RU2776518C2 - Methods for production of kraft cellulose with high yield - Google Patents

Methods for production of kraft cellulose with high yield Download PDF

Info

Publication number
RU2776518C2
RU2776518C2 RU2020111715A RU2020111715A RU2776518C2 RU 2776518 C2 RU2776518 C2 RU 2776518C2 RU 2020111715 A RU2020111715 A RU 2020111715A RU 2020111715 A RU2020111715 A RU 2020111715A RU 2776518 C2 RU2776518 C2 RU 2776518C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulp
kraft pulp
stage
delignification
kraft
Prior art date
Application number
RU2020111715A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020111715A (en
RU2020111715A3 (en
Inventor
Дэниел Дж. НИКОЛСОН
Original Assignee
Соленис Текнолоджиз, Л.П.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Соленис Текнолоджиз, Л.П. filed Critical Соленис Текнолоджиз, Л.П.
Priority claimed from PCT/US2018/049642 external-priority patent/WO2019051013A1/en
Publication of RU2020111715A publication Critical patent/RU2020111715A/en
Publication of RU2020111715A3 publication Critical patent/RU2020111715A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2776518C2 publication Critical patent/RU2776518C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: woodworking industry.
SUBSTANCE: claimed group of inventions relates to methods for the production of kraft cellulose with high yield. Methods include: the production of kraft cellulose with a permanganate number of at least 20; the processing of kraft cellulose with a composition including: a) organic aminophosphonate, b) magnesium salt, and c) one or more anionic linear alcohols and ethoxylates or anionic polyacrylate, while organic aminophosphanate is selected from diethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid (DTMP), aminotrismethylenephosphonate (ATMP), (bis)hexamethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid (BHMTPMP), polyaminopolyestermethylenephosphonate (PAPEMP) and combinations thereof, while anionic linear alcohols and ethoxylates are selected from sodium laurylestersulfate (SLES), sodium laurylesterphosphate (SLEP), sodium laurylsulfate (SLS) and combinations thereof; and the decrease in the initial permanganate number of kraft cellulose to a given final permanganate number, while kraft cellulose is processed with the composition before a two-stage process of oxygen delignification, while final viscosity of cellulose remains high compared to kraft cellulose unprocessed with oxygen delignification.
EFFECT: methods improve a process of cellulose fiber delignification in the chemical production of wood pulp.
5 cl, 8 dwg, 38 tbl, 12 ex

Description

Перекрестная ссылка на родственную заявкуCross-reference to related application

В этой заявке испрашивается приоритет в связи с предварительной заявкой на выдачу патента США №62/556706, поданной 11 сентября 2017 г., полное содержание которой в полном объеме включено в настоящее описание в качестве ссылки.This application claims priority over U.S. Provisional Application No. 62/556,706, filed September 11, 2017, the entire contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety.

Предпосылки создания настоящего изобретения Настоящее изобретение относится к композиции, улучшающей делигнификацию целлюлозного волокна в составе древесных масс. Прежде всего композицию можно добавлять после химической варки и промывки древесных масс.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a composition for improving the delignification of cellulose fiber in wood pulps. First of all, the composition can be added after chemical pulping and washing of wood pulps.

Древесную массу можно получать из любой древесины, древесины лиственных или хвойных пород, а также из сельскохозяйственной биомассы, включающей, без ограничения перечисленным, бамбук, тростниково-сахарную багассу, солому зерновых и однолетние травы. Способ варки целлюлозы, предназначенный для превращения древесных частиц в целлюлозу, включает крафт-процесс, нейтральный и кислотный сульфитный способы, натронный способ (с добавлением или без добавления дополнительных катализаторов, таких как антрахинон) и сольвентный способ.Wood pulp can be obtained from any wood, hardwood or softwood, as well as agricultural biomass, including, but not limited to, bamboo, cane-sugar bagasse, cereal straw and annual grasses. The pulping process for converting wood particles into pulp includes the kraft process, the neutral and acid sulfite processes, the soda process (with or without the addition of additional catalysts such as anthraquinone), and the solvent process.

Древесную массу в основном подвергают делигнификации с использованием сжатого кислорода (кислородная делигнификация) для снижения уровня лигнина до 40-70%. Делигнификацию обычно осуществляют перед многостадийной процедурой отбеливания. Древесную массу, обычно используемую в данном процессе, получают из древесины хвойных пород с уровнем содержания лигнина 3-7%, и из лиственных пород древесины, содержащей 2-4% лигнина. Такую массу обычно получают крафт-методом по стандартным методикам, согласно которым, если крафтовую варку прекращают раньше (или после варки в более мягких условиях), то в результате образуется большое количество древесной массы (более высокий выход) с высоким содержанием лигнина.Wood pulp is mainly delignified using compressed oxygen (oxygen delignification) to reduce the level of lignin by up to 40-70%. Delignification is usually carried out before a multi-stage bleaching procedure. The wood pulp commonly used in this process is obtained from softwood with a lignin content of 3-7%, and from hardwood containing 2-4% lignin. Such pulp is usually produced by the kraft method according to standard techniques, whereby if the kraft pulp is stopped earlier (or after pulping under milder conditions), the result is a large amount of wood pulp (higher yield) with a high content of lignin.

Используемый в настоящее время способ улучшения делигнификации древесной массы относится к массе, которую обрабатывают композицией в ходе двухстадийного процесса кислородной делигнификации. Для делигнификации массы с высоким перманганатным числом обычно необходимо использовать более агрессивные или жесткие условия получения массы с требуемым более низким перманганатным числом. Термин «агрессивные условия» означает, что снижение перманганатного числа необходимо проводить при более высокой температуре, более щелочном рН, в течение более длительного времени или с использованием различных комбинаций указанных факторов с целью снижения уровня лигнина на 40-70%. В результате обработки в таких жестких или агрессивных условиях может повышаться потеря целлюлозы по сравнению с потерей в менее жестких условиях. Однако, такие условия могут также привести к более низкому качеству целлюлозы по результатам измерения вязкости раствора (TAPPI Т230 om-13). В ходе стадий кислородной делигнификации при обработке древесной целлюлозы происходит снижение в ней остаточного лигнина до предельного уровня, но в то же время осуществляется окислительное расщепление цепей целлюлозы (деполимеризация) и ухудшение физических свойств массы. Указанные недостатки ограничивают более эффективное применение этого способа. При улучшении или повышении эффективности процесса кислородной делигнификации можно удалить даже большее количество лигнина, но в настоящее время это приводит к неприемлемому ухудшению волокнистого продукта по данным измерения вязкости древесной массы и прочности волокна на разрыв (TAPPI Т231 cm-07).The currently used method for improving pulp delignification refers to pulp that is treated with the composition in a two-stage oxygen delignification process. To delignify a pulp with a high kappa number, it is usually necessary to use more aggressive or harsh conditions to obtain a pulp with the required lower kappa number. The term "aggressive conditions" means that the reduction in permanganate number must be carried out at a higher temperature, more alkaline pH, for a longer time, or using various combinations of these factors in order to reduce the level of lignin by 40-70%. As a result of processing under such severe or aggressive conditions, the loss of cellulose can be increased compared to the loss under less severe conditions. However, such conditions can also lead to lower pulp quality as measured by the solution viscosity (TAPPI T230 om-13). During the stages of oxygen delignification during the processing of wood pulp, the residual lignin in it decreases to the limiting level, but at the same time, the oxidative splitting of cellulose chains (depolymerization) and the deterioration of the physical properties of the pulp occur. These disadvantages limit the more efficient use of this method. By improving or increasing the efficiency of the oxygen delignification process, even more lignin can be removed, but this currently results in unacceptable degradation of the fibrous product as measured by pulp viscosity and fiber tensile strength (TAPPI T231 cm-07).

Основные химические реакции, промышленное применение способа и ограничения, указанные выше, описаны в обзорной статье McDonough, Thomas J., Oxygen Delignification, гл. IV-1, Pulp Bleaching. Principles and Practices, под ред. Dence & Reeve Eds. (1996). Контроль качества целлюлозы исторически заключался в оптимизации параметров реакции для минимизации деполимеризации целлюлозы. Полезные химические добавки, кроме изначального открытия солей магния в качестве стабилизаторов целлюлозы, описаны очень кратко. В недавней работе Widiatmoko "Oxygen Delignification Process Chemistry for ACACIA" Georgia Institute of Technology (декабрь 2006) подробно описан процесс делигнификации при получении крафт-целлюлозы. Однако магнийсодержащие добавки упомянуты только для того, чтобы описать один из наиболее важных факторов улучшения кислородной делигнификации, которым является эффективное смешение химических агентов с соответствующей древесной массой. Отсутствует указание на то, что описанные выше химические добавки оказывают какое-либо воздействие на снижение перманганатного числа крафт-целлюлозы.The main chemical reactions, the industrial application of the method and the limitations mentioned above are described in the review article by McDonough, Thomas J., Oxygen Delignification, ch. IV-1, Pulp Bleach. Principles and Practices, ed. Dence & Reeve Eds. (1996). Pulp quality control has historically been about optimizing reaction parameters to minimize cellulose depolymerization. Useful chemical additives, other than the original discovery of magnesium salts as cellulose stabilizers, are described very briefly. A recent paper by Widiatmoko "Oxygen Delignification Process Chemistry for ACACIA" Georgia Institute of Technology (December 2006) describes in detail the process of delignification in the production of kraft pulp. However, magnesium additives are only mentioned to describe one of the most important factors in improving oxygen delignification, which is the effective mixing of chemical agents with the appropriate wood pulp. There is no indication that the chemical additives described above have any effect on reducing the kappa number of kraft pulp.

В патенте США №6454900 В2 описан двух стадийный процесс кислородной делигнификации для снижения перманганатного числа целлюлозы средней вязкости, причем в ходе процесса оптимизируют температуру, давление и рН системы. Тем не менее не упоминаются особые химические добавки, улучшающие процесс кислородной делигнификации.US Pat. No. 6,454,900 B2 describes a two-stage oxygen delignification process for reducing the permanganate number of medium viscosity cellulose, the process optimizing the temperature, pressure and pH of the system. However, there is no mention of specific chemical additives that improve the process of oxygen delignification.

В настоящее время химические добавки используют на практике в процессе кислородной делигнификации для ингибирования деполимеризации целлюлозы и стабилизации ее механических свойств. Наиболее часто используют соли магния (часто используют соль Эпсома, MgSO4⋅7H2O), но также было установлено, что для стабилизации целлюлозы можно использовать дополнительные органические комплексообразующие агенты или хелатирующие агенты.Currently, chemical additives are used in practice in the process of oxygen delignification to inhibit the depolymerization of cellulose and stabilize its mechanical properties. Magnesium salts are most commonly used (Epsom's salt, MgSO 4 .7H 2 O is often used), but it has also been found that additional organic complexing or chelating agents can be used to stabilize the cellulose.

В патенте Канады 1120210 (Monsanto) описано добавление хелатирующего аминометиленфосфоната в комбинации с солью магния, которое, как было показано, оказалось эффективным, если фосфонат добавлять в количествах более 0,01% при расчете на массу сухой древесной массы (в данном контексте называемая массой высушенной в печи древесной массы, OD). В патенте описано добавление диэтилентриаминопентаметиленфосфоновой кислоты (DTPMP) в раствор с нейтральным рН, в котором DTPMP обычно замещена примерно 7 катионами натрия (DTPMP⋅7Na). Однако отсутствует описание дополнительных материалов, таких как ПАВ или полимеры, которые могут улучшить эффективность делигнификации и стабилизацию целлюлозы.Canadian Patent 1120210 (Monsanto) describes the addition of a chelating aminomethylene phosphonate in combination with a magnesium salt, which has been shown to be effective when the phosphonate is added in amounts greater than 0.01% based on dry weight of wood pulp (in this context referred to as dried weight). in wood pulp kiln, OD). The patent describes the addition of diethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid (DTPMP) to a neutral pH solution in which DTPMP is typically replaced by about 7 sodium cations (DTPMP⋅7Na). However, there is no description of additional materials such as surfactants or polymers that can improve the efficiency of delignification and cellulose stabilization.

