CN106460325A - 用于从草状植物原料生产纤维素纸浆的连续过程 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于从适于造纸的草状植物原料生产纤维素纸浆的连续过程。该过程包括步骤:通过粉碎制备草状植物原料、除尘、连续蒸煮(digestion)、分散、稀释纤维素纸浆、筛选和分馏、浓缩以除去黑液、用淡水稀释、产生适于制造纸或纤维素片的最终纤维素纸浆,以及可选地,纸浆漂白过程。连续蒸煮在垂直柱中在70‑100℃执行40分钟至2小时;由此形成的蒸煮悬浮液的平均组成维持在以下范围内:0.9‑1.5%w/w的NaOH;0.15‑0.4%w/w的NaCl或Na2SO3;和15‑18%w/w的草状植物原料;其中成分的浓度是根据液相的重量计算的。筛选和分馏结果产生两个部分;一部分通过研磨被进一步处理,另一部分利用或不利用漂白过程被进一步处理成最终的纸浆。用于该过程的优选草状原料是芒草/Miscanthus x giganteus,Andersson/。
Description
技术领域
本发明涉及用于从粉碎的无尘草状原料,诸如芒草/Miscanthus x giganteus,Andersson/生产纤维素纸浆的改进的连续过程。
背景技术
技术问题可以被定义为问题“在尽可能温和的蒸煮条件下,如何通过使用最简单的可能的制造过程和装备来有效地从草状原料生产纤维素纸浆,以便利用每单位产品重量最小的功率消耗确保来自起始原料的天然纤维的最大保留”。
常规的纤维素纸浆制造使用硫基化学品,这对环境具有很大的负面影响,高水和能源消耗。
从草状原料进行的任何成功的纸浆生产的最重要特征是确保:
(i)粉碎的植物材料的尽可能温和的蒸煮,以除去不想要的非纤维素部分;
(ii)最小的机械分力,包括纸浆悬浮液的温和混合或者甚至其没有混合;
(iii)有效的筛选和分馏;
(iv)温和的研磨;及
(v)可选地,仔细的漂白;
以便保留天然纤维素纤维,这是高质量纸或纤维素的关键基础。
在蒸煮期间使用较温和的化学品的过程常常涉及高能耗,这是由于为了达到适于造纸的产品而进行的纸浆的强烈研磨。
利用所公开的发明解决的第一个技术问题是在蒸煮期间使用更温和的化学品并避免伴随复杂机械处理的高能耗。
利用所公开的发明解决的第二个技术问题是在用绿色”化学技术的框架内寻找解决方案,其特征在于:
(a)非常温和的蒸煮条件:70-100℃,用0.9-1.5w/w的NaOH和0.15-0.4%w/w的NaCl或Na2SO3;
(b)在蒸煮期间悬浮液的高浓度;因此高产出(生产率);
(c)通过使用没有任何搅拌设备的蒸煮器以及在分散和筛选期间温和的机械应力对来自无尘原料的天然纤维的高度保留;
(d)由于没有复杂的机械处理,每单位重量的成品纤维素纸浆的较低能耗;及
(e)蒸煮化学品的非常低的使用(与现有技术相比),并且更具体而言,是硫基化学品(可选的Na2SO3)的非常低的使用或者甚至是无硫蒸煮。
根据我们最好的知识,这是在这种温和蒸煮条件下操作的纤维素纸浆制造的第一生态友好过程,其在这种简化的过程装备中执行,并且其随后通过蒸煮化学品的显著低消耗、低水分消耗、低能耗以及更低的装备投资来改进。当采用草状原料时,根据本发明的方法确实操作良好。
现有工艺水平
从可再生、快速生长和更经济的植物原料生产用于造纸的纤维素纸浆在现代工业中的重要性日益增加。以这种方式,经典的基于木材的过程正在变得用草状原料取代,如芒草/Miscanthus x giganteus,Andersson/、柳枝稷/Panicumvirgatum,Linne/、高粱/Sorghum species,Linne/、普通芦苇/Phragmitesaustralis,Cav./、巨苇/Arundodonax,Linne/、各种谷物的秸秆,等等。
在纸浆制造过程中,最重要的阶段是蒸煮。这意味着在合适蒸煮化学品的水溶液中煮粉碎的木质纤维素材料。关于所使用的化学品,存在几种制浆过程。最知名的技术是基于利用以下溶液的蒸煮:
(i)含硫的化学品:碳酸钠(Na2CO3)和亚硫酸钠(Na2SO3)、氢氧化镁[Mg(OH)2]和亚硫酸镁(MgSO3)、氢氧化铵(NH4OH)和亚硫酸铵[(NH4)2SO3]、亚硫酸氢钙[Ca(HSO3)2]、亚硫酸氢镁[Mg(HSO3)2]、氢氧化钠(NaOH),硫化钠(Na2S)和硫酸钠(Na2SO4);
