CN101122101B - 木质纤维素的制浆工艺和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工艺，该工艺使用非压缩的容器如蒸煮器用于木片的化学预处理，接着用纤维化设备将预处理的木片分解成纤维束，然后在高浓的化学处理前清洗该纤维束。蒸煮器可以是木材常规化学制浆中使用的，带有或没有提取化学物质的筛子。如果提取化学物质，则这种化学物质可以再循环到循环线路中的蒸煮器中进行处理，如加热，添加稀释剂或其它化学物质。该蒸煮器可以是水压或蒸汽的(在蒸煮器中设有蒸汽空间)，可以连续或批处理的方式运作。该蒸煮器排放物质可以不使用螺旋机构。对蒸煮器处理的材料进行脱纤维，将木片转化成纤维束，然后清洗，脱水。退税和清洗后的纸浆用碱性过氧化物处理，改善纸浆的亮度和其它的纸浆性能。
Description
相关申请的交叉参考
本发明根据35 USC§119(e)的规定，在2006年8月10日提交的美国临时申请60/836,678的基础上，并要求该临时申请的优先权，该临时申请的全部内容并入本发明作为参考。
技术领域
本发明下面公开的内容涉及木质纤维素的制浆。更具体的，本发明涉及通过化学机械制浆工艺将木质纤维素转化成纸浆。
背景技术
在纸浆和纸张行业，主要有两种不同的方法将木质纤维素材料(木材或非木材)转化成造纸中使用的纸浆。一种方法是化学制浆法，即使用化学物质如氢氧化钠、硫酸钠、硫化钠或不同的试剂将各个纤维之间的连接破坏。另一种方法是机械制浆法，即主要使用机械的方式，如一对旋转盘(通常称之为磨浆机)，或旋转磨石，将木质纤维素彼此分开。主要用机械方式将木质纤维素彼此分开的工艺称之为脱纤维作用。为了改进纸浆性能和/或降低能量消耗，在机械脱纤维之前、期间或之后，也使用一些化学物质。在磨浆机的机械脱纤维之前和/或期间使用化学物质，通常称之为化学机械制浆工艺(CMP)。
在CMP中，有三种基本不同的方法用于生产纸浆。CMP方法中的第一种是用化学物质处理通常为木片形式的材料，在磨浆机脱纤维步骤之间完成或基本完成。在常规CMP工艺中，该处理工艺可能需要高温蒸煮一段较长的时间；在化学-热处理制浆工艺(CTMP)中，蒸煮时间相对较短；或者在冷碱法(CCS)、碱性过氧化物机械制浆(APMP)、碱性过氧化物制浆(APP)工艺中，蒸煮温度较低，时间长。美国专利申请公开号2004/0200586和WO 05/042830公开了APMP工艺，在此并入本申请作为参考。一些CMP工艺中，也使用压缩设备，在应用化学物质之前，挤压木质纤维素材料，改进所述的化学处理效果。
CMP方法中的第二种是在磨浆机脱纤维时在木片中加入化学物质，如美国专利3,023,140；3,069,309；4,187,141；4,311,553；4,270,976；5,129,987(这些专利的全部内容并入本申请参考)所述。该种方法中使用的磨浆机不仅用于脱纤维，也用作化学物质分布和反应的搅拌器，尽管在一些实例中提到用于木片的预处理。预处理步骤仅仅是用于稳定过氧化氢(H2O2)，如美国专利4,311,553所述，或者软化木片，如美国专利3,069,309所述。在这些预处理步骤中，在磨浆机中使用的主要的化学物质(多数情况下是过氧化物)对纸浆的性能如亮度有影响。
CMP方法中的第三种称之为P-RC(预处理，接着用磨浆机化学处理)，即合并磨浆机脱纤维之前的化学预处理(在此称之为预处理)、最终匀浆步骤前和磨浆机脱纤维和纤维化期间的化学处理。在P-RCAPMP制浆中，引入两种不同的化学方法。第一种是在初步匀浆步骤前，立即加入大量的碱性过氧化物，这特别适合常压匀浆(如中国专利CN ZL02814472.4所述，该专利的全部内容并入本发明中作为参考)；第二种是在初步匀浆后立即加入大量的碱性过氧化物，这特别适合加压匀浆(如美国专利申请US 2004/0069427 A1所述，该申请的全部内容并入本发明中作为参考)。
发明内容