В патенте США №2007/0272378 А1 описан способ снижения экстрагируемых веществ при пероксидном отбеливании древесной массы при добавлении анионного ПАВ и полимерных пероксидных стабилизаторов, которые ингибируют осаждение экстрагируемых веществ на волокнах целлюлозы, оставляя экстрагируемые вещества в водной фазе. Однако отсутствует описание или обсуждение применения с использованием древесной массы или способа кислородной делигнификации, используемого для древесной массы, для стабилизации целлюлозы или улучшения делигнификации, которые не являются частью способа пероксидного отбеливания.US Pat. No. 2007/0272378 A1 describes a method for reducing extractables in peroxide bleaching of wood pulp by adding an anionic surfactant and polymeric peroxide stabilizers that inhibit the deposition of extractables on cellulose fibers, leaving the extractables in the aqueous phase. However, there is no description or discussion of the use of wood pulp or the oxygen delignification process used for wood pulp to stabilize pulp or improve delignification that is not part of the peroxide bleaching process.

В патенте Японии JP2000/080582 (Mitsubishi) описано, что перманганатное число древесной массы средней плотности может быть снижено в процессе кислородного отбеливания при добавлении в древесную массу хелатирующего фосфоната в отдельности или в комбинации с ПАВ. Описан альтернативный двухстадийный способ, согласно которому одну стадию проводят в кислотных условиях, а другую - в щелочных, отсутствует описание добавления сульфата магния для стабилизации вязкости целлюлозы.Japanese Patent JP2000/080582 (Mitsubishi) discloses that the permanganate number of medium density wood pulp can be reduced in an oxygen bleaching process by adding a chelating phosphonate alone or in combination with a surfactant to the pulp. An alternative two-stage method is described, in which one stage is carried out under acidic conditions and the other under alkaline conditions, there is no description of the addition of magnesium sulfate to stabilize the viscosity of the cellulose.

Согласно другим кислородным способам отбеливания, как описано в патентах США №№4406735 и 4439271, перед делигнификацией целлюлозной массы ее предварительно обрабатывают диоксидом азота в ходе одной или двух стадий щелочного кислородного отбеливания. В патенте США №4372811 описана щелочная кислородная делигнификация и отбеливание целлюлозной массы с ингибированием деградации углеводородов в массе при добавлении одного или более ароматических диаминов дополнительно к магнию и хелатирующему агенту, который включает аминометилфосфоновые кислоты, такие как диэтилентриаминопентаметиленфосфоновая кислота (DTPMP). Не описано добавление материалов, таких как ПАВ или полимеры, для улучшения делигнификации и стабилизации вязкости целлюлозы.According to other oxygen bleaching processes, as described in US Pat. US Pat. No. 4,372,811 describes alkaline oxygen delignification and bleaching of pulp with inhibition of hydrocarbon degradation in the pulp by adding one or more aromatic diamines in addition to magnesium and a chelating agent that includes aminomethylphosphonic acids such as diethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid (DTPMP). The addition of materials such as surfactants or polymers to improve delignification and stabilize pulp viscosity is not described.

В опубликованном исследовании указано, что применение ПАВ в ходе натронной варки багассы снижает перманганатное число и улучшает выход и степень белизны образующейся древесной массы. Однако, данное исследование ограничено экспериментами по отбеливанию и способом отбеливания (Hamzeh и др. BioResources, 4(4): 1267-1275, "Soda Pulping with Surfactants" (2009). В заявке на выдачу патента США №2005/0217813 А1 описано, что диэтилентриаминопентаметиленфосфоновая кислота (DTPMP) может поддерживать или повышать степень белизны целлюлозной массы и одновременно снижать уровень отбеливающих химических реагентов, однако кислородная делигнификация не описана.A published study indicates that the use of surfactants in soda-boiled bagasse reduces the permanganate number and improves the yield and whiteness of the resulting wood pulp. However, this study is limited to bleaching experiments and bleaching method (Hamzeh et al. BioResources, 4(4): 1267-1275, "Soda Pulping with Surfactants" (2009). US Patent Application No. 2005/0217813 A1 describes, that diethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid (DTPMP) can maintain or increase the brightness of the pulp and at the same time reduce the level of bleaching chemicals, however, oxygen delignification is not described.

Недостатком древесной целлюлозы, которую делигнифицируют кислородом, является ее деградация, уровень которой выше, если целлюлозную массу обрабатывают в ходе одностадийного процесса по сравнению с обработкой в ходе двухстадийного процесса при делигнификации до одинакового конечного перманганатного числа (как определено в документе TAPPI Т 236 om-13), которое является указателем остаточного содержания лигнина или степени отбеливания. В ходе двухстадийного процесса целлюлозную массу сначала обрабатывают при более высоком рН, более высоком давлении кислорода и при более низкой температуре в течение более короткого периода времени по сравнению с одностадийным процессом, после которого целлюлозную массу можно обрабатывать в ходе второй стадии при меньшем давлении, меньшем рН и более высокой температуре в течение большего периода времени. Способ двухстадийной кислородной делигнификации описан в патенте США №6454900 (Sunds 2002). Способ относится к двум отдельным процессам обработки кислородом в двух различных условиях.A disadvantage of wood pulp that has been delignified with oxygen is degradation, which is higher when the pulp is treated in a one-step process compared to when treated in a two-step process when delignified to the same final kappa number (as defined in TAPPI T 236 om-13 ), which is an indication of the residual lignin content or degree of bleaching. In a two-stage process, the pulp is first treated at a higher pH, higher oxygen pressure, and at a lower temperature for a shorter period of time compared to a one-stage process, after which the pulp can be treated in a second stage at a lower pressure, lower pH and higher temperature for a longer period of time. The method of two-stage oxygen delignification is described in US patent No. 6454900 (Sunds 2002). The method refers to two separate oxygen treatment processes under two different conditions.

Настоящие способы обеспечивают улучшение процесса кислородной делигнификации, согласно которым реализуются более низкие уровни фосфонатов и в некоторых вариантах наблюдается полное удаление солей магния. Существует также необходимость в улучшенной экологической эффективности целлюлозно-бумажных комбинатов при снижении количеств фосфор- и азотсодержащих соединений, используемых при обработке и отбеливании древесной массы. Кроме того, существует отчетливо выраженная необходимость в улучшении процесса кислородной делигнификации, которое приведет к сниженному уровню лигнина, повышенной прочности образующихся волокон и повышенному выходу волокна. Было установлено, что настоящие составы характеризуются всеми перечисленными выше преимуществами.The present methods provide an improvement in the oxygen delignification process, whereby lower levels of phosphonates are realized and in some embodiments complete removal of magnesium salts is observed. There is also a need for improved environmental performance of pulp and paper mills while reducing the amounts of phosphorus and nitrogen containing compounds used in the processing and bleaching of wood pulp. In addition, there is a clear need to improve the oxygen delignification process, which will result in reduced levels of lignin, increased strength of the resulting fibers, and increased fiber yield. It has been found that the present compositions are characterized by all the advantages listed above.

Краткое описание настоящего изобретенияBrief description of the present invention

Настоящий способ относится к получению крафт-целлюлозы с высоким выходом. Прежде всего, способ включает добавление композиции, включающей аминофосфонат и линейный сульфированный акоголь-этоксилированный ПАВ, прежде всего лаурилэфирсульфат натрия (SLES). Композиция может необязательно содержать источник магния в виде двухвалентного катиона (Mg2+) в составе соли магния, такой как сульфат магния (MgSO4), гептагидрат сульфата магния (MgSO4⋅7H2O), оксид магния (MgO), гидроксид магния (Mg(OH)2), ацетат магния (Mg(CH3COO)2), тетрагидрат ацетата магния (Mg(CH3COO)2⋅4H2O) и карбонат магния (MgCO3).The present method relates to the production of high yield kraft pulp. First of all, the method includes the addition of a composition comprising an aminophosphonate and a linear sulfonated alcohol ethoxylated surfactant, primarily sodium lauryl ether sulfate (SLES). The composition may optionally contain a source of magnesium in the form of a divalent cation (Mg 2+ ) in the form of a magnesium salt such as magnesium sulfate (MgSO 4 ), magnesium sulfate heptahydrate (MgSO 4 ⋅7H 2 O), magnesium oxide (MgO), magnesium hydroxide ( Mg(OH) 2 ), magnesium acetate (Mg(CH 3 COO) 2 ), magnesium acetate tetrahydrate (Mg(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O), and magnesium carbonate (MgCO 3 ).

В другом объекте предлагается способ получения делигнифицированной кислородом крафт-целлюлозы с высоким выходом, где перманганатное число крафт-целлюлозы составляет по меньшей мере приблизительно 30 и может составлять по меньшей мере приблизительно 23 и может составлять по меньшей мере приблизительно 20 для древесных пород из лиственных пород древесины, или перманганатное число крафт-целлюлозы составляет по меньшей мере приблизительно 40 и может составлять по меньшей мере приблизительно 33 и может составлять по меньшей мере приблизительно 30 для целлюлозы из хвойных пород древесины. Крафт-целлюлозу обрабатывают композицией, включающей: а) органический аминофосфонат в количестве от приблизительно 0,6 кг/т массы сухой целлюлозы до приблизительно 1,2 кг/т в расчете на массу активной кислоты, б) соль магния в количестве от приблизительно 0,1 кг/т до приблизительно 3,2 кг/т в расчете на массу безводного вещества и в) приблизительно от 0,08 кг/т до приблизительно 0,16 кг/т активной основы ПАВ, который выбирают из группы, состоящей из линейных сульфированных алкогодь-этоксилатов. Перед процессом кислородной делигнификации крафт-целлюлозу обрабатывают композицией. Термины «активная кислота» или «активные твердые вещества» или «активные вещества», использованные в контексте настоящего изобретения, означают массу каждого химического вещества в составе композиции, которой обрабатывают древесную массу.In another aspect, a process is provided for making high yield oxygen delignified kraft pulp wherein the kappa number of kraft pulp is at least about 30 and may be at least about 23 and may be at least about 20 for hardwood species. , or the kappa number of kraft pulp is at least about 40, and may be at least about 33, and may be at least about 30 for softwood pulp. Kraft pulp is treated with a composition comprising: a) an organic aminophosphonate in an amount of from about 0.6 kg/t by weight of dry pulp to about 1.2 kg/t, based on the weight of active acid, b) a magnesium salt in an amount of from about 0, 1 kg/t to about 3.2 kg/t, based on the weight of the anhydrous substance; and c) from about 0.08 kg/t to about 0.16 kg/t of active surfactant base, which is selected from the group consisting of linear sulfonated alcohol ethoxylates. Prior to the oxygen delignification process, kraft pulp is treated with the composition. The terms "active acid" or "active solids" or "active substances", used in the context of the present invention, means the weight of each chemical in the composition, which is treated wood pulp.

В другом объекте настоящего способа композиция, которую добавляют в древесную крафт-целлюлозу, включает органический аминофосфонат и анионный полиакрилат, прежде всего соль поли-α-гидроксиакрилата (PHAS).In another aspect of the present method, the composition that is added to wood kraft pulp comprises an organic aminophosphonate and an anionic polyacrylate, especially a salt of poly-α-hydroxyacrylate (PHAS).

В еще одном объекте настоящего способа органическим аминофосфонатом может являться диэтилентриаминпентаметиленфосфоновая кислота (DTPMP), аминотрисметиленфосфонат (АТМР), (бис)гексаметилентриаминпентаметиленфосфоновая кислота (ВНМТРМР) и полиаминополиэфирметиленфосфонат (РАРЕМР) и анионным полиакрилатом является соль поли-α-гидроксиакрилата (PHAS).In another aspect of the present method, the organic aminophosphonate may be diethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid (DTPMP), aminotrismethylenephosphonate (ATMP), (bis)hexamethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid (BHMTMP) and polyaminopolyethermethylenephosphonate (PAREMP) and the anionic polyacrylate is a salt of poly-α-hydroxyacrylate (PHAS).