(ii)不含硫的化学品:碳酸钠(Na2CO3)和氢氧化钠(NaOH);
及
(iii)酸,如硝酸(HNO3)。
蒸煮化学品的这种溶液也被称为“白液”,其代表蒸煮化学品的新鲜或再生溶液。白液帮助除去非纤维素材料,其因此溶解在溶液中,留下悬浮在这种液相中的基本上纯的纤维素纤维。
在蒸煮结束时,除去非纤维素材料的熟化原料,即,“纸浆”,悬浮在用过的溶液中,该溶液包含各种化学形式的非纤维素植物成分和蒸煮化学品的残留物。这种水相被称为“黑液”。因此,蒸煮后的纸浆是基本上纯的纤维素纤维在黑液中的悬浮液。
一般而言,从化学技术的观点来看,较老的、巴赫(bach)型方法已被连续方法代替。
发明人为A.R.Sloman的文档US 3,097,987公开了用于处理木质纤维素纤维材料的非常简单的连续制浆方法,其首先通过用过热的蒸汽处理粉碎的原料,然后通过压制以除去过多的液体,随后将蒸过的原料连续地引入蒸煮蒸煮器的顶部,在那里蒸煮化学品的溶液在也在蒸煮器的顶部的原料入口的位置附近引入。木质纤维素原料在蒸煮化学品溶液中的悬浮液向下通过,发生蒸煮,并且由此在蒸煮器底部以与供给大致相同的速率连续地除去所形成的纸浆。因此,所公开的蒸煮器显然是具有光滑侧壁的垂直柱,没有任何筛网、循环管路或混合设备。
但是,这个文档没有公开将蒸汽直接引入蒸煮器,与蒸煮化学品溶液一起或与其无关,而是仅仅声明混合物被加热至蒸煮温度,在这种情况下,这显然是指在蒸汽浸渍期间,在这个过程中,是蒸煮本身之前的前期。
发明人为R.R.Bertil的文档GB 1,298,745公开了通过以下从植物材料生产纤维素纸浆的连续方法:(a)按尺寸分离粉碎的原材料;(b)用蒸煮化学品的溶液浸渍分离的材料;(c)在脱水器中除去过多的液体,以达到足够的干物质水平;(d)通过经由重力向下移动通过垂直蒸煮器来蒸煮粉碎的植物原料的悬浮液;以及(e)在脱水器中处理熟化的纸浆,以除去过多的水;参见参考文献2。此外,这个文档中的蒸煮器不包含任何筛网、混合元件等。光滑的内部蒸煮器壁的优点在本发明中被使用。
发明人为K.Henricson的文档CA 2,080,677公开了从粉碎的(1-5mm)含纤维素原料生产纤维素纸浆的连续过程,其包括:(a)在蒸煮容器中利用蒸汽单独预处理粉碎的原料;(b)在浸渍容器中利用蒸煮化学品(Na2SO3和Na2S)的溶液浸渍经蒸煮的原料;(c)在蒸煮器中在150-180℃和高压下蒸煮纸浆,其中,原料的颗粒通过重力从上部区域通过液相自由地向下移动至蒸煮器容器的底部区域,从那里熟化的纸浆被除去至(d)压力扩散器,其中从熟化的纸浆中除去使用过的溶液(黑液)。此外,在这种技术中使用的蒸煮器也不包含任何筛网、循环管路、混合设备或任何其它设备;蒸煮器按照字面来讲其特点是光滑的内壁。光滑内部蒸煮器壁的优点在本发明中被使用。
申请人Asplund Arne的文档GB 910,001教导了关于木质纤维素纤维材料的蒸煮中或与其相关的改进。它公开了与用于从蒸煮器中移除熟化的纸浆的垂直传送带连接的垂直蒸煮器的组合使用,这是本领域中已知的技术概念。所引用的文档尤其报告了蒸煮纸浆的改进技术,其具有与位于旁边的垂直传送带连接的垂直蒸煮器,并且形成U形连接的容器***,以便补偿蒸煮容器内的液压压力。这种液压补偿的优点也在本发明中被使用。
申请人Bauer Bros Co.的文档GB 892,277教导了一个连续蒸煮器。从过程的观点来看,它代表最接近的现有技术。所引用的技术公开了粉碎的,在本文中,基于木材的原料的蒸煮,其中,连同蒸汽和蒸煮化学品的溶液(未指定)一起,基于木材的原料被连续供给到垂直蒸煮器的顶部,没有任何单独的先前预处理。在垂直蒸煮器的上部区域,材料被加热并用蒸煮化学品浸渍。在蒸煮器的中间区域中,处理后的木屑被蒸煮,之后,蒸煮过的纸浆从蒸煮器的底部除去,并被输送到排水设备,以便除去过多的水性液相(黑液),其被再生回到过程。GB 892,277的前述教导规定粉碎的木屑对液相(白液,如下)的重量比:
液相(白液):木屑=40-50:1至200:1。
就执行蒸煮的方式而言,本发明的过程非常类似于这个方法,但是,实质的区别在于经历蒸煮的悬浮液中原料的工作浓度。
