專利名稱：：用燒堿蒽醌蒸煮所得木質(zhì)纖維素紙漿的漂白方法和系統(tǒng)的制作方法用燒堿蒽醌蒸煮所得木質(zhì)纖維素紙漿的漂白方法和系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
[OOOl]下述內(nèi)容一般涉及木質(zhì)纖維素(如木材)紙漿的漂白。在特別優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明涉及木質(zhì)纖維素材料經(jīng)燒堿蒽醌蒸煮后所得紙漿的漂白工藝。
背景技術(shù)：
：在紙漿和紙張制造業(yè)中，將木材或非木材類木質(zhì)纖維素材料轉(zhuǎn)變成造紙用漿的處理方法基本上有兩種，它們之間截然不同。一種處理方法是化學(xué)法制漿，該方法使用氫氧化鈉、硫化鈉、亞硫酸鈉或不同溶劑等化學(xué)品將各纖維單體間的鍵斷裂。另一種處理方法是機(jī)械法制漿，該方法主要使用機(jī)械裝置，例如用一對(duì)轉(zhuǎn)盤(通常稱為盤磨機(jī))或者旋轉(zhuǎn)式磨石，將木質(zhì)纖維素纖維彼此間分開。牛皮化學(xué)制漿法(又稱硫酸鹽法)是典型的化學(xué)漿法，這種方法制出的紙漿強(qiáng)度高，得率約50%。該硫酸鹽方法是在溫度和壓力下用氫氧化鈉(NaOH)和硫化鈉(Na2S)的水溶液對(duì)木材進(jìn)行化學(xué)處理。但有時(shí)候，通常在用硫化物和氫氧化物處理前，加入添加劑或進(jìn)行化學(xué)處理，有可能提高硫酸鹽方法的紙漿得率。這樣，得率呈個(gè)位數(shù)增長，有可能對(duì)紙漿廠的收益率產(chǎn)生重大影響。如果紙漿廠因其回收蒸煮器的容量增加有限而導(dǎo)致產(chǎn)量受限的話，則制漿工藝中紙漿得率的增長能提高紙漿廠的產(chǎn)量，從而消除了回收系統(tǒng)所帶來的限制。另一種化學(xué)制漿法被稱為燒堿蒸煮法，該方法中，蒸煮液內(nèi)基本上不含硫。美國專利4,012,280揭示，往蒸煮液中添加環(huán)酮類化合物，包括蒽醌(AQ)，用該蒸煮液——AQ溶液在制漿溫度下處理纖維素材料，能改善堿性化學(xué)制漿法的得率。但在這一方法中，盡管知道AQ是一種催化劑，卻沒有對(duì)AQ添加劑加以回收，而只是在該制漿工藝中被一次性消耗。美國專利4,127,439對(duì)前面的AQ處理法做了改進(jìn)，將纖維素材料與AQ的接觸僅僅限制在蒸煮之前的預(yù)處理階段。這一方法是在蒸煮之前先將預(yù)處理液從纖維素材料中分離出來，然后將含有殘留AQ的預(yù)處理液再在預(yù)處理中使用。美國專利4,127,439包括在連續(xù)法中選擇對(duì)纖維素進(jìn)行預(yù)處理，該方法中處理液在單一處理區(qū)內(nèi)以逆流方式替換預(yù)處理液。但預(yù)處理液的分離和回收由于在一個(gè)處理區(qū)內(nèi)處理而受到限制。美國專利4,310,383公開了另一種用蒽醌進(jìn)行上述預(yù)處理的方法，該方法利用蒽醌的溶解度在堿性溶液中發(fā)生變化這一特性，在處理區(qū)內(nèi)形成蒽醌的內(nèi)部循環(huán)。這種內(nèi)部循環(huán)是在纖維素的逆流處理過程中因蒽醌的溶解度發(fā)生改變而引起的。在高堿性的逆流處理區(qū)一端通入含AQ的溶液，此處AQ的溶解度較大。這種高堿性是在向纖維素中通入AQ時(shí)，由另外引入的高堿性硫酸鹽白液所產(chǎn)生。逆向流動(dòng)液體的堿性隨著纖維素對(duì)堿的消耗而降低，使得AQ溶液的堿性被降低到使AQ變得不可溶而沉淀在纖維素上的程度。然后向下流動(dòng)的纖維素帶著沉淀出的AQ回到處理區(qū)的另一端，這一端的堿性更高，所以AQ又被溶解。之后再將溶解的AQ逆流通到纖維素流中，該循環(huán)自身反復(fù)進(jìn)行。雖然這種方法對(duì)蒽醌加以回收和再利用，但并不適用于聚硫化物或硫等其它添加劑的處理，因?yàn)樗鼈兊娜芙舛炔浑S堿性變化而改變。最近，美國專利6,241,851和6,576,084已被授權(quán)公告，它們對(duì)上述AQ制衆(zhòng)法又做了改進(jìn)。而且，某些漂白流程和漂白階段為本領(lǐng)域所熟知，如美國專利6,153,300和6,010,594，以及EP0786029Bl所述。