В других объектах способа температура на первой стадии двухстадийного процесса кислородной делигнификации составляет приблизительно от 80°С до приблизительно 100°С и температура на второй стадии составляет приблизительно от 90°С до приблизительно 120°С, и давление на первой стадии составляет приблизительно от 80 фунт/кв.дюйм до приблизительно 120 фунт/кв.дюйм О2, может составлять от 90 фунт/кв.дюйм до 110 фунт/кв.дюйм О2, и давление на второй стадии составляет приблизительно от 25 фунт/кв.дюйм до приблизительно 90 фунт/кв.дюйм О2, может составлять от 50 фунт/кв.дюйм до 90 фунт/кв.дюйм О2, может составлять от 60 фунт/кв.дюйм до 90 фунт/кв.дюйм О2.In other aspects of the method, the temperature in the first stage of the two-stage oxygen delignification process is from about 80° C. to about 100° C. and the temperature in the second stage is from about 90° C. to about 120° C. and the pressure in the first stage is from about 80 lbs. /square inch to about 120 psi O 2 may be from 90 psi to 110 psi O 2 and the pressure in the second stage is from about 25 psi to about 90 psi O 2 , may be 50 psi to 90 psi O 2 , may be 60 psi to 90 psi O 2 .

В еще одних объектах способа предлагается крафт-целлюлоза с перманганатным числом по меньшей мере приблизительно 30, по меньшей мере приблизительно 23 и по меньшей мере приблизительно 20 для целлюлозы из лиственной породы древесины, или с перманганатным числом по меньшей мере приблизительно 40, по меньшей мере приблизительно 33 и по меньшей мере приблизительно 30 для целлюлозы из хвойной породы древесины, и обработка крафт-целлюлозы композицией, включающей: а) органический аминофосфонат в количестве приблизительно от 0,17 кг/т до приблизительно 0,57 кг/т в расчете на массу активной кислоты, б) соль магния в количестве от приблизительно 0 кг/т до приблизительно 3,2 кг/т в расчете на массу безводного вещества и в) приблизительно от 0,43 кг/т до приблизительно 1,43 кг/т в расчете на активную основу анионного полиакрилата, такого как соль поли-α-гидроксиакрилата (PHAS), и где крафт-целлюлозу обрабатывают композицией перед процессом кислородной делигнификации.In still other aspects of the method, kraft pulp has an kappa number of at least about 30, at least about 23, and at least about 20 for hardwood pulp, or an kappa number of at least about 40, at least about 33 and at least about 30 for softwood pulp, and treating kraft pulp with a composition comprising: acid, b) a magnesium salt in an amount of from about 0 kg/t to about 3.2 kg/t, based on the weight of the anhydrous substance, and c) from about 0.43 kg/t to about 1.43 kg/t, based on an anionic polyacrylate active base such as a poly-α-hydroxyacrylate (PHAS) salt, and wherein the kraft pulp is treated with the composition prior to the oxygen delignification process.

Согласно настоящему методу крафт-целлюлозу обрабатывают композицией перед процессом кислородной делигнификации.According to the present method, kraft pulp is treated with the composition prior to the oxygen delignification process.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фиг. 1 представлено предпочтительное удаление лигнина/снижение перманганатного числа в направлении справа-налево, а предпочтительная более высокая стабилизация вязкости в направлении вверх.In FIG. 1 shows the preferred lignin removal/KAP reduction in the right-to-left direction and the preferred higher viscosity stabilization in the upward direction.

На фиг. 2 показаны перманганатные числа в плохих условиях смешения различных ПАВ и в отсутствие ПАВ.In FIG. 2 shows permanganate numbers under poor mixing conditions of various surfactants and in the absence of surfactants.

На фиг. 3 представлены вязкости обработанной и необработанной древесной массы при различных перманганатных числах.In FIG. 3 shows the viscosities of treated and untreated wood pulp at different permanganate numbers.

На фиг. 4 представлены вязкости обработанной и необработанной древесной массы при различных перманганатных числах.In FIG. 4 shows the viscosities of treated and untreated wood pulp at different permanganate numbers.

На фиг. 5 показаны конечные перманганатные числа обработанных и необработанных древесных масс.In FIG. 5 shows the final permanganate numbers of treated and untreated pulps.

На фиг. 6 представлены конечные величины вязкости обработанной и необработанной древесной массы.In FIG. 6 shows the final values of the viscosity of the treated and untreated wood pulp.

На фиг. 7 показаны конечные перманганатные числа древесной массы, обработанной в различных условиях реакции.In FIG. 7 shows the final permanganate numbers of wood pulp treated under various reaction conditions.

На фиг. 8 показаны конечные величины вязкости древесной массы, обработанной в различных условиях реакции.In FIG. 8 shows the final viscosities of wood pulp treated under various reaction conditions.

Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретенияDetailed description of embodiments of the present invention

Приведенное ниже подробное описание является по сути иллюстративным и не предназначено для ограничения изобретения или применения и использования изобретения. Более того, отсутствует намерение связывания с какой-либо теорией, приведенной в предшествующем уровне техники или в приведенном ниже подробном описании.The following detailed description is illustrative in nature and is not intended to limit the invention or the application and use of the invention. Moreover, there is no intention of linking with any theory given in the prior art or in the following detailed description.

В одном объекте настоящий способ относится к получению крафт-целлюлозы с высоким выходом, включающийIn one aspect, the present method relates to the production of high yield kraft pulp comprising

получение крафт-целлюлозы с высоким перманганатным числом по меньшей мере приблизительно 30, по меньшей мере приблизительно 23 и по меньшей мере приблизительно 20 для целлюлозы из лиственных пород древесины или перманганатным числом по меньшей мере приблизительно 40, по меньшей мере приблизительно 33 и по меньшей мере приблизительно 30 для целлюлозы из хвойных пород древесины,obtaining kraft pulp with a high kappa number of at least about 30, at least about 23, and at least about 20 for hardwood pulp or an kappa number of at least about 40, at least about 33, and at least about 30 for softwood pulp,

обработку крафт-целлюлозы композицией, включающей а) органический аминофосфонат, б) соль магния, и в) один или более сульфированных этоксилатов, при этом крафт-целлюлозу обрабатывают композицией перед процессом кислородной делигнификации. Прежде всего, одним или более сульфированных этоксилатов являются лаурилэфирсульфонат натрия (SLES), лаурилэфирфосфат натрия (SLEP), или лаурилсульфат натрия (SLS). См. формулы I-III ниже.treating the kraft pulp with a composition comprising a) an organic aminophosphonate, b) a magnesium salt, and c) one or more sulfonated ethoxylates, wherein the kraft pulp is treated with the composition prior to the oxygen delignification process. First of all, one or more sulfated ethoxylates are sodium lauryl ethersulfonate (SLES), sodium lauryl ether phosphate (SLEP), or sodium lauryl sulfate (SLS). See formulas I-III below.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

В другом объекте органический аминофосфонат в составе композиции выбирают из диэтилентриаминпентаметиленфосфоновой кислоты (DTPMP), аминотрисметиленфосфоната (АТМР), (бис)гексаметилентриаминопентаметиленфосфоновой кислоты (ВНМТРМР), и полиаминополиэфирметиленфосфоната (РАРЕМР), и двухвалентный катион магния Mg2+ выбирают из соли магния, такой как сульфат магния или гептагидрат сульфата магния. См. формулы IV-VII ниже.In another aspect, the organic aminophosphonate in the composition is selected from diethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid (DTPMP), aminotrismethylenephosphonate (ATMP), (bis)hexamethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid (BHMTMP), and polyaminopolyethermethylenephosphonate (PAREMP), and the divalent magnesium cation Mg 2+ is selected from a magnesium salt such as magnesium sulfate or magnesium sulfate heptahydrate. See formulas IV-VII below.

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Формула VI:Formula VI:

(бис)гексаметилентриаминпентаметиленфосфоновая кислота (ВНМТРМР)(bis)hexamethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid (BHMTMP)

Figure 00000006
Figure 00000006

Формула VII: полиаминополиэфирметиленфосфонат (РАРЕМР)Formula VII: polyaminopolyethermethylenephosphonate (PAREMP)

В еще одном объекте процесс кислородной делигнификации представляет собой одно- или двухстадийный процесс кислородной делигнификации, где способ получения кислородно делигнифицированной крафт-целлюлозы с высоким выходом включает: получение крафт-целлюлозы с перманганатным числом по меньшей мере приблизительно 30, по меньшей мере приблизительно 23 и по меньшей мере приблизительно 20 для целлюлозы из лиственных пород древесины, или с перманганатным числом по меньшей мере приблизительно 40, по меньшей мере приблизительно 33 и по меньшей мере приблизительно 30 для целлюлозы из хвойных пород древесины, обработку крафт-целлюлозы композицией, включающей: а) органический аминофосфонат в количестве приблизительно от 0,6 кг/т до приблизительно 1,2 кг/т в расчете на массу активной кислоты, б) соль магния в количестве от приблизительно 0,1 кг/т до приблизительно 3,2 кг/т в расчете на массу безводной основы и в) ПАВ в количестве приблизительно от 0,08 кг/т до приблизительно 0,16 кг/т в расчете на активную основу, который выбирают из группы, состоящей из линейных сульфированных акоголь-этоксилатов, и где крафт-целлюлозу обрабатывают композицией перед процессом кислородной делигнификации.In yet another aspect, the oxygen delignification process is a one- or two-stage oxygen delignification process, wherein the process for producing high yield oxygen delignified kraft pulp includes: producing kraft pulp with a kappa number of at least about 30, at least about 23, and at least about 20 for hardwood pulp, or with a kappa number of at least about 40, at least about 33, and at least about 30 for softwood pulp, treating kraft pulp with a composition comprising: a) organic aminophosphonate in an amount of from about 0.6 kg/t to about 1.2 kg/t, based on the weight of active acid, b) a magnesium salt in an amount of from about 0.1 kg/t to about 3.2 kg/t, calculated by weight of the anhydrous base; and c) a surfactant in an amount of from about 0.08 kg/t to about 0.16 kg/t, based on a an active base that is selected from the group consisting of linear sulfonated alcohol ethoxylates, and where the kraft pulp is treated with the composition prior to the oxygen delignification process.

В другом объекте настоящий способ относится к получению крафт-целлюлозы с высоким выходом, при получении крафт-целлюлозы с перманганатным числом по меньшей мере приблизительно 30, по меньшей мере приблизительно 23 и по меньшей мере приблизительно 20 для целлюлозы из лиственной породы древесины, или с перманганатным числом по меньшей мере приблизительно 40, по меньшей мере приблизительно 33 и по меньшей мере приблизительно 30 для целлюлозы из хвойной породы древесины. Полученную целлюлозу обрабатывают композицией, включающей а) органический аминофосфонат (DTMP) и б) полиакрилатный полимер, такой как поли-α-гидроксиакрилат (PHAS, см. ниже), и где крафт-целлюлозу обрабатывают композицией перед процессом кислородной делигнификации.In another aspect, the present method relates to the production of high yield kraft pulp, producing kraft pulp with a kappa number of at least about 30, at least about 23, and at least about 20 for hardwood pulp, or kappa a number of at least about 40, at least about 33, and at least about 30 for softwood pulp. The resulting pulp is treated with a composition comprising a) an organic aminophosphonate (DTMP) and b) a polyacrylate polymer such as poly-α-hydroxyacrylate (PHAS, see below) and wherein the kraft pulp is treated with the composition prior to the oxygen delignification process.

Figure 00000007
Figure 00000007

В еще одном объекте способ получения кислородно делигнифицированной крафт-целлюлозы с высоким выходом относится к получению крафт-целлюлозы с перманганатным числом по меньшей мере приблизительно 30, по меньшей мере приблизительно 23 и по меньшей мере приблизительно 20 для целлюлозы из лиственной породы древесины, или с перманганатным числом по меньшей мере приблизительно 40, по меньшей мере приблизительно 33 и по меньшей мере приблизительно 30 для целлюлозы из хвойной породы древесины, и обработке крафт-целлюлозы композицией, включающей: а) органический аминофосфонат в количестве от приблизительно 0,17 кг/т до приблизительно 0,57 кг/т в расчете на массу активной кислоты, б) приблизительно от 0,43 кг/т до приблизительно 1,43 кг/т в расчете на массу активной основы поли-α-гидроксиакрилата (PHAS), и где крафт-целлюлозу обрабатывают композицией перед процессом кислородной делигнификации.In yet another aspect, a process for producing high yield oxygen delignified kraft pulp refers to producing kraft pulp with a kappa number of at least about 30, at least about 23, and at least about 20 for hardwood pulp, or kappa a number of at least about 40, at least about 33, and at least about 30 for softwood pulp, and treating kraft pulp with a composition comprising: a) an organic aminophosphonate in an amount of from about 0.17 kg/ton to about 0.57 kg/t based on the weight of the active acid, b) from about 0.43 kg/t to about 1.43 kg/t based on the weight of the active basis of the poly-α-hydroxyacrylate (PHAS), and where kraft- the pulp is treated with the composition prior to the oxygen delignification process.