GB 892,277显然涉及在蒸煮化学品的溶液(成分未指定)中粉碎的木材颗粒的相对来说非常稀释的悬浮液,估计可能是由于堵塞装备的运送。
相比而言,本发明的过程在高浓度(15-18%w/w或5.5-6.6:1w/w)下操作,从而提供高产出、更少的水使用和能耗。而且,本发明的过程严格地基于在非常温和的条件下基于氢氧化钠的蒸煮,0.9-1.5w/w的NaOH和0.15-0.4%w/w的NaCl或Na2SO3,这使得其环保。
对于制造用于造纸的纤维素纸浆,草状原料的使用一般而言作为木屑的替代品是众所周知的。例如,芒草/Miscanthus x giganteus,Andersson/是用于这种用途的最合适的草状原料之一;参见参考文献:
G.Wegener:Pulping innovations in Germany,Ind.Crops Prod.1(1992)113-117页;及
C.Cappelletto,F.Mongardini,B.Barberi,M.Sannibale,M.Brizzi,V.Pignatelli:Papermaking pulps from the fibrous fraction of Miscanthus xGiganteus,Ind.Crops Prod.11(2000)205-210页。
关于蒸煮的类型,作为纸浆制造的最重要的技术方面之一,基于减少的硫基化学品的使用的过程具有显著的优点。最突出的原因是生态效益。使用无硫过程在保护环境方面是最重要的,而且避免了在生产装备的腐蚀问题以及毒理学问题。
最环保的无硫过程之一使用基于氢氧化钠的技术。氢氧化钠(NaOH)作为唯一蒸煮化学品的使用在本领域中是已知的。发明人为N.Shin、B.Stromberg、W.J.Cann、V.Kirov的现有技术文档EP 2003241 A教导了关于利用化学增强的洗涤方法水解和蒸煮木屑的两容器反应器***和方法,以及关于NaOH作为唯一蒸煮化学品的知识。
所引用的氢氧化钠(NaOH)也具体地用在基于诸如稻草、西班牙草、芦苇、黄麻等草状原料的方法中,其中蒸煮利用5%的NaOH水溶液在90℃下执行几个小时。这种教导在申请人为AschaffenburgerZellstoffwerke的GB 770,687中公开。
根据本发明用于从草状原料生产纤维素纸浆的技术代表了如在本发明的详细描述中公开的新颖和创新技术。
发明内容
本发明公开了一种用于从草状植物原料生产纤维素纸浆的连续过程。该过程包括以下步骤:
(i)通过粉碎来制备草状植物原料,以产生纵向尺寸从1.5-30cm分布并且直径为0.5-15mm的原料,并且通过用风扇给所述原料除尘来除去细小的粉尘颗粒;及
(ii)在形成为内部仅具有光滑侧壁的垂直柱的蒸煮器中连续蒸煮在步骤(i)中制备的草状无尘植物原料;其中草状植物原料经由传送带被直接连续地供给到所述蒸煮器的顶部。
与所述无尘原料顶部供给同时,将用于蒸煮的选自NaOH和NaCl或Na2SO3的化学品、淡水、再生水和蒸汽在所述蒸煮器的顶部连续地引入。
蒸煮温度维持在70-100℃并且因此在所述连续蒸煮期间形成的悬浮液的平均组成在以下范围内:
(a)0.9-1.5%w/w的NaOH;
(b)0.15-0.4%w/w的NaCl或Na2SO3;及
(c)15-18%w/w的草状植物原料;
其中成分的浓度是根据液相的重量计算的。
来自草状植物原料的非纤维素物质的溶解在从所述蒸煮器的顶部到底部的质量转移期间被执行,质量转移仅仅通过重力来执行,其持续40分钟至2小时。熟化的纸浆在蒸煮器的底部浓缩,并且以与供给到蒸煮器中的原料相同的速率连续地通过具有液压压力补偿的传送带从所述蒸煮器的底部排出。
连续过程还包括步骤:
(iii)分散,其中从步骤(ii)排出的熟化的纸浆的悬浮液通过分散器被处理;
(iv)稀释,其中在步骤(iii)中分散的纸浆在稀释容器中用水稀释,从纸浆的起始浓度15-18%w/w到浓度3-6%w/w;
及
(v)筛选和分馏,其中来自步骤(iv)的稀释的悬浮液通过配备有0.1-0.5mm筛子的筛选和分馏设备被处理。
