[发明专利]高α溶解浆生产的方法和系统

说明书

发明背景

发明领域

发明领域总体上涉及浆加工，更具体地涉及结合牛皮纸化学制浆方法处理来自冷碱提取（caustic extraction）的流出物的改进的方法和系统。

背景

来自木材和植物材料的浆具有大量的商业用途。虽然最常见的用途之一是在造纸中，但是浆还可用于生产许多其它产品，包括人造丝和其它合成材料以及醋酸纤维素和纤维素酯，其用于，例如，制造过滤丝束（filter tow）、布、包装薄膜和炸药。

存在许多加工木材和植物材料以制造浆和纸的化学和机械方法。基本的加工步骤包括准备原料(例如，剥皮和切碎)、用机械或化学手段(例如，磨碎、精炼或蒸煮)分离木纤维以从木纤维的纤维素分离木质素和提取物、通过漂白去除着色剂、和将产生的加工的浆形成纸或其它产品。除了和结合浆和纸制造，造纸厂还通常具有生产和回收化学剂，收集和加工副产品以产生能量，和去除和处理废物以使对环境影响减到最小的设施。

“制浆(pulping)”通常指实现纤维分离的过程。木材和其它植物材料包括纤维素、半纤维素、木质素和其它次要成分。木质素是散布在个体纤维之间的聚合物网络，并充当细胞间粘合剂以将个体木纤维粘结在一起。在制浆工艺期间，破碎木质素大分子，由此解放个体纤维质纤维和溶解可引起纸或其它终产品变色和将来分解的杂质。

牛皮纸浆制法是通常使用的制浆工艺。例如，可使用从牛皮纸制浆工艺生产的纸，来制备包装工业中使用的漂白的盒纸板和衬板。传统的牛皮纸浆制法用被称作“烧碱液”的氢氧化钠和硫化钠的水性混合物处理木材。该处理破坏木质素和纤维素之间的连接和将大部分木质素和部分半纤维素大分子降解成在强碱溶液中可溶的碎片。将木质素从周围的纤维素释放的该过程称作去木质作用。此后将可溶的部分从纤维素浆分离。

图1显示传统的牛皮纸浆制法100的流程图。方法100包括将木屑(chip)(或其它含有有机浆的原料)118和碱性溶液投入到称作消化器的高压反应容器中以实现去木质作用，这被称作“蒸煮”阶段121。将木屑与烧碱液111混合，烧碱液111可从下游过程产生或由单独的来源提供。去木质作用可需要几个小时，将去木质作用的程度表示为无单位“H因子”，这被通常定义，以便在100℃煮一小时等于1的H因子。因为高温，由于蒸汽的引入，反应容器常常被加压。蒸煮步骤将近结束时，将反应容器降低到大气压，由此释放蒸汽和挥发物。

蒸煮中使用的烧碱液可以是，例如，含有氢氧化钠(NaOH)和硫化钠(Na₂S)的苛性碱溶液。烧碱液的性质常常以有效碱(EA)和硫化度（sulfidity）来表示。有效碱浓度可被计算为氢氧化钠的重量加硫化钠的二分之一重量，并代表每升液体的氢氧化钠当量，表示为克每升。有效碱载量如氢氧化钠表示每木材烘干重量的氢氧化钠当量，以百分数表示。硫化度是硫化钠的二分之一重量与氢氧化钠的重量和硫化钠的二分之一重量之和的比，以百分数表示。

蒸煮之后，褐色的固态纤维质浆——也称作“粗浆”——从蒸煮阶段121中使用的消化器中释放，并然后在清洗和筛选工艺122中被筛选和清洗。筛选使浆与碎片(shive)(木纤维束)、结(未煮的木屑(chip))、污物和其它碎屑(debris)分离。与浆分离的材料有时被称作“废料(reject)”，浆被称作“良浆(accept)”。多阶段级联操作常常用于减少废料物流中纤维质纤维的量而保持良浆物流中的高纯度。进一步的纤维回收可通过下游精制机或消化器中筛和结的再加工来实现。

然后可将粗浆进行几个连续的清洗阶段以将用过的煮液和溶解的物质与纤维素纤维分离。来自蒸煮阶段121中使用的消化器的废煮液112和从清洗和筛选工艺122收集的液体113，由于它们的着色，通常都被称作“黑液”。黑液通常含有木质素碎片(fragment)、来自破碎的半纤维素的碳水化合物和无机物。黑液可用于——除了蒸煮步骤的烧碱液——如例如图1中箭头所显示的，表示清洗和筛选工艺122中产生的并被转移到蒸煮阶段121的黑液113。如果需要获得合适的碱浓度或为了其它相似的目的，也可将来自积累罐(图1中未显示)的黑液135投到作为蒸煮阶段121部分的消化器。

然后可将来自清洗和筛选工艺122的净化的粗浆131与烧碱液114混合并投入到反应容器以进一步从较长的纤维素纤维中分离溶解的物质如半纤维素和低分子量纤维素。示例性的分离方法是所谓的冷碱提取(“CCE”)法，并在图1中由CCE反应阶段123表示。提取受影响的温度可变化，但通常的范围小于60℃。