該創(chuàng)新涉及漿料(pulp)生產，更具體地說，涉及提高硫酸鹽蒸煮(kraft?cooking)工藝的漿料產率。

背景技術：

1、近年來，作為各種工業(yè)和產品的原料，生物質的利用已經增加。在這種情況下，漿料和造紙工業(yè)提供了低碳足跡的材料，包括溶解漿，這可供應大量工業(yè)，例如再生纖維素(例如粘膠纖維和萊賽爾纖維(lyocell?fiber)、玻璃紙和海綿)、乙酸纖維素、硝酸纖維素和一些其他纖維素。

2、紙漿和造紙工業(yè)所用的木材和其他材料由四種主要化學成分形成--即纖維素、半纖維素、木質素和抽提物。與造紙級紙漿相比，溶解漿的特點是純度較高，例如纖維素含量較高，而半纖維素含量較低。前者的挑戰(zhàn)是在蒸煮和漂白反應中應去除大部分木質素和抽提物，同時保留大部分纖維素和半纖維素，而溶解漿的挑戰(zhàn)也是應去除半纖維素，使產品中的α-纖維素純度為至少90％。

3、木材，無論軟木還是硬木，都是漿料工業(yè)所用的主要原材料。雖然所有種類的大分子成分都是相似的，但各成分之間的比率可有所不同，如表1所示(sixta,2006)。

4、表1組成(％)

5、

6、

7、木材成本影響漿料生產的成本，因此漿料產率是重要的經濟因素以及開發(fā)和研究的領域。由于去除了纖維素以外的大部分木材成分，溶解漿工藝的產率可以為35％至38％，低于造紙級制造工藝，后者的產率通常超過50％。

8、硫酸鹽工藝(kraft?process,kp)和預水解硫酸鹽蒸煮(prehydrolysis?kraftcooking,phk)工藝或預水解硫酸鹽蒸煮(prehydrolysis?sulfate?cooking)已在例如sixta,h.,handbook?of?pulp(紙漿手冊)等文獻中有描述，也用于由木質纖維素材料分別生產造紙級紙漿和溶解漿。

9、在硫酸鹽蒸煮工藝之前應用的預水解步驟可以選擇性地分解和溶解半纖維素等短鏈分子，產生富含酸性碳水化合物的水相。預水解強度(severity)由所謂的p因子控制，p因子是結合了預水解階段反應溫度和保留時間的單一參數，其被操縱用來控制漿料純度。漿料純度可以通過例如α纖維素測試(tappi?t-203)或堿溶解度方法(tappi?t-235)或其他標準的類似方法來確定。

10、在預水解過程中，由于半纖維素分子鏈(主要是硬木中的(葡糖醛酸)木聚糖和軟木中的(半乳)葡甘露聚糖)的裂解反應，乙?；鶗尫诺剿嘀?，從而通常將ph降低到3-4的范圍。此外，隨著礦物酸等催化劑的加入，ph可以進一步降至2.0以下，以提高反應速率。據garrote(1999)報道，在預水解過程中，可以去除木材來源中存在的高達95％的原始半纖維素含量，而對木質素和纖維素分子幾乎沒有影響。從木材來源中去除的半纖維素會以低聚物、單體的形式存在于水溶液中，或轉化為糠醛或乙酸等副產物。由此產生的含有溶解的半纖維素的酸液可以稱為水解液或酸性水解液。

11、為了終止預水解反應，在稱為中和的步驟中，通過加入強堿性溶液，例如白液、黑液或其他富含堿的濾液，例如來自后續(xù)冷堿抽提(cold?caustic?extraction,cce)階段的濾液，在比預水解階段低的溫度下對木片進行堿化，從而將ph提高到11以上。

12、在間歇式蒸煮器及其變體中，例如連續(xù)間歇式蒸煮工藝(continuous?batchcooking?process)和超級間歇式工藝(superbatch?process)，已經更為廣泛地討論了phk工藝的幾種實施方式。

