CN107429484A - 用于木质纤维素材料的制浆的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及木质纤维素材料经过压缩(加压)、浸渍和去除在压缩和浸渍期间产生的萃取物，然后进行化学物添加、纤维化，蒸煮(煮)和进一步的机械精磨，从木质纤维素材料生产纸浆的系统和方法。

Description

用于木质纤维素材料的制浆的方法和系统

交叉引用

本申请是要求2015年3月11日递交的美国临时专利申请No。62/131,319的非临时申请，其全文通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及木质纤维素材料的制浆，木质纤维素材料在本文中可被称为“木屑”或简称为“屑”。更具体地，本发明涉及通过半化学制浆和化学-机械制浆加工将木质纤维素材料转变为纸浆。

背景技术

在制浆和纸工业中，基本上有两种基本不同的加工方法来将木材或非木材的木质纤维素材料转变为造纸中使用的纸浆。将木质纤维素材料转变为纸浆的两种加工是化学制浆和机械制浆。

化学制浆使用包括且不限于氢氧化钠、硫化钠、亚硫酸钠或不同溶剂(通常称为“蒸煮化学物”)的化学物来分解各纤维之间的结合。化学制浆加工蒸煮木质纤维素材料以释放纤维。当木屑纤维基质的中间薄片化学溶解到产生不用进一步在机械制浆设备中进行机械处理的粉碎的程度时发生纤维释放。在化学制浆中，使用蒸煮器来蒸煮木质纤维素材料；蒸煮的程度取决于蒸煮所用的化学物以及时间和温度。煮过的材料通常由美国专利6,123,808所示的出口装置从蒸煮器中取出，或采用如法定专利注册号US H1681所示的单一会聚和侧面卸荷的收敛过渡，或其它不导致释放木质纤维素材料的纤维的方法。化学制浆加工有一个缺点：高木材消耗，这可能导致木材作为浆的产量仅为约55％至70％。与机械制浆加工相比，化学制浆加工木材消耗率更高。

机械制浆加工使用设备来分解木质纤维素材料的木屑纤维基质以产生纸浆。机械制浆加工主要采用机械装置，例如通常称为精磨机的旋转盘或旋转研磨石，以将木质纤维素纤维彼此分离。纯机械制浆加工利用精磨导致一些纤维壁破裂，并导致含有由纤维壁破裂产生的物质的纸浆。由于存在来自纤维壁破裂的物质，如细粉，机械纸浆可能不满足对某些用途的质量要求。细粉是比普通木浆纤维短的纤维颗粒。通常，机械制浆加工的产率在92％至98％的范围内。在纯机械制浆加工中，由于不存在化学物添加，不会因蒸煮化学反应而导致木纤维损失。

结合机械精磨和类似于但不限于化学制浆的化学处理的其他加工被称为半化学制浆和化学机械制浆。化学机械制浆在精磨段之前利用化学物来限制精磨期间纤维细胞壁的破裂。在精磨期间限制纤维细胞壁的破裂，导致更高质量的纸浆。与化学制浆相比，化学机械制浆的化学物消耗相对较低，例如通常为化学物与木片重量比为1％至4％，而化学制浆通常具有约15％至25％的化学物消耗，因此化学反应需要显着更少的反应时间，从而减少了专门用于化学蒸煮的蒸煮器皿的需要。

与化学机械制浆(1％至4％)相比，半化学制浆应用更高的化学物消耗(通常为4％至7％)，但是比化学制浆(约15％至25％)要低。在半化学制浆中，应用的化学物消耗足够高，需要类似于化学制浆中使用的蒸煮器皿；然而，消耗没有高到不使用如机械制浆中的机械精磨机来释放纤维。半化学和化学机械制浆加工的产量在化学制浆和机械制浆的产率之间。更具体地说，化学机械制浆达到80％至92％的产率，半化学制浆达到70％至85％的产率。

通常在半化学和化学制浆加工中，木质纤维素进料在蒸汽容器中进行预蒸汽。加入蒸煮用化学物，可以在预蒸汽期间或之后加入蒸煮用化学物，并将木质纤维素材料送入蒸煮器段。根据加工，高压泵或压缩螺丝用来形成压力门。压力门也可以称为压力密封。压力门设置在系统的大气处理段和超大气压段(如蒸煮段)之间。一些设备也有屑清洗段。系统包括屑清洗段，以在蒸煮和精磨之前移除对木质纤维素材料有害的沙子、石头和其他材料。通过使用屑清洗段，屑洗涤后的段的设备的维护和清洁间隔可以增加。屑清洗段也可有助于增加精磨段中使用的精磨板的使用寿命。

已知的化学机械和半化学制浆加工通常涉及在大气压力下运行的工艺段和在超大气压力下运行的段。通过使用压力门或压力密封，可以分离在不同压力下运行的段。压力门或压力密封件通常通过安装压缩段来实现。压缩段也可以使用压缩螺丝，也称为塞螺旋给料机。使用压缩螺丝或塞螺旋给料机允许将木质纤维素材料从该加工的大气段进料到该加工的加压或超大气段。加压或超大气段可以是加压精磨或加压蒸煮段(加压蒸煮器皿)。在压缩段，木质纤维素材料被压缩，但是木质纤维素材料的性质没有改变。也可以使用旋转阀，或高压泥浆泵来实现分离和相关的压力门或压力密封。

