沉積物監(jiān)測(cè)方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明涉及用于監(jiān)測(cè)工藝設(shè)備的表面上的來自水溶液的沉積物的方法和裝置。更具體地，本發(fā)明涉及監(jiān)測(cè)造紙廠蒸煮器、蒸發(fā)器和濃縮器中的來自黑液的垢沉積物的方法。本發(fā)明尤其涉及監(jiān)測(cè)并且抑制紙漿廠蒸煮器、蒸發(fā)器和濃縮器中的垢沉積物以改善制漿操作中的工藝效率。
[0002]硫酸鹽制漿法是紙漿造紙工業(yè)中的主要制漿方法之一。產(chǎn)自硫酸鹽制漿法的廢液(黑液或“BL”)包含各種有機(jī)材料以及無機(jī)鹽，它們的沉積由于使熱導(dǎo)率降低以及使熬煮(boilout)時(shí)間變長而不利于有效的化學(xué)制漿和回收循環(huán)。另外，在對(duì)沉積物的組成有影響的液體化學(xué)組成方面，諸如堿性制漿法或亞硫酸鹽制漿法的較不常用的制漿方法與硫酸鹽法不同。
[0003]在紙漿造紙工業(yè)中最常見的垢為碳酸鈣，碳酸鈣也是在許多其他工業(yè)中普遍存在的垢(Amjad,Z.(主編)Mineral scale format1n and inhibit1n.Plenum,N.Y.(1995)；Cowan，J.C.，Weintritt，D.J.Water-Formed Scale Deposits.GulfPubl.C0.，Houston，TX (1976) )o這是硫酸鹽蒸煮器中尤為嚴(yán)重的問題(Markham，L.D.，Bryce, J.R.G.，F(xiàn)ormat1n of calcium carbonate scale in a Kamyr digester，Proc.TAPPI PulpingConf., TAPPI Press,17-21 (1979) ；Severtson,S.J.，Duggirala，P.Y., Carter,P.ff., Reed,P.E.Mechanism and chemical control of CaC03 scaling in the kraft process.TAPPIJ.，1999 年，第 82 卷，第 6 期，第 167 頁至第 174 頁；Sithole, B.Scale deposit problemsin pulp and paper mills.Proc.African Pulp and Paper Week，Durban，SA(2002))。通常，由于高的驅(qū)動(dòng)力而不能完全抑制碳酸鈣的析出。成功抑制沉積的方法依賴于使得沉積物不附著而是被分散或者使鈣離子被掩蔽。碳酸鈣沉積物可以是溫度誘導(dǎo)的或者是PH誘導(dǎo)的。雖然溫度誘導(dǎo)是蒸煮器和蒸發(fā)器的典型情況，但是在漂白車間碳酸鈣垢更經(jīng)常地通過堿性化被誘導(dǎo)?？少彽脤挿悍秶奶妓徕}處理產(chǎn)品，原因是碳酸鈣處理產(chǎn)品的相對(duì)性能取決于條件，并且適用性取決于穩(wěn)定性問題和環(huán)境法規(guī)。
[0004]在造紙工藝的許多階段廣泛地形成碳酸鈣沉積物。例如，如在美國專利第7，985，318 號(hào)、第 6，053，032 號(hào)、第 6，942，782 號(hào)、第 6，250，140 號(hào)和第 5，734，098 號(hào)中所描述的，廢液蒸發(fā)器和濃縮器中的無機(jī)鹽結(jié)垢一直是紙漿造紙工業(yè)中遇到的最為頑固的問題之一。濃縮液包含水平高到足以成垢的鈣離子、鈉離子、碳酸根離子和硫酸根離子，該垢從溶液中析出并且沉積在被加熱的表面上。蒸發(fā)器中最重要的垢類型是諸如碳酸鈣(CaC03)的硬垢和諸如碳鈉礬(2(Na2S04):Na2C03)的軟垢。兩種類型的垢的溶解度隨著溫度的升高而降低，這使得垢附著在傳熱表面，因而顯著降低了蒸發(fā)器的總體效率(見Smith, J.B.&Hsieh, J.S., Preliminary investigat1n into factors affecting secondcritical solids black liquor scaling.TAPPI Pulping/Process，Prod.Qual.Conf.，第1頁至第 9 頁，2000 年；以及 Smith，J.B.&Hsieh，J.S.，Evaluat1n of sodium salt scalingin a pilot falling film evaporator.TAPPI Pulping/Process, Prod.Qual.Conf.,%1013 頁至第 1022 頁，2001 年；以及 Smith，J.B.等人，Quantifying burkeite scaling in apilot falling film evaporator, TAPPI Pulping Conf.，第 898 頁至第 916 頁，2001 年)。