本发明的一个实施例包含一种工艺，该工艺使用非压缩的容器如蒸煮器用于木片的化学预处理，接着用纤维化设备将预处理的木片分解成纤维束，然后在高浓的化学处理前清洗该纤维束。对于预处理，本发明不是使用压缩设备如木片压机，本发明使用蒸煮器在木片内分散化学物质。蒸煮器可以是木材常规化学制浆中使用的，带有或没有提取化学物质的筛子。如果提取，则这种化学物质可以再循环到循环线路中的蒸煮器中进行处理，如加热，添加稀释剂或其它化学物质。该蒸煮器可以是水压或蒸汽的(在蒸煮器中设有蒸汽空间)，可以连续或批处理的方式运作。该蒸煮器排放物质可以不使用螺旋机构。对蒸煮器处理的材料进行脱纤维，将木片转化成纤维束，然后清洗，脱水。退税和清洗后的纸浆用碱性过氧化物处理，改善纸浆的亮度和其它的纸浆性能。
根据其它的实施例，本发明提供了碱性过氧化物机械制浆工艺包含如下步骤：(a)在非压缩容器中用化学稳定剂对木质纤维素片状材料进行预处理；(b)将预处理的木质纤维素片状材料排放到成纤器中，从而机械分散预处理的木质纤维素材料，获得纤维化的木质纤维素材料；(c)清洗纤维化的木质纤维素材料；以及在步骤(c)之后用碱性过氧化物将清洗和纤维化过的木质纤维素材料处理一段时间，在适合条件下获得纸浆所需的浓度。优选的，步骤(c)用高浓磨浆机。
在纤维化的木质纤维素材料转移到磨浆机之前，立即加入基本上所有的碱性过氧化物。纤维化的木质纤维素材料优选用压机清洗。
根据一些实施例，预处理步骤(a)在非压缩容器的蒸煮器中进行。蒸煮器中的条件可以是：压力为0-10bar(如0-6bar)温度为10-170℃(如30-120℃)。保留时间为0.1-7小时(如0.1-4小时)。可以在蒸煮器中的木质纤维素片状材料中加入液体，液体和木材比例约为0.5∶1-5∶1(例如，约为1.25∶1或1.5∶1-1∶1)。
化学稳定剂可以包含有机鳌合试剂或无机化合物。优选的有机鳌合试剂包括二乙三胺五乙酸、乙二胺四乙酸和腈乙酸。优选的无机化学物质包含硅酸盐和MgSO4。
优选的，本发明可以包含如下步骤，即将纸浆排放到高浓塔中，在足够的温度条件下于高浓塔中保持一段时间，获得所需的纸浆浓度。时间和温度条件足以获得浓度为15-45％的纸浆，特别优选的浓度为12-60％(如25-30％)。高浓塔中的温度条件约为20-100℃(如40-100℃)。纸浆优选在高浓塔中保留近7个小时(如约15分钟到4小时)。
通过下述实施例和详细说明，本发明的优点和其它方面将变得更加清楚。
附图说明
附图1-3显示的是本发明应用碱性过氧化物的三个优选实施例，其中：
图1为根据本发明一实施例的系统的示意性图示；
图2为根据本发明另一实施例的系统的示意性图示；以及
图3为根据本发明另一实施例的系统的示意性图示。
具体实施方式
如附图1所示，将木片输送到木片清洗机中，除去木片上的脏物、杂物等，做好进入蒸煮器中的准备。该工艺可以在木片清洗机之前或之后设有木片箱。蒸煮器的主要目的是将木片单独和稳定剂或稳定剂与其它纸浆工艺中常用的化学物质一起浸泡，如碱性过氧化物、碱性化学物质(如Na2CO3)等。稳定剂包括任何有机鳌合试剂(如二乙三胺五乙酸(DTPAP)、乙二胺四乙酸(EDTA)和腈乙酸(NTA)等)，或无机化学物质(如硅酸盐、MgSO4等)。蒸煮器优选的操作条件为：
压力：0-60-6bar优选3.5bar)
温度：30-120℃(优选40-90℃)
时间：0.1-4hours(优选1hour)
液体木材比：1.5∶1(优选2.5∶1)
为了得到所需的液体木材比，可以在蒸煮器中加入液体。该液体可以是溶于水中的稳定剂，含有或不含有碱和过氧化物。蒸煮器之后的成纤器用于逐渐将浸泡过的木片分解成纤维束，从而可以容易的用常规的清洗设备进行清洗，以及容易的输送到常规的高浓磨浆机中。大部分或所有的碱性过氧化物立即在磨浆机和/或磨浆机之后的扫线(blow line)加入。然后化学物质-混合材料(纸浆)保留在高浓塔中，完成化学反应。然后将清洗或未清洗的处理过的纸浆用高、中或低浓磨浆机磨浆，在至少一个磨浆阶段中，可以有一个或多个磨浆机在同一浓度或不同浓度的中运行。磨浆的纸浆用常规机械制浆工艺进行处理，如潜在的除去(latency removal)、过滤、清洁、过滤排斥处理(screen reject treatment)、清洗/脱水，等。
