[发明专利]从黑液中分离木质素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于从黑液中分离木质素的方法，且更特别地涉及一种用于减少酸需求和改进由向黑液中添加酸制备的木质素淤浆的过滤性的黑液预处理方法。

背景技术

现有技术中公知的是，根据黑液的pH值和木质素的分子量(MW)，木质素以胶体的形式溶解或分散于黑液中，其中该胶体分散体通过在木质素上带电酚基团和羧酸基团而稳定化(Marton，J.，On the structure of kraft lignin，Tappi，47(11)，713-719(1964))。每个木质素胶体都带有在相邻的颗粒之间产生静电排斥力的负电荷。如果电荷足够高，木质素胶体将会保持离散、分散和悬浮。减少或消除电荷具有导致木质素颗粒凝聚并且从溶液中沉淀出来(木质素沉淀)的相反效应。结果，木质素溶液和/或分散体的稳定性会受到例如pH值、离子强度、温度和表面活性剂等因素的影响(Norgren，M.，Some aspects on the physical chemistry of kraft lignins in aqueous solutions.Theoretical considerations and practical implications，Lic.Thesis，Mid Sweden University，Sundsvall，Sweden，2000；Norgren，M.and Edlund，H.，Stabilization of kraft lignin solutions by surfactant additions，Colloids and Surfaces，A：Physicochemical and Engineering Aspects，194(1-3)，239，-248(2001))。由于在其他类型的胶体分散体中，假设来自黑液的木质素沉淀分两步产生：成核和颗粒生长。这两个步骤的相对速率最终决定了沉淀的木质素颗粒的尺寸。在过去的七十年中，多种方法采用了黑液中木质素的胶体特性以使其凝聚和聚结成更大的颗粒，由此有助于将其通过过滤从黑液中分离出来。这些方法包括：通过酸化降低黑液的pH值、使用例如醇和/或钙盐改变木质素溶液的离子强度、添加表面活性剂以及膜分离来进行木质素沉淀。目前，通过酸化进行木质素沉淀是用于木质素回收的最常规的方法。存在大量的这种方法(例如Uloth，V.C.and Wearing，J.T.，Kraft lignin recovery：acid precipitation versus ultrafiltration.Part I.Laboratory test results″Pulp & Paper Canada，90(9)，67-71(1989)；Uloth，V.C.and Wearing，J.T.，Kraft lignin recovery：acid precipitation versus ultrafiltration.Part II.Technology and economics″Pulp & Paper Canada，90(10)，34-37(1989)；Loutfi，H.，Blackwell，B.and Uloth，V.，Lignin recovery from kraft black liquor：preliminary process design；Tappi Journal，203-210，January 1991；Ohmann，F.，Theliander，H.，Tomani，P.and Axegard，P.，Method for separating lignin from black liquor，WO2006/031175 A1)。在这些方法中的大多数方法中，黑液酸化主要通过使用二氧化碳或无机酸(例如硫酸)或这两种物质的联合进行以便将黑液的pH值从大约13-13.5降低到9-10。酸化后，通常过滤木质素并用酸(例如硫酸)和水洗涤以产生高纯度的木质素。但是在许多情况中难以从酸化的黑液溶液中分离木质素。为了改进酸况淀的木质素淤浆的过滤性质，现有技术中考虑了包括在高温下(80℃-90℃)过滤、增加离子强度和降低沉淀pH值的许多途径。尽管这些方法在一定程度上有效，但过滤阻力仍然相当高，这导致不合理低的过滤速率以及在某些情况中低干固体含量的木质素产物。这反过来又导致在木质素过滤所需的设备中要求大的过滤面积，从而导致高的资本成本并且增加用于木质素的干燥成本。与大多数使用酸的木质素沉淀方法相关的第二个问题是诱导木质素从溶液中析出和/或将其从钠形式转化为氢形式(例如在木质素滤饼在酸溶液中悬浮或用酸在过滤器上洗涤木质素期间)所需要的大量的酸(例如二氧化碳和/或硫酸)。与大多数木质素酸沉淀方法相关的第三个问题是该方法的大多数步骤期间总还原硫(TRS)化合物的排放。这些包括硫化氢、甲硫醇、二甲基硫化物和二甲基二硫化物的化合物是公知对人体和其他生命形式的健康有负面影响的有强烈气味的化合物。