В другом объекте способ может включать необязательное добавление магния в крафт-целлюлозу перед добавлением, одновременно с добавлением или после добавления композиции органического аминофосфоната/полиакрилата.In another aspect, the method may include optionally adding magnesium to the kraft pulp before, simultaneously with or after the addition of the organic aminophosphonate/polyacrylate composition.

ПримерыExamples

Пример 1Example 1

Обработка небеленной древесной массы (Brownstock) сульфатом магния (MgSO4) на стадии кислородной делигнификации приводила к получению конечной древесной массы с более высоким содержанием лигнина (по данным измерения перманганатного числа, которое определяют согласно TAPPI Т236 om-13) по сравнению с необработанной древесной массой. Такая обработка приводила к меньшему содержанию соли диэтилентриаминпентаметиленфосфоната (DTPMP) в реакционной смеси, и к промежуточным уровням содержания, когда оба соединения использовали в смеси при различных соотношениях. Неожиданно оказалось, что добавление особого типа ПАВ к объединенным хелатирующим агентам в составе полученного продукта приводило к низким перманганатным числам. Особую важность представляли анионные линейные спирты и этоксилаты в форме лаурилэфирсульфата натрия (SLES) и лаурилэфирфосфата натрия (SLEP).Treatment of unbleached wood pulp (Brownstock) with magnesium sulfate (MgSO 4 ) in an oxygen delignification step resulted in a final wood pulp with a higher lignin content (as measured by permanganate number, which is determined according to TAPPI T236 om-13) compared to untreated wood pulp . This treatment resulted in lower levels of the diethylenetriaminepentamethylenephosphonate (DTPMP) salt in the reaction mixture, and intermediate levels when both compounds were used in the mixture at different ratios. Surprisingly, the addition of a specific type of surfactant to the combined chelating agents in the resulting product resulted in low permanganate numbers. Of particular importance were anionic linear alcohols and ethoxylates in the form of sodium lauryl ether sulfate (SLES) and sodium lauryl ether phosphate (SLEP).

Крафт-целлюлозу из эвкалипта с высоким содержанием лигнина (в данном контексте с указанием ее перманганатного числа, т.е. перманганатное число 23) подвергали делигнификации двухстадийным способом в «агрессивных» условиях, как показано в табл. 1. Продукт получали с использованием других ПАВ, которые использовали в реакции делигнификации при одинаковой дозировке в отношении к древесной массе.Eucalyptus kraft pulp with a high lignin content (in this context, indicating its permanganate number, i.e., a permanganate number of 23) was subjected to delignification in a two-stage method under "aggressive" conditions, as shown in table. 1. The product was obtained using other surfactants that were used in the delignification reaction at the same dosage in relation to the wood mass.

Figure 00000008
Figure 00000008

Продукт улучшения кислородной делигнификации получали в отсутствие ПАВ (В), в отсутствие фосфорилированного хелатирующего агента (С), и в отсутствие обоих соединений (А). Другие продукты получали (табл. 3) с использованием ПАВ различного типа (D-J), как описано в табл. 2 ниже.An oxygen delignification improvement product was obtained in the absence of a surfactant (B), in the absence of a phosphorylated chelating agent (C), and in the absence of both compounds (A). Other products were obtained (table. 3) using surfactants of various types (D-J), as described in table. 2 below.

Figure 00000009
Figure 00000009

Составы продуктов, перманганатные числа полученной древесной массы и величины измерения вязкости после проведения реакции кислородной делигнификации приведены в табл. 3.The compositions of the products, the permanganate number of the obtained wood pulp and the measurement of viscosity after the reaction of oxygen delignification are given in table. 3.

Figure 00000010
Figure 00000010

Полученные результаты свидетельствовали о том, что добавление ПАВ на основе SLES в состав обеспечивало снижение перманганатного числа с сохранением высокой вязкости. На фиг. 1 показано предпочтительное удаление лигнина/снижение перманганатного числа в направлении справа-налево, а предпочтительная стабилизация высокой вязкости - в направлении вверх. Как видно на фиг. 1, «состав D», содержащий ПАВ лаурилэфирсульфат натрия, характеризовался самой высокой вязкостью и самым низким перманганатным числом. Другие этоксилированный анионный ПАВ лаурилэфирфосфат натрия (Е) и неэтоксилированный анионный ПАВ лаурилсульфат натрия (F) обеспечивали меньшее улучшение. Другие ПАВ не обеспечивали такое неожиданное улучшение.The results obtained indicated that the addition of a surfactant based on SLES to the composition provided a decrease in the permanganate number while maintaining a high viscosity. In FIG. 1 shows the preferred lignin removal/KAP reduction in the right-to-left direction and the preferred high viscosity stabilization in the upward direction. As seen in FIG. 1, "composition D", containing the surfactant sodium lauryl ether sulfate, was characterized by the highest viscosity and the lowest kappa number. Other ethoxylated anionic surfactant sodium lauryl ether phosphate (E) and non-ethoxylated anionic surfactant sodium lauryl sulfate (F) provided less improvement. Other surfactants did not provide such an unexpected improvement.

Пример 2Example 2

Конечное перманганатное число полученной целлюлозы после стадии кислородной делигнификации имеет первостепенное значение для производителей целлюлозы. Стоимость отбеливания древесной массы до конечной требуемой белизны зависит от этого перманганатного числа целлюлозы, поступающей на отбеливающую установку. Введение ПАВ улучшает эффективность стадии кислородной делигнификации и снижает стоимость обработки на всей установке отбеливания при снижении перманганатного числа. Количество ПАВ особого предпочтительного типа (анионный линейный этоксилированный спирт) можно регулировать для влияния на делигнификацию и при этом стабилизировать вязкость целлюлозы.The final permanganate value of the resulting pulp after the oxygen delignification step is of paramount importance to pulp producers. The cost of bleaching wood pulp to the final desired whiteness depends on this permanganate number of the pulp entering the bleaching plant. The introduction of surfactants improves the efficiency of the stage of oxygen delignification and reduces the cost of processing throughout the bleaching plant while reducing the permanganate number. The amount of surfactant of a particular preferred type (anionic linear ethoxylated alcohol) can be adjusted to influence delignification while stabilizing pulp viscosity.

Крафт-целлюлозу с высоким содержанием лигнина (перманганатное число 23) из эвкалипта подвергали делигнификации на 52% в «агрессивных»условиях в ходе одностадийной обработки кислородом при 103°С, 4% щелочи, давлении О2 90 фунт/кв.дюйм в течение 60 мин. Продукт улучшения делигнификации получали с аналогичными уровнями MgSO4 и DTPMP, но он содержал различные уровни ПАВ лаурилэфирсульфата натрия (SLES), как показано в табл. 4, и его добавляли на том же уровне, что и во всех экспериментах.High lignin kraft pulp (KM 23) from eucalyptus was delignified by 52% under "aggressive" conditions in a single stage oxygen treatment at 103° C., 4% caustic, 90 psi O 2 pressure for 60 min. The delignification enhancement product was obtained with similar levels of MgSO 4 and DTPMP but contained different levels of sodium lauryl ether sulfate surfactant (SLES) as shown in Table 1. 4 and was added at the same level as in all experiments.

Результаты, представленные в двух последних столбцах таблицы, указывают на то, что возрастание дозы ПАВ снижало перманганатное число. Вязкость древесной массы (приведенная в сантипуазах (сП) в данном контексте) оставалась относительно неизменной при меньших дозах (<0,03% для целлюлозы OD) ПАВ.The results presented in the last two columns of the table indicate that increasing the dose of surfactant reduced the permanganate number. The pulp viscosity (given in centipoise (cP) in this context) remained relatively unchanged at lower doses (<0.03% for cellulose OD) of the surfactant.

Figure 00000011
Figure 00000011

Пример 3Example 3

Эффективность кислородной делигнификации зависит от способности О2 взаимодействовать с волокном. Для этого необходима диффузия О2 из газообразной фазы в окружающую волокна воду в эмульсии, затем из водной фазы в волокно для взаимодействия с лигнином. Только небольшая доля кислорода в любое данное время растворяется в растворе. Основная часть кислорода находится в газообразной фазе в форме маленьких пузырьков, смешанных с эмульсией при очень интенсивном перемешивании с О2 в насосе средней консистенции перед поступлением в реактор. Недостаточное перемешивание кислорода с суспензией древесной массы приводит к удалению кислорода из смеси, и к его недостаточному количеству при необходимости диффузии в раствор для делигнификации.The efficiency of oxygen delignification depends on the ability of O 2 to interact with the fiber. This requires diffusion of O 2 from the gaseous phase into the water surrounding the fibers in the emulsion, then from the aqueous phase into the fiber to interact with lignin. Only a small fraction of the oxygen at any given time is dissolved in solution. The bulk of the oxygen is in the gaseous phase in the form of small bubbles mixed into the emulsion with very vigorous agitation with O 2 in a medium consistency pump before entering the reactor. Insufficient mixing of oxygen with the wood pulp slurry results in the removal of oxygen from the mixture, and insufficient oxygen to diffuse into the delignification solution.

Продукт улучшения кислородной делигнификации получали с использованием ПАВ, улучшающим делигнификацию, как показано в примерах 1 и 2. Данный ПАВ также улучшал делигнификацию недостаточно перемешанных систем.An oxygen delignification improvement product was prepared using a delignification enhancing surfactant as shown in Examples 1 and 2. This surfactant also improved the delignification of undermixed systems.

Крафт-целлюлозу (перманганатное число 20) из эвкалипта подвергали делигнификации в «агрессивных» условиях в ходе одностадийной обработки кислородом при 90°С, 4% NaOH в древесной массе, в течение 60 мин при давлении 90 фунт/кв.дюйм. ПАВ дозировали на уровне 0,5 кг/т в расчете на массу активных веществ. Недостаточно смешанную систему имитировали при выключении смесителя в фиксированный интервал времени во всех экспериментах. Конечное перманганатное число «хорошо перемешанной» реакционной смеси составляло 10 (50% делигнификации), как показано в правом столбце табл. 5. Эффект «недостаточно смешанной» системы заключался в повышении перманганатного числа до 15,1. Добавление различных ПАВ в суспензию древесной массы в случае «недостаточно смешанной» системы также показано в табл. 5.Kraft pulp (KM 20) from eucalyptus was delignified under "aggressive" conditions in a single step oxygen treatment at 90° C., 4% NaOH in wood pulp, for 60 minutes at 90 psi. Surfactants were dosed at the level of 0.5 kg/t based on the mass of active substances. An insufficiently mixed system was simulated by turning off the mixer at a fixed time interval in all experiments. The final permanganate number of the "well mixed" reaction mixture was 10 (50% delignification), as shown in the right column of Table. 5. The effect of the "not mixed enough" system was to increase the permanganate number to 15.1. The addition of various surfactants to the wood pulp slurry in the case of an "under-mixed" system is also shown in Table 1. 5.

Figure 00000012
Figure 00000012

Добавление SLES (см. образец С) в суспензию приводило к улучшенной делигнификации суспензии, о чем свидетельствует значительное снижение перманганатного числа в условиях недостаточного смешения по сравнению с другими ПАВ и в отсутствие ПАВ (см. фиг. 2).The addition of SLES (see Sample C) to the slurry resulted in improved delignification of the slurry as evidenced by a significant reduction in permanganate number under under-mixing conditions compared to other surfactants and in the absence of surfactants (see FIG. 2).

Пример 4Example 4

Важное преимущество продукта улучшения кислородной делигнификации заключается в том, что можно использовать древесную массу с более высоким перманганатным числом и что эту древесную массу можно получать с большим выходом по сравнению со стандартной древесной массой с меньшим перманганатным числом. Целлюлозу с более высоким перманганатным числом следует подвергать делигнификации в более агрессивных условиях для обеспечения такого же требуемого перманганатного числа, с которым стандартная древесная масса попадает на отбеливающую установку. Для более «агрессивной» кислородной делигнификации необходимо использовать более высокие концентрации щелочи, более высокие температуры, более длительные интервалы времени или их комбинации.An important advantage of the oxygen delignification improvement product is that a higher kappa number pulp can be used and that this pulp can be produced in a higher yield than standard pulp with a lower kappa number. Pulp with a higher kappa number should be delignified under more aggressive conditions to achieve the same desired kappa number as standard wood pulp entering the bleaching plant. For more "aggressive" oxygen delignification it is necessary to use higher alkali concentrations, higher temperatures, longer time intervals, or combinations thereof.