雖然本領(lǐng)域?qū)τ嘘P(guān)蒽醌蒸煮法做了若干改進(jìn)，但仍然需要進(jìn)行改善，尤其是在用燒堿和蒽醌蒸煮之后的漂白方面。所以本文所述技術(shù)針對(duì)的是這方面的改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)方面一般涉及木質(zhì)纖維素紙漿的漂白方法，其包括以下步驟用燒堿和蒽醌蒸煮木質(zhì)纖維素材料以形成木質(zhì)纖維素紙漿，其中，所述燒堿包含氫氧化鈉或碳酸鈉，或者氫氧化鈉和碳酸鈉；將木質(zhì)纖維素紙漿輸送至第一階段，這一階段中木質(zhì)纖維素紙漿與含氧的第一堿接觸；取出第一階段中的木質(zhì)纖維素紙漿，輸送至第二階段，這一階段中木質(zhì)纖維素紙漿與酸接觸；取出第二階段中的木質(zhì)纖維素紙漿，輸送至第三階段，這一階段中木質(zhì)纖維素紙漿與第一二氧化氯或者與第一二氧化氯和臭氧接觸；取出第三階段中的木質(zhì)纖維素紙漿，輸送至第四階段，這一階段中木質(zhì)纖維素紙漿與第二堿和過氧化氫接觸；取出第四階段中的木質(zhì)纖維素紙漿，輸送至進(jìn)一步漂白的第五階段，這一階段中木質(zhì)纖維素紙漿與第二二氧化氯和/或一個(gè)或多個(gè)階段中的其它漂白化學(xué)品接觸以獲得最終高于89(%ISO)的白度；以及，取出第五階段中的木質(zhì)纖維素紙漿。本發(fā)明的另一方面一般涉及木質(zhì)纖維素紙漿的漂白方法，其包括以下步驟用燒堿和蒽醌蒸煮木質(zhì)纖維素材料以形成木質(zhì)纖維素紙漿；將木質(zhì)纖維素紙漿輸送至第一階段，這一階段中木質(zhì)纖維素紙漿與含氧的第一堿接觸；取出第一階段中的木質(zhì)纖維素紙漿，輸送至第二階段，這一階段中木質(zhì)纖維素紙漿在高于105'C的溫度下與酸接觸；取出第二階段中的木質(zhì)纖維素紙漿，輸送至第三階段，這一階段中木質(zhì)纖維素紙漿與二氧化氯或者與二氧化氯和臭氧接觸；以及，取出第三階段中的木質(zhì)纖維素紙漿。在本發(fā)明的至少一些實(shí)施例中，在用燒堿和蒽醌(AQ)進(jìn)行蒸煮之后進(jìn)行的漂白工藝，可以獲得與硫酸鹽蒸煮法相同或者如果不相同則基本近似的白度和用量(漂白化學(xué)品用量)以及其它紙漿強(qiáng)度等性能。在至少某些實(shí)施例中，木片(或其它纖維素材料)在用蒽醌燒堿蒸煮前先用或者不用碳酸鹽(C)處理，然后經(jīng)歷漂白流程，其中高溫下(如高于105。C或11(TC)進(jìn)行的酸階段后面可以是可選的洗滌和臭氧(Z)或臭氧/二氧化氯組合(Z/D)階段。其白度、化學(xué)品用量和其它紙漿強(qiáng)度等性能與傳統(tǒng)的使用類似漂白流程的硫酸鹽蒸煮法得到的這些性能大體相當(dāng)。圖1是本發(fā)明典型實(shí)施例中的漂白流程的示意圖。具體實(shí)施方式在蒸煮和傳統(tǒng)漂白流程如0-A/D-Eop-D、0陽Z/D-Eop-D和O-Do-E叩-D之前采用蒽醌燒堿蒸煮法(含或不含C階段)得不到與牛皮漿相同白度的漂白紙漿(漂白流程中Eop表示用氧氣和過氧化氫進(jìn)行的抽提階段)。根據(jù)本發(fā)明的至少一些實(shí)施例，在用蒽醌燒堿蒸煮(可以用也可以不用碳酸鈉預(yù)處理)結(jié)束后進(jìn)行高溫酸階段(A)、洗滌、臭氧階段(Z)或臭氧和二氧化氯階段(Z/D)，可以獲得有益的結(jié)果。這種情況下，當(dāng)要求與牛皮漿所用的化學(xué)品用量近似而且抗張強(qiáng)度等其它漂白紙漿性能保持不變時(shí)，蒽醌燒堿法紙漿被漂白到至少與牛皮漿一樣的白度。優(yōu)選的是，燒堿蒸煮法中所含的硫很少或者不含硫(如硫化鈉)，所以不是硫酸鹽法。在漂白前用燒堿進(jìn)行的蒸煮可以采用大家熟知的方法，例如包括Lo-Solids⑧蒽醌燒堿法，其中去木素作用過程和直到蒸煮結(jié)束的整個(gè)體相中的溶解固含量低；帶有碳酸鹽預(yù)處理工序的蒽醌燒堿法；帶有酸預(yù)處理工序的蒽醌燒堿法等。蒸煮器中紙漿的濃度優(yōu)選為至少含5wt。/。固體。雖然并不希望受任何理論限制，但仍然認(rèn)為，當(dāng)操作蒽醌燒堿蒸煮法時(shí)(含有或沒有碳酸鹽處理階段)，蒽醌和碳水化合物或者木素復(fù)合物之間可能形成化學(xué)鍵，而導(dǎo)致漂白性能比硫酸鹽蒸煮法差。