步骤(v)得到两个部分;不通过0.1-0.5mm筛网的第一部分,数量最大为50%w/w;和通过0.1-0.5mm筛网的第二部分,数量最小为50%w/w,它被认为是转移到辅助容器中用于进一步处理的良好材料。
在步骤(v)中获得的第一部分通过在1-3个研磨机中研磨来进一步处理,然后:
(a)在步骤(iv)中返回到辅助容器,用于经由步骤(iv)和(v)重新处理;或者
(b)转移到辅助容器中。
用于生产的连续过程进一步经由以下步骤从在辅助容器中收集的材料继续:
(vi)在脱水器中浓缩以除去黑液(再生水相)、在辅助容器中用淡水稀释,并且在连接的容器中制备纤维素纸浆;及
(vii)可选地,在漂白容器中的纸浆漂白步骤,其经由阀门(52)被调节,
从而得到适于造纸或生产纤维素板的纤维素纸浆;其中在脱水器中再生的用过的水通过歧管在步骤(ii)中返回到蒸煮器并在步骤(iv)中返回到稀释容器中。
步骤(vi)或(vii)最终得到适于造纸或纯纤维素板生产的纤维素纸浆。
在步骤(ii)中用于蒸煮的化学品作为化学品的混合物或者每种化学品单独以结晶固体或颗粒的形式被引入;或者作为化学品的混合物或者每种化学品单独以30-50%w/wNaOH以及20-30%w/w的NaCl或Na2SO3的浓缩水溶液的形式被引入。最佳蒸煮温度为94-98℃。
草状原料包括选自以下的植物种属的茎:小麦/Triticum vulgare,Linne/;水稻/Oryza sativa,Linne/;大麦/Horedum vulgare,Linne/;燕麦/Avena sativa,Linne/;亚麻/Linumusitatissimum,Linne/;玉米/Zea mays,Linne/;黍:稷/Panicummiliaceum,Linne/、珍珠稷/Pennisetumglaucum,Linne/、褐色稷/Panicumramosum,Linne/和稗/Echinochloafrumentaceae,Linne/;黑小麦/x Triticosecale,Wittm.ex A.Camus/;荞麦/Fagopyrumesculentum,Moench/;芒草/Miscanthus x giganteus,Andersson/;柳枝稷/Panicumvirgatum,Linne/;高粱/Sorghumspecies,Linne/;普通芦苇/Phragmitesaustralis,Cav./、巨型芦苇/Arundodonax,Linne/、缅甸芦苇/Neyraudiareynaudiana,Kunth./、香蒲属/Typhaspp.,Linne/、纸苇/Cyperus papyrus,Linne/、黑三棱属/Sparganiumspp.,Linne/、茅草/Thamnochortus insignis,Linne/、西班牙草/Stipatenacissima,Linne和Lygeumspartum,Linne/、黄麻/Corchorusolitorius,Linne/、竹/Bambusoideae spp.,Linne/、甘蔗渣,或者其混合物。最佳的草状原料是芒草/Miscanthus x giganteus,Andersson/。
附图说明
图1-示出了根据本发明从粉碎的无尘草状原料生产纤维素纸浆的过程;接下来的制造阶段:(ii)蒸煮,(iii)分散,(iv)稀释,和(v)筛选和分馏。
图2-示出了根据本发明的熟化纸浆的进一步处理;阶段:(v)来自筛选和分馏阶段的研磨,(vi)纸浆的浓缩、稀释和制备,用于进一步生产,和(vii)纸浆漂白(可选)。
具体实施方式
本发明涉及一种用于从无尘粉碎草状原料,诸如芒草/Miscanthus x giganteus,Andersson/生产纤维素纸浆的改进的连续过程。
如图1(阶段i-v)以及图2(阶段v-vii)中所示,该过程通过几个制造阶段i-vii,以连续的方式执行:
(i)草状植物原料的制备
原料是通过粉碎来制备的,以产生具有纵向尺寸从1.5-30cm分布,并且直径为0.5-15mm的材料。起始草状材料的粉碎是通过常规的粉碎机执行的,或者如果作物由合适的联合收割机收集,该联合收割机配备充分切碎设备,产生上述颗粒尺寸的植物材料,则直接从田间供应。
主要是,粉碎应当以温和的方式执行,从而产生主要沿着纤维粉碎的纤维材料,以便保留纤维。