Крафт-целлюлозу с более высоким содержанием лигнина (перманганатное число 23) из эвкалипта подвергали делигнификации до конечного перманганатного числа 10 в ходе одностадийных реакций кислородной делигнификации в двух различных агрессивных условиях (щелочи и температуры). Данные условия и условия «стандартной» реакции приведены в табл. 6.Higher lignin (KP 23) kraft pulp from eucalyptus was delignified to a final KP of 10 in one-step oxygen delignification reactions under two different aggressive conditions (alkali and temperature). These conditions and the conditions of the "standard" reaction are given in table. 6.

Figure 00000013
Figure 00000013

Продукт улучшения кислородной делигнификации состоял из компонентов в количествах, как представлено в табл. 7.The oxygen delignification improvement product consisted of components in amounts as shown in Table 1. 7.

Figure 00000014
Figure 00000014

Продукт улучшения делигнификации за счет стабилизации вязкости сравнивали во всех вариантах при отсутствии обработки или с обработкой сульфатом магния. В табл. 8 суммированы данные по влиянию на древесную массу с высоким перманганатным числом 23 и сравнение с влиянием стадии стандартной кислородной делигнификации на древесную массу с низким перманганатным числом 16.The product of improved delignification due to viscosity stabilization was compared in all cases with no treatment or treatment with magnesium sulfate. In table. Figure 8 summarizes the effect on woodpulp with a high kappa number of 23 and compared with the effect of a standard oxygen delignification step on woodpulp with a low kappa number of 16.

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

Кислородную делигнификацию используют практически только для древесных целлюлоз, которые затем отбеливают до высокой степени белизны. Использование дополнительных стадий отбеливания обеспечивает дополнительные возможности для снижения вязкости древесной массы, при этом возрастание вязкости с использованием продукта улучшения делигнификации не должно быть потеряно при отбеливании. Это было продемонстрировано при использовании одинаковых древесных масс, полученных в примере 4, которые обрабатывали с последовательностью отбеливания DHTEPD1, что придавало древесной массе белизну 85 TAPPI, где DHT означает стадию делигнификации при нагревании при 90°С диоксидом хлора, Ер означает стадию экстракции, усиленную пероксидом, и D1 означает стадию увеличения степени белизны диоксидом хлора.Oxygen delignification is used almost exclusively for wood pulps, which are then bleached to a high degree of whiteness. The use of additional bleaching steps provides additional opportunities to reduce the viscosity of the wood pulp, whereby the increase in viscosity with the use of the delignification improvement product should not be lost during bleaching. This was demonstrated using the same pulps from Example 4 treated with the bleaching sequence D HT E P D 1 giving the pulp a whiteness of 85 TAPPI where D HT is the delignification step when heated at 90° C. with chlorine dioxide, Ep means a peroxide-enhanced extraction step; and D 1 means a chlorine dioxide brightening step.

Результаты, представленные в табл. 9, указывают на то, что использование состава улучшения делигнификации на стадии предварительной кислородной делигнификации приводит к получению более прочных волокон по данным измерения разрывного удлинения (как определено с использованием TAPPI Т 231 cm-07 при нулевом расстоянии между зажимами для измерения разрывного удлинения древесной массы), которое проводили во всех экспериментах описанной последовательности отбеливания.The results presented in table. 9 indicate that the use of a delignification-enhancing composition in the pre-oxygen delignification step results in stronger fibers as measured by elongation at break (as determined using TAPPI T 231 cm-07 at zero clamp spacing for breaking elongation of wood pulp) , which was carried out in all experiments of the described bleaching sequence.

Figure 00000017
Figure 00000017

Пример 5Example 5

Реакцию кислородной делигнификации можно проводить в более селективных условиях при проведении ее в две стадии и на многих целлюлозно-бумажных комбинатах используют такие системы для получения преимуществ. В основном, вязкость древесной массы уменьшается в большей степени при ее обработке в ходе одной стадии по сравнению с двух стадийной обработкой при делигнификации для обеспечения одинакового конечного перманганатного числа. В ходе двухстадийного процесса древесную массу сначала обрабатывают при более высоком рН, высоком давлении кислорода и более низкой температуре в течение более короткого периода времени, после чего ее обрабатывают в ходе второй стадии при более низком давлении, низком рН и высокой температуре в течение более длительного времени. Такие условия улучшают кинетику удаления лигнина по сравнению со скоростью снижения вязкости древесной массы.The oxygen delignification reaction can be carried out under more selective conditions in two steps, and many pulp and paper mills use such systems to their advantage. In general, the viscosity of wood pulp is reduced to a greater extent when it is processed in one stage compared to two stages in delignification to ensure the same final kappa number. In a two-stage process, the wood pulp is first treated at higher pH, high oxygen pressure, and lower temperature for a shorter period of time, after which it is treated in a second stage at lower pressure, lower pH, and higher temperature for a longer time. . Such conditions improve the kinetics of lignin removal compared to the rate of reduction in pulp viscosity.

Крафт-целлюлозу с более высоким содержанием лигнина (перманганатное число 23) из эвкалипта подвергали делигнификации до перманганатного числа 10 в ходе одно- и двухстадийного процессов кислородной делигнификации в агрессивных условиях. Данный процесс сравнивали с одностадийной кислородной делигнификацией стандартной крафт-целлюлозы из эвкалипта с более низким исходным перманганатным числом 16 в мягких условиях. Условия представлены в табл. 10.The higher lignin (KM 23) kraft pulp from eucalyptus was delignified to 10 KP in one- and two-stage oxygen delignification processes under aggressive conditions. This process was compared with one-step oxygen delignification of standard eucalyptus kraft pulp with a lower starting kappa number of 16 under mild conditions. The conditions are presented in table. ten.

Figure 00000018
Figure 00000018

Продукт улучшения кислородной делигнификации, как показано в примере 4, применяли при одинаковой дозировке 5,5 кг/т во всех экспериентах обработки. Экспериментальные данные, представленные в табл. 11, указывают на то, что продукт стабилизирует вязкость древесной массы при делигнификации с использованием более высокого щелочного рН в ходе двух стадий эффективнее по сравнению со стабилизацией, обеспечиваемой в ходе одной стадии. Изменения в способе с одной на две стадии не снижают преимуществ, обеспечиваемых продуктом улучшения кислородной делигнификации, но и приводят к синергетическому эффекту, при котором увеличивается и делигнификация, и вязкость.The oxygen delignification improvement product as shown in Example 4 was used at the same dosage of 5.5 kg/t in all treatment experiments. Experimental data presented in table. 11 indicate that the product stabilizes pulp viscosity during delignification using a higher alkaline pH in two stages more effectively than stabilization provided in one stage. Changes in the process from one to two stages do not reduce the benefits provided by the oxygen delignification improvement product, but result in a synergistic effect in which both delignification and viscosity are increased.

Figure 00000019
Figure 00000019

Пример 6Example 6

При формировании составов можно использовать несколько аминофосфонатных хелатирующих агентов для обеспечения преимуществ, улучшающих реакцию кислородной делигнификации, за счет стабилизации вязкости древесной массы. Хелатирующие агенты, описанные в табл. 12, получали и использовали в растворе с нейтральным рН, в котором фосфонатные группы обычно замещены катионами натрия. Их характеризовали и добавляли в состав в количестве, эквивалентом массе активной кислоты (см. табл. 12).Several aminophosphonate chelating agents can be used in formulating to provide benefits that improve the oxygen delignification reaction by stabilizing the viscosity of the wood pulp. Chelating agents described in table. 12 was prepared and used in a neutral pH solution in which the phosphonate groups are usually replaced by sodium cations. They were characterized and added to the composition in an amount equivalent to the mass of the active acid (see Table 12).

Figure 00000020
Figure 00000020

Figure 00000021
Figure 00000021

Крафт-целлюлозу с высоким содержанием лигнина из эвкалипта (перманганатное число 21) подвергали делигнификации до перманганатного числа 9 в ходе одностадийной кислородной делигнификации в агрессивных щелочных условиях. Этот процесс использовали для сравнения с одностадийной кислородной делигнификацией в мягких щелочных условиях стандартной крафт-целлюлозы из эвкалипта с исходным меньшим перманганатным числом (К16) до конечного перманганатного числа 10. Условия представлены в табл. 13.A high lignin kraft pulp from eucalyptus (KAM 21) was delignified to a KP of 9 in a single step oxygen delignification under aggressive alkaline conditions. This process was used for comparison with one-stage oxygen delignification under mild alkaline conditions of standard eucalyptus kraft pulp with an initial lower KM value (K16) to a final KM value of 10. Conditions are presented in Table 1. 13.

Figure 00000022
Figure 00000022

Продукт улучшения кислородной делигнификации получали и применяли для экспериментов с древесной массой согласно табл. 14.The product of improved oxygen delignification was obtained and used for experiments with wood pulp according to table. fourteen.

Figure 00000023
Figure 00000023

Figure 00000024
Figure 00000024

Конечное перманганатное число стандартной древесной массы достигает 10 при сохранении вязкости 27,5 сП. Конечное перманганатное число древесной массы с перманганатным числом 21, делигнифицированной в агрессивных условиях, снижается до 8,6-9,4 (среднее 9,0) в зависимости от типа фосфоната, как показано в табл. 14. Наивысшая селективность делигнификации обеспечивается при использовании составов, содержащих DTPMP "составы А-D", при этом использование "состава В" приводит к 35% возрастанию эквивалентного перманганатного числа по сравнению с контролем. Графическое изображение на фиг. 3 указывает на улучшенную вязкость (вверх по оси у) при требуемом меньшем перманганатном числе (влево по оси х). Использование фосфонатных хелатирующих агентов PIPPA (состав Е), РАРЕМР (состав F), ВНМРТМР (состав G), HEDP (состав Н) и АТМР (состав I) также приводит к повышению вязкости в различной степени по сравнению с составом без фосфоната (см. фиг. 3).The final permanganate number of standard wood pulp reaches 10 while maintaining a viscosity of 27.5 cps. The final kappa number of wood pulp with an kappa number of 21, delignified under aggressive conditions, is reduced to 8.6-9.4 (average 9.0) depending on the type of phosphonate, as shown in table. 14. The highest selectivity of delignification is achieved with formulations containing DTPMP "compositions A-D", while the use of "composition B" results in a 35% increase in equivalent permanganate number compared to the control. The graphic in Fig. 3 indicates improved viscosity (up on the y-axis) for a lower permanganate number required (left on the x-axis). The use of the phosphonate chelating agents PIPPA (Formulation E), PAREMP (Formulation F), BHMPTMP (Formulation G), HEDP (Formulation H), and ATMP (Formulation I) also results in varying degrees of viscosity increase compared to formulation without phosphonate (see Fig. 3).

Пример 7Example 7

Существует необходимость в разработке продукта улучшения кислородной делигнификации, обеспечивающего снижение содержания лигнина (перманганатного числа) при сохранении прочности целлюлозы (вязкости). Составы, содержащие фосфонатные хелатирующие агенты и соли магния, можно улучшить в обоих отношениях. Для повышения эффективности хелатирующих агентов в состав можно добавлять полимерные соединения. Примеры типичных полимеров, использованных таким образом, могут включать полиакрилаты и сополимеры акриловой и малеиновой кислот, такие как продукт Solenis LLC, Infinity® SL4393/Polystabil® 922, Infmity® SL4335 и Infinity® SL4342/Aquatreat® AR410.There is a need to develop an oxygen delignification improvement product that reduces lignin content (permanganate number) while maintaining pulp strength (viscosity). Formulations containing phosphonate chelating agents and magnesium salts can be improved in both respects. To increase the effectiveness of chelating agents, polymeric compounds can be added to the composition. Examples of typical polymers used in this way may include polyacrylates and copolymers of acrylic and maleic acids, such as the product Solenis LLC, Infinity® SL4393 / Polystabil® 922, Infmity® SL4335 and Infinity® SL4342 / Aquatreat® AR410.