我們知道，對(duì)于用硫酸鹽蒸煮法制出的紙漿來說，酸階段對(duì)Hex-A(己烯糖醛酸)的去除效果很好(例如見美國專利6，776,876、6，736，934和6,306,253)。對(duì)牛皮漿而言，該A階段后面可以跟著一個(gè)或多個(gè)二氧化氯(D)或臭氧(Z)階段，這些階段之間的洗滌步驟并不是很重要。但是，對(duì)蒽醌燒堿法紙漿來說，如果A階段后面跟著臭氧(Z)或臭氧和二氧化氯(Z/D)或二氧化氯(D)階段，可以在A階段和后續(xù)階段之間加入洗滌步驟。應(yīng)當(dāng)注意，對(duì)蒽醌燒堿法制出的紙漿所進(jìn)行的漂白階段之間的洗滌已在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模得到確認(rèn)。所以，在至少一些實(shí)施例中，可以優(yōu)選地在漂白階段之間加入洗滌步驟。我們還認(rèn)為，酸階段和臭氧階段可能在涉及用蒽醌燒堿蒸煮法生產(chǎn)的紙漿的漂白工藝中尤其有用。圖1是本發(fā)明典型實(shí)施例中的漂白流程的示意圖。用燒堿和蒽醌蒸煮木質(zhì)纖維素材料而制得的紙漿經(jīng)由管道112被輸送到漂白工藝的第一階段110。第一階段110是一個(gè)涉及氧氣脫木素作用的階段(即"0"階段)，這一階段中，經(jīng)過管道114加入堿和/或過氧化氫等化學(xué)品，與紙漿接觸。第一階段110中的處理過程結(jié)束后，經(jīng)由管道122取出紙漿并以直接或間接的方式輸送至第二階段120。上述接觸過程可以在85-115'C持續(xù)60-90分鐘。第二階段120涉及酸階段(即"A"階段)，這一階段中經(jīng)由管道124加入酸(如H2S04)等化學(xué)品，與紙漿接觸。第二階段120中的處理過程結(jié)束后，經(jīng)由管道132取出紙漿并以直接或間接的方式輸送至第三階段130。上述接觸過程可以在高達(dá)115。C的溫度下持續(xù)10-150分鐘。某些實(shí)施例中，該溫度可以高于105t或高于ll(TC。酸的用量可以占紙漿的0.25-0.75wt%(按重量計(jì))。第三階段130涉及臭氧階段(即"Z"階段)或臭氧和二氧化氯階段(即"ZDo"階段)，這一階段中經(jīng)由管道134加入臭氧和/或二氧化氯等化學(xué)品，與紙漿接觸。第三階段130中的處理過程結(jié)束后，經(jīng)由管道142取出紙漿并以直接或間接的方式輸送至第四階段140。上述接觸過程可以在50-110。C持續(xù)10-20分鐘。使用的臭氧量可以占紙漿的0.25-0.5wt%。二氧化氯的用量可以占紙漿的0.1-0.75wt%。第四階段140涉及使用氧氣和過氧化氫進(jìn)行抽提的階段(即"E叩"階段)，這一階段中經(jīng)由管道144加入堿、過氧化氫和/或硫酸鎂等化學(xué)品，與紙漿接觸。第四階段140中的處理過程結(jié)束后，經(jīng)山管道152取出紙漿并以直接或間接的方式輸送至第五階段150。上述接觸過程可以在75-105。C持續(xù)60-90分鐘。堿的用量可以占紙漿的0.5-1.5wt。/。。過氧化氫的使用量可以占紙槳的0.25-0.75wt%。硫酸鎂的用量可以占紙漿的0.5-1.5wt%。第五階段150涉及二氧化氯階段(即"D"階段)，這一階段中經(jīng)由管道154加入二氧化氯等化學(xué)品，與紙漿接觸。第五階段150中的處理過程結(jié)束后，經(jīng)由管道162取出紙漿。上述接觸過程可以在50-99T:持續(xù)30-150分鐘。二氧化氯的用量可以占紙漿的0.1-0.5wt%。某些實(shí)施例中，在各階段之間可以用已知的傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)紙漿進(jìn)行處理(如洗滌、過濾等)。某些實(shí)施例中，可以只有A階段和ZDo階段或Do階段是必須的。實(shí)施例使用以下兩個(gè)漂白流程，對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中使用蒽醌燒堿蒸煮法和涉及硫酸鹽蒸煮法的比較例中制出的紙漿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室漂白O-A-Do-Eop-D和O-A-ZDo-Eop-D。