13、在間歇式系統中，對于每個蒸煮周期，都要通過容器頂部的開口投放木片來填充間歇式蒸煮器。木片可以通過螺旋和/或帶輸送機送入蒸煮器中，并在進入蒸煮器時通過裝載設備(packing?device)，以幫助增加每批裝入的木材量。裝載設備可以包括一組低壓蒸汽噴嘴，以向下推動和分配木片流。水蒸氣將空氣從木片內外的空隙中置換出來，氣體不斷從蒸煮器中排出。

14、當蒸煮器完全填滿后，關閉頂部開口，向容器內注入更多蒸汽，以將木片加熱到目標預水解溫度，例如高于150℃。當達到目標溫度時，關閉蒸汽閥，將蒸煮器保持一段時間，直到達到目標p因子。

15、在間歇式系統中，隨著木片和蒸汽被送入蒸煮器，在“蒸汽階段”進行預水解步驟，直到預水解完成。在這一階段，容器內的液體介質是木材水分和蒸汽冷凝水的混合物，主要位于木片空隙內，木片之間的游離液體的量微不足道。在預水解反應之后，隨著乙酸的形成和半纖維素在液相中的溶解，每骨干公噸木材的總液體體積可能不會超過1立方米(m3/bdtw)。

16、在預水解之后，通過在蒸煮器底部注入強堿性溶液來進行中和步驟，隨著更多液體(liquor)的加入，中和液會通過蒸煮器被置換。隨著中和液浸漬木片，它會同時置換木片內空隙中形成的酸水解液并與其混合。因此，phk間歇式系統幾乎不會產生可以分離并重新用于其他目的酸流。

17、phk蒸煮工藝還可以包括包括連續(xù)蒸煮系統的實施方式，更具體地說，是預水解步驟在與堿法蒸煮階段分開的容器中進行的系統。

18、在此類系統中，木片等木質纖維素材料和水/冷凝水被連續(xù)送入能夠在所需的時間和溫度下保持其內容物以達到所需的預水解反應強度的容器(例如預水解容器或phv)的頂部。

19、最初預水解步驟可以在蒸汽相中進行，例如在phv頂部，而生物質則通過直接蒸汽注入被加熱，但大部分預水解反應都在水相中以如下方式進行：即相對于木片的量，存在于容器內的水的量通常為2-5m3/bdtw。與例如間歇式蒸煮器相比，這一水量要明顯更高，在間歇式蒸煮器中，水量通常不高于1m3/bdtw，因為在這一階段，蒸煮器內的大部分水只是由于木材水分和直接蒸汽加熱生成的冷凝水所致。

20、中和通常在phv內部(容器的最低區(qū)/底部)或后續(xù)蒸煮器的頂部，甚至在將木片從預水解容器轉移到蒸煮器的管道中進行。

21、在中和階段開始之前，可以通過一個或多個濾網(過濾器)部分從phv容器中抽提部分游離的酸性水解液。這種早期抽提有若干目的，例如從工藝中去除溶解的半纖維素，以提高漿料純度或產生木糖醇或糠醛等半纖維素衍生副產物。抽提的酸性水解液可以用白液中和，與廢蒸煮液混合，然后送往熱回收系統(閃蒸罐或熱交換器)，然而再送入回收島，半纖維素和其他有機化合物一起在回收鍋爐中燃燒，用于產生蒸汽。

22、可用于抽提的水解液的量取決于幾個因素，例如木片水分、木片進水量(waterintake?with?chip)、phv容器頂部直接蒸汽加熱過程中產生的蒸汽冷凝水、phv脫氣、預水解強度系數、預水解產率以及是否進行phv底部置換洗滌。

23、phv內剩余的游離和結合的水解液部分與木片一起被中和，并經由轉移循環(huán)生產線(line)運送到蒸煮器。

24、將木片從phv底部轉移到蒸煮容器(例如蒸煮器)的頂部，以進行堿法硫酸鹽蒸煮工藝。蒸煮器的配置有很多種，它們之間的區(qū)別在于例如循環(huán)區(qū)的數量、液體添加、抽提點、過濾器的數量/位置以及蒸煮器是水力還是蒸汽液相類型。

25、一些工廠已經進行了擴建項目，目前在同一廠址有不止一個蒸煮裝置(cooking)。此外，這些現有設施(existing?installations)中的許多已永久性地或靈活/波動性地從造紙級紙漿工廠轉為溶解漿工廠。

