预水解纸浆的生产方法技术

公开了一种由含木素的纤维素材料制备纸浆的方法，该法包括一预水解步骤，随后在反应器中用碱中和液中和水解产物和预水解的纤维素材料，从反应器中取出中和的水解产物以及用含有硫化钠和氢氧化钠的碱蒸煮液使中和的预水解的纤维素材料脱木素。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种由含木素纤维素的材料生产特种纸浆的方法。在该方法中，将半纤维素水解成水解产物，通过硫酸盐蒸煮法使木素溶解，分离出纤维素纤维。制得的纸浆有高含量α纤维素且例如可用作溶解纸浆。
技术介绍
通常，生产高含量α纤维素的特种纸浆有两种方法长时间的(far-extended)酸性亚硫酸盐蒸煮法和预水解-硫酸盐蒸煮法。前者是在20世纪初开发的，而后者是在20世纪30年代开发的，如参见Rydholm，S.E.，Pulping Processes，p.649-672，Interscience Publishers，New York，1968。这两种方法的基本思想是在脱木素作用中从纤维素纤维中尽可能多的除去半纤维素，以便制得高含量α纤维素。这一点是很重要的，因为这样的纸浆如溶解纸浆的各种最终用途都不允许有无规接枝分子结构的短链半纤维素分子。在传统的亚硫酸盐法中，在蒸煮过程中脱除半纤维素，同时使木素溶解。蒸煮条件是高度酸性的，温度为140-150℃，从而突出水解。但是，其结果总是损害脱木素作用。不能得到更高含量α纤维素。另一缺点是纤维素的聚合度下降并且收率下降，它也限制了水解的潜力。已提出各种改进方法，如改变蒸煮条件，以及甚至在预水解步骤后加上碱性亚硫酸盐蒸煮阶段。尽管有关亚硫酸盐特种纸浆法有许多发展，但是操作中的亚硫酸盐纸浆厂的数目减少了，新的发展未被采用。在亚硫酸盐制浆法方面主要的障碍是蒸煮化学品特别是亚硫酸盐本身的回收过程很复杂且费用高。单独的预水解步骤能通过改变水解条件对半纤维素的水解进行所需的调节。在预水解-硫酸盐蒸煮法中，在单独的第二蒸煮步骤从前，不进行必要的脱木素作用。预水解或为水相或蒸汽相预水解或在催化剂存在下进行。在前一过程中，在过程中从木材释放出的有机酸完成水解的主要部分，而在后一过程中，加入少量无机酸或二氧化硫来“帮助”预水解。脱木素步骤是传统的硫酸盐蒸煮法，其中将白液加到蒸煮器中，在除去一些预水解产物以后或不除去预水解产物，按一步进行蒸煮。这一方法的缺点之一例如是中和的水解产物(留在蒸煮器中的游离的水解产物，以及在木片内部的固定的水解产物)引起蒸煮化学品消耗和蒸煮器负荷增加。专利技术概要本专利技术的目的是提供一种生产高含量α纤维素纸浆的改进的预水解-硫酸盐法。通过独立权利要求中规定的方法实现这一方法。本专利技术一些优选的实施方案在从属权利要求中定义。该方法包括使纤维素材料预水解；用碱液中和水解的物质；从蒸煮器中除去中和的水解产物；和用含有氢氧化钠和硫化钠的碱蒸煮液使预水解的和中和的物质脱木素。根据一优选实施方案，用新鲜的蒸煮液中和预水解的物质，并用废蒸煮液置换的方法除去中和的水解产物。当与传统的预水解-硫酸盐法相比时，本专利技术提供了以下优点—蒸煮化学品的消耗量较低。—在蒸煮纸浆中所谓的重过渡金属离子如Mn、Cu、Fe等的含量减少。因为酸性预水解作用使大多数金属离子溶解，而在蒸煮步骤以前这些溶解的金属离子被除去，从而使金属离子含量减少。在传统的方法中，在碱蒸煮阶段，金属沉积回到纤维素纤维中。当使用非氯漂白化学品如过氧化物和臭氧时，重过渡金属的含量是一重要参数，因为这些金属离子会迅速破坏这些非氯漂白化学品。—中和作用可独立进行，因此可在中和和蒸煮阶段之间优化碱用量。在本方法中使用的材料宜为软木或硬木，优选硬木如桉树木、山毛榉或桦木。合适的中和剂包含苛性苏打。优选的中和剂是碱性硫酸盐蒸煮液，即白液。合适的中和时间为10-40分钟，优选20-30分钟，这一时间足以使蒸煮器中的物料混合。合适的中和温度为140-160℃。合适的中和用碱量按基于干燥木材的Na2O当量计为5-20％活性碱。这样得到中和残留碱浓度为1-20g有效NaOH/l，该浓度与木材种类和用量有关。宜通过用上述蒸煮产生的热黑液置换的方法来除去中和的水解产物。