涤步骤。我们还认为，酸阶段和臭氧阶段可能在涉及用蒽醌烧碱蒸煮法生产的纸浆的漂白工艺中尤其有用。

图1是本发明典型实施例中的漂白流程的示意图。用烧碱和蒽醌蒸煮木质纤维素材料而制得的纸浆经由管道112被输送到漂白工艺的第一阶段110。

第一阶段110是一个涉及氧气脱木素作用的阶段(即“O”阶段)，这一阶段中，经过管道114加入碱和/或过氧化氢等化学品，与纸浆接触。第一阶段110中的处理过程结束后，经由管道122取出纸浆并以直接或间接的方式输送至第二阶段120。上述接触过程可以在85-115℃持续60-90分钟。

第二阶段120涉及酸阶段(即“A”阶段)，这一阶段中经由管道124加入酸(如H₂SO₄)等化学品，与纸浆接触。第二阶段120中的处理过程结束后，经由管道132取出纸浆并以直接或间接的方式输送至第三阶段130。上述接触过程可以在高达115℃的温度下持续10-150分钟。某些实施例中，该温度可以高于105℃或高于110℃。酸的用量可以占纸浆的0.25-0.75wt％(按重量计)。

第三阶段130涉及臭氧阶段(即“Z”阶段)或臭氧和二氧化氯阶段(即“ZDo”阶段)，这一阶段中经由管道134加入臭氧和/或二氧化氯等化学品，与纸浆接触。第三阶段130中的处理过程结束后，经由管道142取出纸浆并以直接或间接的方式输送至第四阶段140。上述接触过程可以在50-110℃持续10-20分钟。使用的臭氧量可以占纸浆的0.25-0.5wt％。二氧化氯的用量可以占纸浆的0.1-0.75wt％。

第四阶段140涉及使用氧气和过氧化氢进行抽提的阶段(即“Eop”阶段)，这一阶段中经由管道144加入碱、过氧化氢和/或硫酸镁等化学品，与纸浆接触。第四阶段140中的处理过程结束后，经由管道152取出纸浆并以直接或间接的方式输送至第五阶段150。上述接触过程可以在75-105℃持续60-90分钟。碱的用量可以占纸浆的0.5-1.5wt％。过氧化氢的使用量可以占纸浆的0.25-0.75wt％。硫酸镁的用量可以占纸浆的0.5-1.5wt％。

第五阶段150涉及二氧化氯阶段(即“D”阶段)，这一阶段中经由管道154加入二氧化氯等化学品，与纸浆接触。第五阶段150中的处理过程结束后，经由管道162取出纸浆。上述接触过程可以在50-99℃持续30-150分钟。二氧化氯的用量可以占纸浆的0.1-0.5wt％。

某些实施例中，在各阶段之间可以用已知的传统技术对纸浆进行处理(如洗涤、过滤等)。某些实施例中，可以只有A阶段和ZDo阶段或Do阶段是必须的。

实施例

使用以下两个漂白流程，对本发明的一个实施例中使用蒽醌烧碱蒸煮法和涉及硫酸盐蒸煮法的比较例中制出的纸浆进行实验室漂白：O-A-Do-Eop-D和O-A-ZDo-Eop-D。Do表示起始的二氧化氯阶段。O表示涉及氧气脱木素作用的阶段。

表1列出了漂白条件和各漂白步骤结束后得到的白度。这些实验结果显示，使用近似的化学品用量时，蒽醌烧碱法纸浆经过“D”阶段后得到的白度可以至少达到牛皮浆的白度水平。本领域都知道，卡伯值是反映纸浆的木素含量或漂白性能的指标。表1：漂白条件和各漂白步骤结束后得到的白度

下表2中列出了另一实施例中使用的漂白条件和各漂白步骤结束后得到的白度。这一实施例中，“A”阶段的温度为110℃，持续30分钟，“D”阶段持续15分钟。漂白流程为O-A-D-Eop-D。表中“A-D”阶段合在一起表示。表2