已知的化学机械制浆加工可以涉及木质纤维素材料的一个或几个机械预处理段。这种机械预处理段涉及对木质纤维素材料的性质的改变，例如浸渍或纤维化。在一种预处理方法中，木质纤维素材料可以通过压缩螺旋装置进料，以达到木质纤维素材料的浸渍程度。这里，浸渍被认为是在纤维未损伤的情况下沿纵向的木质纤维素材料结构的部分剥离。换句话说，浸渍是纤维结构的打开和木质纤维素材料个体尺寸的部分分解，以增加木质纤维素材料的表面积。浸渍还涉及去除有害物质，如树脂、胶体和溶解的物质。在木质纤维素材料的个体之间去除游离液体增加了一致性和均质化。木质纤维素材料的体积压缩可以去除空隙中的空气。

使用压缩螺丝的半化学制浆的已知方法不涉及木质纤维素材料的浸渍。在其他已知的机械和化学机械制浆加工中，纤维化段用于木质纤维素材料的预处理。纤维化可以由机械精磨机完成。在这里所讨论的已知的半化学制浆加工中，不应用如纤维化的机械预处理段。

通常，在化学机械和半化学制浆中，在机械压缩之后施加化学物，或者仅在化学机械制浆的情况下，在木质纤维素材料的机械预处理之后。取决于加工的本质，用于化学机械和半化学制浆的化学物可包括但不限于碱性过氧化物、碱性亚硫酸盐、苛性钠、碱性蒸煮用化学物、草酸或用于蒸煮的其他酸化合物和水。

尽管半化学制浆加工可能会对木质纤维素材料进行压缩，但压缩不是由将木质纤维素材料压缩至浸渍水平的设备进行的。

发明内容

申请人已经发现，现有的具有压缩的半化学方法的缺点是由于木质纤维素颗粒尺寸的变化和化学物在进一步加工之前不完全吸收到木质纤维素材料中，因此化学物分布不均匀并且不平均。

本发明总体上涉及解决和改进常规化学和半化学制浆加工关于在压缩或刚刚在压缩之后将化学物扩散和吸收到木质纤维素材料中的缺点的努力，从而降低蒸煮段保留时间和操作温度，以及减少需要的蒸煮化学物。为了在压缩或刚刚压缩之后改善化学物进入木质纤维素材料的扩散和吸收，本发明的内容旨在为半化学制浆和化学制浆提供改进的系统和方法。本发明大体涉及在蒸煮之前木质纤维素材料经过机械预处理之后从木质纤维素材料生产纸浆的系统和方法。更具体地说，所公开的系统和方法旨在从已经经过压缩、浸渍和除去萃取物的木质纤维素材料生产纸浆，随后进行化学物添加、纤维化、蒸煮和进一步机械精磨。在本发明之前，半化学制浆加工没有浸渍步骤。浸渍步骤不包括在半化学制浆中，因为不存在为施加启动粉碎加工所需的足够的压缩和剪切力的设备。本发明能够使木质纤维素材料中的液体更有效和均匀地吸收。由于机械制浆，特别是纤维化所需的高能量，蒸煮前的木质纤维素材料的纤维化不能用于制浆加工。由于所需的高能量，机械精磨的标准是将木质纤维素材料完全加工成纸浆，而不是停止在纤维化处理，从而需要进一步处理以实现纸浆。申请人已经发现，通过在蒸煮步骤之前在木质纤维素材料的加工中加入纤维化步骤，可以实现木质纤维素材料中化学物改进的扩散和吸收。通过改善木质纤维素材料中化学物的扩散和吸收，在蒸煮步骤中可需要较少的化学物和较少的保留时间。

可以通过应用高压螺丝装置来实现浸渍，该装置通常在化学物施加和蒸煮步骤之前安装。纤维化可以由盘精磨机实现。

不受理论的限制，浸渍或纤维化的木质纤维素材料提供了增加的表面积，其改善了下游蒸煮段用于化学反应的木质纤维素材料中化学物的分布和吸收。申请人已经发现，这种改进的化学物的分布和吸收减少了蒸煮段所需的时间，即减少了蒸煮段的保留时间。通过减少蒸煮段的保留时间，可以使用现有的蒸煮设备实现更高的产量。但是，如果要安装新的蒸煮设备，新的蒸煮设备的尺寸可能会更小。本发明的另一个好处是可需要较低的蒸煮器段操作温度和减少的蒸煮化学物的量。当与已知的化学或半化学制浆加工相比时，所公开的方法可以具有高达70％，或高达60％或高达50％的更短的蒸煮时间。本发明的目的是减小蒸煮容器的尺寸。本发明的另一个目的是将所用化学物的用量减少5％至15％。本发明的另一个目的是将蒸煮器内的温度降低10℃至15℃。

