CN102472006A

CN102472006A - 生产纸浆的方法

Info

Publication number: CN102472006A
Application number: CN2011800024496A
Authority: CN
Inventors: L.拉米
Original assignee: Metso Paper Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2031-03-10
Also published as: FI20105243A0; CN102472006B; FI123100B; EP2430233B1; CA2761757C; EP2430233A1; WO2011110746A1; FI20105243L; CA2761757A1

Abstract

公开了生产纸浆的方法。更具体地说，本发明涉及包括蒸汽相预水解步骤的置换间歇式蒸煮工艺，其中改善了副产物的收取。在本发明的收取步骤中，在达到预水解阶段中的目标P-因数后，从蒸煮器的底部向蒸煮器中引入热洗液。该洗液经由真空筛浆机循环到蒸煮器的顶部和底部，直至经预水解的木屑处于洗液中。从蒸煮器中收取含有副产物的热洗液，并通过以碱液置换所述洗液来使蒸煮器内容物中和。

Description

生产纸浆的方法

技术领域

本发明涉及生产纸浆的方法。更具体地说，本发明涉及包括蒸汽相预水解步骤的置换间歇式蒸煮工艺，其中，副产物的收取得到改善。

背景技术

在20世纪30年代，开发出了用于生产具有高的α纤维素含量的特殊纸浆的预水解-硫酸盐(Kraft)蒸煮，参见例如Rydholm，S.E.的Pulping Processes(第649-672页，Interscience Publishers，纽约，1968)。基本思想是在进行去脱质素时从纤维素纤维中尽可能多地除去半纤维素，从而获得高的α纤维素含量。这是必要的，因为这种纸浆的各种最终用途(例如溶解纸浆)都不能容忍具有无规接枝分子结构的短链半纤维素分子。

单独的预水解步骤允许通过改变水解条件来对半纤维素的水解进行所需调节。在预水解-硫酸盐法蒸煮方法中，直到单独的第二蒸煮步骤才进行必需的去脱质素。预水解作为水或蒸汽相预水解进行，或者，预水解在催化剂的存在下进行。在前一方法中，在该方法期间从木材中释放出的有机酸实施了主要部分的水解，而在后一方法中，可加入少量的无机酸或二氧化硫以“辅助”预水解。在蒸汽相中进行的预水解阶段中，将直接蒸汽引入到蒸煮器中的木屑柱内。

传统上，在使反应器中的纤维素材料预水解后，在该反应器中用碱性中和液体使水解产物和经预水解的纤维素材料中和，从而产生中和的水解产物以及中和的经预水解的纤维素材料。水解产物不但存在于木屑外的自由液体中，而且还捕集和固定在木屑内。如果期望的话，可以在中和步骤之前尽可能多地收取水解产物，以能够利用在预水解中放出的碳水化合物。可以在预水解步骤和蒸煮步骤之间采用单独的洗涤步骤，在该单独的洗涤步骤中，首先用洗液填充蒸煮器，然后从蒸煮器中移出含有碳水化合物的液体。但这是耗时的，不利于能量平衡且产生非常稀的碳水化合物溶液。

WO2007/090925描述了处理木质纤维素材料的改善方法，其中，首先用直接蒸汽将蒸煮器及其内容物加热至预定的水解温度，然后从一端向蒸煮器中引入一定体积的洗液，并从蒸煮器的与所述引入端相对的另一端除去所述洗液。

根据专利公开WO2007/090926中所述的方法，通过利用水解产物的滴流床型下降流来收取水解产物。在该方法中，将向下滴流的水解产物的第一级分收集作为产物级分，并将第二级分从蒸煮器排出至热水解产物储罐以在下一批次中用作第一滴流液体。通过滴流床型收取，获得了浓水解产物，但是，该收取步骤太慢，因而对于纸浆品质是不利的。另外，该处理对于蒸煮器的内容物而言是不均匀的；显然，在处理期间将出现沟流，液体流向最容易的地方。

