專利名稱：闊葉木堿法制漿方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及的領(lǐng)域為粉碎纖維材料的化學(xué)處理。在優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明涉及粉碎闊葉木的減法制漿方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
與針葉木化學(xué)蒸煮所得到的紙漿相比，闊葉木化學(xué)蒸煮的特點是能夠得到較大的紙漿粗渣。本申請人發(fā)現(xiàn)，相對于愈創(chuàng)木基木質(zhì)素(g-木質(zhì)素)，闊葉木細(xì)胞胞間層中存在相當(dāng)數(shù)量的紫丁香基木質(zhì)素(s-木質(zhì)素)。具體來說，闊葉木細(xì)胞胞間層中的s-木質(zhì)素含量一般是g-木質(zhì)素含量的2-4倍。而在針葉木細(xì)胞胞間層中基本上為g-木質(zhì)素。
因為s-木質(zhì)素在闊葉木中占主要含量并且在蒸煮過程中易于溶解，所以獲取闊葉木紙漿的蒸煮條件相對于獲取針葉木紙漿的蒸煮條件來說沒那么苛刻。因此，會期望將闊葉木蒸煮到一個較高的Kappa值，但是常規(guī)上這種做法是不可能的，因為廢漿量的增加將使該做法在商業(yè)上是不適宜的。通過比較，針葉木可以在相對苛刻的條件下蒸煮至Kappa值約為30(例如，因為胞間層中基本上全部是g-木質(zhì)素)，以獲得可以接受的、約小于0.5％粗渣含量，而闊葉木被蒸煮至Kappa至為30時，將導(dǎo)致粗渣含量約為30％或以上。因此，對于闊葉木紙漿來說，常規(guī)的蒸煮條件為達(dá)到20Kappa值或更低，典型的是低于18以獲得可以接受的低量粗渣。

發(fā)明內(nèi)容
目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過在闊葉木蒸煮末期使用特定的蒸煮條件能夠減少給定Kappa值下的紙漿粗渣。因此，本發(fā)明提供了特別用于闊葉木的減法蒸煮方法和設(shè)備，目的是使蒸煮后的Kappa值提高至正常水平以上，而粗渣含量卻大大低于正常水平。本發(fā)明可以結(jié)合一個有效的氧脫木質(zhì)化過程來使Kappa值降至正常以下，因為紙漿中存在低量己烯糖醛酸(HexA)。本發(fā)明有益于總體的紙漿產(chǎn)量和廢液排放。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，s-木質(zhì)素比g-木質(zhì)素反應(yīng)快，而g-木質(zhì)素在闊葉木蒸煮末期的含量比例較蒸煮初期時高。因此，在蒸煮闊葉木時，在蒸煮末期采用相對苛刻的蒸煮條件(如更高的蒸煮溫度)能夠降低給定Kappa值下的紙漿廢渣百分比。本發(fā)明的某些方面提供了從碎闊葉木的漿體中生成化學(xué)纖維素的方法和系統(tǒng)，對碎闊葉木的漿體進行第一次蒸煮，蒸煮條件足以降低闊葉木材料中s-木質(zhì)素相對于g-木質(zhì)素的含量，然后對碎闊葉木的漿體進行第二次蒸煮，蒸煮條件足以降低第一次蒸煮后闊葉木材料中剩余的g-木質(zhì)素含量。
在一些實施方式中，闊葉木的漿體經(jīng)處理而使闊葉木材料承受130℃-170℃的溫度，堿用量為2-10％的木材有效堿(EA)NaOH；和/或使第一蒸煮階段所蒸煮的闊葉木材料的Kappa值為30-100。
根據(jù)其他優(yōu)選的實施方式，第一蒸煮階段在低于20％的低硫化度條件下進行。這種低硫化度條件的獲得最優(yōu)選的是通過添加足量的蒽醌和/或多硫化物。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，第二蒸煮階段的進行是為了使闊葉木漿體在承受100℃-180℃的溫度，堿用量為2-10％的木材有效堿(EA)NaOH；和/或使第二蒸煮階段所蒸煮的闊葉木材料的Kappa值為15-30。
在本發(fā)明的一些實施方式中，第二蒸煮階段優(yōu)選的在高于20％的高硫化度條件下進行。
粉碎的闊葉木材料的預(yù)處理過程是可選的。如果采用預(yù)處理，則在第一蒸煮階段之前進行，堿用量為40-60％的木材有效堿(EA)NaOH，溫度為80-120℃。
