用于碳酸盐预处理和纤维素材料制浆的方法技术

提供了存在蒽醌(AQ)时用碳酸钠预处理弄碎的纤维材料，然后蒸煮该预 处理材料的一种方法。与通过现有技术方法生产的纸浆相比，生产得到的 纸浆具有更高的收率、提高的强度、和更好的漂率。AQ也可以引入到碳酸 盐预处理阶段。该方法可以进一步包括为所生产的纸浆提供进一步增强的 性能的酸预处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种方法，该方法用于处理弄碎的纤维素纤维材料，例如，木屑，包括在蒽醌(AQ)存在下用蒸煮化学药剂蒸煮该纤维素材料之前的碳酸盐预处理。
技术介绍
在化学制浆领域，纤维素材料如木屑用制浆化学药剂进行处理，生产用于纸张和其它产品制造的纸浆。该领域众所周知的是在间歇蒸煮器和连续蒸煮器中都使用苛性钠(也即，氢氧化钠作为制浆化学药剂)，称为烧碱法蒸煮。烧碱法蒸煮有许多优点，包括具有提高回收锅炉设计压力的能力，可改善回收锅炉效率以及方法中的除硫。其它好处还有，蒸煮方法中的除硫允许使用黑液气化系统。使用黑液气化可以导致增加发电量，为使用基于硫的系统所发电量的好几倍。烧碱法蒸煮的一个缺点包括比硫酸盐法蒸煮(kraft cooking)所实现的纸浆收率更低(对软木和硬木两者皆如此)，硫酸盐法蒸煮也就是使用氢氧化钠(NaOH)和硫化钠(Na2S)作为制浆化学药剂的蒸煮。然而，向烧碱法蒸煮加入蒽醌(AQ)显示出可改善纸浆收率，因此使得其纸浆收率可与硫酸盐法蒸煮的相比。然而，即使加入AQ，与硫酸盐法蒸煮相比，烧碱法蒸煮方法得到的纸浆表现出较弱的纸衆强度和较差的漂白性能。然而，与硫酸盐法蒸煮相比，碱蒽醌(SAQ)法蒸煮也存在缺点。例如，SAQ蒸煮需要更多量的NaOH，并且更难漂白由SAQ制浆方法生产的纸浆。例如，需要的NaOH越多，需要的再苛化也更多。如本领域已知，再苛化碳酸钠以回收NaOH如以下反应式1和2所示进行。Na2C03 + CaO + H20 — 2NaOH + CaC03 CaC03 — CaO + C〇2 与硫酸盐法蒸煮每吨木浆所需的NaOH相比，SAQ蒸煮所需的NaOH体积更多。SAQ蒸煮所需的更多体积的NaOH要用来补偿SAQ蒸煮中不存在、但硫酸盐法蒸煮中存在的硫化钠。如本领域己知，硫酸盐法蒸煮中存在的硫化钠(Na2S)水解为NaSH和NaOH，因此影响硫酸盐法蒸煮过程中纤维素材料的蒸煮。烧碱AQ蒸煮所需的NaOH体积比硫酸盐法蒸煮高出约20%~40%。需要更多的NaOH会导致需要回收锅炉有更多的能量来将碳酸钠(NaCO)转化，或苛化为用于蒸煮器和纡维生产线其它部分的NaOH。例如，当16.0%NaO禾卩30G/o硫化度的活性碱(AA^NaOH+NaS,以NaO计)用于硫酸盐制浆时，11.2%的AA来自NaOH， 4.8%的AA来自NaS。在硫酸盐回收中，其中所有的硫以NaS回收，需要再苛化转换成NaOH,这样可在新木屑上获得11.2。/。的NaO。硬木的SAQ制浆需要与硫酸盐制桨大约相同的有效碱(EA=NaOH+ 1/2NaS,以NaO计)。在以上硫酸盐制浆实例中，EA为13.6 /。的Na20， SAQ制浆需要相似量的碱，但它全部来自NaOH。此外，众所周知，半纤维素迅速地溶解在烧碱、硫酸盐浆和SAQ浆中，所加的NaOH相当一部分消耗于半纤维素降解为低分子量(MW)产品的过程中。这些低MW的有机物难以从制浆废液(pulping effluent)中回收，并且没有高的热值，制浆废液在本领域中称为"黑液"。我们还知道，使用SAQ方法时来自回收炉的粗液主要为NaCO。已经表明使用Lo-Solids Cooking方法(如美国专利5,489,363;5,536,366; 5,547,012; 5,620,562; 5'662，775; 5,824,188; 5，849，150; 5，849，151;6,086,712; 6,132，556; 6,159,337; 6,280,568; 6,346,167，在此完全引入作为参考)并且使用烧碱-AQ(SAQ)作为蒸煮化学药剂处理硬木材料可得到比传统硫酸盐法蒸煮所生产的具有更高强度的纸浆。