在除去水解产物后，该方法可通过本领域已知的中和-蒸煮方法继续进行。

本发明的目标在于在预水解-硫酸盐蒸煮法中优化水解产物的收取。通过本方法，现有方法的缺点能够被克服或者至少被显著地减小。实现了对蒸煮器的全部内容物的均匀处理，获得了高等级的溶解纸浆或造纸等级的纸浆，而且，能够基本无硫地获得收取的水解产物。基本无硫是指，根据本发明，可以不向收取的水解产物加入含硫液体，即根据一种实施方案，仅存在来源于木材的硫。由此，对碳水化合物的进一步处理更为容易。而且也顾及到了该方法的能量效率。

发明内容

根据本发明的用于生产纸浆的置换间歇式制浆方法包括以下步骤：填充木屑；加热木屑；使木屑预水解；收取水解产物，包括对蒸煮器内容物进行中和，通过提高pH即通过加入碱性蒸煮液来制备用于硫酸盐法蒸煮的蒸煮器内容物，以及蒸煮至所需的H-因数。在本发明的收取步骤中，在达到预水解阶段中的目标P-因数后，将热洗液从蒸煮器的底部引入蒸煮器中。所述洗液可为来自热水存储器的热水。如果需要的话，可以在将热水引入到蒸煮器中之前将氢氧化钠加入到热水中。当蒸煮器中的热洗液的水平面超过真空筛浆机(suction screen)时，开启蒸煮器循环泵，并开始循环到蒸煮器的顶部和底部。持续进行热洗液的泵送，直至所有木屑均“处于”洗液中。该收取步骤将在蒸汽阶段(即预水解步骤)期间由木屑产生的水解产物以及蒸汽冷凝物洗涤到洗液中，以便在将用过的洗液置换至冷凝物储存器之前，在用过的洗液中具有尽可能高的溶解的糖/碳水化合物浓度。同时，预水解以受控方式停止，从而防止纤维品质的损失。使用碱性液体，将冷凝物即含有副产物的洗液从蒸煮器顶部置换，冷凝物的置换是收取步骤的最后部分。在收取步骤结束后，蒸煮器内容物的pH值可以为pH 9-12。

换句话说，根据本发明的方法用于在包括底部、顶部和真空筛浆机的蒸煮器中的置换间歇式制浆方法中收取副产物，所述方法包括在蒸汽相中使木屑预水解以产生水解产物和蒸汽冷凝物，其中，在所述预水解阶段后，该方法通过以下方式继续：

-将热洗液引入蒸煮器中，

-在加入所述洗液的同时，使所述洗液经由真空筛浆机循环到蒸煮器的顶部和底部，

-继续进行所述循环，直至经预水解的木屑处于所述洗液中，

-从蒸煮器收取含有副产物的热洗液并通过以碱液置换所述洗液来中和蒸煮器内容物。

附图说明

图1是根据本发明的一种实施方案的方法的示意性流程图，其中，将来自热水储存器的热水用作洗液。

具体实施方式

本发明的置换间歇式制浆方法开始于以木质纤维素材料即以木屑填充蒸煮器。使木屑流到达通向蒸煮器设备的木屑带上，并使用蒸煮器上的木屑螺旋输送器使木屑流从木屑带到达蒸煮器中。使用低压(LP)蒸汽以确保在整个蒸煮器横截面上的良好的木屑充填。在木屑填充期间，通过真空筛浆机抽走空气。在蒸煮器水平控制开关已经运行后停止木屑填充，然后关闭封堵阀(capping valve)。

木屑加热由使用来自蒸煮器的顶部和底部的低压(LP)蒸汽开始，并以中压(MP)蒸汽继续进行加热，直至达到所需温度即150-170℃。将蒸煮器保持在该温度和压力下，直至预水解步骤完成，即达到所需的P-因数。P-因数是用于控制预水解阶段而定义的因数，考虑了温度和时间(作为例如H-因数)；Herbert Sixta，Handbook of Pulp，第1卷，Wiley-VCH Verlag，2006，第343-345页。