Figure 00000025
Figure 00000026
Figure 00000025
Figure 00000026

Стабилизацию вязкости древесной с использованием фосфонатного хелатирующего агента, такого как диэтилентриаминпентаметиленфосфонат (DTPMP), можно повысить при добавлении таких полимеров. Отрицательно заряженные группы могут также напрямую взаимодействовать (связываться) до некоторой степени с ионами переходных металлов. Такое взаимодействие можно повысить при включении различных функциональных групп в цепи полимера, прежде всего гидроксильных групп, присоединенных к α-атому углерода полигидроксиакриловой кислоты (PHAS), показанной ниже. Неожиданное синергетическое увеличение стабилизации вязкости древесной массы с использованием составов, содержащих DTPMP, наблюдали при использовании составов, содержащих PHAS, причем этот эффект был выше по сравнению с использованием других акрилатных полимеров.Stabilization of woody viscosity using a phosphonate chelating agent such as diethylenetriaminepentamethylenephosphonate (DTPMP) can be enhanced by the addition of such polymers. Negatively charged groups can also directly interact (bond) to some extent with transition metal ions. This interaction can be enhanced by including various functional groups in the polymer chain, primarily hydroxyl groups attached to the α-carbon atom of polyhydroxyacrylic acid (PHAS), shown below. An unexpected synergistic increase in pulp viscosity stabilization with formulations containing DTPMP was observed with formulations containing PHAS, and this effect was greater than with other acrylate polymers.

Figure 00000027
Figure 00000027

В связи с проблемами переработки целлюлозы существует необходимость в составах улучшения кислородной делигнификации, которые могут снижать содержание или удалять непереработанные элементы (NPI), такие как неорганические минеральные соли, такие как соли магния. Такие соли рециркулируют в цикле регенерации вследствие того, что они не удаляются при сжигании и их концентрация увеличивается с течением времени.In view of the problems of pulp processing, there is a need for oxygen delignification improving compositions that can reduce or remove non-recycled elements (NPIs) such as inorganic mineral salts such as magnesium salts. Such salts are recycled in the regeneration cycle due to the fact that they are not removed by incineration and their concentration increases over time.

Увеличение содержания NPI может способствовать снижению эффективности обработки древесных масс, взаимодействовать с некоторыми химическими реагентами, усложнять циклы регенерации в процессе обработки древесных масс и создавать проблемы при масштабировании процесса. Для обеспечения эффективности составов, содержащих сульфат магния, их также необходимо использовать в больших количествах, обычно 5-10 кг соли Эпсома/тонну древесной массы. Это представляет собой материально-техническую трудность, поскольку современные мега-заводы могут производить более 5000 т целлюлозы в сутки, используя при этом 50 т соли Эпсома в сутки. В результате расширенных исследований было установлено, что композиция, содержащая органический аминофосфонат и полимерный PHAS, обеспечивает полное удаление солей магния. Полимерный состав также позволяет улучшить реакцию делигнификации для получения меньшего перманганатного числа по сравнению с составами, содержащими MgSO4, в аналогичных условиях.Increasing the NPI content can reduce pulp processing efficiency, interact with some chemicals, complicate regeneration cycles in pulp processing, and create problems when scaling up the process. To be effective, formulations containing magnesium sulfate also need to be used in large quantities, typically 5-10 kg Epsom salt/ton wood pulp. This presents a logistical challenge as modern mega mills can produce over 5,000 tons of pulp per day using 50 tons of Epsom salt per day. As a result of extensive research, it was found that the composition containing organic aminophosphonate and polymeric PHAS provides complete removal of magnesium salts. The polymer composition also allows the delignification reaction to be improved to obtain a lower permanganate number compared to compositions containing MgSO 4 under similar conditions.

Крафт-целлюлозу из эвкалипта с высоким перманганатным числом (К20) подвергали делигнификации более чем на 50% в агрессивных условиях одностадийного процесса кислородной делигнификации, как указано в табл. 15.Eucalyptus kraft pulp with high permanganate number (K20) was delignified by more than 50% under the aggressive conditions of a one-stage oxygen delignification process, as indicated in table. fifteen.

Figure 00000028
Figure 00000028

Количество фосфоната составляло 2,5 кг/т в расчете на массу древесной массы и количество полимера составляло 2,5 кг/т, как показано в табл. 16. Полимер использовали вместо любого MgSO4. Эти составы сравнивали с составом, содержащим стандартное фабричное количество сульфата магния, а также с составом, не содержащим технологическую добавку, как показано в табл. 16.The amount of phosphonate was 2.5 kg/t based on the weight of wood pulp and the amount of polymer was 2.5 kg/t, as shown in table. 16. Polymer was used in place of any MgSO 4 . These formulations were compared with a formulation containing a standard factory amount of magnesium sulfate, as well as a formulation containing no processing aid, as shown in Table 1. 16.

Figure 00000029
Figure 00000029

Figure 00000030
Figure 00000030

Перманганатное число и вязкость полученной древесной массы показаны в табл. 17.Permanganate number and viscosity of the resulting wood pulp are shown in table. 17.

Figure 00000031
Figure 00000031

Обработка только DTPMP приводит к некоторой стабилизации древесной массы, но не обеспечивает достижения меньшего перманганатного числа, в то время как добавление полимеров приводит к снижению перманганатного числа (содержания лигнина) при одновременной стабилизации целлюлозы в различной степени, как показано на фиг. 4. Использование состава D и состава С приводит к сниженному перманагантному числу по сравнению с использованием только DTPMP (состав А), но наиболее повышенная эффективность наблюдалась при использовании поли-α-гидроксиакрилата (PHAS) (состав В), приводящем к получению благоприятной более высокой вязкости (вверх по оси у) при снижении перманганатного числа (влево по оси х, см. фиг. 4).Treatment with DTPMP alone results in some stabilization of the wood pulp, but does not achieve a lower kappa number, while the addition of polymers results in a decrease in kappa number (lignin content) while stabilizing the pulp to varying degrees, as shown in FIG. 4. The use of Formulation D and Formulation C resulted in a reduced permanant number compared to using DTPMP alone (Formulation A), but the most improved efficacy was observed with poly-α-hydroxyacrylate (PHAS) (Formulation B), resulting in a favorable higher viscosity (up on the y-axis) with decreasing permanganate number (to the left on the x-axis, see Fig. 4).

Пример 8Example 8

Существует необходимость улучшения экологических показателей целлюлозно-бумажных комбинатов при снижении содержания фосфор- и азотсодержащих соединений, используемых в процессах получения и отбеливания древесной массы.There is a need to improve the environmental performance of pulp and paper mills while reducing the content of phosphorus- and nitrogen-containing compounds used in the processes of obtaining and bleaching wood pulp.

Древесную массу из эвкалипта из примера 7 (перманганатное число 20) подвергали делигнификации кислородом в несколько более мягких условиях, как указано в табл. 18, при этом достигалась делигнификация приблизительно 50%.The eucalyptus wood pulp from Example 7 (20 KM) was subjected to oxygen delignification under slightly milder conditions, as shown in Table 1. 18, while achieving a delignification of approximately 50%.

Figure 00000032
Figure 00000032

Количество фосфоната снизилось до 1,5 кг/т по сравнению с предыдущими 2,5 кг/т (пример 7), при этом обеспечилось 40% снижение. Количество полимера поддерживалось на уровне 2,5 кг/т.Обработку комбинацией DTPMP и полимеров сравнивали с обработкой только DTPMP (А), и с обработкой DTPMP в комбинации с сульфатом магния (Е), как показано в табл. 19.The amount of phosphonate was reduced to 1.5 kg/t compared to the previous 2.5 kg/t (example 7), while providing a 40% reduction. The amount of polymer was maintained at 2.5 kg/t. Treatment with a combination of DTPMP and polymers was compared with treatment with DTPMP alone (A), and with treatment with DTPMP in combination with magnesium sulfate (E), as shown in Table 1. 19.

Figure 00000033
Figure 00000033

При меньших количествах фосфоната полимеры обеспечивают синергетическую стабилизацию древесной массы при получении аналогичного перманганатного числа. Полимер PHAS (состав В) обеспечивает максимальное улучшение делигнификации, как указано в табл. 20.At lower levels of phosphonate, the polymers provide synergistic stabilization of the wood pulp while obtaining a similar permanganate number. The PHAS polymer (composition B) provides the maximum improvement in delignification, as indicated in table. twenty.

Figure 00000034
Figure 00000034

Figure 00000035
Figure 00000035

Пример 9Example 9

В предыдущем примере продемонстрировано неожиданное преимущество комбинации фосфонатного хелатирующего агента и акрилатных полимеров для улучшения кислородной делигнификации и стабилизации вязкости древесной массы. Полученные в предыдущем примере результаты были исследованы дополнительно с использованием полимера PHAS (поли-α-гидроксиакрилата) в более мягком режиме делигнификации. Древесную массу из эвкалипта с перманганатным числом K20 подвергали делигнификации в одну стадию с использованием кислорода в следующих условиях:The previous example demonstrated the unexpected benefit of the combination of a phosphonate chelating agent and acrylate polymers in improving oxygen delignification and stabilizing pulp viscosity. The results obtained in the previous example were further investigated using the PHAS (poly-α-hydroxyacrylate) polymer in a milder delignification mode. Eucalyptus wood pulp with K20 permanganate number was delignified in one stage using oxygen under the following conditions:

Figure 00000036
Figure 00000036

Вязкость древесной массы измеряли в зависимости от снижения количества DTPMP, в то время как содержание компонента PHAS в составе не изменяли. Полученные результаты сравнивали с обработкой только DTPMP, только PHAS, только сульфатом магния и с необработанным образцом. Составы данных экспериментов представлены в табл. 22.The viscosity of the wood pulp was measured as a function of the reduction in the amount of DTPMP, while the content of the PHAS component in the composition was not changed. The results obtained were compared with treatment with DTPMP alone, PHAS alone, magnesium sulfate alone, and with the untreated sample. The compositions of these experiments are presented in table. 22.

Figure 00000037
Figure 00000037

Результаты представлены в табл. 23.The results are presented in table. 23.

Figure 00000038
Figure 00000038

Результаты свидетельствуют о том, что количество фосфоната может быть снижено еще на 150% при использовании 0,5 кг/т в смеси с 2,5 кг/т PHAS (состав С) при сохранении достаточной стабилизации целлюлозы. Использование PHAS также обеспечивает полное удаление сульфата магния из составов.The results indicate that the amount of phosphonate can be reduced by a further 150% when using 0.5 kg/t mixed with 2.5 kg/t PHAS (composition C) while maintaining sufficient pulp stabilization. The use of PHAS also ensures complete removal of magnesium sulfate from formulations.

Меньшее количество фосфоната, обеспеченное синергетическим эффектом полимера PHAS, также исследовали в более агрессивных условиях, как указано в табл. 24. Крафт-целлюлозу с более высоким перманганатным числом К23 подвергали делигнификации на 57% в ходе одностадийной кислородной делигнификации в следующих условиях.The lower amount of phosphonate provided by the synergistic effect of the PHAS polymer was also tested under more aggressive conditions, as shown in Table 1. 24. Kraft pulp with higher K23 permanganate number was delignified by 57% in one-step oxygen delignification under the following conditions.

Figure 00000039
Figure 00000039

Данные, приведенные в табл. 25, указывают на синергетический эффект, который наблюдается при содержании в составе PHAS в смеси с хелатирующим агентом DTPMP, который выражается в повышении делигнификации в агрессивных щелочных и температурных условиях.The data given in table. 25 indicate the synergistic effect that is observed when PHAS is mixed with the chelating agent DTPMP, which is expressed in an increase in delignification under aggressive alkaline and temperature conditions.

Figure 00000040
Figure 00000040

Figure 00000041
Figure 00000041

Пример 10Example 10

В предыдущем примере продемонстрировано, что комбинация фосфонатного хелатирующего агента и акрилатных полимеров, включая поли-α-гидроксиакрилат (PHAS), является достаточно функциональной для обеспечения стабилизации целлюлозы в ходе реакций кислородной делигнификации в агрессивных условиях при низких уровнях фосфоната, даже в отсутствие сульфата магния MgSO4. Данное улучшение исследовали далее в ходе двухстадийной кислородной делигнификации в агрессивных условиях.The previous example demonstrated that the combination of a phosphonate chelating agent and acrylate polymers, including poly-α-hydroxyacrylate (PHAS), is sufficiently functional to provide stabilization of cellulose during oxygen delignification reactions under aggressive conditions at low levels of phosphonate, even in the absence of magnesium sulfate MgSO 4 . This improvement was investigated further during two-stage oxygen delignification under aggressive conditions.

