抑制钙盐污垢的组合物及方法技术

改进在化学制浆工艺条件下抑制钙盐结垢的方法，按照该方法，有效用量选择的膦酸酯或磷酸酯共混物在蒸煮阶段与从化学制浆工艺的蒸煮器回收的黑液组合物进行掺混。该组合物和方法尤其适用于硫酸盐制浆工艺。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于抑制化学制浆工艺的含水碱性体系中结垢的组合物和方法。本专利技术还涉及用于抑制化学制浆工艺设备中钙盐污垢沉积物的形成、沉积和粘附的组合物和方法。更具体地说，本专利技术涉及抑制化学制浆工艺黑液回收工序中钙盐污垢沉积物的形成、沉积和粘附的组合物和方法。
技术介绍
纸在世界上被广泛用于商业和家庭，具有各种各样的用途。因而，制浆在全世界以大工业规模实施，生产着足够用量的纸。所以，此种制浆操作若能以符合成本效益的高效操作方式实施，其制造设备停工时间极短、制浆工艺设备低效工作的时间极短，那将是所期望的。工业制浆的基本步骤是将植物纤维转化为木片，将木片转变为浆泊，(任选地)漂白浆泊，洗涤浆泊并将浆泊转化为适合使用的纸产品形式的纸，例如，书写纸、新闻纸和单据纸。就典型而言，有几种化学制浆方法可用于工业制浆操作。著名的工业碱性化学制浆方法包括硫酸盐法、苏打和碱性亚硫酸盐法。硫酸盐法制造出所有制浆方法当中纤维强度最高的浆泊，其之所以是使用最广的制浆方法部分地因为它能高效地回收蒸煮化学品。虽然本专利技术适用于任何上述碱性化学制浆法，但它尤其适用于硫酸盐法并，因此，在下面较详细地描述硫酸盐法。首先，收获合适的树木，去皮，随后削片成尺寸适当的薄片或木片。这些木片经过选料，除掉小的和大的木片。留下的合适木片随后投入到蒸煮器(它是一种装有木片和含水蒸煮组合物的容器或罐，此种罐可设计成间歇或连续操作方式的)。举例说，在间歇型蒸煮器中，木片和“稀黑液”，即，来自以前蒸煮器蒸煮的废液，以及“白液”，即一种氢氧化钠和硫化钠溶液，可以是新配制的或者来自化学回收装置的混合物，用泵送入到蒸煮器中。在蒸煮工艺中，将木纤维结合在一起的木素溶解在白液中，从而形成浆泊和黑液。将蒸煮器密封，蒸煮器组合物在高压下加热到适宜的蒸煮温度。在蒸煮器内特定温度和压力(H-系数)下经过规定时间以后，蒸煮器物料(浆泊和黑液)转移到停留罐中。在停留罐中的浆泊转移到漂前洗浆机中，而液体(在蒸煮器中形成的黑液)则送往黑液回收工序，即黑液蒸发器。黑液采用，例如多效蒸发器，蒸发到高固体含量，通常介于60～80％固体。固体含量越高，泵抽吸黑液越困难，制浆厂遇到的污垢问题就越多。最麻烦的问题之一是在制浆厂各个工序，包括蒸煮器、黑液蒸发工序和漂前洗浆工序中形成的碳酸钙污垢。大多数工业造纸厂采用多效蒸发器(MEE)作为黑液蒸发器。这些蒸发器一般从4到8效长。一般而言，讨厌的碳酸钙结垢仅出现在一或两效中。目前，多数工厂不使用任何污垢抑制剂，而是通过停下黑液蒸发器工段并用热酸冲洗掉碳酸钙污垢，即酸洗来对付污垢问题。此种热酸煮沸对纸厂生产产生负面影响，并且由于使用的酸对工厂管道和设备有腐蚀，故而是个隐患。硫酸盐法蒸煮为高碱性，一般具有10～14，特别是12～14的pH值。蒸煮器组合物含有大量硫化钠，被用作增加蒸煮的脱木素速率的加速剂。其作用的结果是释放出木片中的木素从而使纤维素得以变成浆泊。硫酸盐法中诸操作条件的组合有利于污垢的形成和沉积并加剧碳酸钙污垢形成、沉积和粘附到金属及它所接触到的其它表面上的倾向。