在使用浸渍段的情况下，在压缩和浸渍之后但在预处理的木质纤维素材料进入蒸煮段之前进行化学物添加。优选地，在压缩螺丝装置的排出端处添加化学物。在压缩螺丝装置的排出端处木质纤维素材料开始减压。通过在木质纤维素材料开始减压处添加化学物，化学物可更容易地进入膨胀的木质纤维素材料中。

在浸渍和纤维化两个段都使用的情况下，可以在蒸煮段之前的任何位置之间分配化学物添加。可以在纤维化器的孔、纤维化器内的其他位置或纤维化器之后添加化学物。在纤维化器中，木质纤维素材料被分解成粗纤维颗粒(也称为纤维)和纤维束。通过打开粗纤维的纤维基质，蒸煮化学物可以更容易地渗透并扩散到木质纤维素材料的纤维中，并且可以提高蒸煮的效率。作为蒸煮效率提高的结果，可能降低化学物消耗。作为本发明的方法的进一步结果，蒸煮温度可以降低，并且蒸煮器中的反应时间可以缩短。在离开纤维化器时，粗纤维可被送到蒸煮器皿或类似的设备，其中可以添加另外的蒸煮化学物。蒸煮后，熟化的木质纤维素材料在机械处理段进一步处理，如机械精磨机。在机械处理段的进一步处理允许将熟木质纤维素材料粉碎和解纤。

本发明的另一示例实施例包括在蒸煮之前没有预先浸渍的纤维化。在这些实施例中，预热和洗涤的木质纤维素材料可以直接进料到纤维化器中，或者可以通过压缩螺丝，螺塞进料器等，然后进入纤维化器。纤维化器可以是机械精磨机。在纤维化器中，木质纤维素材料被分解成粗纤维和纤维束。将木质纤维素材料分解成纤维或纤维束提供了用于蒸煮化学物渗透并扩散到木质纤维素材料中的增加的表面积。可以在纤维化器的开口或纤维化器内的其他位置添加化学物。

木质纤维素材料通常在从木屑到纤维束的粉碎加工中经历化学和机械处理，并进一步进行单纤维的纤维化。这里，“纤维化”描述了导致纤维表面层之间的侧向结合的外部破坏，其导致纤维或纤维的外层的小块以及纤维内的相邻层之间的内部或侧向结合的部分脱离，并且通常发生在浆料的机械精磨期间。

本发明的一个目的是通过增强化学物进入木质纤维素材料的扩散和吸收来减少初始脱木质素步骤中的保留时间(反应时间)。这种增强化学物的扩散和吸收主要是当化学物首先被引入木质纤维素材料时为化学物提供更大的表面积和更短的扩散路径的结果。

本发明的另外的益处可以在化学物添加和蒸煮之前从木质纤维素材料中除去萃取物和其它有害物质，例如胶体材料和无机、有机溶解的固体。因此，蒸煮段的效率提高，化学物添加率降低。

附图说明

图1是化学和半化学制浆加工中保留时间的概念图。

图2是在蒸煮前没有纤维化的压缩和浸渍的加工的流程图。

图3是在蒸煮之前纤维化以及压缩、浸渍和萃取物去除的加工的流

程图。

图4是蒸煮之前纤维化以及没有压缩、浸渍和萃取物去除的加工的

流程图。

具体实施方式

本发明大体上涉及在木质纤维素材料经历压缩(加压)，浸渍和除去在压缩和浸渍期间产生的萃取物之后，随后添加化学物、纤维化、蒸煮(煮)和进一步机械精磨的方法，从木质纤维素材料生产纸浆的系统和方法精磨。

优选实施例的以下详细描述仅仅是为了说明性和描述性的目的而呈现的，并不旨在穷举或限制本发明的范围和精神。选择和描述的实施例以最佳地解释本发明的原理及其实际应用。本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以对在本说明书中公开的发明作出许多变化。

图1是示出用于化学和半化学制浆加工的木质纤维素材料和化学物的保留时间的图。保留时间(也称为反应时间)对于木质纤维素材料的脱木质素是重要的。图1的x轴是以小时为单位的时间，而y轴是以木材的重量百分数(“wt％”)表示的残留木质素。化学和半化学制浆加工的反应时间如图1所示，由三个步骤组成。三个步骤是“初步脱木质素”，“大批脱木质素”和“残留脱木质素”。

约30％的木质纤维素材料是木质素。化学和半化学制浆加工的目的是减少由木质纤维素材料生产的纸浆产品中存在的木质素。木质纤维素材料中木质素的去除开始于称为“初始脱木质素”的预热和浸渍步骤。初始脱木质素的反应时间开始于加热和用化学物浸渍木质纤维素材料。初始脱木质素反应时间的长度通过化学物扩散到木质纤维素材料的纤维壁中来确定。