Do表示起始的二氧化氯階段。O表示涉及氧氣脫木素作用的階段。表1列出了漂白條件和各漂白步驟結(jié)束后得到的白度。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用近似的化學(xué)品用量時(shí)，蒽醌燒堿法紙漿經(jīng)過"D"階段后得到的白度可以至少達(dá)到牛皮漿的白度水平。本領(lǐng)域都知道，卡伯值是反映紙漿的木素含量或漂白性能的指標(biāo)。表l:漂白條件和各漂白步驟結(jié)束后得到的白度<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>這里談及和要求保護(hù)的所有數(shù)值和數(shù)值范圍均為近似值和近似范圍，它們包括至少一些變化范圍。雖然結(jié)合目前認(rèn)為是最實(shí)用和最優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予以描述，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不受所公開實(shí)施例的限制，相反，本發(fā)明應(yīng)能涵蓋本發(fā)明精神和范圍內(nèi)所包括的各種變更和等同變換。權(quán)利要求1.一種木質(zhì)纖維素紙漿的漂白方法，其包括以下步驟用燒堿和蒽醌蒸煮木質(zhì)纖維素材料以形成木質(zhì)纖維素紙漿，其中，所述燒堿包含氫氧化鈉或碳酸鈉，或者氫氧化鈉和碳酸鈉；將木質(zhì)纖維素紙漿輸送至第一階段，這一階段中木質(zhì)纖維素紙漿與含氧的第一堿接觸；取出第一階段中的木質(zhì)纖維素紙漿，輸送至第二階段，這一階段中木質(zhì)纖維素紙漿與酸接觸；取出第二階段中的木質(zhì)纖維素紙漿，輸送至第三階段，這一階段中木質(zhì)纖維素紙漿與第一二氧化氯或者與第一二氧化氯和臭氧接觸；取出第三階段中的木質(zhì)纖維素紙漿，輸送至第四階段，這一階段中木質(zhì)纖維素紙漿與第二堿和過氧化氫接觸；取出第四階段中的木質(zhì)纖維素紙漿，輸送至進(jìn)一步漂白的第五階段，這一階段中木質(zhì)纖維素紙漿與第二二氧化氯和/或一個(gè)或多個(gè)階段中的其它漂白化學(xué)品接觸以獲得最終高于89％ISO的白度；以及，取出第五階段中的木質(zhì)纖維素紙漿。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二階段中的接觸過程在高于105"C的溫度下持續(xù)10-150分鐘。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，獲得高于90%ISO的白度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，獲得高于91%ISO的白度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，獲得高于92%ISO的白度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在第一階段、第二階段、第三階段、第四階段和第五階段中至少任何一個(gè)階段結(jié)束后將所述木質(zhì)纖維素紙漿洗滌的步驟。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述酸占所述木質(zhì)纖維素紙漿的0.25-0.75wt%。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第一堿占所述木質(zhì)纖維素紙漿的1-2wt%，所述第一二氧化氯占所述木質(zhì)纖維素紙漿的0.1-0.75wt%，所述臭氧占所述木質(zhì)纖維素紙漿的0.25-0.5wt%，所述第二堿占所述木質(zhì)纖維素紙漿的0.5-1.5wt%，所述過氧化氫占所述木質(zhì)纖維素紙漿的0.25-0.75wt%，所述硫酸鎂占所述木質(zhì)纖維素紙漿的0.5-1.5wt%，以及，所述第二二氧化氯占所述木質(zhì)纖維素紙漿的0.1-0.5wt%。