Крафт-целлюлозу из эвкалипта с высоким перманганатным числом К23 подвергали делигнификации в ходе двухстадийной кислородной делигнификации в следующих агрессивных условиях.Eucalyptus kraft pulp with a high K23 permanganate number was delignified in a two-stage oxygen delignification under the following aggressive conditions.

Figure 00000042
Figure 00000042

Дополнительные компоненты смешивали с использованием комбинации хелатирующего агента DTPMP и полимера PHAS (соотношение 3:5), как показано в табл. 28.Additional components were mixed using a combination of chelating agent DTPMP and polymer PHAS (ratio 3:5), as shown in table. 28.

Figure 00000043
Figure 00000043

Figure 00000044
Figure 00000044

При использовании смешанного продукта наблюдалась такая же синергетическая стабилизация вязкости древесной массы в ходе двухстадийной реакции, что и в одностадийной реакции, и при этом не наблюдается снижения вязкости. Продемонстрирован также отчетливый дозозависимый отклик, как показано в табл. 29. Наименьший уровень смешанного продукта (состав С) составлял 1,33 кг/т древесной массы и обеспечивал на 48% более высокую вязкость 21,3 сП по сравнению с вязкостью при отсутствии обработки 14,4 сП.When using the mixed product, the same synergistic stabilization of pulp viscosity was observed in the two-stage reaction as in the one-stage reaction, and no reduction in viscosity was observed. Also demonstrated a distinct dose-dependent response, as shown in table. 29. The lowest blended product (composition C) was 1.33 kg/ton wood pulp and produced a 48% higher viscosity of 21.3 cps compared to an untreated viscosity of 14.4 cps.

Figure 00000045
Figure 00000045

Аналогичное улучшение делигнификации наблюдали при обработке древесной массы даже с большим перманганатным числом (К25) в немного более агрессивных или жестких условиях в ходе двухстадийного процесса кислородной делигнификации, как показано в табл. 30.A similar improvement in delignification was observed when processing wood pulp even with a high permanganate number (K25) under slightly more aggressive or harsh conditions during a two-stage oxygen delignification process, as shown in table. thirty.

Figure 00000046
Figure 00000046

Дополнительные компоненты смешивали с использованием комбинации хелатирующего агента DTPMP и полимера PHAS (соотношение 3:5) аналогично тому, как описано в предыдущем примере и как указано в табл. 31.Additional components were mixed using a combination of chelating agent DTPMP and polymer PHAS (ratio 3:5) in the same way as described in the previous example and as indicated in table. 31.

Figure 00000047
Figure 00000047

Результаты свидетельствуют о том, что наблюдается аналогичный дозозависимый отклик (табл. 32) для комбинации компонентов на повышение вязкости для древесной массы с исходным перманганатным числом 25 (К25) по сравнению с древесной массой с исходным меньшим перманганатным числом (К23).The results indicate that there is a similar dose-dependent response (Table 32) for the combination of components to the increase in viscosity for wood pulp with an initial permanganate number of 25 (K25) compared to wood pulp with an initial lower permanganate number (K23).

Figure 00000048
Figure 00000048

Пример 11Example 11

Комбинация фосфонатного хелатирующего агента и акрилатных полимеров, включая полигидроксиакрилат (PHAS), также является благоприятной для двухстадийной кислородной делигнификации в агрессивных условиях, проводимой при более высоких температурах и более коротких временах реакции. Древесную массу из эвкалипта с более высоким перманганатным числом (К23) обрабатывали в ходе сокращенной двухстадийной кислородной делигнификации при более высоких температурах, как описано в табл. 33. Первая стадия сокращена только до 5 мин, в то время как конечная стадия продолжалась 60 мин, 50 мин или 40 мин.The combination of a phosphonate chelating agent and acrylate polymers, including polyhydroxyacrylate (PHAS), is also favorable for two-stage oxygen delignification under aggressive conditions, carried out at higher temperatures and shorter reaction times. The higher permanganate number (K23) eucalyptus wood pulp was treated in an abbreviated two-stage oxygen delignification at higher temperatures as described in Table 1. 33. The first stage was reduced to only 5 minutes, while the final stage lasted 60 minutes, 50 minutes or 40 minutes.

Figure 00000049
Figure 00000049

Комбинацию DTPMP и PHAS в соотношении 3:5 добавляли в разных количествах (составы В и С) и сравнивали с необработанными образцами, образцами, обработанными сульфатом магния (состав А) и образцами, содержащими сульфат магния и DTPMP (состав D), как показано в табл. 34.A 3:5 combination of DTPMP and PHAS was added in varying amounts (Formulations B and C) and compared with untreated samples, samples treated with magnesium sulfate (Formulation A), and samples containing magnesium sulfate and DTPMP (Formulation D) as shown in tab. 34.

Figure 00000050
Figure 00000050

Результаты всех экспериментов указаны в табл. 35. Значения во второй строке таблицы «5+60», «5+50» и «5+40» указывают время реакции 5 мин на первой стадии и 60, 50 или 40 мин на второй стадии.The results of all experiments are shown in table. 35. The values in the second row of the table "5+60", "5+50" and "5+40" indicate a reaction time of 5 minutes in the first stage and 60, 50 or 40 minutes in the second stage.

Figure 00000051
Figure 00000051

Пермаганатные числа, полученные после обработки в таких агрессивных условиях, графически представлены на фиг. 5, на которой можно наблюдать отчетливую тенденцию более коротких времен реакции в некоторой степени препятствовать делигнификации (более высокие перманганатные числа), но не в равной степени для всех условий обработок. Результаты указывают на то, что при использовании настоящих составов в соответствующих промышленных условиях можно в значительной степени снизить время реакции, необходимое для снижения перманганатного числа древесной массы.The permaganate numbers obtained after processing under such aggressive conditions are graphically represented in FIG. 5, where a clear trend can be observed for shorter reaction times to hinder delignification to some extent (higher permanganate numbers), but not equally for all treatment conditions. The results indicate that when the present compositions are used under appropriate industrial conditions, the reaction time required to reduce the permanganate number of wood pulp can be significantly reduced.

Результаты, представленные на фиг. 5, указывают на то, что при значительном снижении времени реакции делигнификации конечное перманганатное число выше для древесной массы, обработанной сульфатом магния, по сравнению с необработанной целлюлозой. Однако при обработке двухкомпонентным составом, т.е. DTPMP и PHAS, образуется древесная масса с таким же конечным перманганатным числом, как и для необработанной целлюлозы, но с большей вязкостью, как показано на фиг. 6. Данные результаты свидетельствуют о том, что эффективную делигнификацию с хорошей стабилизацией вязкости можно осуществить даже при сниженных временах реакции.The results shown in FIG. 5 indicate that with a significant reduction in delignification reaction time, the final kappa number is higher for wood pulp treated with magnesium sulfate compared to untreated pulp. However, when processed with a two-component composition, i.e. DTPMP and PHAS, wood pulp is produced with the same final kappa number as raw pulp, but with higher viscosity, as shown in FIG. 6. These results indicate that efficient delignification with good viscosity stabilization can be achieved even with reduced reaction times.

Составы на основе DTPMP и PHAS также приводят к преимуществам значительного снижения количества продукта, требуемого для стабилизации вязкости древесной массы (примерно в 4 раза ниже) по сравнению с составами, содержащими сульфат магния. Двухкомпонентные составы в большей степени стабилизируют вязкость древесной массы (выше вплоть до 27%) по сравнению с необработанной древесной массой.DTPMP and PHAS based formulations also result in the benefits of a significant reduction in the amount of product required to stabilize the pulp viscosity (about 4 times lower) compared to formulations containing magnesium sulfate. Two-component formulations stabilize the pulp viscosity to a greater extent (up to 27% higher) than untreated pulp.

Пример 12Example 12

Существует множество комбинаций величин температуры и времени реакции в ходе двухстадийной кислородной делигнификации, которые могут быть пригодными для целлюлозно-бумажных комбинатов. Высокие температуры и короткие времена реакции обычно используют для повышения производительности, но комбинация может снижать как эффективность делигнификации, так и вязкость целлюлозы. Добавление фосфонатного хелатирующего агента в комбинации с акриловыми полимерами, включая поли-а-гидроксиакрилат (PHAS), является пригодным для двухстадийной кислородной делигнификации в агрессивных условиях, проводимой при высоких температурах и коротких временах реакции, как показано в примере 11. Для достижения наименьшего перманганатного числа с одновременной минимизацией потери вязкости существует целый ряд комбинаций температур и времен реакции в ходе двухстадийного процесса делигнификации, а также использованных уровней щелочи. Некоторые из этих комбинаций использовали в экспериментах, как указано в табл. 36.There are many combinations of temperatures and reaction times in two-stage oxygen delignification that may be suitable for pulp and paper mills. High temperatures and short reaction times are commonly used to increase productivity, but the combination can reduce both delignification efficiency and pulp viscosity. The addition of a phosphonate chelating agent in combination with acrylic polymers, including poly-a-hydroxyacrylate (PHAS), is suitable for two-stage oxygen delignification under aggressive conditions, carried out at high temperatures and short reaction times, as shown in example 11. To achieve the lowest permanganate number while minimizing viscosity loss, there are a number of combinations of temperatures and reaction times during the two-stage delignification process, as well as the levels of alkali used. Some of these combinations were used in the experiments, as indicated in table. 36.

Figure 00000052
Figure 00000052

Каждое из условий делигнификации 1-4, описанных выше в табл. 36, использовали при добавлении различных химических составов, обозначенных как составы A-D, как указано в табл. 37.Each of the conditions of delignification 1-4 described above in table. 36 was used when adding various chemical compositions, designated as compositions A-D, as indicated in table. 37.

Figure 00000053
Figure 00000053

Достигаемые конечные перманганатные числа представлены в табл. 38.Achievable final permanganate numbers are presented in table. 38.

Figure 00000054
Figure 00000054

Различные условия делигнификации оказывали различное влияние на эффективность реакции, как указано на фиг. 7. Перманганатное число увеличивается при ограничении времени реакции (условие 1) или уровня щелочи (условие 4). Сочетание более высоких температур с более низкими уровнями щелочи обеспечивает более интенсивную делигнификацию (условие 3 по сравнению с условием 2). На фиг. 7 указано, что обработка различными химическими агентами влияет на делигнификацию по-разному в любом конкретном наборе условий реакции. Например, «состав В» и «состав С» оказались наиболее эффективными для улучшения делигнификации в условиях более высоких температур на стадиях реакции, более длительных временах реакции и более низких уровнях добавленной щелочи.Different delignification conditions had different effects on reaction efficiency, as indicated in FIG. 7. The permanganate number increases by limiting the reaction time (condition 1) or alkali level (condition 4). The combination of higher temperatures with lower alkali levels results in more intense delignification (condition 3 versus condition 2). In FIG. 7 indicates that treatment with different chemical agents affects delignification differently in any particular set of reaction conditions. For example, "composition B" and "composition C" proved to be the most effective in improving delignification under conditions of higher temperatures in the reaction steps, longer reaction times, and lower levels of added alkali.

Конечная вязкость древесной массы показана в таблице 39.The final viscosity of the wood pulp is shown in Table 39.