26、同時生產造紙級紙漿和溶解漿的相鄰并行生產線允許整合兩條生產線。側流，例如從一個蒸煮器中抽提的液體，可以用于另一條生產線的戰(zhàn)略位置，以提高制漿產率和/或質量。作為舉例，bogren等人(wo/2013/178608)披露了使用這種整合的系統。在該系統中，將含有高分子量木聚糖的冷堿提取濾液(cce濾液)從生產溶解漿的預水解硫酸鹽漿料生產線中抽提出來，并送往生產傳統硫酸鹽漿料的并行硫酸鹽漿料生產線，以提高硫酸鹽漿料產率，改善最終硫酸鹽漿料的工藝經濟性和機械性能。在木材的堿浸漬完成后，加入所述cce濾液，使其成為殘余蒸煮液。

技術實現思路

0、發(fā)明概述

1、本文在不同實施方案公開的提高硫酸鹽蒸煮設施產率的裝置、方法和系統為至少兩個并行的蒸煮設施提供了協同效應，例如，一個蒸煮設施在預水解硫酸鹽工藝中生產溶解漿，另一個蒸煮設施通過硫酸鹽制漿工藝生產硫酸鹽漿料。一些實施方案可以通過回收溶解在酸性水解液中的半纖維素來提高生產硫酸鹽漿料的硫酸鹽蒸煮設施的蒸煮產率。在一些實施方案中，原本可能被放置到回收島用于產生蒸汽和/或用于生產副產物的抽提的水解液流，在相鄰硫酸鹽漿料生產線中被重新利用，用于生產硫酸鹽漿料。在所公開的裝置、方法和系統的實施方案中，溶解漿生產線上可以沒有冷堿抽提步驟，因為只需進行預水解步驟就能實現目標漿料純度，并在硫酸鹽漿料生產線中重新利用酸性水解液流。

2、在一些條件下，溶解在酸性水解液中的部分半纖維素和其他有機化合物會沉淀到纖維上，從而增加蒸煮產率，因此降低總的特定木材消耗和/或增加紙漿通量(pulpthroughput)。所公開的裝置、方法和系統的實施方案還可以使最終漂白漿料的半纖維素含量增加，從而例如提供改善的打漿性能、機械性能和/或類似性能。

3、所公開的裝置、方法和系統的實施方案可以包括兩種方法，用于在硫酸鹽漿料的硫酸鹽蒸煮工藝中重新利用酸性水解液。

4、一種方法(a)包括預處理步驟，在該步驟中，在堿法蒸煮工藝之前，將木片送入酸浸漬階段。將蒸過的木片與從相鄰phk生產線抽提的冷卻酸性水解液混合，從而用水解液浸泡木片和并使其飽和，并且溶解的半纖維素會沉淀到纖維上。將酸性水解液冷卻到所得木片和水解液混合物的溫度變?yōu)?0℃-125℃或100℃的程度。在此步驟之后，可以進行任何硫酸鹽蒸煮工藝來生產漿料，例如傳統蒸煮或其他改良蒸煮方法，例如itc蒸煮、低固形物工藝(lo-solids?process)、緊湊型蒸煮工藝(compact?cooking?process)、超級間歇式蒸煮和/或類似方法。

5、可以在提供或不提供大量保留時間的情況下在連續(xù)蒸煮器中進行酸浸漬階段。換句話說，可以只使用木片進料系統將木片直接送往蒸煮器，此時浸漬階段的保留時間較短(<5min)，或者可選地使用蒸煮器頂部來提供較長的保留時間，或者另一種安排是使用單獨的容器進行酸浸漬步驟。

6、對于間歇式蒸煮設施，酸性木片浸漬與隨后的堿法硫酸鹽漿料蒸煮步驟可以在相同的蒸煮器中進行(例如，在蒸煮器木片填充順序和硫酸鹽蒸煮階段之間)。

7、在不同的實施方式中，半纖維素的回收程度可取決于幾種因素，例如但不限于木材種類和應用的工藝條件，其中保留時間對所獲得的結果有重大影響。這種保留時間的影響已在實驗室中通過用巨尾桉(eucalyptus?urograndis)進行中試規(guī)模的蒸煮得到了驗證。將不同酸浸漬時間下的漿料產率與不使用水解液回收步驟且卡伯值水平相同的參考蒸煮進行了比較。發(fā)現使半纖維素回收率最大化的保留時間為40-100分鐘，如表a所示。然而，由于實施成本較低，浸漬時間最短(沒有額外的容器或區(qū)域)的工藝在經濟上也是可行的。

