контроль отложений

Формула изобретения

1. Агент, предотвращающий образование отложений в системе бумажного производства, содержащий (а) первый компонент, содержащий по меньшей мере водорастворимый сульфонированный полимер, и (b) второй компонент, содержащий по меньшей мере гипохлорит.

2. Агент по п.1, где указанный первый компонент выбран из группы, состоящей из лигносульфоната, продукта полимеризации формальдегида и нафталинсульфоната и их комбинации.

3. Агент по п.1, где указанный первый компонент дополнительно содержит ПАВ.

4. Агент по п.2, где указанный первый компонент дополнительно содержит ПАВ.

5. Агент по п.1, где указанный второй компонент содержит ПАВ.

6. Агент по п.2, где указанный второй компонент содержит ПАВ.

7. Агент по п.3, где указанный второй компонент содержит ПАВ.

8. Агент по п.4, где указанный второй компонент содержит ПАВ.

9. Агент по п.1, где указанный первый компонент и/или указанный второй компонент содержат по меньшей мере одну бромидную соль.

10. Агент по п.2, где указанный первый компонент и/или указанный второй компонент содержат по меньшей мере одну бромидную соль.

11. Агент по п.3, где указанный первый компонент и/или указанный второй компонент содержат по меньшей мере одну бромидную соль.

12. Агент по п.4, где указанный первый компонент и/или указанный второй компонент содержат по меньшей мере одну бромидную соль.

13. Агент по п.5, где указанный первый компонент и/или указанный второй компонент содержат по меньшей мере одну бромидную соль.

14. Агент по п.6, где указанный первый компонент и/или указанный второй компонент содержат по меньшей мере одну бромидную соль.

15. Агент по п.7, где указанный первый компонент и/или указанный второй компонент содержат по меньшей мере одну бромидную соль.

16. Агент по п.8, где указанный первый компонент и/или указанный второй компонент содержат по меньшей мере одну бромидную соль.

17. Агент по любому из пп.9-16, где указанная бромидная соль выбрана из группы, состоящей из бромида аммония, бромида натрия и их комбинации.

18. Агент по любому из пп.1-16, в котором указанный второй компонент содержит ингибитор образования накипи.

19. Применение агента по любому из пп.1-18 для предотвращения образования отложений в системе бумажного производства.

20. Способ контроля образования отложений в системе бумажного производства, включающий следующие стадии:

i. получение информации о составе отложения,

ii. выбор первого компонента по любому из пп.1-18 на основе информации, полученной выше,

iii. выбор второго компонента по любому из пп.1-18 на основе информации, полученной выше, и

iv. добавление, предпочтительно одновременно, указанного первого компонента и указанного второго компонента в указанную систему бумажного производства во время работы указанной системы.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к области бумажного производства, в частности, к предотвращению и контролю отложений, образующихся в оборудовании для производства бумаги.

Уровень техники в области изобретения

Современное бумажное производство является чувствительным процессом, требующим чистых поверхностей машины, чтобы с экономической эффективностью производить бумажный продукт приемлемого качества. Нежелательные отложения образуются в разной степени в результате осаждения трех типов материалов на механические поверхности. Первый тип отложений составляют органические жировые отложения, происходящие из древесины или органических веществ, таких как искусственные добавки, поступающие в процесс вместе с вторичной бумагой. Вторым типом являются микробиологические отложения, образующиеся в результате роста микроорганизмов, таких как бактерии, грибки и водоросли, в технологической воде. Бактериальные отложения часто называют "биопленкой" или "биообрастанием". Третьим типом являются неорганические отложения, образующиеся из-за осаждения солей, например различных солей кальция и сульфата бария. Довольно часто одновременно присутствуют все три типа отложений.

Отложения, образованные на поверхностях бумагоделательной машины, снижают производительность, так как бумагоделательную машину нужно со временем останавливать и чистить. Таким образом, отложения на поверхности машины отрицательно влияют на качество произведенной бумаги, что приводит к обрывам, дырам и пятнам на бумаге.

Различные типы отложений и традиционные способы, применяющиеся для решения проблем отложений в бумагоделательных машинах, подробно описаны в Hassler, T, "The Source and control of Paper Machine Deposits", Applications of Wet End Paper Chemistry, Blackie Academic & Professional (1995).

Традиционным подходом было обрабатывать вышеуказанные три типа отложений по отдельности. Соотношение между компонентами вышеуказанных отложений может меняться в широких пределах, и в предельных случаях каждый компонент может присутствовать в количестве от 1 до 99% на сухой вес. В более типичной ситуации содержание каждого компонента составляет от 5 до 90% на сухой вес. Наконец, в некоторых случаях все компоненты могут присутствовать в равных количествах.

Документ WO 2006/097578 A1 раскрывает способ контроля образования биопленки с использованием комбинации гипохлорита и вещества, называемого BCDMH. Применение бромида аммония или сульфата аммония в комбинации с гипохлоритом также является хорошо известной стратегией для предотвращения образования биопленки.

Статья "New Microbiological Growth Control Treatment Programme for the Pulp and Paper Industry" (Новая программа обработки для контроля микробиологического роста); Paper Technology, Vol 48, No 3 pp 38-40 (2007) описывает способ контроля образования биопленки, в котором применяется состав, содержащий сульфонированный лигнин и ПАВ.