此外，使用Lo-Solids Cooking方法用烧碱-AQ作为蒸煮化学药剂处理硬木材料所生产的纸浆可以比传统烧碱AQ获得更高的最终亮度，但没有硫酸盐法蒸煮所生产的纸浆亮。虽然对于给定的最终亮度，使用Lo-Solids烧碱-AQ漂白化学药剂的消耗优于使用传统的烧碱-AQ，但该纸浆仍比硫酸盐法蒸煮所生产的纸浆需要更多量的漂白化学药剂。由于这些及其它的原因，硫酸盐法蒸煮(虽然有许多与硫相关的问9题)仍是业界盛行的制浆方法。然而，申请人发现通过使用基本上无硫的碳酸盐溶液(〈lg/1总硫)预处理纤维素材料，然后施行SAQ，可以克服SAQ制浆的缺点。美国专利号1，887,241(在此全部引入作为参考)讨论了使用碳酸钠预处理，也称为预蒸煮，纤维素材料，随后使用烧碱或硫酸盐法蒸煮处理所得到的材料。在'241专利公幵的方法中，己经蒸过的木屑可以在约330华氏度，即约165摄氏(C)度的温度下经过该碳酸盐预处理阶段。根据'241专利，该使用碳酸钠的预处理阶段可减少所需的NaOH的量。例如，如美国专利号1，887，241所公开的，在木材上使用10%量的碳酸钠，可与15%的NaOH —起使用，而相比之下加到传统烧碱法蒸煮中的NaOH为约25%。虽然以上引用的专利公开了在约165摄氏度时使用碳酸钠预处理，'241专利(1932年发表)所公开的高温处理方法，由于各种原因，没有被制浆工业所接受，典型地目前没有实施。'241专利公开的处理方法也不涉及在任何的工艺步骤中使用蒽醌。制浆工业最近的优势包括使用含碳酸钠的溶液从纤维素材料中除去二氧化硅的方法。(参见美国申请号2006/0225852，在此全部引入作为参考)。0225852申请所公开的方法涉及几乎100%去除包含在纤维素材料中的二氧化硅，这一去除发生在使用传统方法处理纤维材料之前。本专利技术的方面提供能克服现有技术方法缺点和缺陷的处理纤维素材料的方法。例如，本专利技术的一些方面可在生产商业上可行的产品的同时提供将来自纸浆厂的硫最小化或除去的手段-这是制浆工业长期存在而未能解决的需求。
技术实现思路
本专利技术，在其许多方面，涉及使用碳酸盐，如基本上无硫的(4g/1总硫)碳酸钠(Na2C03)对纤维素材料的预处理，随后在存在制浆化学药剂时蒸煮该预处理过的纤维素材料,制浆化学药剂如单独的氢氧化钠(即，"烧碱"方法)，但也可以为氢氧化钠和硫化钠(即，"硫酸盐"方法)，或者为烧碱和硫酸盐的组合，此外还至少有一种蒽醌，即蒽醌或取代的蒽醌，如2-甲基蒽醌。AQ可以在该方法中的任何时候加入。例如，AQ可以加入到预处理阶10段、蒸煮阶段、或甚至预处理阶段和蒸煮阶段两者，也可以在每个阶段之前或之后。(蒸煮阶段加入AQ可以如美国专利6,569,289所述进行，在此全部引入作为参考)。本专利技术的一个方面为处理弄碎的纤维素纤维材料的方法，包括a)使用含碳酸盐的溶液，如，基本上无硫的含碳酸盐的溶液，处理纤维素纤维材料，产生预处理过的纤维素材料；b)使用制桨化学药剂以足够的时间在足够的温度下处理该预处理过的纤维素材料，产生纤维素纸浆，其中，至少在a)和b之一中，纤维素纤维材料用至少一种蒽醌进行处理。在该方法中，纤维素纤维材料可以在a)、 b)、或者a)和b)两者中使用蒽醌进行处理。在一个方面，含碳酸盐溶液可以包括含碳酸钠的溶液。在另一个方面，制浆化学药剂可以包括氢氧化钠。此外，活性制浆化学药剂可以基本上由氢氧化钠构成。上述方法的一个方面包括另外的步骤，在a)之前，弄碎的纤维材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理弄碎的纤维素纤维材料的方法，其包括：　ａ）用无硫的含碳酸盐溶液处理纤维素纤维材料，产生预处理过的纤维素材料；以及　ｂ）使用制浆化学药剂以足够的时间在足够的温度下处理该预处理过的纤维素材料，产生纤维素纸浆，　其中，至 少在ａ）和ｂ）之一中，所述纤维素纤维材料用蒽醌进行处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·弗朗西斯，申楠熙，
申请(专利权)人：纽约州立大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：US