8、第二種方法(b)涉及將酸性水解液注入蒸煮器內的堿蒸煮區(qū)，而不是具有專用的酸浸漬容器或區(qū)域。連續(xù)蒸煮蒸煮器的實施方式可以包括由容器壁中的過濾器隔開的各種蒸煮區(qū)，在這些蒸煮區(qū)中發(fā)生液體循環(huán)、液體抽提和注入、溫度和堿特征變化。

9、根據第二種方法(b)，將酸性水解液加入到低堿濃度蒸煮區(qū)，例如加入到最后的蒸煮區(qū)，其中殘留的有效堿低于10g?ea/l，這樣，在蒸煮反應的同時，半纖維素會沉淀到纖維表面上。

10、對于間歇式蒸煮器和方法(b)，在蒸煮循環(huán)結束時和/或在隨后的冷置換階段引入酸性水解液。

11、在一個實施方案中，公開了提高硫酸鹽蒸煮設施中的漿料產率的工藝，包括：利用來自生產溶解木漿的相鄰預水解硫酸鹽工藝的酸性水解液流。

12、在另一個實施方案中，公開了用于生產硫酸鹽漿料的方法，包括：從生產溶解木漿的預水解硫酸鹽工藝中抽提酸性水解液；將酸性水解液應用于硫酸鹽蒸煮設施的硫酸鹽蒸煮工藝。

13、在另一個實施方案中，公開了用于生產硫酸鹽漿料的系統，包括：硫酸鹽蒸煮設施；和向硫酸鹽蒸煮設施的硫酸鹽蒸煮工藝提供酸性水解液的酸性水解液源。

14、附圖簡要描述

15、附錄和/或附圖說明了根據本說明書的各種非限制性、示例性、創(chuàng)新性方面：

16、圖1顯示了一個實施方案的phk蒸煮設施的流程圖，該流程圖代表了用于溶解品級漿(dissolving?grade?pulp)生產的雙容器連續(xù)蒸煮器，其中生成酸性水解液的側流含有所述溶解的半纖維素；

17、圖2顯示了在硫酸鹽蒸煮設施中用于硫酸鹽漿料的方法a的實施方案的流程圖，該流程圖代表了帶有單獨的酸性木片浸漬容器的雙容器連續(xù)蒸煮器配置；

18、圖3顯示了在硫酸鹽蒸煮設施中用于品級硫酸鹽漿料的方法a的實施方案的流程圖，該流程圖代表了一個容器配置(連續(xù)或間歇式蒸煮器)；

19、圖4顯示了在硫酸鹽蒸煮設施(連續(xù)或間歇式蒸煮器)中用于硫酸鹽漿料的方法b的實施方案的流程圖；以及

20、圖5顯示了在一個實施方案中，在寬泛的卡伯值范圍內，對所述用于硫酸鹽漿料的方法a和b二者與參考蒸煮工藝的蒸煮篩選產率(cooking?screened?yield)進行的比較。

21、附圖詳細描述

22、所公開的裝置、方法和系統的實施方案包括兩個并行的連續(xù)蒸煮設施，一條生產線生產預水解硫酸鹽溶解木漿(phk)，第二條生產線通過硫酸鹽工藝(kp)生產硫酸鹽漿料(kp)。備選的實施方案包括兩條并行的生產線，其中溶解木漿在連續(xù)的phk工藝中生產，而硫酸鹽漿料則在間歇式硫酸鹽工藝中生產。phk工藝可以包括一個或多個容器。