在仔細(xì)思考下面詳細(xì)描述的實施例后，將更清楚的了解本發(fā)明的上述和其他方面及優(yōu)點。


圖1是用于實施本發(fā)明方法的示范設(shè)備的示意圖，包括了依據(jù)本發(fā)明的示范系統(tǒng)；圖2是在闊葉木蒸煮周期中每個試樣點的原纖維素胞間層中留有的木質(zhì)素百分含量曲線圖；圖3是代表在闊葉木蒸煮周期各個階段的s-木質(zhì)素對g-木質(zhì)素的比率。
具體實施例方式
附圖1描述了本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式。其中，附圖1描述了一個粉碎的纖維材料的處理系統(tǒng)10，該系統(tǒng)包括一個帶有一個給料系統(tǒng)12的連續(xù)蒸煮器11。給料系統(tǒng)12可以是Andritz公司銷售的LO-LEVEL給料系統(tǒng)或TURBOFEED系統(tǒng)，但也可以使用任何用于引入、蒸煮碎纖維材料并制成漿體的常規(guī)給料系統(tǒng)；和/或使用一個或多個分離的浸泡容器；和/或非常規(guī)系統(tǒng)，如林場中那些帶有抽泵(泵入蒸煮器)的設(shè)備和/或木片料倉。在有些情況下還可以使用多個浸泡容器，一旦注入完成(或者在泵入過程中完成)，容器內(nèi)盛有從特定容器泵入的漿體，其中含有或不含蒸煮添加劑。
例如，粉碎的纖維材料以闊葉木片13的形式被引入給料系統(tǒng)12，該系統(tǒng)如美國專利5,763,075；6,106,668；6,325,890；6,551,462；6,336,993；6,841,042(每個專利的全部內(nèi)容以引用方式整體并入本文)中所描述的系統(tǒng)，由Andritz公司銷售，商標(biāo)為TURBOFEED；或者如美國專利5,476,572；5,700,355；5,968,314(每個專利的全部內(nèi)容以引用方式整體并入本文)中所描述的系統(tǒng)，由Andritz公司銷售，商標(biāo)為LO-LEVEL。該系統(tǒng)包括將木片送入容器14中進行蒸汽處理，容器14優(yōu)選為美國專利5,500,083；5,617,975；5,628,873；4,958,741；5,700,355(每個專利的全部內(nèi)容以引用方式整體并入本文)中所描述的容器，由Andritz公司出品，商標(biāo)為DIAMONDBACK，但也可以使用其他類型的蒸煮容器。來自容器14的木片經(jīng)過一個類似計量器的與管道連接設(shè)備，優(yōu)選為Andritz公司提供的Chip Tube。通過壓力手段將含有木片和液體的漿體給入浸泡容器(如果使用)或者蒸煮器11。
漿體一般被增壓至5-15bar，然后通過管道21將漿體推至連續(xù)蒸煮器的頂端。在蒸煮器11入口處，使用分離裝置22去除漿體中多余的液體，一般使用常規(guī)的頂端分離器(Top Separator)，通過管道23將多余的液體排出并回收入給料系統(tǒng)12。在容器14內(nèi)的處理過程中，闊葉木材料的漿體可以在下述條件下預(yù)處理堿用量為40-60％的木材有效堿(EA)NaOH，溫度為80-120℃，優(yōu)選為100-110℃。
給料系統(tǒng)12一般還包括未在圖中描述的常規(guī)設(shè)備，如線內(nèi)引流器、水位槽和組裝液體泵。蒸煮液，如牛皮紙白液(WL)，常規(guī)上一般被裝入水位槽(未顯示)。通過管道21而給入的經(jīng)過預(yù)處理的闊葉木材料(可以在浸泡容器中經(jīng)過預(yù)處理，但不是必須的)在蒸煮器11中接受第一次蒸煮。但根據(jù)本發(fā)明，闊葉木材料的上述預(yù)處理過程不是絕對必須的，因為闊葉木材料也可以直接給入蒸煮器11中。不管闊葉木材料是否經(jīng)過預(yù)處理，蒸煮11中的第一次蒸煮都在低硫化度條件(即0-20％的硫化度)下進行，使用了如蒽醌(AQ)和/或多硫化物的有益添加劑。蒸煮器11中進行的第一次蒸煮階段的溫度為130-170℃，堿用量為2-10％的木材有效堿(EA)NaOH。經(jīng)蒸煮的闊葉木材料通過管道30排出蒸煮器11，具有的Kappa值為30-100，優(yōu)選為40-60。