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述木質(zhì)纖維素材料的蒸煮步驟在整個(gè)脫木素作用過程中具有低溶解固含量。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在蒸煮前用碳酸鹽或酸對(duì)所述木質(zhì)纖維素材料進(jìn)行預(yù)處理的步驟。11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述第二階段中的接觸過程在高于ll(TC的溫度下進(jìn)行。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，被輸送至所述第一階段的木質(zhì)纖維素紙漿的濃度含有大于5wt。/。的固體。13.—種涉及木質(zhì)纖維素紙漿的漂白方法，其包括以下步驟用燒堿和蒽醌蒸煮木質(zhì)纖維素材料以形成木質(zhì)纖維素紙漿；將木質(zhì)纖維素紙漿輸送至第一階段，這一階段中木質(zhì)纖維素紙漿與含氧的第一堿接觸；取出第一階段中的木質(zhì)纖維素紙漿，輸送至第二階段，這一階段中木質(zhì)纖維素紙漿在高于105"C的溫度下與酸接觸；取出第二階段中的木質(zhì)纖維素紙漿，輸送至第三階段，這一階段中木質(zhì)纖維素紙漿與二氧化氯或者與二氧化氯和臭氧接觸；以及，取出第三階段中的木質(zhì)纖維素紙漿。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第二階段中的接觸過程在高于ll(TC的溫度下持續(xù)10-150分鐘。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，獲得高于89。/JSO的白度。16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，獲得高于9(T/。ISO的白度。17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，獲得高于9"/JSO的白度。18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，獲得高于92y。ISO的白度。19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包括在第一階段和第二階段中至少任何一個(gè)階段結(jié)束后將所述木質(zhì)纖維素紙漿洗滌的步驟。20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述酸占所述木質(zhì)纖維素紙漿的0.25-0.75wt%。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述二氧化氯占所述木質(zhì)纖維素紙漿的0.1-0.75wt%，所述臭氧占所述木質(zhì)纖維素紙漿的0.25-0.5wt%。22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述木質(zhì)纖維素材料的蒸煮步驟在整個(gè)脫木素作用過程中具有低溶解固含量。23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包括在蒸煮前用碳酸鹽或酸對(duì)所述木質(zhì)纖維素材料進(jìn)行預(yù)處理的步驟。24.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，被輸送至所述第一階段的木質(zhì)纖維素紙漿的濃度含有大于5wt。/。的固體。全文摘要本發(fā)明涉及用燒堿蒽醌蒸煮木質(zhì)纖維素材料后的紙漿漂白方法。當(dāng)使用類似的漂白流程時(shí)，該方法可以得到與牛皮漿漂白法大致相當(dāng)?shù)陌锥?。某些情況下，漂白流程可以是O-A-Do-Eop-D、O-A-ZDo-Eop-D、A-Do或A-ZDo。文檔編號(hào)D21C3/00GK101333779SQ20081012666公開日2008年12月31日申請(qǐng)日期2008年6月17日優(yōu)先權(quán)日2007年6月18日發(fā)明者伯蒂爾·斯特龍伯格,帕姆·O’利里,納姆?！ば郎暾?qǐng)人:安德里茲有限公司