脱木质素的第二步，通常是具有最长持续时间和最大比例的木质素被除去的步骤的“大量脱木质素”。大量脱木质素被认为大多数是蒸煮加工。在大量脱木质素期间，反应时间通常是最长的，并且主要是木质素和蒸煮化学物的化学反应的作用。木质纤维素材料和蒸煮化学物的温度通常在该步骤中是最高的，以及蒸煮化学物的浓度，通常是最高浓度的化学物，影响木质素和蒸煮化学物之间的反应，因此影响反应时间。由于高温和高水平的化学浓度以及最长的反应时间，在大量脱木质素期间大部分木质素被去除。

脱木质的第三步是“残留脱木质素”。通常，残留脱木质素发生在蒸煮步骤之后漂白和洗涤段中。至少在一定程度上，添加到蒸煮或熟化的木质纤维素材料中的漂白化学物提供脱木质素。通常，发生在残留脱木质素步骤中的脱木质素的百分比最小。

图2示出了木质纤维素材料170进入洗涤和脱水步骤110的加工100。在洗涤和脱水步骤110中，洗涤木质纤维素材料170以从木质纤维素材料170除去杂质，随后是脱水段，其中可以在压缩、浸渍和化学物添加步骤125之前除去多余的液体，从而形成压缩、浸渍、注入的木质纤维素材料400。

压缩、浸渍和化学物添加步骤125可以使用多个装置或单个压缩和浸渍装置，例如塞螺旋给料机，例如由Andritz，Inc of Alpharetta，Georgia所售的MSD Impressafiner或其他适合于对洗涤和脱水的木质纤维素材料300进行压缩和浸渍的装置。重要的是将经过洗涤和脱水的木质纤维素材料300能够至少压缩至2。5比1的压缩比，或4比1的压缩比，或5比1的压缩比的装置(包括之间的所有压缩比)。压缩比定义为压缩区的入口体积与压缩区的出口体积的比。这种压缩比允许对洗涤和脱水的木质纤维素材料300充分加压，以确保适当的化学物吸收。

用于压缩的装置可以进一步用于浸渍，或者可以使用单独的装置用于浸渍段。浸渍允许通过应用物理机械处理将木质纤维素材料软化和分离成其组分部分(纤维)。浸渍导致将木质纤维素材料破碎成纤维或通常称为“火柴棒”。浸渍会增加吸收化学物的表面积。如果多个装置用于压缩和浸渍，则应注意在经洗涤和脱水的木质纤维素材料300经历浸渍的同时保持经洗涤和脱水的木质纤维素材料300的压缩形式。在加入化学物之前，对洗涤和脱水的木质纤维素材料300保持压力(压缩)以及浸渍是重要的。

一旦洗涤和脱水的木质纤维素材料300已经浸渍以形成纤维和纤维束，但仍处于压缩状态，应添加化学物，例如但不限于白液、黑液、绿液、碱性化学物、亚硫酸盐基化学物、水或其他适用于蒸煮或煮的化学物。一旦引入了化学物，就可以释放压力，使化学物进入浸软纤维的细胞中，从而形成压缩、浸渍和注入的木质纤维素材料400。通过在浸渍之后并且压缩的同时引入化学物，被洗涤和脱水的木质纤维素材料300吸收的化学物的体积比在仅压缩或仅在浸渍之后添加化学物的已知方法中的大。在此步骤中吸收化学物的另一个术语是“注入”。

蒸煮器步骤180可以以连续或间歇模式操作。如果使用连续模式，则可以操作单个蒸煮器或串联或并联的多个蒸煮器。如果使用间歇模式，则交替地操作多个蒸煮器，以便适于将压缩、浸渍和注入的木质纤维素材料400连续转移到蒸煮器步骤180，并从蒸煮器步骤180连续进给蒸煮的木质纤维素材料480。

在蒸煮器步骤180中，根据待处理的木质纤维素材料，蒸煮器皿在120℃至190℃的温度下操作。蒸煮器皿可以是立式、卧式或倾斜的。此外，蒸煮器皿可以顺流或逆流或顺流和逆流组合的模式操作。在这种情况下，容器内的顺流意味着固体材料的流动与任何添加的液体的流动方向相同。此外，蒸煮器皿可以以高或低的稠度操作，稠度以液体与木材比(L/W)表示。通常，L/W比在2。0至5。0的范围内，但范围为1。5至9。0是可以的。如果使用立式蒸煮器皿，则蒸煮器皿可以将压缩、浸渍和注入的木质纤维素材料400从蒸煮器皿顶部进入蒸煮器皿，并从底部离开蒸煮器皿，反之亦然。如果使用卧式蒸煮器皿，则压缩、浸渍和注入的木质纤维素材料400从一端进入并在相对端排出。如果使用倾斜的蒸煮器皿，压缩、浸渍和注入的木质纤维素材料400可以在任一末端进入并从相对端排出。

来自蒸煮器步骤180的经蒸煮的木质纤维素材料480被进给到下面的加工步骤140。加工步骤140可涉及多种操作，包括但不限于机械精磨、洗涤、漂白等以产生适用于纸张、纸板或其他已知的最终用途的纸浆。在本实施例中，在蒸煮器步骤180之前没有纤维化步骤。

