木材制浆工艺用碱液的部分自苛化制造技术

提供了一种在含碱液体（如在木材的化学和半化学制浆工艺中和在木浆的氧化和漂白工艺中产生的那些液体）的再苛化工艺中使用硼酸盐的方法。通过加入有限量的硼酸盐，通过自苛化作用从这种制浆工艺中的含碳酸钠熔体中再生氢氧化钠。自苛化可以在硼与碳酸盐摩尔比低于２∶１且钠与硼的摩尔比高于３∶１下进行，产生高的反应效率。使用硼酸盐的部分自苛化也可以与传统的石灰再苛化联合使用，用于从含碳酸钠熔体中回收氢氧化钠。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在含碱液体的再苛化工艺中硼酸盐的使用，例如在木材的化学或半化学制浆工艺中和木浆的氧化和漂白工艺中产生的含碱液体，更特别地涉及通过加入有限量的硼酸盐进行的这种液体的部分自苛化作用。本专利技术还涉及一种通过使用硼酸盐的部分自苛化与传统的石灰再苛化相结合的这种液体完全再苛化的方法。有多种使用碱基化学物质的工艺，例如在木材制浆、漂白或氧化工艺中使用的氢氧化钠。这些工艺包括把木材碎片或其它木材基原料分解成木质纤维的化学和半化学的工艺，用于生产纸张、纸板和类似的纤维素基产品。其它使用这种碱基化学制品的工艺包括造纸用木浆的氧化和漂白。在典型的化学基木材制浆工艺中，例如硫酸盐法制浆工艺中，为了使木材可以分解成各种用途如造纸用的个体纤维，用主要为氢氧化钠(苛性钠)的水溶液处理木材碎片以分离出木质素和把纤维素纤维粘合在一起的其它有机成分。在硫酸盐法制浆工艺中，这种溶液还含有硫化钠。氢氧化钠与木质素反应并化学结合，形成一种有机基溶液，称为黑液或废液。将黑液从纤维中分离并在回收锅炉中燃烧，来回收有机物中的热量。在燃烧工艺中，黑液转变成熔体，一种熔融相，其中，钠的有机配合物已经转变成碳酸钠。在硫酸盐法制浆工艺中，还形成硫化钠。为了再生钠，重新用于制浆工艺中，碳酸钠必须转变回氢氧化钠或“再苛化的”。将所述熔体倒入水溶液(例如再生的稀白液，稀洗涤液或水)中时，一般用蒸汽分散，其中，所述熔体溶解形成碳酸钠溶液，由于称为绿泥的不溶解残余物的存在产生的黑绿色外观，因而称为绿液。在一些操作中，如在苏打法制浆工艺中，在溶解之前，冷却并固化所述熔体。将绿液送到苛化器中，碳酸钠在此转变回氢氧化钠，因此产生再利用于木材制浆工艺中的“白液”。这种称为苛化的工艺通过碳酸钠与氢氧化钙(也称为水合石灰或熟石灰)反应来完成。在再生氢氧化钠工艺中，氢氧化钙转变成碳酸钙沉淀物(也称为石灰泥)，然后在单独的石灰回收流程(也称为石灰回收循环)中转变回氢氧化钙，使得它可以重新在苛化器中再利用。在石灰回收循环中，在窑炉中焙烧碳酸钙使其放出二氧化碳气体，把碳酸钙转变成氧化钙，然后在绿液中与水水合，重新形成可以再利用于苛化步骤中的氢氧化钙。芬兰的研究者Jan Janson(US Patent No.4,116,759)，于20世纪70年代开发了一种不需要使用石灰及其伴随的石灰回收工艺的再苛化的替代方法。Janson提出，在熔体中的碳酸钠可以通过向木材制浆流程中添加硼酸盐，在回收锅炉中进行自动苛化(“自苛化”)，因此省去了对后续的通过氢氧化钙的再苛化作用以及伴随的石灰回收循环的需求。Janson提出的自苛化法的化学反应为(1)蒸煮或漂白(脱木素)Na2HBO3LignOH↔LignONa+NaH2BO3]]>(2)燃烧(3)自苛化作用在自苛化工艺中，偏硼酸钠作为催化剂，其中，它将与熔体中的碳酸钠反应生成碱性更强的硼酸二钠和二氧化碳。当硼酸二钠溶解在水中时，水解产生氢氧化钠和初始的硼酸钠，因此省去了对石灰和石灰窑以及伴随的石灰回收循环的需求。在一般的硫酸盐法制浆中，使用上述的传统石灰再苛化作用方法回收氢氧化钠，以便在所述工艺中再利用。自苛化作用提供一些潜在的利益，优于使用石灰的苛化作用。这些潜在利益包括省去所说的石灰回收循环相关的资金费用，通过省去为了放出二氧化碳而焙烧碳酸钙的需要降低能耗并且省去与石灰回收循环相关的其它操作费用。另外，在一些操作中，其中钠不被回收并再利用于所述工艺中，自苛化由于减少了化学制品的需求而提供显著的潜在成本节约，因为在所述工艺中硼酸盐不会耗尽，而是返回到工艺的起始阶段与氢氧化钠一起重新使用。