根据本发明，预水解步骤在蒸汽相中进行，其中木材的酸通过蒸汽水解并在蒸煮器中产生酸性条件。蒸汽预水解阶段的最终pH值根据木材种类以及预水解条件本身而改变。该pH值典型地由在热洗液填充期间的流出液测得且为2.5-4.0。

在达到P-因数后，收取步骤通过将热洗液引入蒸煮器中而开始。热洗液的温度为100-170℃、优选为140-160℃，而且，将热洗液从蒸煮器底部泵送至蒸煮器中。根据一种实施方案，将如图1中所示的来自热水储存器的热水用作洗液。根据另一种实施方案，如果需要调节收取步骤的pH值以改善预水解的停止，在将热水引入到蒸煮器中之前，先将氢氧化钠加入到热水中。当洗液的水平达到真空筛浆机时，开启蒸煮器循环泵，并开始循环到蒸煮器的顶部和底部。真空筛浆机通常位于蒸煮器的下半部，典型地大致在距离蒸煮器底部的1/3高度处。持续进行洗液的泵送，直至洗液的水平面达到木屑的水平，即所有木屑均处于洗液中。典型地，这意味着，洗液以蒸煮器自由体积的约40-80％的量加入。在收取步骤期间，将在预水解阶段期间产生的水解产物和蒸汽冷凝物从木屑洗涤到洗液中，以便在将用过的洗液排出至冷凝物储存器之前在用过的洗液中具有尽可能高的溶解的碳水化合物浓度。另外，预水解阶段在收取步骤期间以受控方式停止，以防止纤维品质(如粘度和卡伯值)的损失。由此使蒸煮器内容物中和。如果将未加氢氧化钠的热水用作洗液，则在冷凝物置换之前的蒸煮器内容物的pH值为pH 5-7。另一方面，如果洗液含有碱，则在置换之前的蒸煮器内容物的pH值典型地为pH 7或更高。

如果进行蒸煮器内容物的最终中和，则在冷凝物的置换期间进行。冷凝物的置换由如下开始：停止蒸煮器循环泵，并开始将碱经由蒸煮液加热器泵送至蒸煮器的底部。随着碱的泵送的持续，含有溶解的碳水化合物(即副产物)的冷凝物从蒸煮器的顶部置换至冷凝物储存器。中和所需的碱的量取决于木材的材料。任何合适的碱均可用于冷凝物的置换中和/或蒸煮器内容物的中和中。根据优选实施方案，在需要基本无硫的冷凝物的情况中，以氢氧化钠置换冷凝物。也可以通过将白液用作碱源来获得基本无硫的冷凝物，但是，在该情况中，重要的是确保没有白液(WL)进入到冷凝罐中。如果冷凝物的含硫量不是限制因素的话，则可以使用白液进行置换，而且即使一些白液进入冷凝罐中也不是那么严重。典型地，在置换操作中，第一碱性液体以使蒸煮器内容物中和所需的、且低于蒸煮器的自由体积的量从蒸煮器的底部导入蒸煮器中。其后，使用热的黑液继续进行置换，且该阶段实际上是第一蒸煮阶段。将流出的水解产物引导至冷凝物储存器，并且，随着第一置换碱开始出现，将流出液导入到热黑液(HBL)储存器中。在冷凝物置换之后，即在收取步骤结束时，蒸煮器内容物的pH值典型地为pH 9-12。

在收取步骤后，将蒸煮器内容物的pH值升高至超过10、典型地至pH11-12，以便继续进行碱性硫酸盐法蒸煮步骤。由此，在已经泵送了所需体积的碱(这取决于木材种类)之后，该方法通过将来自热黑液(HBL)储存器的HBL泵送通过蒸煮液加热器而继续。将置换出的液体送至HBL储存器，同时继续进行HBL置换。

