[发明专利]用于碳酸盐预处理和纤维素材料制浆的方法

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及一种方法，该方法用于处理弄碎的纤维素纤维材料，例如，木屑，包括在蒽醌(AQ)存在下用蒸煮化学药剂蒸煮该纤维素材料之前的碳酸盐预处理。

背景技术

[0002]在化学制浆领域，纤维素材料如木屑用制浆化学药剂进行处理，生产用于纸张和其它产品制造的纸浆。该领域众所周知的是在间歇蒸煮器和连续蒸煮器中都使用苛性钠(也即，氢氧化钠[NaOH]作为制浆化学药剂)，称为烧碱法蒸煮。烧碱法蒸煮有许多优点，包括具有提高回收锅炉设计压力的能力，可改善回收锅炉效率以及方法中的除硫。其它好处还有，蒸煮方法中的除硫允许使用黑液气化系统。使用黑液气化可以导致增加发电量，为使用基于硫的系统所发电量的好几倍。

[0003]烧碱法蒸煮的一个缺点包括比硫酸盐法蒸煮(kraft cooking)所实现的纸浆收率更低(对软木和硬木两者皆如此)，硫酸盐法蒸煮也就是使用氢氧化钠(NaOH)和硫化钠(Na₂S)作为制浆化学药剂的蒸煮。然而，向烧碱法蒸煮加入蒽醌(AQ)显示出可改善纸浆收率，因此使得其纸浆收率可与硫酸盐法蒸煮的相比。然而，即使加入AQ，与硫酸盐法蒸煮相比，烧碱法蒸煮方法得到的纸浆表现出较弱的纸浆强度和较差的漂白性能。

[0004]然而，与硫酸盐法蒸煮相比，碱蒽醌(SAQ)法蒸煮也存在缺点。例如，SAQ蒸煮需要更多量的NaOH，并且更难漂白由SAQ制浆方法生产的纸浆。

例如，需要的NaOH越多，需要的再苛化也更多。如本领域已知，再苛化碳酸钠以回收NaOH如以下反应式1和2所示进行。

Na₂CO₃+CaO+H₂O→2NaOH+CaCO₃  [1]

CaCO₃→CaO+CO₂   [2]

[0005]与硫酸盐法蒸煮每吨木浆所需的NaOH相比，SAQ蒸煮所需的NaOH体积更多。SAQ蒸煮所需的更多体积的NaOH要用来补偿SAQ蒸煮中不存在、但硫酸盐法蒸煮中存在的硫化钠。如本领域已知，硫酸盐法蒸煮中存在的硫化钠(Na₂S)水解为NaSH和NaOH，因此影响硫酸盐法蒸煮过程中纤维素材料的蒸煮。烧碱AQ蒸煮所需的NaOH体积比硫酸盐法蒸煮高出约20％～40％。需要更多的NaOH会导致需要回收锅炉有更多的能量来将碳酸钠(NaCO)转化，或苛化为用于蒸煮器和纡维生产线其它部分的NaOH。

[0006]例如，当16.0％NaO和30％硫化度的活性碱(AA＝NaOH+NaS，以NaO计)用于硫酸盐制浆时，11.2％的AA来自NaOH，4.8％的AA来自NaS。在硫酸盐回收中，其中所有的硫以NaS回收，需要再苛化转换成NaOH，这样可在新木屑上获得11.2％的NaO。硬木的SAQ制浆需要与硫酸盐制浆大约相同的有效碱(EA＝NaOH+1/2NaS，以NaO计)。在以上硫酸盐制浆实例中，EA为13.6％的Na₂O，SAQ制浆需要相似量的碱，但它全部来自NaOH。

[0007]此外，众所周知，半纤维素迅速地溶解在烧碱、硫酸盐浆和SAQ浆中，所加的NaOH相当一部分消耗于半纤维素降解为低分子量(MW)产品的过程中。这些低MW的有机物难以从制浆废液(pulping effluent)中回收，并且没有高的热值，制浆废液在本领域中称为＂黑液＂。我们还知道，使用SAQ方法时来自回收炉的粗液主要为NaCO。

[0008]已经表明使用Lo-Solids Cooking方法(如美国专利5,489,363；5,536,366；5,547,012；5,620,562；5,662,775；5,824,188；5,849,150；5,849,151；6,086,712；6,132,556；6,159,337；6,280,568；6,346,167，在此完全引入作为参考)并且使用烧碱-AQ(SAQ)作为蒸煮化学药剂处理硬木材料可得到比传统硫酸盐法蒸煮所生产的具有更高强度的纸浆。此外，使用Lo-SolidsCooking方法用烧碱-AQ作为蒸煮化学药剂处理硬木材料所生产的纸浆可以比传统烧碱AQ获得更高的最终亮度，但没有硫酸盐法蒸煮所生产的纸浆亮。虽然对于给定的最终亮度，使用Lo-Solids烧碱-AQ漂白化学药剂的消耗优于使用传统的烧碱-AQ，但该纸浆仍比硫酸盐法蒸煮所生产的纸浆需要更多量的漂白化学药剂。