已知的方法使用无浸渍的压缩，然后进行化学物添加和蒸煮，然后进一步处理，如精磨。在另一个已知的方法中，是没有压缩的浸渍，随后进行化学物添加和蒸煮，然后进一步处理如机械精磨。在使用本发明的方法时，可以将蒸煮器时间减少达50％、40％、20％、10％，同时获得与已知方法相同的纸浆质量。通过减少蒸煮器皿内的时间，可以实现生产量的提高，从而将现有设备的纸浆生产能力提高达50％、40％、20％、10％。

通过实施所公开的方法，当蒸煮器皿内的时间和温度保持与已知方法相似时，蒸煮器皿内的化学物消耗可以比已知方法减少5％至15％、8％至12％。降低化学物消耗可降低运营成本，同时保持纸浆生产量和纸浆质量。

在该方法的另一实施方式中，通过保持蒸煮器皿内的保留时间(反应时间)，与已知方法相比，可以将蒸煮器的温度降低10℃至15℃。在较低温度下操作蒸煮器皿可使加热蒸煮器皿及其内容物的蒸汽消耗减少，同时产生相同的纸浆产量并保持相同的纸浆质量。在这种情况下，与蒸汽生产和消耗相关的运营成本可降低。

实施本发明的方法，还可以减小蒸煮器皿的尺寸。较小的蒸煮器皿可以减少所产生的资本投资成本，同时提供与已知方法相同的纸浆质量和相同的纸浆产量。

图3示出了具有压缩过程200的预处理，其中木质纤维素材料70被供给到压缩和浸渍步骤20。图3中类似的附图标记对应于图2中类似的步骤，除非另有说明。

在进给到压缩和浸渍步骤20之前，可以将木质纤维素材料70进行洗涤，脱水和预蒸去以去除杂质。将经过或没有经过任何一种或多种洗涤、脱水和预蒸步骤的木质纤维素材料70供给到压缩和浸渍步骤20，其中形成压缩和浸渍的木质纤维素材料40。由于压缩和浸渍步骤20的结果，可以生产和去除萃取物和杂质31。可以将去除的萃取物和杂质31作为单独的产物流收集以用于进一步处理。可以将溶剂添加到压缩和浸渍步骤20中以帮助除去萃取物。期望在压缩和浸渍步骤20之后除去萃取物，因为在压缩和浸渍步骤20之后，在添加其它化学物之前，萃取物处于其最高浓度。可用单个压缩和浸渍装置，例如塞螺旋给料机，如由Andritz，Inc of Alpharetta，Georgia所售MSD Impressafiner或适于压榨、浸渍和去除萃取物的其它装置，或者可以使用多个设备来实现压缩、浸渍和萃取物去除。

压缩和浸渍的木质纤维素材料40从压缩和浸渍步骤20转移到纤维化器步骤60。在成纤化器步骤60之前，可以通过化学物添加管线41和43添加用于脱木质素的蒸煮化学物45。纤维化器步骤60可以包括一个或多个纤维化器并经历纤维化。也可以将熟化剂45添加到纤维化器步骤60中，特别是通过化学物添加管线41和44向纤维化器的入口添加。在一些情况下，化学物添加管线41和42可以用于在纤维化器步骤60之后添加蒸煮化学物45。可以在纤维化器步骤60之前通过纤维保护化学物管线47添加纤维保护化学物46。纤维保护化学物软化纤维之间的木质素，使纤维分离发生在中间层(单个纤维之间的高木质素含量区域)而不是纤维细胞壁。

在纤维化器步骤60中，通过纤维化器处理压缩和浸渍的木质纤维素材料40以产生纤维化材料71。纤维化材料71通常由粗纤维和纤维束组成。粗纤维具有减小的粒度，以便在随后的工艺步骤中容易脱木质素。将纤维化材料71从纤维化器步骤60转移到蒸煮器步骤80。如果需要，在将纤维化材料71供给到蒸煮器步骤80之前，可以除去纤维化材料71中的过量液体。根据应用，纤维化可以在升高的饱和蒸汽压力下或在大气条件下进行。

将纤维化材料71进给到蒸煮器步骤80，在那里与蒸煮化学物45接触并脱木质化，即纤维化材料71经历从纤维化材料71的固体部分除去木质素。一旦纤维化材料70在蒸煮器步骤80中处理和去木质化，形成蒸煮材料90。蒸煮器步骤80可以以连续或间歇模式操作。如果使用连续模式，则可以操作单个蒸煮器或串联或并联的多个蒸煮器。如果使用间歇模式，则交替地操作多个蒸煮器，以便适应纤维化材料71连续转移到蒸煮器步骤80，并从蒸煮器步骤80连续排出蒸煮材料90，以进行进一步精磨步骤150。

蒸煮的材料90可以从蒸煮器步骤80前进到进一步的机械制浆加工，这里被标识为进一步的精磨步骤150。进一步的精磨步骤150可以包括但不限于机械精磨、漂白、洗涤和生产纸浆165的其它具体加工。