这是为什么在图1中没有显示粉碎的原因,因为它代表或者常规的预处理或者甚至可以在田间收割期间执行。
然后,粉碎的材料通过除去细小的、粉尘的、非纤维植物材料接受除尘,否则这些东西会降低所得纤维素纸浆的质量。这是通过合适的风扇来进行的,风扇产生使得能够吹走细小微粒的强空气循环。
后面的细小粉尘根本不进入该过程,因此节省了大量化学品,否则其将通过这种材料与NaOH的反应而被消耗。此外,废水不会被这种水平的显著不利地影响环境的有机物污染。
这种非纤维细小材料主要来自植物茎的中心部分。在芒草的情况下,这部分的百分比大约为8-9%w/w。
由此收集到的细小非纤维粉尘可在该过程中被用作能量生产中的燃料,或者作为替代,作为木聚糖制造中的原材料。
(ii)草状植物原料的连续蒸煮
在步骤(i)中制备的原料在蒸煮器(10)中被进一步处理,蒸煮器(10)是内部仅具有光滑侧壁的垂直柱,没有任何筛网、管路或搅拌设备,在那里草状植物原料经由传送带(1)在所述蒸煮器的顶部被直接连续地供给。
与所述无尘原料顶部供给同时,以下材料也在所述蒸煮器的顶部被连续地引入:
(a)用于蒸煮的化学品通过传送带(2)供给;
(b)淡水通过歧管(30)供给;
(c)蒸汽通过歧管(31)引入;及
(d)通过歧管(32)供给的再生水。
从所有这些材料中,在由蒸煮化学品的水溶液组成的液相中生成无尘粉碎的植物材料的悬浮液。
蒸煮在70-100℃的温度下被执行,其中在所述连续蒸煮期间由此形成的悬浮液的平均组成必须维持在以下范围内:
(a)0.9-1.5%w/w的NaOH;
(b)0.15-0.4%w/w的NaCl或Na2SO3;及
(c)15-18%w/w的草状植物原料;
其中成分的浓度是根据液相的重量计算的。
根据蒸煮悬浮液的规格,可以规定根据本发明的蒸煮被执行:
-在非常温和的条件下;关键化学品的浓度(w/w)非常低,0.9-1.5w/w的NaOH和0.15-0.4%w/w的NaCl或Na2SO3,这显著低于现有技术中通常采用的,参见例如参考文献EP2003241和GB 770,687;这使得本发明的过程环保;并且,同时,
-草状植物原料的工作浓度相对较高;对于蒸煮化学品溶液有15-18%w/w的粉碎的草状原料,或5.5-6.6:1w/w,这远远高于已知的现有技术中的值,参见GB 892,277;这导致高产出、低用水和低能耗。
蒸煮化学品选自:氢氧化钠(NaOH)和氯化钠(NaCl)或亚硫酸钠(Na2SO3)。在这种情况下,蒸煮化学品经由传送带(2)单独地,或者作为预先制备的市售晶体或颗粒的固体混合物,连续供给。
作为替代,蒸煮化学品可以作为预先制备的浓缩水溶液被添加:作为30-50%w/w的NaOH和20-30%w/w的NaCl或Na2SO3。在后面的选项中,代替传送带(2),在蒸煮器(10)的顶部采用用于添加蒸煮化学品的合适歧管。
在70-100℃的操作可接受蒸煮温度范围内,最佳范围是94-98℃。
蒸煮是本发明的整个过程的最重要部分。来自无尘草状植物原料的非纤维素物质的溶解在从消化器(10)的顶部到其底部的质量转移期间发生;这种转移最终仅通过重力发生,其持续40分钟至2小时,这同时代表本发明中蒸煮的平均持续时间。在此期间,蒸煮化学品促进非纤维素物质的溶解。
在蒸煮器(10)的顶部区域,悬浮液由在蒸煮化学品溶液的液相中新鲜的粉碎草状植物材料组成,该液相通常被称为白液。当植物材料经由重力通过悬浮液从蒸煮器的顶部转移到底部时,这伴随蒸煮过程的进行,在所述蒸煮器的底部浓缩(沉淀)的最终产物由熟化的纤维素纸浆组成,其悬浮在用过的化学品中,通常被称为黑液。
在蒸煮器(10)底部浓缩的熟化纸浆以大约等于原料被供给到蒸煮器中的速率,连续地通过传送带(3)从所述蒸煮器(10)的底部排出,传送带(3)与蒸煮器(10)垂直地挨着定位,并与蒸煮(10)一起形成U型容器,由此形成液压压力补偿。这种类型的液压压力补偿在本领域中是已知的并且使得能够连续地提取熟化的纸浆。
由于这种技术设计,蒸煮器(10)中蒸煮悬浮液的水平面与传送带(3)的垂直部分中熟化的纸浆的水平面大致相同,传送带(3)将熟化的纸浆转移到分散器(11)进一步处理。
(iii)分散
