[发明专利]生产高α-纤维素纸浆的方法有效
申请号: | 201580002644.7 | 申请日: | 2015-06-26 |
公开(公告)号: | CN105745377B | 公开(公告)日: | 2019-07-30 |
发明(设计)人: | 威廉·W·贝利;威廉·鲁斯蒂·萨特林;马克·G·蒂根;克里·布兰查德 | 申请(专利权)人: | 因温特国际有限公司 |
主分类号: | D21C9/08 | 分类号: | D21C9/08 |
代理公司: | 北京英赛嘉华知识产权代理有限责任公司 11204 | 代理人: | 王达佐;洪欣 |
地址: | 新加坡*** | 国省代码: | 新加坡;SG |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 生产 纤维素 纸浆 方法 | ||
在替代性实施方案中,本文提供了由木质纤维素原料产生高纯度(高α纤维素)纸浆的方法和工业过程,其包括将木质纤维素原料与包含超临界或接近超临界的流体或流体混合物的系统直接接触,由此系统的部分压力提供用于原料在降低的温度和减压下的醇解、水解或其组合,随后是升级步骤,其中用碱性溶液处理在超临界或接近超临界反应步骤中产生的低纯度纤维素材料。本文还提供了使用减少量的碱性材料产生高纯度纤维素材料的系统和方法。
相关申请
本专利合作条约(PCT)国际申请根据35U.S.C.§119(e)要求2014年6月27日提交的美国临时申请序列号(USSN)62/018,495的优先权权益。上述申请为了所有目的通过引用以其整体特别地并入本文。
发明领域
本发明总体上涉及包含木质纤维素的原料的处理。更具体地,在替代性实施方案中,本文提供了由木质纤维素原料产生高纯度(例如,高α纤维素)纸浆的方法和工业过程,其包括将木质纤维素原料与包含超临界或接近超临界的流体或流体混合物的系统直接接触,由此系统的部分压力提供用于原料在降低温度和减压下的醇解、水解或其组合,随后是升级步骤,其中将超临界或接近超临界反应步骤中产生的低纯度纤维素材料用碱性溶液处理。本文还提供了使用减少量的碱性材料产生高纯度纤维素材料的系统和方法。
发明背景
来自纤维素木材和其它植物纤维的纸浆被用于大量的商业应用中。尽管也可由包括人造丝和其它合成物的纸浆以及用于制造爆炸物、包装膜和其它产品的乙酸纤维素和纤维素酯产生许多较高价值的产品,但是纸浆的最常见的用途为用于纸制品的制造。
“制浆”过程涉及纤维素纤维从其木质纤维结构中的分离。木质纤维材料包含包括纤维素、半纤维素、木质素和其它次要组分的复杂聚合物的网络。为了产生可用的纤维产物,必须使木质素分子成为碎片以便从网络中释放单个的纤维素纤维。
最广泛使用的制浆方法为硫酸盐制浆法。在常规的硫酸盐制浆工厂中,将包含纤维素的材料(通常为尺寸减小的木材)用被称为“白液”的氢氧化钠和硫化钠的含水混合物进行处理。白液处理用于破坏木质素与纤维素纤维之间的连接,并且还用于使存在于木材中的大部分半纤维素降解和溶解。将可溶的半纤维素部分从纤维素产物中分离,然后根据所需的最终产品将其进行许多下游升级步骤和精加工步骤。
如上所述的硫酸盐制浆法通常产生具有约84-α至88-α的α纤维素含量的相当低级的纸浆。所得的硫酸盐纸浆可直接用于纸、纸板或各种其它最终产品的生产,或者进行升级过程以便通过进一步分离剩余的半纤维素杂质的部分提高纸浆的α纤维素含量。升级步骤通常包括将硫酸盐纸浆与强的苛性碱溶液接触以便从纸浆中裂解剩余的半纤维素部分,随后是洗涤步骤,以便将纤维素产物从包含半纤维素和苛性碱的水相分离。
以上所述的硫酸盐制浆法需要使用大量的化学品,并且产生许多必须受到控制和处理以便减轻环境风险的有毒废物流。在硫酸盐制浆厂的废物管理成本可占总加工成本的很大一部分。
除了以上所述的硫酸盐制浆法以外,“亚硫酸盐”方法被用于产生具有90α至96α或以上的α纤维素含量的高纯度纸浆(被称为“溶解”级纸浆)。在亚硫酸盐方法中,将硫酸盐用于从木材中提取木质素和半纤维素。虽然亚硫酸盐方法能够产生高纯度α纤维素纸浆,但是其限制了可接受的原料范围,并且需要使用仅有相对少部分可回收的大量有毒化学品。
硫酸盐方法和亚硫酸盐方法的其它限制为它们需要使用具有相对高的纤维素含量的原料(主要是木材),因为相对量高的半纤维素需要增加制浆液的消耗。此外,半纤维素被认为是制浆过程的副产品并且通常不回收用于任何增值应用。
如从现有技术的以上描述可看出,存在对产生高纯度(即高α-纤维素)纸浆的方法的需求,所述方法消耗最小量的化学品,产生很少的甚至不产生环境污染物,并且能够处理包括农业废物和林业废物的一系列木质纤维素原料。
发明概述
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