在蒸煮器步骤80中，根据待处理的木质纤维素材料，蒸煮器皿在120℃至190℃的温度下操作。蒸煮器皿可以是立式、卧式或倾斜的。此外，蒸煮器皿可以顺流或逆流或顺流和逆流组合的模式操作。在这种情况下，容器内的顺流意味着固体材料的流动与任何添加的液体的流动方向相同。

如果使用立式蒸煮器皿，则蒸煮器皿可以使纤维化材料71从蒸煮器皿顶部进入蒸煮器皿，并从蒸煮器皿的底部排出，反之亦然。如果使用卧式蒸煮器皿，纤维化材料71从一端进入并在相对端排出。如果使用倾斜的蒸煮器皿，纤维化材料71可以在任一端进入并从相对端排出。蒸煮器皿和操作可以是本领域已知的，例如US 8,262,851中所描述的，其全部内容通过引用并入本文。

图4是没有压缩600的预处理过程的流程图。在图2、图3、图4的加工之间有相似之处。在可能的情况下，图4中使用的附图标记对应于图2或图3中类似的步骤。

将木质纤维素材料270进料到纤维化器步骤260，而不预先浸渍木质纤维素材料270。纤维化器步骤260包括至少一个纤维化装置。在被送入纤维化器步骤260之前，可以将木质纤维素材料270洗涤、脱水和预蒸。可以将木质纤维素材料270洗涤以除去杂质，随后进行脱水，在进料到纤维化器步骤260之前可以除去多余的液体。可以在纤维化器步骤260之前通过纤维保护化学物管线247加入纤维保护化学物246。纤维保护化学物软化纤维之间的木质素，允许纤维分离发生在中间层(单个纤维之间的高木质素含量区域)，而不是纤维细胞壁。

与前述实施例一样，用于脱木质素的蒸煮化学物245可以通过化学物添加管线241添加到纤维化器步骤260中或通过化学物添加管线242添加到蒸煮器步骤280中，或同时添加。与纤维化器步骤270相关联的蒸煮化学物245可以在纤维化器步骤260之前添加，在纤维化器步骤260中纤维化器的入口处，或纤维化器步骤260之后添加。

一旦在纤维化器步骤260中，木质纤维素材料270被至少一个纤维化器装置处理以产生粗纤维。粗纤维具有减小的粒度，以便在随后的工艺步骤中容易脱木质素。从纤维化器步骤260，将纤维化材料275转移到蒸煮器步骤280。纤维化材料275已经通过纤维化器步骤260处理，并且具有减小的粒度的粗纤维的形式。如果需要，在将纤维化材料275送入蒸煮器步骤280之前，纤维化材料275中的过量液体可以被去除。

在蒸煮器步骤280中，纤维化材料275被处理以使纤维化材料275脱木质。蒸煮器步骤280可以具有至少一个蒸煮器皿，并且至少一个蒸煮器皿的操作可以是在如US 8,262,851中所描述的，其全部内容通过引用并入本文。在蒸煮器步骤280中脱木质后，蒸煮的材料290从蒸煮器步骤280排出，并继续进一步的精磨步骤350以产生纸浆365。进一步的精磨步骤350可以包括在所需纸浆的生产中使用的机械精磨、洗涤、漂白或其它处理。

公开了一种用于木质纤维素材料制浆的半化学制浆加工，其中通过压缩、浸渍和化学物添加步骤接受木质纤维素材料。木质纤维素材料在压缩、浸渍和化学物添加步骤中进行压缩、浸渍和化学物添加以形成压缩、浸渍和注入的木质纤维素材料。将压缩、浸渍和注入的木质纤维素材料进料给蒸煮器步骤，其中蒸煮器步骤包括构造成接收压缩、浸渍和注入的木质纤维素材料的至少一个蒸煮器皿。加热蒸煮器皿及其内容物至蒸煮温度并在蒸煮温度下维持产生蒸煮的木质纤维素材料所需的时间。将蒸煮的木质纤维素材料进料到另一加工步骤，其中蒸煮的木质纤维素材料经历机械精磨、洗涤、漂白中的至少一种；并且其中在蒸煮器步骤之前没有纤维化或纤维化步骤。压缩和浸渍的木质纤维素材料在压缩释放之前被化学浸渍。当使用所公开的系统时，蒸煮器皿比仅在压缩或仅在浸渍时发生的化学注入低10℃至15℃来操作。使用该系统公开的蒸煮器皿中的时间比仅在压缩或仅在浸渍时发生的化学注入降低50％、40％，或20％。在蒸煮器皿中的蒸煮化学物消耗量，比仅在压缩或仅在浸渍时发生的蒸煮化学注入低5％至15％。