热置换黑液的残留碱浓度优选为10-25g有效NaOH/l，pH值为l2.5-13.5，温度为150-180℃。热黑液与木材反应，从而使热黑液的残留碱浓度减少，pH值下降。用热置换黑液进行的置换宜使反应时间为10-30分钟。这一反应在蒸煮步骤中促进了用新鲜的碱蒸煮液脱木素。用新鲜碱蒸煮液(白液)引入蒸煮碱料使置换继续，按基于干燥木材的Na2O当量计它优选为5-15％活性碱。白液活性碱的硫化钠部分(硫化度)优选为15-45％(以Na2O当量计)。优选的碱蒸煮液温度为150-180℃。蒸煮阶段宜通过以下方法进行使蒸煮液循环10-120分钟，用高压蒸汽特别是将蒸汽直接注入循环蒸煮液的方法调节所需的蒸煮温度。合适的蒸煮温度为150-180℃，优选150-165℃(对硬木)，和155-170℃(对软木)。优选用较冷(如60-90℃)的液体，优选洗涤滤液置换热黑液的方法来终止蒸煮步骤。富含溶解的固体和硫化合物的热置换黑液优选回收再用，而置换的热液的残热通过热交换回收。纸浆宜用泵从蒸煮器中排出。置换优选从反应器底部到顶部进行。根据本专利技术，对于诸如溶解纸浆和其他特种纸浆的最终应用来说，预水解-硫酸盐纸浆可脱木素到较低的残留木素浓度，而同时保持极好的纸浆质量(由纸浆粘度和α纤维素纯度表明)。同时，还可提高本方法的能量经济性。附图的简单说明附图说明图1为本专利技术方法的贮罐和液体输送流程的图示说明。优选实施方案的详细说明在图1中，表示出各蒸煮步骤、液体输送流程和液体贮罐。首先进行预水解步骤。适宜的预水解剂如包括作为循环液或处于蒸汽相的水、无机酸如硫酸或盐酸的水溶液、二氧化硫和酸性亚硫酸盐蒸煮液。对于软木来说，优选的预水解剂包括水，而对于硬木来说，优选的预水解剂包括水、硫酸或二氧化硫。合适的预水解温度为100-160℃(对软木)和120-180℃(对硬木)。合适的水解时间为10-200分钟，优选20-120分钟。如果需要的话，在中和步骤以前，可回收一部分水解产物，并可用来如生产乙醇。预水解步骤后，本方法与现有技术的预水解-硫酸盐法不同。预水解作用以后是一新的单一步骤，即中和步骤。这一步骤的主要目的是中和留在蒸煮器中的水解产物。在木片外有游离液体形式的水解产物而在木片内有滞留和固定的水解产物。为了进行中和，将新鲜的热白液A1从贮罐A泵送入蒸煮器中，以便从木片外置换水解产物。通过使液体在蒸煮器中循环从而使物料混合来完成中和。在中和步骤中，制备蒸煮器的物料，用于下一步通过碱性硫酸盐蒸煮进行的脱木素。通过选择适宜的中和用碱量来达到中和，它可得到清晰的碱中和终点。残留碱浓度优选为5-15g有效NaOH/l。这使由于不合适的用碱量引起的波动消失以及使由于单一碱用量中和消耗量波动引起的纸浆质量波动消失。除了主要的中和功能外，中和步骤还作为半纤维素碱溶步骤。强碱和高温直接使半纤维素溶解，另一方面，通过所谓的纵向剥离反应(end-wise peeling reaction)使半纤维素降解。因此使纸浆进一步纯化，得到更高的纸浆粘度和更高的α纤维素含量。换句话说，中和步骤还在蒸煮步骤以前部分地变成碱提取步骤。所以，在这一步骤中，液体与木材比优选较低，约2.5-3.5之间。中和步骤完成以后，将上述蒸煮得到的热置换黑液B1从贮罐B泵送到蒸煮器。黑液B1开始将中和的水解产物C1置换出蒸煮器。将水解产物C1送到热置换液贮罐C。除本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由含木素的纤维素材料生产预水解一硫酸盐纸浆的方法，该方法包括以下骤：（ａ）所述材料在反应器中预水解，以便生产预水解的纤维素材料和水解产物；（ｂ）用碱中和液在所述的反应器中中和所述的水解产物和所述的预水解的纤维素材料，以便生成中和 的水解产物和中和的预水解的纤维素材料；（ｃ）从所述的反应器中取出所述中和的水解产物；以及（ｄ）所述中和的预水解的纤维素材料用含有硫化钠和氢氧化钠的碱蒸煮液脱木素。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P迪克，K科瓦茜，
申请(专利权)人：麦特索化学制浆有限公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]