[发明专利]制造预水解纸浆的紧凑型方法

说明书

发明领域

本发明涉及制造纸浆的方法，在该方法中半纤维素水解成水解产物，且木质素通过硫酸盐蒸煮法溶解以释放出纤维素纤维。更特别地，本发明涉及具有高α-纤维素含量并可以作为溶解浆出售的纸浆的制造方法。

发明背景

传统上，基本存在两种制造具有高α-纤维素含量的特种纸浆的方法。包括酸性亚硫酸盐蒸煮和预水解-硫酸盐（硫酸盐浆，kraft）蒸煮。前者开发于19世纪末期，后者开发于1930年代，参见例如Rydholm,S.E.,Pulping Processes,第649至672页,Interscience Publishers,New York,1968。两种方法中的基本想法是在进行脱木质素时从纤维素纤维中尽可能多地除去半纤维素，从而获得高α-纤维素含量，即具有相对高聚合度的聚合链，而非具有随机接枝的分子结构的短半纤维素分子。

在传统的亚硫酸盐法中，在蒸煮过程中除去半纤维素，同时溶解木质素。这种情况下的蒸煮条件是高度酸性的，温度在140℃至150℃的范围内，由此促进水解。但是，结果总是与脱木质素妥协。缺点是降低了α-纤维素的聚合度和产率损失，还限制了水解的可能性。因此提出了各种改进，如改变蒸煮条件，甚至在预水解步骤后接碱性亚硫酸盐蒸煮阶段。与亚硫酸盐制浆法相关的主要障碍是蒸煮化学品的复杂而昂贵的回收方法。

单独的预水解步骤允许通过改变水解条件对半纤维素的水解进行所需调节。在该预水解-硫酸盐蒸煮法中并未进行大量脱木质素，直到进行单独的碱性蒸煮步骤，即使某些手册表示在预水解中可以溶解多达每吨木材30千克的木质素（即总木质素含量的一小部分，因为每吨木材30千克对应为木材的约3%）。预水解条件最通常通过在热蒸汽相或热水液态环境中加热来实现，其中释放的天然木材酸度通常会将pH降低至大约3.5，最通常称为自动水解。有时可以添加额外的酸和催化剂。随后的脱木质素步骤是常规硫酸盐蒸煮法，其中白液已经添加到蒸煮器中。

已经公开了数种预水解-硫酸盐蒸煮法，这种技术在60年代晚期至70年代早期极受重视。

在Sven Rydholm的早期出版物“Continuous Pulping Processes”（1970）中在第105-119页中描述了来自“连续预水解-硫酸盐法制浆”的经验。在第106页，图8.1中公开了一种双容器连续蒸煮系统，在该系统中第一上向流预水解塔（a first up flow prehydrolysis tower）后接下向流传统硫酸盐蒸煮蒸煮器（adown flow conventional kraft cooking digester），其中上向流塔在运行仅3-6天后就在提取滤网上经受严重的树脂沉积（pitch deposits）（该滤网被堵塞）。另一种系统公开在第107页，图8.2中示出一具有单容器液压连续蒸煮器系统，所述系统具有第一上部预水解区域和下部碱性硫酸盐蒸煮区域，两个区域被滤网部分隔开。但是，在该单容器系统中，滤网仍然遭遇严重的树脂沉积与堵塞。树脂问题（pitch problem）还转移到了木片进料系统，导致需要在高压进料器中的碱性装料以避免在高压进料器中的树脂沉积。已经在用预水解-硫酸盐法制浆的连续蒸煮系统的几乎每一台装置中发现了该树脂问题。这导致对生产的干扰和纸浆品质的变化。此外，在先前的连续装置中缺少边界明确的预水解区域已经导致了水解程度方面的变动，从而导致最终产品的不可接受的品质变动。

当预水解-硫酸盐法制浆在间歇式系统中实施时，树脂问题通过以下事实得到部分解决：间歇式蒸煮器中的滤网由抽取酸性预水解产物切换至碱性蒸煮液并最后切换至黑液。在蒸汽相预水解后抽取的酸性水解产物的体积在总体积中相对较小，在滤网中的暴露有限。随后的碱性阶段也会溶解和洗脱任何树脂沉积物，以使它们不会经时累积。这在连续系统中是不可能实现的，因为滤网位于固定的工艺位置，在那里化学条件（如pH、树脂含量等等）不变。