在此种工艺条件下，水中存在和从硫酸盐法的木材中沥滤出来的钙能够与碳酸根起反应并相当快地结垢，产生碳酸钙污垢沉积。此种污垢经常沉积在黑液蒸发器、蒸煮器和相关管道、热交换器等凡是具有碳酸钙能沉积和粘附的表面的设备中。此种沉积随时间推移而积累，并可造成制浆生产线下游过早停车，为的是用热酸洗除掉污垢沉积。若干专利和技术文章曾公开过结垢问题。在“一种高效螯合剂在控制蒸煮器结垢方面的应用”，R.H.Windhager，《造纸业杂志》pp.42～44，1973-11-05一文中，公开少量单氨基亚甲基膦酸(ATMP)作为蒸煮器中的碳酸钙污垢抑制剂抑制来自蒸煮器蒸煮液的结垢的应用。美国专利4,799,995(授予Druce K.Crump等人，1989-01-24)公开，浆泊蒸煮器内部条件下钙污垢的抑制已通过在制浆液中加入聚氨基(聚亚烷基膦)酸与非离子表面活性剂的混合物实现。该美国专利还公开，膦酸酯如次氮基三(亚甲基膦酸)(“NTMP”或“ATMP”)、1-羟基乙烷-1，1-二膦酸(“HEDP”)和1-羟基乙烷-1，1-二膦酸钠(“NaHEDP”)据说已共同地被用来控制污垢。然而，’995专利却公开，HEDP在黑液中的使用实际上促进了结垢，并且二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)(“DTPMP”)在黑液中使用，当不存在非离子表面活性剂时仅产生有限的污垢减少效果。虽然’995专利公开了非离子表面活性剂的应用可改善减少污垢的作用，但优选避免在化学制浆方法中使用表面活性剂，特别是在蒸煮器中。本专利技术的组合物，当加入到碱性化学制浆工艺蒸煮器中时，能有效地抑制钙盐在化学制浆生产中的结垢，而不需要非离子表面活性剂。加拿大专利1,069,800(Philip S.Davis等人，1980-01-15)公开在黑液中加入有机膦酸酯，例如，1-羟基乙叉-1，1-二膦酸(HEDP)与氨基-有机膦酸酯，例如，氨基三(亚甲基膦酸)(AMP)、亚乙基二胺四(亚甲基膦酸)(EDTPA)和六亚甲基二胺四(亚甲基膦酸)(HMDTA)的共混物，以减少在pH高于9的黑液蒸发器体系中碳酸钙的结垢。该专利还公开，采用单一膦酸酯，而不是所公开的共混物，则对于在pH值高于9的条件下抑制碳酸钙结晶无效。美国专利4,851,490(授予Fu Chen等人，1989-07-25)公开一种含羟基亚烷基氨基亚烷基磷酸酯官能度的水溶性聚合物，据说可用作沉积控制剂，对多种水体系如冷却、锅炉、转化涂层、纸和制浆加工以及气体淋洗等都有效。美国专利5,534,157(授予Craig D.Iman等人，1996-07-09)公开一种在高pH加工水中采用聚醚多胺亚甲基膦酸酯抑制结垢盐形成、沉积和粘附的方法。在其说明书的列4，行35～51中，该专利公开，抑制剂如HEDP和ATMP，作为污垢抑制剂在碱性pH条件下无用。美国专利5,562,830(授予Davor F.Zidovec等人，1996-10-08)公开一种通过加入多环氧琥珀酸或其盐和膦酰羧酸或其盐的组合来抑制水体系的腐蚀和结垢以及沉积的方法。美国专利5,552,018(授予Johan Devenyns，1996-09-03)公开一种方法，其中用过氧酸来改进经过在化学试剂存在下的脱木素处理，例如，硫酸盐法蒸煮之后的化学纸浆的脱木素选择性。公开了用磷酸酯作为该方法中的稳定剂。尽管有上面所述的专利和技术文章，目前仍然迫切需要用于抑制污垢在金属表面，特别是工业化学制浆工艺设备中的生成、沉积和粘附的改良方法和组合物。