第一次蒸煮后的闊葉木材料中g(shù)-木質(zhì)素與s-木質(zhì)素的比例較第一次蒸煮開始時要高。闊葉木材料表面液體中的高濃度s-木質(zhì)素會妨礙闊葉木材料中g(shù)-木質(zhì)素的溶出。為減少這種妨礙，有必要在第一次蒸煮后對闊葉木材料進行洗滌。因此，闊葉木材料可以選擇經(jīng)管道30而被轉(zhuǎn)入洗滌容器32，使用經(jīng)管道34引入的洗滌液進行洗滌。洗滌廢液經(jīng)管道36從洗滌容器32中排出。洗滌容器32中的洗滌步驟減少了表面液體中的s-木質(zhì)素，所以之后使用的蒸煮添加劑將不會受到s-木質(zhì)素的不利損耗。
經(jīng)洗滌的漿體經(jīng)管道38從可選的洗滌容器32中排出，直接進入蒸煮器40，在那里進行第二次蒸煮來進一步分解和減少闊葉木材料中的g-木質(zhì)素含量。g-木質(zhì)素的分解可以通過使用高硫化度蒸煮液(即，高于20％的硫化度，優(yōu)選為25-40％的硫化度)來完成，使用AQ和/或多硫化物(參見美國專利6,576,084，其全部內(nèi)容以引用方式并入本文)。在蒸煮條件下有良好作用的其他蒸煮化學(xué)劑，如硫化物，也可以單獨或者與上述AQ和/或多硫化物結(jié)合使用。
蒸煮器40中第二蒸煮階段的實施條件如下溫度為100-180℃，優(yōu)選為130-180℃，堿用量為2-10％的木材EA，第二次蒸煮開始時的Kappa值為30-100，優(yōu)選為40-60。在這個階段，把溫度降至低于第一蒸煮階段的溫度是有利的，但不總是必需的。
如果在第二蒸煮階段開始的時候沒有提供足夠的堿，有必要向蒸煮器40中添加白液。如果添加了白液，闊葉木材料優(yōu)選的要在至少130℃的溫度下繼續(xù)蒸煮。闊葉木纖維材料經(jīng)管道42從蒸煮器40排出時的Kappa值優(yōu)選為15-30，更優(yōu)選為20-30。
本發(fā)明的重點是闊葉木材料被分為兩個不同的蒸煮階段。在第二階段末期獲得的H因子占整個蒸煮過程中獲得的總H因子的至少50％。換句話說，第一階段獲得的H因子占整個蒸煮過程(即在第二蒸煮階段結(jié)束時)所獲得的H因子的50％以下。
所有蒸煮階段以及洗滌階段(如果使用)也可能都在一個蒸煮容器中進行。如果使用一個容器，將對每個階段使用與上述同樣的操作參數(shù)，而在每個階段末期不需要將材料轉(zhuǎn)移至多個容器。
在蒸煮器11和40中分別進行或者在一個容器中進行的第一和第二蒸煮優(yōu)選的是參照下述專利中更完整描述的一個或多個方法美國專利5,489,363；5,536,366；5,547,012；5,575,890；5,620,562；5,662,775(每個專利的全部內(nèi)容以引用方式并入本文)。這些專利中公開的方法和設(shè)備是由Andritz公司(Glens Falls，New York)出品的，商標(biāo)為LO-SOLIDSPulping。
本發(fā)明的方法和設(shè)備在相對高的溫度下生成了低HexA含量的紙漿，在第二蒸煮階段產(chǎn)生了低堿條件的新處理和/或蒸煮。這種低HexA含量的紙漿有助于氧脫木質(zhì)化作用，反過來為后續(xù)漂白過程提供了低Kappa值的紙漿。關(guān)于這方面，參考美國專利6,776,876和6,475,338，每個專利的全部內(nèi)容以引用方式并入本文。因此，可以使用少量化學(xué)物質(zhì)漂白這種低Kappa值紙漿，從而形成較低的廢水負(fù)荷。換句話說，由于紙漿的HexA化合物含量低，蒸煮過程產(chǎn)生的Kappa值可以較高，隨后通過漂白至較低的Kappa值，而總化學(xué)物質(zhì)用量較少。
下述非限制性實施例進一步描述了本發(fā)明。
實施例闊葉木蒸煮周期的進行使用了17.5％的總EA(有效堿NaOH)用量，EA是在浸泡、第一(或上游)蒸煮和第二(或下游)蒸煮工序過程中引入的。在每個蒸煮工序中使用了下述條件浸泡50％的總EA或8.75％的EA負(fù)載浸泡溫度為110℃達(dá)到浸泡溫度的時間為15分鐘維持浸泡溫度的時間為30分鐘第一(上游)蒸煮在蒸煮開始時添加30％的總EA或5.25％的EA負(fù)載蒸煮溫度為155℃達(dá)到蒸煮溫度的時間為15分鐘維持蒸煮溫度的時間為60分鐘第二(下游)蒸煮在蒸煮開始時添加20％的總EA或3.5％的EA負(fù)載蒸煮溫度為156℃維持蒸煮溫度的時間為120分鐘在纖維質(zhì)材料(木片)完成浸泡后取樣，使用Lin等人所述的方法(“Methods in Lignin Chemistry”，Springer-Verlag，Berlin(1992)，其全部內(nèi)容以引用方式并入本文)在實驗室中檢測s-木質(zhì)素和g-木質(zhì)素。