Figure 00000055
Figure 00000055

Вязкость древесной массы улучшалась при использовании различных добавок, как графически представлено на фиг. 8. Различные способы обработки приводили к аналогичным результатам в различных условиях, а улучшенный уровень вязкости по сравнению с контролем может быть связан как с химическими добавками, так и с уровнем добавленных реагентов. В зависимости от условий делигнификации конкретный способ обработки может обеспечить значительное преимущество по сравнению с другими способами. Например, способ обработки «состав В» является достаточным для стабилизации вязкости в среднем на 22% по сравнению с контролем уже при добавлении состава в количестве 1 кг/т и не содержит сульфата магния (0%, см. фиг. 8). Кроме того, способы обработки «состав В» и «состав С» приводят к наилучшей делигнификации и стабилизации вязкости в условиях более высоких температур стадий реакции, более длительных временах реакции и более низких уровнях добавленной щелочи.The viscosity of the wood pulp improved with the use of various additives, as shown graphically in FIG. 8. Different processing methods produced similar results under different conditions, and the improved viscosity level compared to the control may be due to both chemical additives and the level of reagents added. Depending on the conditions of delignification, a particular processing method may provide a significant advantage over other methods. For example, the "formulation B" treatment method is sufficient to stabilize the viscosity by an average of 22% compared to the control already at the addition of the composition in an amount of 1 kg/t and does not contain magnesium sulfate (0%, see Fig. 8). In addition, the "composition B" and "composition C" processing methods result in the best delignification and viscosity stabilization under conditions of higher reaction stage temperatures, longer reaction times, and lower levels of added alkali.

Несмотря на то, что в приведенном выше подробном описании представлен по меньшей мере один типичный вариант осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что существует множество вариантов. Следует понимать также, что приведенные типичный вариант или типичные варианты осуществления настоящего изобретения являются только примерами, ни в коей мере не предназначены для ограничения объема, сущности и применимости настоящего изобретения. Скорее, приведенное выше подробное описание предоставит специалистам в данной области техники принципиальную схему осуществления варианта осуществления настоящего изобретения, и следует понимать, что можно выполнить множество изменений в выполнении и расположении элементов, описанных в типичном варианте осуществления изобретения, не выходя за пределы объема изобретения, определенного в прилагаемых пунктах формулы изобретения и их правовых эквивалентах.While the above detailed description has provided at least one exemplary embodiment of the present invention, it should be understood that many variations exist. It should also be understood that the exemplary embodiment or exemplary embodiments of the present invention are merely exemplary and are not intended to limit the scope, spirit or applicability of the present invention in any way. Rather, the foregoing detailed description will provide those skilled in the art with a schematic diagram of an embodiment of the present invention, and it should be understood that many changes can be made to the execution and arrangement of elements described in an exemplary embodiment of the invention without departing from the scope of the invention as defined. in the appended claims and their legal equivalents.

Claims (12)

1. Способ получения крафт-целлюлозы с высоким выходом, включающий:1. A process for producing high yield kraft pulp, comprising: получение крафт-целлюлозы с исходным перманганатным числом по меньшей мере 20 для целлюлозы из лиственных пород древесины или перманганатным числом по меньшей мере 30 для целлюлозы из хвойных пород древесины;obtaining kraft pulp with an initial kappa number of at least 20 for hardwood pulp or a kappa number of at least 30 for softwood pulp; обработку крафт-целлюлозы композицией, включающей: а) органический аминофосфонат, б) соль магния и в) один или более анионных линейных спиртов и этоксилатов; и при этом органический аминофосфонат выбирают из диэтилентриаминпентаметиленфосфоновой кислоты (DTMP),treating kraft pulp with a composition comprising: a) an organic aminophosphonate, b) a magnesium salt, and c) one or more anionic linear alcohols and ethoxylates; and wherein the organic aminophosphonate is selected from diethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid (DTMP), аминотрисметиленфосфоната (АТМР),aminotrismethylenephosphonate (ATMP), (бис)гексаметилентриаминпентаметиленфосфоновой кислоты (ВНМТРМР), полиаминополиэфирметиленфосфоната (РАРЕМР) и их комбинаций; при этом анионные линейные спирты и этоксилаты выбирают из лаурилэфирсульфата натрия (SLES), лаурилэфирфосфата натрия (SLEP), лаурилсульфата натрия (SLS) и их комбинаций; и(bis)hexamethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid (BHMTMP), polyaminopolyethermethylenephosphonate (PAREMP) and combinations thereof; wherein the anionic linear alcohols and ethoxylates are selected from sodium lauryl ether sulfate (SLES), sodium lauryl ether phosphate (SLEP), sodium lauryl sulfate (SLS), and combinations thereof; and снижение исходного перманганатного числа крафт-целлюлозы до заданного конечного перманганатного числа; при этом крафт-целлюлозу обрабатывают композицией перед двухстадийным процессом кислородной делигнификации; и при этом конечная вязкость целлюлозы остается высокой по сравнению с необработанной кислородной делигнификацией крафт-целлюлозой.reducing the initial kappa number of kraft pulp to a predetermined final kappa number; wherein the kraft pulp is treated with the composition prior to a two-stage oxygen delignification process; and yet the final viscosity of the pulp remains high compared to untreated oxygen delignified kraft pulp. 2. Способ по п. 1, где соль магния выбирают из группы, состоящей из двухвалентного катиона магния Mg2+, сульфата магния и гептагидрата сульфата магния.2. The method of claim 1 wherein the magnesium salt is selected from the group consisting of divalent magnesium cation Mg 2+ , magnesium sulfate and magnesium sulfate heptahydrate. 3. Способ по п. 1, где температура на первой стадии двухстадийного процесса кислородной делигнификации составляет от 80°С до 100°С и температура на второй стадии составляет от 90°С до 120°С, и где давление O2 на первой стадии составляет от 80 фунт/кв.дюйм до 120 фунт/кв.дюйм, и давление O2 на второй стадии составляет от 25 фунт/кв.дюйм до 90 фунт/кв.дюйм.3. The method according to claim 1, where the temperature in the first stage of the two-stage oxygen delignification process is from 80°C to 100°C and the temperature in the second stage is from 90°C to 120°C, and where the O 2 pressure in the first stage is from 80 psi to 120 psi, and the pressure of O 2 in the second stage is from 25 psi to 90 psi. 4. Способ по любому из пп. 1-3, включающий обработку крафт-целлюлозы композицией, содержащей: а) органический аминофосфонат в количестве от 0,6 кг/т до 1,2 кг/т в расчете на массу активной кислоты, б) соль магния в количестве от 0,1 кг/т до 3,2 кг/т в расчете на массу безводного вещества и в) от 0,08 кг/т до 0,16 кг/т активной основы одного или более анионных линейных спиртов и этоксилатов, причем один или более анионных линейных спиртов и этоксилатов выбирают из группы, состоящей из линейных сульфированных алкогольэтоксилатов.4. The method according to any one of paragraphs. 1-3, including the treatment of kraft pulp with a composition containing: a) organic aminophosphonate in an amount of 0.6 kg/t to 1.2 kg/t based on the mass of active acid, b) a magnesium salt in an amount of 0.1 kg/t up to 3.2 kg/t based on the mass of anhydrous substance and c) from 0.08 kg/t to 0.16 kg/t of the active base of one or more anionic linear alcohols and ethoxylates, with one or more anionic linear alcohols and ethoxylates are selected from the group consisting of linear sulfonated alcohol ethoxylates. 5. Способ получения крафт-целлюлозы с высоким выходом, делигнифицированной кислородом, в двухстадийном процессе делигнификации, включающий:5. A method for producing high yield oxygen delignified kraft pulp in a two-stage delignification process, comprising: получение крафт-целюлозы с перманганатным числом по меньшей мере 20; и обработку крафт-целлюлозы композицией, включающей: а) органический аминофосфонат, и б) соль магния, и в) анионный полиакрилат; при этом органический аминофосфонат выбирают из диэтилентриаминпентаметиленфосфоновой кислоты (DTMP), аминотрисметиленфосфоната (АТМР), (бис)гексаметилентриаминпентаметиленфосфоновой кислоты (ВНМТРМР), полиаминополиэфирметиленфосфоната (РАРЕМР) и их комбинаций; иobtaining kraft pulp with a permanganate number of at least 20; and treating kraft pulp with a composition comprising: a) an organic aminophosphonate, and b) a magnesium salt, and c) an anionic polyacrylate; wherein the organic aminophosphonate is selected from diethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid (DTMP), aminotrismethylenephosphonate (ATMP), (bis)hexamethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid (BHMTMP), polyaminopolyethermethylenephosphonate (PAREMP), and combinations thereof; and снижение исходного перманганатного числа крафт-целлюлозы до заданного конечного перманганатного числа; при этом крафт-целлюлозу обрабатывают композицией перед двухстадийным процессом кислородной делигнификации; и при этом конечная вязкость целлюлозы остается высокой по сравнению с необработанной кислородной делигнификацией крафт-целлюлозой.reducing the initial kappa number of kraft pulp to a predetermined final kappa number; wherein the kraft pulp is treated with the composition prior to a two-stage oxygen delignification process; and yet the final viscosity of the pulp remains high compared to untreated oxygen delignified kraft pulp.
RU2020111715A 2017-09-11 2018-09-06 Methods for production of kraft cellulose with high yield RU2776518C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762556706P 2017-09-11 2017-09-11
US62/556,706 2017-09-11
PCT/US2018/049642 WO2019051013A1 (en) 2017-09-11 2018-09-06 Method for enhanced oxygen delignification of chemical wood pulps

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020111715A RU2020111715A (en) 2021-10-13
RU2020111715A3 RU2020111715A3 (en) 2022-01-19
RU2776518C2 true RU2776518C2 (en) 2022-07-21

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4439271A (en) * 1980-06-05 1984-03-27 Mo Och Domsjo Aktiebolag Process for the oxygen bleaching of cellulose pulp
RU2112822C1 (en) * 1997-03-26 1998-06-10 Институт химии Коми научного центра Уральского отделения РАН Method of bleaching sulfate cellulose
US6221206B1 (en) * 1995-10-23 2001-04-24 Valmet Fibertech Aktiebolag Method for oxygen delignification of a digested pulp
US20030085008A1 (en) * 2001-05-01 2003-05-08 Duggirala Prasad Y. Methods to enhance pulp bleaching and delignification
WO2014140852A2 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Gp Cellulose Gmbh A method of making highly functional, low viscosity kraft fiber using an acidic bleaching sequence and a fiber made by the process

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4439271A (en) * 1980-06-05 1984-03-27 Mo Och Domsjo Aktiebolag Process for the oxygen bleaching of cellulose pulp
US6221206B1 (en) * 1995-10-23 2001-04-24 Valmet Fibertech Aktiebolag Method for oxygen delignification of a digested pulp
RU2112822C1 (en) * 1997-03-26 1998-06-10 Институт химии Коми научного центра Уральского отделения РАН Method of bleaching sulfate cellulose
US20030085008A1 (en) * 2001-05-01 2003-05-08 Duggirala Prasad Y. Methods to enhance pulp bleaching and delignification
WO2014140852A2 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Gp Cellulose Gmbh A method of making highly functional, low viscosity kraft fiber using an acidic bleaching sequence and a fiber made by the process

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19614587A1 (en) Process and bleaching solution for bleaching cellulosic fibers
EP2118363B1 (en) New composition and process for the treatment of fibre material
CA2168288C (en) Bleaching compositions comprising sulfamates and borates or gluconates and processes
CA2553662C (en) Method for reducing the extractives content of high-yield pulps and method for producing bleached high-yield pulps
EP0842321B1 (en) Method of stabilizing peroxide-containing alkaline bleach liquors for bleaching cellulose and other fibrous materials
KR102656393B1 (en) Improved Oxygen Delignification Method for Chemical Wood Pulp
NZ240910A (en) Alkaline peroxide mechanical wood pulping process utilising a chelating agent pretreatment for removing metallic ions
US7754048B2 (en) Bleaching of cellulosic fibre material with peroxide using polymers as a stabiliser
RU2776518C2 (en) Methods for production of kraft cellulose with high yield
CA2669032C (en) An improved bleaching process with at least one extraction stage
US7867357B2 (en) Polymer composition for peroxide bleaching of cellulosic fibre material and processes for peroxide bleaching
JP2020514564A (en) Methods for bleaching paper pulp
US20120031575A1 (en) Pulp Bleaching and Alkaline Extraction Method
FI62361C (en) BLEKNING AV CELLULOSA MED EN AVSEVAERT REDUCERAD KLORMAENGD
BR112020004842B1 (en) METHOD FOR PRODUCING HIGH-YIELD KRAFT PULP AND METHOD FOR PRODUCING HIGH-YIELD KRAFT PULP DELIGNIFIED WITH OXYGEN IN A TWO-STAGE DELIGNIFICATION PROCESS
US5645688A (en) Bleaching compositions and processes employing sulfamates and polyaminocarboxylic acids