这里谈及和要求保护的所有数值和数值范围均为近似值和近似范围，它们包括至少一些变化范围。

虽然结合目前认为是最实用和最优选的实施例对本发明予以描述，但应当理解，本发明并不受所公开实施例的限制，相反，本发明应能涵盖本发明精神和范围内所包括的各种变更和等同变换。

Claims

1.一种木质纤维素纸浆的漂白方法，其包括以下步骤:

用烧碱和蒽醌蒸煮木质纤维素材料以形成木质纤维素纸浆，其中，所述烧碱包含氢氧化钠或碳酸钠，或者氢氧化钠和碳酸钠;

将木质纤维素纸浆输送至第一阶段，这一阶段中木质纤维素纸浆与含氧的第一碱接触;

取出第一阶段中的木质纤维素纸浆，输送至第二阶段，这一阶段中木质纤维素纸浆与酸接触;

取出第二阶段中的木质纤维素纸浆，输送至第三阶段，这一阶段中木质纤维素纸浆与第一二氧化氯或者与第一二氧化氯和臭氧接触;

取出第三阶段中的木质纤维素纸浆，输送至第四阶段，这一阶段中木质纤维素纸浆与第二碱和过氧化氢接触;

取出第四阶段中的木质纤维素纸浆，输送至进一步漂白的第五阶段，这一阶段中木质纤维素纸浆与第二二氧化氯和/或一个或多个阶段中的其它漂白化学品接触以获得最终高于89%ISO的白度，并且进一步漂白的第五阶段提供以下漂白木质纤维素纸浆:具有与使用第一、第二、第三、第四和第五阶段相同的漂白程序的硫酸盐蒸煮得到的那些相同的白度、相当的化学品用量和纸浆强度;以及

取出第五阶段中的木质纤维素纸浆;

其中，所述酸占所述木质纤维素纸浆的0.25-0.75wt%;

所述第一碱占所述木质纤维素纸浆的1-2wt%，所述第一二氧化氯占所述木质纤维素纸浆的0.1-0.75wt%，所述臭氧占所述木质纤维素纸浆的0.25-0.5wt%，所述第二碱占所述木质纤维素纸浆的0.5-1.5wt%，所述过氧化氢占所述木质纤维素纸浆的0.25-0.75wt%，以及，所述第二二氧化氯占所述木质纤维素纸浆的0.1-0.5wt%;

其中，所述第二阶段中的接触过程在高于105°C的温度下持续10-150分钟。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，获得高于90%ISO的白度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，获得高于91%ISO的白度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，获得高于92%ISO的白度。

5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在第一阶段、第二阶段、第三阶段、第四阶段和第五阶段中至少任何一个阶段结束后将所述木质纤维素纸浆洗涤的步骤。

6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在蒸煮前用碳酸盐或酸对所述木质纤维素材料进行预处理的步骤。

7.根据权利要求1所述的方法，所述第二阶段中的接触过程在高于110°C的温度下进行。

8.一种涉及木质纤维素纸浆的漂白方法，其包括以下步骤:

用烧碱和蒽醌蒸煮木质纤维素材料以形成木质纤维素纸浆;

取出第一阶段中的木质纤维素纸浆，输送至第二阶段，这一阶段中木质纤维素纸浆在高于１１0°C的温度下与酸接触10至１５0分钟;

取出第二阶段中的木质纤维素纸浆，输送至第三阶段，这一阶段中木质纤维素纸浆与二氧化氯或者与二氧化氯和臭氧接触;以及，

取出第三阶段中的木质纤维素纸浆;

其中，所述酸占所述木质纤维素纸浆的0.25-0.75wt％；

所述二氧化氯占所述木质纤维素纸浆的0.1-0.75wt%，所述臭氧占所述木质纤维素纸浆的0.25-0.5wt%。

9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括在第一阶段和第二阶段中至少任何一个阶段结束后将所述木质纤维素纸浆洗涤的步骤。

10.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括在蒸煮前用碳酸盐或酸对所述木质纤维素材料进行预处理的步骤。