熟化的纸浆在分散器(11)中被进一步处理,以便将来自纸浆的相互连接的植物纤维分离成分离纤维的精细悬浮液。这样处理后的纸浆被收集到辅助容器(12)中。这个阶段中的悬浮液的浓度范围为15-18%w/w的干物质。
(iv)稀释
分散后的纸浆通过传送带(4)被排放到稀释容器(13)中,其中,悬浮液添加经由歧管(44)的淡水和来自歧管(32)的再生水,被稀释至浓度为3-6%的干物质(纸浆)。这种稀释的纸浆悬浮液通过管线(33)被转移到辅助容器(14)中。
(v)筛选和分馏
3-6%w/w浓度的纸浆的悬浮液通过管线(34),从辅助容器(14)被泵送到配备有0.1-0.5mm筛子的筛选和分馏设备(15)。
在这种设备中,纸浆被筛选并分馏成两个不同的部分:
(a)未通过0.1-0.5mm筛网的第一部分,其数量最大为50%w/w,其通过管线(36)被进一步转移并通过在1-3个研磨器(16)中的研磨被处理,然后:
-在步骤(iv)中通过管线(36)返回到辅助容器(14),用于经由步骤(iv)和(v)的再处理;或者,可选地,
-通过由阀门(51)操作的管线(37)直接运输到辅助容器(17)中,以进行进一步处理;及
(b)通过0.1-0.5mm筛网的第二部分,其数量最小为50%w/w,其被认为是用于进一步处理的良好材料;这种材料通过管线(35)被直接运输到辅助容器(17)中,该辅助容器用于收集经处理但还未浓缩的纸浆。
(vi)纸浆的浓缩、稀释和制备,用于进一步生产
浓度为3-6%w/w的纸浆的悬浮液通过管线(38)从辅助容器(17)被转移到脱水器(18)。在这个设备中,过多的液相从纸浆中被除去,从而得到:
(a)浓度高达30%w/w的浓缩的纸浆悬浮液;及
(b)再生水相(黑液),其还包含微量的蒸煮化学品,并且通过歧管(32)被再生返回到该过程中,到蒸煮器(10)或稀释容器(13)。
在脱水器(18)中浓缩之后,纤维素纸浆通过管线(39)被转移到辅助容器(20)中。
辅助容器(20)用于收集浓度高达30%w/w的浓缩的,或可选地被漂白的纸浆,并且其稀释至3-6%w/w的工作浓度,这是进一步造纸所需的。以这种方式,辅助容器(20)配备有用于添加淡水的添加歧管(43)。
最后,纸浆悬浮液通过管线(41)从辅助容器(20)被转移到连接的容器(21,22),其中纸浆悬浮液被稀释至3-6%w/w的浓度,并被制备成达到可接受的静水压力,用于造纸机中的进一步处理。连接的容器(21,22)的作用是经由以本领域已知的方式维持其流体静压力恒定来整合纸浆的波动。
适于造纸的最终纤维素纸浆通过管线(42)从连接的容器(21,22)被泵送/运输到进一步处理成未漂白的(棕色)纸。
在最终纤维素纸浆不用于造纸的情况下,然后,通过常规的压制和干燥来处理从辅助容器(20)出来的悬浮液,以得到片状形式的未漂白的纯纤维素(在图2中未示出)。
(vii)纸浆漂白-可选
在制造用于制造白纸或漂白纤维素片材的漂白纸浆的情况下,浓缩的纸浆悬浮液通过管线(39)被转移到漂白容器(19),其中纸浆通过任何常规的过程被漂白,例如,通过基于过氧化氢(H2O2)-或次氯酸钠(NaOCl)-的技术。这由阀门(52)控制;闭合的阀门将浓缩的纤维素纸浆引导到漂白容器(19)中。漂白过程产生漂白的纤维素纸浆,其通过管线(39)被进一步转移到辅助容器(20)中。
如上面对未漂白的纤维素纸浆所描述的,在这种情况下,漂白的纤维素纸浆也在辅助容器(20)中用淡水稀释至3-6%w/w的浓度,并在连接的容器(22,23)中准备白纸的进一步生产。
作为替代,漂白的纤维素纸浆通过常规的压制和干燥被处理成漂白的纯纤维素片材,这在图2中未示出。
草状原料
根据本发明可用于生产纤维素纸浆的草状原料包括选自以下的植物种属的茎:小麦/Triticum vulgare,Linne/;水稻/Oryza sativa,Linne/;大麦/Horedum vulgare,Linne/;燕麦/Avena sativa,Linne/;亚麻/Linumusitatissimum,Linne/;玉米/Zea mays,Linne/;黍:稷/Panicummiliaceum,Linne/、珍珠稷/Pennisetumglaucum,Linne/、褐色稷/Panicumramosum,Linne/和稗/Echinochloafrumentaceae,Linne/;黑小麦/xTriticosecale,Wittm.ex