[0005]通常，利用基于石英晶體微量天平(“QCM”)的技術(shù)最有效地實(shí)現(xiàn)無機(jī)垢的監(jiān)測(cè)。然而，基于QCM的儀器的適用性取決于在工藝條件下傳感器晶體的穩(wěn)定性。這樣的儀器無法在高溫和/或高堿性條件下使用。這種限制使得該技術(shù)在蒸煮器和蒸發(fā)器中是無用的。除了簡單的重量分析技術(shù)和利用Lasentec-FBRM的非定量表征之外，針對(duì)固體含量高于55%的液體，提出了一種基于在被加熱的表面上的沉積物累積的技術(shù)(“Methodof monitoring and inhibiting scale deposit1n in pulp mill evaporators andconcentrators，”專利號(hào)8，303, 768)。然而，該方法僅能檢測(cè)相當(dāng)大體積的沉積物，這使得該方法在硫酸鹽法制漿廠蒸煮器中是無用的，在硫酸鹽法制漿廠蒸煮器中，碳酸鈣累積對(duì)于這樣的低敏感性的方法而言太慢了。
[0006]因而，存在對(duì)開發(fā)在高溫、高堿性和高壓力條件下監(jiān)測(cè)紙漿造紙工業(yè)中的沉積物的敏感方法的持續(xù)需求。這樣的監(jiān)測(cè)在紙漿廠的蒸煮器、蒸發(fā)器和濃縮器中尤為重要。在這一部分中所描述的技術(shù)并非旨在承認(rèn)本文中所引用的任何專利、出版物或其他信息是相對(duì)于本發(fā)明的“現(xiàn)有技術(shù)”，除非如此明確地指出。另外，這一部分不應(yīng)該被理解為意指已經(jīng)進(jìn)行了檢索或不存在如在37 CFR§ 1.56(a)中所限定的其他相關(guān)信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了滿足上面所確認(rèn)的長時(shí)間存在但是未解決的需求，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案涉及監(jiān)測(cè)在與液體介質(zhì)接觸的表面上的垢累積的方法。該方法包括如下步驟:提供具有光子發(fā)射源、棱鏡和光學(xué)傳感器的折射儀，其中所發(fā)射的光子通過棱鏡，光學(xué)傳感器被構(gòu)造和設(shè)置為檢測(cè)通過棱鏡被折射的光子，棱鏡具有至少一個(gè)測(cè)量表面；相對(duì)于液體介質(zhì)布置測(cè)量表面使得所發(fā)射的光子將根據(jù)介質(zhì)的特性而被折射；確定液體介質(zhì)對(duì)于由發(fā)射源發(fā)射的光子的折射對(duì)照臨界角；從發(fā)射源發(fā)射光子；測(cè)量所測(cè)得的折射臨界角相對(duì)于對(duì)照臨界角的單元結(jié)垢因子；以及基于所測(cè)得的單元結(jié)垢因子來計(jì)算垢形成。
[0008]本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案涉及一種測(cè)量垢控制劑的有效性的方法。該方法包括如下步驟:提供具有光子發(fā)射源、棱鏡和光學(xué)傳感器的折射儀，其中所發(fā)射的光子通過棱鏡，光學(xué)傳感器被構(gòu)造和設(shè)置成檢測(cè)通過棱鏡被折射的光子，棱鏡具有至少一個(gè)測(cè)量表面；相對(duì)于液體介質(zhì)布置測(cè)量表面使得所發(fā)射的光子將根據(jù)介質(zhì)的特性而被折射；確定介質(zhì)折射由發(fā)射源發(fā)射的光子的對(duì)照臨界角；向液體介質(zhì)添加垢控制劑；從發(fā)射源發(fā)射光子；測(cè)量所測(cè)得的折射臨界角相對(duì)于對(duì)照臨界角的單元結(jié)垢因子；以及根據(jù)所測(cè)得的單元結(jié)垢因子來計(jì)算垢控制劑的有效性。
[0009]本發(fā)明涵蓋以任意和所有變化的順序和序列執(zhí)行其步驟。
[0010]本文中描述了附加的特征和優(yōu)點(diǎn)，并且根據(jù)下面的【具體實(shí)施方式】將是顯見的。
【附圖說明】
[0011]下面將具體參照附圖描述本發(fā)明的詳細(xì)說明，其中:
[0012]圖1為利用折射儀來檢測(cè)在發(fā)明中所使用的折射臨界角的示意圖；
[0013]圖2為利用折射儀來測(cè)量在發(fā)明中所使用的轉(zhuǎn)變點(diǎn)的示意圖；
[0014]圖3為示出利用SRM-3儀器獨(dú)立測(cè)量的單元結(jié)垢(“單元結(jié)垢因子”)與垢累積之間的相關(guān)性的圖；
[0015]圖4為示出通過垢指數(shù)(與單元結(jié)垢讀數(shù)相對(duì))度量的來自模型碳酸氫鈣溶液的垢累積以及垢抑制劑對(duì)通過同一參數(shù)度量的垢累積的影響的圖。
[0016]圖5為示出不同劑量的垢抑制劑對(duì)通過垢指數(shù)(與單元結(jié)垢讀數(shù)相對(duì))度量的來自模型碳酸氫鈣溶液的垢累積的影響的圖；最后對(duì)傳感器進(jìn)行酸清洗；
[0017]圖6為示出通過垢指數(shù)(與單元結(jié)垢讀數(shù)相對(duì))度量的來自稀釋黑液的垢累積的圖；
[0018]圖7為示出通過垢指數(shù)(與單元結(jié)垢讀數(shù)相對(duì))度量的來自碳酸鈉和氯化鈣過飽和的標(biāo)準(zhǔn)黑液的垢累積的曲線圖。