另外，纖維質(zhì)材料(木片)的取樣點在蒸煮中期(如，浸泡開始后約90分鐘)和第一次(上游)蒸煮的末期(如，浸泡開始后約120分鐘)。每種樣品都以相同的方法來分析s-木質(zhì)素和g-木質(zhì)素含量。最后，在第二次(下游)蒸煮的中期(如，浸泡開始后約180分鐘)也進行取樣。因為木質(zhì)素在最終生成的紙漿中的含量通常很低，以至難以準(zhǔn)確檢驗s-木質(zhì)素和g-木質(zhì)素，所以沒有分析最終的紙漿中的s-木質(zhì)素和g-木質(zhì)素含量。
附圖2是在每個取樣點時原始纖維胞間層中留有的木質(zhì)素百分含量曲線圖。在浸泡開始時，木質(zhì)素含量表示為100％，而在第二(下游)蒸煮末期，木質(zhì)素含量只剩下約3％。作為一般性規(guī)律，木片在處理之前含有24％的木質(zhì)素，根據(jù)圖2的數(shù)據(jù)，這意味著木片在處理之后剩余的木質(zhì)素含量只有約0.72％，所以在這時對s-木質(zhì)素和g-木質(zhì)素進行檢測將是不準(zhǔn)確的。
圖3的數(shù)據(jù)顯示了在上述蒸煮進程中s-木質(zhì)素與g-木質(zhì)素的比率變化。第一個比率2.74是在加入任何液體或任何處理之前的最初比率。第二個比率2/87是在浸泡時的比率。第三和第四個比率2.64和2.54分別是在第一蒸煮階段中期和第一蒸煮階段末期的比率。第五、即最終比率2.47是第二次蒸煮階段中期的比率。
因此，圖3的數(shù)據(jù)表明，s-木質(zhì)素的分解或溶解速率較g-木質(zhì)素要快。結(jié)果使g-木質(zhì)素的含量依然處于細(xì)胞水平上，需要不同的條件來使其分解和破壞或溶解。因此，為了破壞g-木質(zhì)素，必須在蒸煮后期改變蒸煮器中的操作條件。特別的根據(jù)本發(fā)明，蒸煮末期需要比前期更高的溫度來保證g-木質(zhì)素的破壞以及提高紙漿的收率(從而減少廢渣)和物理性質(zhì)。
盡管本發(fā)明以當(dāng)前認(rèn)為最實用和優(yōu)選的實施方式進行描述，但必須理解本發(fā)明并不局限于公開的具體實施方式

。相反，本發(fā)明意欲涵蓋包括在所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的各種修改和等價改變。
權(quán)利要求
1.一種從粉碎的闊葉木材料的漿體中連續(xù)生產(chǎn)化學(xué)纖維紙漿的方法，包括(a)對碎闊葉木的漿體進行第一次蒸煮，蒸煮條件足以降低闊葉木材料中s-木質(zhì)素相對于g-木質(zhì)素的含量；(b)對碎闊葉木的漿體進行第二次蒸煮，蒸煮條件足以降低第一次蒸煮后闊葉木材料中剩余的g-木質(zhì)素含量。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟(a)包括將闊葉木材料的漿體接受130℃-170℃的溫度，堿用量為2-10％的木材有效堿(EA)NaOH。
3.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述步驟(a)進行至從第一蒸煮階段排出的經(jīng)蒸煮的闊葉木材料的Kappa值為30-100。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟(a)在低于20％硫化度的低硫化度條件下進行。
5.權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第一蒸煮階段的低硫化度條件是通過添加足量蒽醌和/或多硫化物來達(dá)到的。
6.權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，其中所述步驟(b)包括使闊葉木漿體承受100℃-180℃的溫度，堿用量為2-10％的木材有效堿(EA)NaOH。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其中所述步驟(b)進行至從第二蒸煮階段排出的經(jīng)蒸煮的闊葉木材料的Kappa值為15-30。