A.Camus/;荞麦/Fagopyrumesculentum,Moench/;芒草/Miscanthus x giganteus,Andersson/;柳枝稷/Panicumvirgatum,Linne/;高粱/Sorghumspecies,Linne/;普通芦苇/Phragmitesaustralis,Cav./、巨型芦苇/Arundodonax,Linne/、缅甸芦苇/Neyraudiareynaudiana,Kunth./、香蒲属/Typhaspp.,Linne/、纸苇/Cyperus papyrus,Linne/、黑三棱属/Sparganiumspp.,Linne/、茅草/Thamnochortusinsignis,Linne/、西班牙草/Stipatenacissima,Linne和Lygeumspartum,Linne/、黄麻/Corchorusolitorius,Linne/、竹/Bambusoideae spp.,Linne/、甘蔗渣,或者其混合物。
优选的草状原料是芒草/Miscanthus x giganteus,Andersson/。
来自本发明的纤维素纸浆被进一步制成纸。与通过不同于来自本发明的过程的常规技术从常规基于木材的原料制造的纸相比,后者具有显著改进的性质,其中基于木材的原料是从例如白杨/Populus alba,Linne/获得的。
表1中给出了与常规基于白杨的纸相比,由利用这个过程从100%芒草/Miscanthus x giganteus,Andersson/原料获得的纤维素纸浆制造的纸的关键参数的比较结果。
表1.与由常规纤维素纸浆制造的常规基于白杨的纸(列3)相比来自本发明过程的纤维素纸浆获得的纸(列4)的比较结果。
来自开发阶段的结果显示,与常规基于木材的过程相比,来自本发明的技术在相同的纤维素纸浆的材料产出下,确实产生少44%的(热)能耗。
工业应用
本发明被用作用于生产造纸用纤维素纸浆的制造技术。因此,本发明的工业实用性是显而易见的。
标号列表
1–传送带
2–传送带
3–传送带
4–传送带
10–蒸煮器
11–分散器
12–辅助容器
13–稀释容器
14–辅助容器
15–筛选和分馏设备
16–纸浆研磨
17–辅助容器
18–脱水器
19–漂白容器
20–辅助容器
21,22–连接的容器
30–淡水歧管
31–蒸汽歧管
32–再生水歧管
33–管线
34–管线
35–管线
36–管线
37–管线
38–管线
39–管线
40–管线
41–管线
42–管线
43–淡水歧管
44–淡水歧管
51–阀门
52–阀门
M–驱动电动马达
Claims (9)
1.一种用于从草状植物原料生产纤维素纸浆的连续过程,包括步骤:
(i)通过粉碎来制备草状植物原料,以产生纵向尺寸从1.5-30cm分布,并且直径为0.5-15mm的原料,并且通过用风扇给所述原料除尘来除去细小的粉尘颗粒;及
(ii)在形成为内部仅具有光滑侧壁的垂直柱的蒸煮器(10)中,连续蒸煮在步骤(i)中制备的草状无尘植物原料;其中无尘的草状植物原料经由传送带(1)被直接连续地供给到所述蒸煮器的顶部;
其特征在于
-与顶部供给所述无尘原料同时,将用于蒸煮的选自NaOH和NaCl或Na2SO3的化学品、淡水、再生水和蒸汽在所述蒸煮器(10)的顶部连续地引入;蒸煮温度维持在70-100℃,并且由此在所述连续蒸煮期间形成的悬浮液的平均组成在以下范围内:
(a)0.9-1.5%w/w的NaOH;
(b)0.15-0.4%w/w的NaCl或Na2SO3;及
(c)15-18%w/w的草状植物原料;
其中成分的浓度是根据液相的重量计算的;
-其中在从所述蒸煮器的顶部到底部的质量转移期间,进行了来自草状植物原料的非纤维素物质的溶解,质量转移仅仅通过重力来执行,其持续40分钟至2小时,及
-其中熟化的纸浆在蒸煮器(10)的底部浓缩,并且以与供给到蒸煮器(10)中的原料相同的速率,连续地通过具有液压压力补偿的传送带(3),从所述蒸煮器(10)的底部排出。
2.如权利要求1所述的用于生产纤维素纸浆的连续过程,特征在于它还包括步骤:
(iii)分散,其中从步骤(ii)排出的熟化的纸浆的悬浮液通过分散器(11)被处理;