在一些实施例中，木质纤维素材料在压缩和浸渍步骤或压缩、浸渍和化学物添加步骤之前经历洗涤和脱水。在一些实施例中，机械精磨、洗涤和漂白段可以在蒸煮器中进行处理。

公开了一种用于木质纤维素材料制浆的半化学制浆加工，其中半化学制浆加工包括：将木质纤维素材料进给到压缩和浸渍步骤；压缩和浸渍木质纤维素材料以形成压缩和浸渍的木质纤维素材料；将压缩和浸渍的木质纤维素材料进给到其中存在一个或多个纤维化器的纤维化器步骤；将压缩和浸渍的木质纤维素材料纤维化以形成纤维化材料；将纤维化材料转移到蒸煮器步骤，所述蒸煮器步骤包括至少一个蒸煮器皿；在蒸煮器步骤中使纤维化材料与蒸煮用化学物接触，其中蒸煮化学物导致纤维化材料脱木质化；将纤维化材料脱木质化以产生蒸煮材料；将蒸煮材料转移到另外的精磨步骤，其中进一步的精磨步骤包括机械精磨、漂白、洗涤和其它具体方法中的一种或多种以产生纸浆。

在一些实施例中，压缩和浸渍步骤在单个设备中实现。当使用所公开的方法时，蒸煮器步骤比仅在压缩或仅在浸渍时发生的化学浸渍低10℃至15℃来操作。使用所公开的方法，蒸煮器步骤中的时间比仅在压缩或仅在浸渍时发生的化学注入降低50％、40％，或20％。所公开的方法中，本发明的预处理(压缩、浸渍、化学物添加)和蒸煮器中的中化学物的平均消耗比仅在压缩或仅在浸渍时发生的化学注入低5％至15％。

在一些实施例中，木质纤维素材料在压缩和浸渍步骤之前经历洗涤和脱水。至少一个实施例包括在纤维化器步骤之前、在纤维化器步骤中和在纤维化器步骤之后的至少一个中添加蒸煮化学物。在一些实施例中，可以在蒸煮器中的处理后具有机械精磨、洗涤、漂白段。

已经构思了一种半化学制浆系统，其包括纤维化步骤和蒸煮器步骤；其中木质纤维素材料被供给到纤维化器步骤；纤维化器步骤包括配置为接收木质纤维素材料的纤维化器装置，其中木质纤维素材料被纤维化以形成纤维化的木质纤维素材料；蒸煮器步骤包括构造成接收纤维化的木质纤维素材料的蒸煮器装置；蒸煮器步骤之后是机械精磨步骤；并且其中所述纤维化的木质纤维素材料具有粗纤维颗粒的形式，所述粗纤维颗粒具有适于在蒸煮器步骤中脱木质素的打开纤维基质。

在半化学制浆系统的一些实施例中，在纤维化器步骤之前将木质纤维素材料进料进给到压缩、浸渍和萃取物去除步骤。可以想到，在至少一些实施例中，压缩、浸渍和萃取物去除步骤可以使用单个装置来实现。此外，半化学制浆系统的一些实施例可以包括在纤维化器步骤之前甚至在压缩、浸渍和萃取物去除步骤(如果存在)之前对木质纤维素材料进行洗涤和脱水。

对于半化学制浆系统的一些实施例，纤维保护化学物可以在纤维化器装置之前，其入口或之后的任何一处加入到木质纤维素材料中。化学物添加可能发生在纤维化器步骤的内部或外部。此外，如果存在压缩、浸渍和萃取除去步骤，也可进行化学物添加。

在半化学制浆系统的一些实施例中，来自纤维化器步骤的多余液体可以在蒸煮器步骤之前被去除。对于半化学制浆系统的一些实施例，机械精磨步骤包括(但不限于)机械精磨段、洗涤段、漂白段中的任何一个或多个。已经构想了一种半化学制浆加工，其包括：将木质纤维素材料进给到纤维化器步骤，而不预先浸渍；在纤维化器步骤中纤维化木质纤维素材料以形成纤维化的木质纤维素材料；将纤维化的木质纤维素材料进给到蒸煮器步骤；向纤维化器步骤和蒸煮器步骤中的至少一个添加蒸煮用化学物；在蒸煮器步骤中使纤维化的木质纤维素材料脱木质化以产生蒸煮的材料；将蒸煮的纤维素材料从蒸煮器步骤排出到另外的加工步骤；其中所述纤维化的木质纤维素材料具有粗纤维颗粒的形式，所述粗纤维颗粒具有适于在蒸煮器步骤中脱木质素的打开纤维基质。在半化学制浆加工的至少一些实施例中，蒸煮器步骤包括至少一个蒸煮器皿。

在半化学制浆加工的一些实施例中，在纤维化器步骤之前，木质纤维素材料进行洗涤、脱水和预蒸汽中的至少一种。

对于半化学制浆加工的一些实施例，纤维保护化学物可以在纤维化器步骤之前的任何一处加入到木质纤维素材料中。纤维保护化学物添加可发生在纤维化器步骤的内部或外部。在一些实施例中，蒸煮化学物以下列中的至少一种添加到木质纤维素材料中：在纤维化器步骤之前，在纤维化器步骤内或在纤维化器步骤之后。

在半化学制浆加工的一些实施例中，可以在蒸煮器步骤之前除去来自纤维化器步骤的多余液体。对于半化学制浆加工的一些实施例，进一步的加工步骤包括(但不限于)以下任何一种或多种：机械精磨段、洗涤段、漂白段。