8.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟(b)在高于20％硫化度的高硫化度條件下進行。
9.權(quán)利要求1所述的方法，還包括在步驟(a)之前預(yù)處理碎闊葉木材料漿體的步驟，處理條件是堿用量為40-60％的木材有效堿(EA)NaOH，溫度為80-120℃。
10.用于從粉碎的闊葉木材料的漿體中連續(xù)生產(chǎn)化學(xué)纖維紙漿的系統(tǒng)，包括第一蒸煮器，用于對碎闊葉木的漿體進行第一次蒸煮，蒸煮條件足以降低闊葉木材料中s-木質(zhì)素相對于g-木質(zhì)素的含量；第二蒸煮器，用于對碎闊葉木的漿體進行第二次蒸煮，蒸煮條件足以降低第一次蒸煮后闊葉木材料中剩余的g-木質(zhì)素含量。
11.權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第一蒸煮器使碎闊葉木材料漿體承受130℃-170℃的溫度，堿用量為2-10％的木材有效堿(EA)NaOH。
12.權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中從第一蒸煮階段排出的經(jīng)蒸煮的闊葉木材料的Kappa值為30-100。
13.權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第一蒸煮器在低于20％硫化度的低硫化度條件下運行。
14.權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述第一蒸煮階段的低硫化度條件是通過添加足量蒽醌和/或多硫化物來達(dá)到的。
15.權(quán)利要求10-14中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述第二蒸煮器使闊葉木漿體承受100℃-180℃的溫度，堿用量為2-10％的木材有效堿(EA)NaOH。
16.權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中從第二蒸煮階段排出的經(jīng)蒸煮的闊葉木材料的Kappa值為15-30。
17.權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第二蒸煮器在高于20％硫化度的高硫化度條件下運行。
18.權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，在第一蒸煮器之前還包括用于預(yù)處理碎闊葉木材料漿體的預(yù)處理容器，所述預(yù)處理的條件是堿用量為40-60％的木材有效堿(EA)NaOH，溫度為80-120℃。
全文摘要
在給定Kappa值下，能夠通過蒸煮末期的特定蒸煮條件來減少闊葉木紙漿中的廢渣。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)s－木質(zhì)素比g－木質(zhì)素反應(yīng)快，在闊葉木蒸煮末期的g－木質(zhì)素對s－木質(zhì)素的比例較蒸煮開始時要高。因此，當(dāng)蒸煮闊葉木時，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在蒸煮末期相對苛刻的蒸煮條件能降低g－木質(zhì)素含量，反過來又降低了給定Kappa值下的紙漿廢渣百分比。在優(yōu)選實施方式中，提供了用于從粉碎的闊葉木材料的漿體中連續(xù)生產(chǎn)化學(xué)纖維紙漿的方法和系統(tǒng)，對碎闊葉木的漿體進行第一次蒸煮，蒸煮條件足以降低闊葉木材料中s－木質(zhì)素相對于g－木質(zhì)素的含量；然后對碎闊葉木的漿體進行第二次蒸煮，蒸煮條件足以降低第一次蒸煮后闊葉木材料中剩余的g－木質(zhì)素含量。
文檔編號D21H17/64GK101054777SQ200710098110
公開日2007年10月17日 申請日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者申楠熙, C·貝蒂爾·斯特龍伯格 申請人:安德里茲有限公司