专利技术概述本专利技术的目的是提供一种抑制钙盐污垢在化学制浆工艺设施的设备、容器和/或管道中金属和其他表面上形成、沉积和粘附的组合物。本专利技术另一个目的是提供一种抑制钙盐污垢在化学制浆工艺设施的设备、容器和/或管道中各种表面上形成、沉积和粘附的方法。这些以及其他目的可由本专利技术实现，然而下面有关本专利技术细节的描述乃属非限定性的。按照本专利技术，提供一种用于抑制钙盐在化学制浆工艺的碱性含水混合物中结垢的污垢抑制组合物，其中该组合物被加入到化学制浆工艺的黑液中，该组合物含有有效抑垢用量的至少一种膦酸酯，选自以下通式的化合物M2O本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于抑制钙盐在化学制浆工艺的碱性含水混合物中结垢的污垢抑制组合物，其中该组合物被加入到化学制浆工艺的黑液中，所述组合物含有有效抑垢用量的至少一种膦酸酯，选自以下通式的化合物：Ｍ↓［２］Ｏ↓［３］Ｐ－ＣＨ↓［２］－Ｎ（Ｒ↑［１］）－（ＣＨ↓［２］）↓［ｍ］－Ｎ（Ｒ↑［２］）－ＣＨ↓［２］ＰＯ↓［３］Ｍ↓［２］（Ⅰ）以下通式的化合物：Ｒ↑［３］－Ｃ（ＯＨ）（ＰＯ↓［３］Ｍ↓［２］）↓［２］（Ⅱ）以下通式的化合物：Ｎ－（ＣＨ↓［２］ＰＯ↓［３］Ｍ↓［２］）↓［３］（Ⅲ）以下通式的膦酸酯：Ｍ↓［２］Ｏ↓［３］Ｐ－＊－ＣＯＯＭ（Ⅳ），通式（Ⅰ）和（Ⅲ）膦酸酯的胺氧化物，或其混合物，其中Ｍ独立地选自氢、碱金属、碱土金属或铵，Ｒ↑［１］和Ｒ↑［２］独立地选自－ＣＨ↓［２］ＰＯ↓［３］Ｍ↓［２］或－（ＣＨ↓［２］）↓［ｎ］－Ｎ－（ＣＨ↓［２］ＰＯ↓［３］Ｍ↓［２］）↓［２］，ｍ是２或３，ｎ是２或３，Ｒ↑［３］是１～１７个碳原子的烷基基团并且Ｒ↑［３］是任选支化和任选不饱和的，条件是：（ａ）该膦酸酯不是通式（Ⅱ）膦酸酯与通式（Ⅲ）膦酸酯的共混物，（ｂ）该膦酸酯不是通式（Ⅱ）膦酸酯与通式（Ｍ↓［２］Ｏ↓［３］Ｐ－ＣＨ↓［２］）↓［２］－Ｎ－（ＣＨ↓［２］）↓［２］－Ｎ－（ＣＨ↓［２］ＰＯ↓［３］Ｍ↓［２］）↓［２］的膦酸酯的共混物，（ｃ）当该膦酸酯选自通式（Ⅲ）的膦酸酯、通式（Ｍ↓［２］Ｏ↓［３］Ｐ－ＣＨ↓［２］）↓［２］－Ｎ－（ＣＨ↓［２］）↓［２］－Ｎ－（ＣＨ↓［２］ＰＯ↓［３］Ｍ↓［２］）↓［２］的膦酸酯或通式（Ｍ↓［２］Ｏ↓［３］Ｐ－ＣＨ↓［２］）↓［２］－Ｎ－（ＣＨ↓［２］）↓［２］－Ｎ－（ＣＨ↓［２］ＰＯ↓［３］Ｍ↓［２］）－（ＣＨ↓［２］）↓［２］－Ｎ－（ＣＨ↓［２］ＰＯ↓［３］Ｍ↓［２］）↓［２］的膦酸酯时，该组合物不含非离子表面活性剂，（ｄ）当该膦酸酯选自通式（Ⅲ）的膦酸酯或通式（Ｍ↓［２］Ｏ↓［３］Ｐ－ＣＨ↓［２］）↓［２］－Ｎ－（ＣＨ↓［２］）↓［２］－Ｎ－（ＣＨ↓［２］ＰＯ↓［３］Ｍ↓［２］）－（ＣＨ↓［２］）↓［２］－Ｎ－（ＣＨ↓［２］ＰＯ↓［３］Ｍ↓［２］）↓［２］的膦酸酯时，该膦酸酯按活性酸计的用量大于２５ｐｐｍ，以从蒸煮器回收的黑液重量为基准，并且（ｅ）当该膦酸酯选自通式（Ⅳ）的膦酸酯时，该膦酸酯按活性酸计的用量大于２０ｐｐｍ，以从蒸煮器回收的黑液重量为基准。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：JO汤普森，SP弗雷特，SJ西弗森，JE洛伊，
申请(专利权)人：索罗蒂亚公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]