然而，Janson在‘759专利中提出，为了保证完全苛化，必须保持钠与硼的摩尔比等于或于2(Na/B≤2)。为了研究使用硼酸盐的自苛化的商业适用性，在20世纪80年代初期进行了大规模的试验(Janson,Jan and Bengt Arhippainen,"Mill ScaleDevelopment of the Borate-Based Kraft Pulping Process"(硼酸盐基硫酸盐制浆方法的工业规模化研究)，International Conference onRecovery of Pulping Chemicals,Vancouver,British Columbia,Canda,Septmber 22-25,1981)。然而，遇到了操作困难并且所述方法在工业基础上根本不能采用。这些困难大多涉及由于存在高含量的硼酸盐导致黑液物理性质的变化，如溶解的固体含量和粘度的大幅度提高，导致在回收锅炉中喷雾及液滴尺寸、降低蒸发速度和液体从蒸煮器到回收锅炉的运输方面的困难。而且黑液热值的降低可能需要在回收锅炉中添加附加燃料。尽管自苛化提供的潜在利益，但是由于与所说方法相关的问题，它还不能在工业上采用。本专利技术的目的是提供一种改进的苛化方法，该方法将提供自苛化的一些显著利益，而将与其相关的困难减至最小。本专利技术提供一种苛化黑液燃烧产生的含碳酸钠熔体的改进方法，其中，加入有限量的硼酸盐，使得只有一部分碳酸钠自苛化。本专利技术的方法提供在循环中的较少的硼酸盐恒载量，与在更高钠硼比的完全苛化相比，产生改进的回收锅炉操作条件，例如降低的黑液粘度和更高的反应效率。本专利技术还提供一种含碳酸钠熔体的再苛化方法，其中，部分苛化与石灰再苛化联合使用，在所述熔体水化和石灰再苛化时，获得改进的碳酸钠到氢氧化钠的转化。根据本专利技术，提供一种在钠与硼的摩尔比超过3∶1时，苛化含碳酸钠熔体的改进的方法，其中，所用硼酸盐的量小于在黑液中存在的所有碱性碳酸盐完全苛化的化学计量要求。已经发现，在这些条件下，自苛化反应可以以出乎意料的高效率进行。另外，还观察到，基于‘579专利中提出的自苛化反应，部分自苛化的这种工艺在低硼酸盐加入量下，以超过100％化学计量效率的速度发生。根据Janson提出的反应，再生每摩尔碳酸钠消耗两摩尔硼，如上述反应方程(3)所述。在硼的添加量相当于碳酸钠完全自苛化的化学计量需求的约52％，且钠与硼的摩尔比为约2.9∶1时，所观察到的反应效率平均约为86％。然而，在相当于完全自苛化的5％和10％的低硼酸盐加入量的试验中，测得碳酸钠到氢氧化钠的转变率分别为9-17％和15-17％，明显高于理论的100％的反应效率。在这些试验中，钠与硼的摩尔比分别为约20∶1和11∶1。这说明在低硼酸盐加入量以及高钠硼摩尔比的这些条件下，自苛化反应可以导致形成与‘579专利中提出的不同的硼酸盐组成。特别地，认为反应产物为Na3BO3(硼酸三钠)，而不是Janson提出的Na2HBO3(硼酸二钠，也写作Na4B2O5)。因此，对于给定量的所用硼酸盐，获得较高水平的自苛化。在气相和熔体中，部分自苛化可以在某种程度上发生。硼酸盐和碳酸钠之间的反应可以在低到约600℃时发生，并且该反应可以在温度最高达到至少925℃时进行。预期发生部分自苛化的回收锅炉的低温炉中的温度范围为在熔体部分中低到700-850℃，在气相或焦炭床部分中高到1100-1200℃。因此，可以进行部分自苛化的宽温度范围为约600-1200℃之间。通常，在有机基黑液燃烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在木材制浆工艺中再生氢氧化钠的改进方法，其中，通过与硼酸盐的反应自苛化含碳酸钠的熔体，所述改进包括加入足以提供小于约２∶１的硼与碳酸盐摩尔比以及大于约３∶１的钠与硼摩尔比的有限量的硼酸盐，从而通过以高的反应效率自苛化所述含碳酸钠熔体而再生氢氧化钠。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：CM拜尔，RB迈克布卢姆，HN特兰，
申请(专利权)人：美国博拉克有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]