使用富含碱的HBL或者通过在HBL阶段后使用热的白液来进行碱性硫酸盐法蒸煮。典型地，由于蒸煮器填充有热液，因而，对于额外加热的需要最小化。如果需要加热，将循环管线中的直接蒸汽喷嘴用于该目的。继续蒸煮至所需的H-因数。

在达到目标H-因数后，通过向蒸煮器的底部引入冷的置换液来停止蒸煮。该工艺步骤可称为最终置换。置换液(DPL)为来自第一粗浆洗涤阶段的滤液。DPL将用过的蒸煮液从蒸煮器置换到HBL储存器。通过这样的方式，能量和化学物质可以被储存/可以将能量和化学物质从一次蒸煮转移至另一次。这还是终止蒸煮的有效方式。

在置换结束并用泵排空蒸煮器之后，蒸煮器内容物的温度低于沸点。向蒸煮器中加入稀释液以改善排出。稀释液取自置换液罐。由于温度低，因而不形成富煤气(strong gas)。使用常压排放罐，并将排出气体连接至气体处理系统。在排放步骤结束即在蒸煮器排空后，可以开始新的蒸煮循环。

为了实施根据本发明的方法，罐场区(参见图1)典型地包括三个储存器(热水储存器、冷凝物储存器和热黑液即HBL储存器)以及四个常压储罐(置换即DPL罐、排放罐、蒸煮器和NaOH/白液(WL)罐)。

在根据图1的方法中，HBL储存器用以储存用于热液填充的碱性硫酸盐液并作为用于来自最终置换的用过的蒸煮液的接收罐。将来自该罐的过量液体经由换热器和液体过滤器输送蒸发。

根据图1中所示的实施方案，所引入的水首先用来自HBL储存器的热黑液加热，然后在引导至热水(HW)储存器之前，用来自冷凝物储存器的冷凝物加热，换热器示于图1中。使用液体过滤器分离出纤维。HBL储存器具有循环管线，在所述循环管线中，当不进行热填充时，以MP蒸汽控制HBL温度。

冷凝物储存器用作用于预水解阶段冷凝物的接收罐。循环管线用于控制冷凝物储存器中的pH值。如果需要，可加入NaOH。在将冷凝物送至进一步的处理之前，借助于换热器冷却冷凝物。

热水储存器是用于来自换热器的热水的储罐。热水储存器的循环管线具有使用MP蒸汽将水加热至所需温度的可行性。在如前所述的收取步骤中使用热水。

使用置换液罐以储存用于最终置换和用于排放物稀释的洗涤滤液。

如图1中所示，还有用于NaOH和/或白液的储罐。NaOH可用于对冷凝物储存器的循环管线中的冷凝物进行中和。在预水解阶段后，蒸煮器中需要NaOH。NaOH/白液还可用于控制蒸煮阶段中所用的HBL的碱度。

Claims

1.在包括底部、顶部和真空筛浆机的蒸煮器中的置换间歇式制浆方法中收取副产物的方法，所述方法包括在蒸汽相中使木屑预水解以产生水解产物和蒸汽冷凝物，特征在于，在所述预水解阶段后，该方法通过以下方式继续进行：

-将热洗液引入所述蒸煮器中，

-在加入所述洗液的同时，使所述洗液经由所述真空筛浆机循环到所述蒸煮器的顶部和底部，

-继续进行所述循环，直至经预水解的木屑处于所述洗液中，

-从所述蒸煮器收取含有副产物的热洗液并通过以碱液置换所述洗液中和蒸煮器内容物。

2.根据权利要求1所述的副产物收取方法，其中，所述洗液是热水。

3.根据权利要求2所述的副产物收取方法，其中，在将热水引入到所述蒸煮器中之前将氢氧化钠引入所述热水中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的副产物收取方法，其中，所述热洗液的温度为100-170℃，优选140-160℃。

5.根据前述权利要求中任一项所述的副产物收取方法，其中，所述碱液是NaOH。