[发明专利]监测和抑制纸浆厂蒸发器和浓缩器中的污垢沉积的方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及监测和抑制污垢沉积的方法。更具体地说，本发明涉及监测和抑制来自纸浆厂蒸发器和浓缩器中的废液的污垢沉积的方法。本发明与监测和抑制纸浆厂蒸发器和浓缩器中的污垢沉积以改善制浆操作中的工艺效率的方法特别相关。 

背景 

硫酸盐制浆法是纸浆造纸行业中的其中一种主要的制浆法。产自硫酸盐制浆法的废液(黑液或“BL”)包含各种有机材料以及无机盐，这些物质的沉积降低了高效的化学回收循环。通过在回收锅炉内焚烧BL来回收无机制浆化学品和能量。为了在回收炉内有效地燃烧，来自纸浆蒸煮器的具有相对低的固体浓度的BL必须被蒸发并浓缩至至少60％固体，通常在多级工艺(即，多效蒸发器)中进行。 

碱性制浆法不同于硫酸盐法，原因是碱性制浆中不使用硫化钠，这导致废液中较少的硫酸钠。相比之下，亚硫酸盐法中使用了大量的亚硫酸氢钠、亚硫酸氢铵、亚硫酸氢镁或亚硫酸氢钙，导致废液中高的硫酸盐浓度。中性亚硫酸盐半化学(“NSSC”)法结合了亚硫酸钠与碳酸钠。虽然对这些方法来说，无机的形成污垢的组分之间的比是不同的，但是各组分基本上是相同的。 

无机盐在废液蒸发器和浓缩器中结垢一直是纸浆造纸行业中遇到的其中一个最持久的问题。浓缩液包含足以形成污垢的高水平的钙离子、钠离子、碳酸根离子和硫酸根离子，污垢从溶液中沉淀并沉积在加热的表面上。蒸发器中最重要的污垢类型是诸如碳酸钙(CaCO₃)的硬垢和诸如碳 酸钠矾(2(Na₂SO₄):Na₂CO₃)的软垢。两类污垢的溶解度随温度的升高而降低，这造成污垢附着到传热表面上，因而显著降低了蒸发器的总效率(参见Smith，J.B.和Hsieh，J.S.，Preliminary investigation into factorsaffecting second critical solids black liquor scaling(对影响第二临界固体黑液结垢的因素的初步研究)，TAPPI Pulping/Process，Prod.Qual.Conf.，第1页到第9页，2000和Smith，J.B.和Hsieh，J.S.，Evaluation of sodium saltscaling in a pilot falling film evaporator(中试降膜蒸发器中的钠盐结垢的评价)，TAPPI Pulping/Process，Prod.Qual.Conf.，第1013页到第1022页，2001；以及Smith，J.B.等人，Quantifying burkeite scaling in a pilot falling filmevaporator(中试降膜蒸发器中的碳酸钠矾结垢的量化)，TAPPI PulpingConf.，第898页到第916页，2001)。 

碳酸钙在水中的溶解度是非常低的，而碳酸钠矾是可溶的。在造纸工艺的许多阶段处广泛地形成碳酸钙沉积物。对碳酸钙的控制是蒸发器应用之外的相当先进的领域。另一方面，当总固体浓度达到约50％时碳酸钠矾沉淀，碳酸钠矾代表了蒸发器和浓缩器的特定问题。虽然碳酸钠矾显著影响生产率，但是还不存在有效控制碳酸钠矾的监测方法和化学产品。 

影响来自像碳酸钠矾那样水溶性的无机盐的过饱和溶液的沉淀是非常困难的。(参见美国专利第5,716,496号；第5,647,955号；第6,090,240号)。然而已知聚丙烯酸钠作为用于碳酸钠矾的晶体生长改性剂(参见EP0289312)。而且，聚丙烯酸和甲基乙烯基醚/马来酸酐共聚物可以作为诸如碳酸钠矾的软垢的抑制剂(参见美国专利第4,255,309号和第4,263,092号)。也已经提议阴离子/阳离子聚合物混合物作为用于蒸发器的污垢控制剂(参见美国专利第5,254,286号和第5,407,583号)。 

通常而言，使用基于石英晶体微量天平(“QCM”)的技术来监测无机污垢是最有效获得的。然而，在工艺条件下由传感器晶体稳定性来确定基于QCM的仪器的适用性。这种仪器不能在高温和/或高碱性条件下使用。此限制使得该技术在蒸煮器和蒸发器中是无用的。除了简单的重量分析技术和使用Lasentec- 的非量化表征外，对固体含量高于55％的液体来说，提出了基于加热表面上的沉积物累积的实验室技术。还没有提出用 于正常操作条件下的废液蒸发器或浓缩器的方法。