23、圖1顯示了一個實施方案中用于溶解品級漿生產的預水解硫酸鹽(phk)連續(xù)蒸煮設施的配置。在這一實施方案中，木片101、水105和蒸汽110被送入進行預水解反應的容器115中。加入水和/或蒸發(fā)設施清潔冷凝水，例如，相對于木材輸入流，加入的量為0.5-5m3/bdtw，或1-3m3/bdtw。phv容器內的預水解溫度可以由蒸汽流控制，以達到給定木片保留時間下的目標預水解強度(p因子)，例如，p因子在50-1000單位范圍時，溫度范圍為140-175℃。

24、隨著半纖維素的逐步降解和溶解，反應器的液相轉化為水解液。在上述條件下，例如經由預水解容器115上的過濾器，可以從木片流中分離出高達5m3/bdtw或高達2m3/bdtw的水解液，然后送往并行的硫酸鹽漿料生產線進行回收。木片被轉移到第二容器(蒸煮器)120，經蒸煮產生溶解品級漿125。

25、所公開的裝置、方法和系統的實施方案包括實施方法a和/或b，以便在第二并行生產線中重新利用水解液，這可以有助于降低總特定木材消耗。

26、圖2代表了方法a的一個實施方案類型?？梢詫⒛酒?01和水解液205連續(xù)送入容器210中，在70-125℃的溫度下進行酸浸漬的時間長達180分鐘或40-100分鐘。在一些實施方式中，水解液可以以包含高達5m3/bdtw或0.5-2m3/bdtw木材的量加入，并可以通過閃蒸和/或在間接熱交換器中冷卻，以達到目標浸漬溫度。水解液浸漬的木片215從容器出口轉移到后續(xù)蒸煮器220中進行連續(xù)硫酸鹽蒸煮，以生產造紙級木漿225。

27、圖3代表了方法a的另一種變型。在這個實施方案中，木片和水解液301直接送入蒸煮器305的頂部，而不是送入單獨的容器。在此實施方案中，以與上述相同的質量(massquantity)、浸漬時間和溫度，在蒸煮器的最頂端區(qū)域發(fā)生酸浸漬。在啟動堿法蒸煮工藝的設計部分(designed?section)，可以抽提過量水解液，并用白液310和/或其他堿液代替，以中和并堿化酸性木片和剩余水解液。中和之后，之后的蒸煮區(qū)是任何硫酸鹽蒸煮工藝的典型蒸煮區(qū)，不再贅述。

28、上述方法a可進一步衍生為這樣的實施方案：其中kp生產線包括間歇式蒸煮系統。在這些實施方案中，水解液可以例如：

29、—被冷卻，并與木片同時進料至蒸煮器頂部；或

30、—在加載木片后被注入蒸煮器底部，并進一步通過注入液體(例如白液和/或其他堿液)通過蒸煮器加以置換，以中和并堿化酸性木片和剩余水解液。

31、圖4顯示了方法b的實施方案。在包括多個區(qū)的連續(xù)蒸煮蒸煮器401中，以相對于干木材輸入流高達2m3/bdt的量，將水解液405加入到例如最低的蒸煮區(qū)(例如，最終蒸煮區(qū))?？梢詮恼糁笃髦谐樘崞ヅ淞康暮谝?10，這樣液體與木材的流量比就不會受到水解液加入的不利影響。在此實施方式中，沉淀/蒸煮組合階段中的保留時間可以為30-90分鐘，以naoh計殘留的有效堿低于10g/1，硫酸鹽蒸煮工藝的典型溫度(140-170℃)。

32、在用于間歇式蒸煮系統方的法b的備選實施方式中，水解液405可以在蒸煮階段的中間時間加入到蒸煮器401中，例如，與蒸煮器內的蒸煮液混合并利用剩余的蒸煮時間進行循環(huán)，通過蒸煮器置換(在沒有循環(huán)泵的系統中)，和/或類似方式。

33、圖5顯示了在一個實施方案中，在寬泛卡伯值505范圍內，對用于硫酸鹽漿料的方法a和b的實施方式與參考蒸煮工藝的蒸煮篩選產率501進行的比較。

34、表2顯示了在寬范圍的保留時間內和在可比的卡伯值下，方法a的實施方式的篩選蒸煮產率的絕對增長。

35、表2

36、方法a-不同保留時間的篩選蒸煮產率的增加

37、