(iv)稀释,其中在步骤(iii)中分散的纸浆在稀释容器(13)中用水稀释,从纸浆的起始浓度15-18%w/w到浓度3-6%w/w;及
(v)筛选和分馏,其中来自步骤(iv)的稀释的悬浮液通过配备有0.1-0.5mm筛子的筛选和分馏设备(15)被处理,从而得到两个部分;
-不通过0.1-0.5mm筛网的第一部分,数量最大为50%w/w;和
-通过0.1-0.5mm筛网的第二部分,数量最小为50%w/w,这被认为是转移到辅助容器(17)中用于进一步处理的良好材料。
3.如权利要求2所述的用于生产纤维素纸浆的连续过程,特征在于在步骤(v)中获得的第一部分通过在1-3个研磨机(16)中研磨来进一步处理,然后:
(a)在步骤(iv)中返回到辅助容器(14),用于经由步骤(iv)和(v)再处理;或者
(b)直接转移到辅助容器(17)中。
4.如权利要求2和3所述的用于生产纤维素纸浆的连续过程,特征在于在辅助容器(17)中收集的材料在该过程中被进一步处理,包括步骤:
(vi)在脱水器(18)中浓缩以除去黑液、在辅助容器(20)中用淡水稀释、以及在连接的容器(21,22)中制备纤维素纸浆;及
(vii)可选地,在漂白容器(19)中的纸浆漂白步骤,其经由阀门(52)被调节,
从而得到适于造纸或生产纤维素片的纤维素纸浆;其中在脱水器(18)中再生的用过的水,通过歧管(32)在步骤(ii)中返回到蒸煮器(10),并在步骤(iv)中返回到稀释容器(13)中。
5.如前面任何一项权利要求所述的用于生产纤维素纸浆的连续过程,特征在于在步骤(ii)中用于蒸煮的化学品,作为化学品的混合物,或者每种化学品单独以结晶固体或颗粒的形式被引入。
6.如权利要求1-4所述的用于生产纤维素纸浆的连续过程,特征在于在步骤(ii)中用于蒸煮的化学品,作为化学品的混合物或者每种化学品单独以30-50%w/w NaOH以及20-30%w/w的NaCl或Na2SO3的浓缩水溶液的形式被引入。
7.如前面任何一项权利要求所述的用于生产纤维素纸浆的连续过程,特征在于蒸煮温度为94-98℃。
8.如前面任何一项权利要求所述的用于生产纤维素纸浆的连续过程,特征在于草状原料包括选自以下的植物种属的茎:小麦/Triticum vulgare,Linne/;水稻/Oryza sativa,Linne/;大麦/Horedum vulgare,Linne/;燕麦/Avena sativa,Linne/;亚麻/Linumusitatissimum,Linne/;玉米/Zea mays,Linne/;黍:稷/Panicummiliaceum,Linne/、珍珠稷/Pennisetumglaucum,Linne/、褐色稷/Panicumramosum,Linne/和稗/Echinochloafrumentaceae,Linne/;黑小麦/x Triticosecale,Wittm.ex A.Camus/;荞麦/Fagopyrumesculentum,Moench/;芒草/Miscanthus x giganteus,Andersson/;柳枝稷/Panicumvirgatum,Linne/;高粱/Sorghum species,Linne/;普通芦苇/Phragmitesaustralis,Cav./、巨型芦苇/Arundodonax,Linne/、缅甸芦苇/Neyraudiareynaudiana,Kunth./、香蒲属/Typhaspp.,Linne/、纸苇/Cyperus papyrus,Linne/、黑三棱属/Sparganiumspp.,Linne/、茅草/Thamnochortus insignis,Linne/、西班牙草/Stipatenacissima,Linne和Lygeumspartum,Linne/、黄麻/Corchorusolitorius,Linne/、竹/Bambusoideae spp.,Linne/、甘蔗渣,或者其混合物。
9.如权利要求8所述的用于生产纤维素纸浆的连续过程,特征在于草状原料是芒草/Miscanthus x giganteus,Andersson/。
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