虽然已经结合目前被认为是最实际和优选的实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，是旨在以涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (17)

1.一种木质纤维素材料的半化学制浆加工方法，包括：

在压缩、浸渍和化学物添加步骤中接收木质纤维素材料以形成压缩、浸渍和注入的木质纤维素材料；

将压缩、浸渍的和注入的木质纤维素材料进给到蒸煮器步骤，其中，蒸煮器步骤包括构造成接收压缩、浸渍和注入的木质纤维素材料的蒸煮器皿；

将蒸煮器皿和蒸煮器皿内的压缩、浸渍和注入的木质纤维素材料加热至蒸煮温度；和

保持蒸煮温度一段时间以产生蒸煮的木质纤维素材料；以及将蒸煮的木质纤维素材料进给到另外的加工步骤，其中所述另外的加工步骤不包括在蒸煮器步骤之前的纤维化步骤。

2.根据权利要求1所述的木质纤维素材料的半化学制浆加工方法，其中，压缩、浸渍和化学物添加步骤在螺塞进料器中实现。

3.根据权利要求1所述的木质纤维素材料的半化学制浆加工方法，其中，蒸煮的木质纤维素材料在所述另外的加工步骤中经历机械精磨。

4.根据权利要求1所述的木质纤维素材料的半化学制浆加工方法，其中，蒸煮的木质纤维素材料在所述另外的加工步骤中经历洗涤。

5.根据权利要求1所述的木质纤维素材料的半化学制浆加工方法，其中，蒸煮的木质纤维素材料在所述另外的加工步骤中经历漂白。

6.根据权利要求1所述的木质纤维素材料的半化学制浆加工方法，其中，所述另外的加工步骤进一步处理蒸煮的木质纤维素材料，其中，所述另外的加工步骤选自对蒸煮的木质纤维素材料进行精磨、洗涤和漂白。

7.一种木质纤维素材料的半化学制浆加工方法，包括：

将木质纤维素材料进给到压缩和浸渍步骤；压缩和浸渍木质纤维素材料以形成压缩和浸渍的木质纤维素材料；

将压缩和浸渍的木质纤维素材料进给到纤维化器步骤，其中，所述纤维化器步骤包括通过一个或多个纤维化器来进给压缩和浸渍的木质纤维素材料；

将压缩和浸渍的木质纤维素材料纤维化以形成纤维化材料；

将纤维化材料转移到蒸煮器步骤，其中，所述蒸煮器步骤包括将纤维化材料进给到蒸煮器皿中；和

当纤维化材料在蒸煮器皿中时，使纤维化材料与蒸煮化学物接触，其中，蒸煮化学物引发纤维化材料的脱木质化。

8.根据权利要求7所述的木质纤维素材料的半化学制浆加工方法，其中，在将木质纤维素材料进给到压缩和浸渍步骤之前，木质纤维素材料经历洗涤、脱水和预蒸汽步骤中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的木质纤维素材料的半化学制浆加工方法，其中，蒸煮化学物的添加时机选自以下组合：纤维化器步骤之前、纤维化器步骤中以及纤维化器步骤之后。

10.根据权利要求7所述的木质纤维素材料的半化学制浆加工方法，还包括将蒸煮的材料转移到进一步的精磨步骤，其中，所述进一步的精磨步骤包括机械精磨、漂白、洗涤和其它特定方法中的一种或多种以产生纸浆。

11.根据权利要求7所述的木质纤维素材料的半化学制浆加工方法，还包括使纤维化材料脱木质化以在蒸煮器皿中产生蒸煮材料。

12.一种半化学制浆加工方法，包括：

将木质纤维素材料进给到纤维化器，而不预先浸渍；

在纤维化器中纤维化木质纤维素材料以形成纤维化的木质纤维素材料；

将纤维化的木质纤维素材料进给到蒸煮器；

向纤维化器和蒸煮器中的至少一个添加蒸煮化学物；

在蒸煮器中使纤维化的木质纤维素材料脱木质化以产生蒸煮材料；和

从蒸煮器排出蒸煮的木质纤维素材料；

其中，纤维化的木质纤维素材料具有粗纤维颗粒的形式，其具有适于在蒸煮器中脱木质素的打开纤维基质。

13.根据权利要求12所述的半化学制浆加工方法，其中，蒸煮器包括蒸煮器皿。

14.根据权利要求12所述的半化学制浆加工方法，其中，在纤维化器之前，木质纤维素材料经历洗涤、脱水和预蒸汽步骤中的至少一种。

15.根据权利要求12所述的半化学制浆加工方法，其中，纤维保护化学物在纤维化器之前被加入到木质纤维素材料中。

16.根据权利要求12所述的半化学制浆加工方法，其中，蒸煮化学物添加到木质纤维素材料的时机选自以下组合：纤维化器之前、纤维化器中以及纤维化器之后。

17.根据权利要求12所述的半化学制浆加工方法，其中，进一步处理步骤包括机械精磨段、洗涤段、漂白段中的一个或多个。