和常规的初步机械纸浆系统(如热机械制浆(TMP)或磨浆机机械制浆(RMP))一样，高浓磨浆机进一步进行脱纤维和纤维化，并在磨浆机或磨浆机后的扫线中混合碱性过氧化物。碱性化学物质包括碱和各种形式的过氧化物，有或没有过氧化物稳定剂。所使用的化学物质的量根据原材料和产品的性能有所不同。
高浓塔主要是给添加的化学物质足够的反应时间完成反应。纸浆浓度约为12-60％(如15-45％，优选为25-30)，温度约为20-100℃(如40-100℃，优选为70-95℃)。保留时间场区那个几分钟到几个小时(如近7小时)，例如，保留时间根据原材料和产品的不同，约15分钟到4个小时。
通过高浓塔后，纸浆要么首先用纸浆压机清洗，或者用至少一个高、中或低浓磨浆机磨浆，在至少一个磨浆阶段中，可以有一个或多个磨浆机在同一浓度或不同浓度中运行，之间有或没有消潜浆池。清洗过和脱过水(压缩过的)的纸浆可以用高或低或中浓的磨浆机进行磨浆。
经过主线的磨浆后，纸浆进入正常的制浆阶段，如过滤、清洁(如果需要)、加厚和清洗，以及最后的贮存。
根据本发明，附图2显示了另一实施例的工艺系统。如图所示，图2所述的系统和图1所示的系统类似，除了图1中在纤维化磨浆机和高浓磨浆机之间设有中浓(8-15％)的化学处理之外。图2所示的实施例主要是为了这种情况：即和1-阶段的高浓处理相比，需要更多的化学处理。中浓塔使用从高浓塔中回收的剩余物，同时在需要时补充一些碱性过氧化物。
图3所述的工艺系统和图1所示的实施例类似，除了有一个搅拌器，而不是磨浆机，用于添加高浓化学处理所需的碱性过氧化物。搅拌器可以是盘式磨浆机或其它设置。然后将清洗或没清洗的、处理过的纸浆用高、中或低浓磨浆机磨浆，在一个或多个磨浆阶段中，可以是多个磨浆机组合在不同浓度中运行。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (12)
1.一种碱性过氧化物机械制浆工艺，该工艺包含如下步骤：
(a)在非压缩容器中用化学稳定剂对木质纤维素片状材料进行预处理，所述的非压缩容器为蒸煮器；
(b)将预处理的木质纤维素片状材料排放到成纤器中，从而机械分散预处理的木质纤维素材料，获得纤维化的木质纤维素材料；
(c)清洗纤维化的木质纤维素材料，立即加入所有的碱性过氧化物，并将清洗和纤维化过的木质纤维素材料输送到高浓磨浆机中；以及
(d)用碱性过氧化物将清洗和纤维化过的木质纤维素材料处理一段时间，在适合条件下获得纸浆所需的浓度。
2.权利要求1所述的工艺，其中包括用压机清洗纤维化的木质纤维素材料的步骤。
3.权利要求1所述的工艺，其中步骤(a)的操作条件为：压力为0-10bar，温度为10-170℃，保留时间为0.1-7小时。
4.权利要求3所述的工艺，其中进一步包括向木质纤维素片状材料中加入液体的步骤，液体和木材比例为0.5∶1-5∶1。
5.权利要求1所述的工艺，其中所述的化学稳定剂包含有机鳌合试剂。
6.权利要求5所述的工艺，其中所述的化学稳定剂为二乙三胺五乙酸、乙二胺四乙酸和腈乙酸。
7.权利要求1所述的工艺，其中所述的化学稳定剂包含无机化学物质。
8.权利要求7所述的工艺，其中所述的化学稳定剂为硅酸盐和MgSO4。
9.权利要求1所述的工艺，其中进一步包括将纸浆排放到高浓塔中，在足够的温度条件下于高浓塔中保留一段时间，从而获得所需的纸浆浓度。
10.权利要求9所述的工艺，其中所述的时间和温度条件获得的纸浆浓度为12-60％。
11.权利要求10所述的工艺，其中所述的时间和温度条件获得的纸浆浓度为15-45％。
12.权利要求9所述的工艺，其中高浓塔中的温度为20-100℃，纸浆在高浓塔中保留15分钟到4小时。
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