Патенты US 5282976, US 6355214 и US 6144950 описывают способы контроля накипи, образуемой из-за осаждения соли на поверхности. Эти ссылки иллюстрируют применение некоторых полимеров, которые известны в данной области как эффективные для контроля образования накипи. Такие продукты называются ингибиторами накипи.

В настоящее время контроль отложений смешанного состава типично включает применение четырех разных продуктов. Более того, установившейся практикой является удаление отложений при остановке производства чистящими химикатами, что влечет применение дополнительных продуктов. Таким образом, в данной области имеется потребность в улучшенных способах предотвращения и контроля отложений в системах бумажного производства.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является предоставление средства для улучшенного контроля за образованием отложений. В частности, целью настоящего изобретения является разработка улучшенного способа предотвращения образования отложений и агента для применения в таком способе.

В одном аспекте изобретение относится к агенту для предотвращения образования отложений в бумагоделательной машине, который включает первый компонент, содержащий водорастворимый сульфонированный полимер, и второй компонент, содержащий гипохлорит. Указанный первый компонент предпочтительно выбран из группы, состоящей из лигносульфоната и продукта полимеризации формальдегида и нафталинсульфоната, и их комбинации.

Применение агента согласно изобретению приводит к уменьшению числа химических продуктов, использующихся в производстве бумаги и картона, для предотвращения и контроля отложений на машине. В результате производственный процесс становится надежнее, более экономически выгодным и более удобным.

Агент согласно изобретению оказался особенно эффективным для предотвращения отложений в машинах, производящих бумагу и картон.

Необязательно указанный первый компонент дополнительно содержит ПАВ и/или бромидную соль.

Необязательно указанный второй компонент дополнительно содержит ПАВ и/или бромидную соль, и/или ингибитор образования накипи.

Подбирая состав первого и второго компонентов, соответственно, можно обеспечить комбинированный эффект на образование отложений, которые типично состоят из нескольких различных видов отложений, что улучшает рабочие характеристики агента.

Когда в первом и/или втором компоненте используется бромидная соль, она предпочтительно выбрана из группы, состоящей из бромида аммония и бромида натрия.

В другом аспекте изобретение относится к применению указанного агента для предотвращения образования отложений в системе бумажного производства.

В другом аспекте изобретение относится к способу предотвращения отложений в бумагоделательной машине системы бумажного производства, включающему стадии:

- установление состава отложения;

- выбор первого компонента, который содержит по меньшей мере водорастворимый сульфонированный полимер;

- выбор второго компонента, который содержит по меньшей мере гипохлорит; и

- добавление указанного первого компонента и указанного второго компонента в указанную систему бумажного производства во время работы указанной системы.

Получив информацию о составе отложения, образованного в системе бумажного производства, и таким образом, идентифицировав разные компоненты отложения и их соответствующее количество, можно применить агент контроля отложений, который предназначен для эффективного предотвращения образований подобных отложений. Таким образом, способ по изобретению позволяет более эффективно использовать агент контроля отложений и достичь более удовлетворительного результата.

Предпочтительно, указанные первый и второй компоненты добавляют в систему бумажного производства одновременно. Благодаря одновременному или почти одновременному добавлению компонентов достигается улучшенный комбинированный эффект компонентов агента согласно изобретению.

Подробное описание изобретения

Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что отложения, состоящие из трех разных типов осадков, т.е. органическое содержимое, неорганическое содержимое и микробиологическое содержимое, могут с успехом обрабатываться с использованием одного агента, являющегося комбинацией двух композиций. Этот агент содержит первый компонент, содержащий водорастворимый сульфонированный полимер, и второй компонент, содержащий гипохлорит. Кроме того, авторы изобретения разработали способ контроля отложений в системе бумажного производства, включающий в себя применение такого агента.

В целом, способ согласно изобретению включает следующие последовательные стадии:

(i) получение информации (т.е. идентификация) о составе отложения;

(ii) выбор подходящих ингредиентов для обоих компонентов на основе информации, полученной на стадии (i) выше; и

(iii) введение двух компонентов одновременно в систему производства бумаги или картона.

Необязательно за стадией (iii) может идти проверка эффективности способа и последующая корректировка ингредиентов первого компонента и/или второго компонента.

Установление состава отложения типично включает химический и/или физический анализ пробы отложений. Примеры методов, которые могут применяться, включают традиционные методы органического анализа, такие как инфракрасная спектроскопия, различные хроматографические методы (например, газовая хроматография и эксклюзионная хроматография), ЯМР и C¹³, рентгеновская спектроскопия и другие обычные жидкофазные химические способы. Могут также применяться обычные микробиологические методы.

Пробы для анализа могут отбираться в любой точке процесса бумажного производства. В частности, проба может отбираться в месте, которое известно как подверженное образованию отложений, например, поверхность бака с белой водой или поверхность напорного ящика в бумагоделательной машине.

На основе установленного выше состава отложения выбираются первый компонент и второй компонент агента согласно изобретению. Так, чтобы оптимизировать их характеристики, соответствующие составы этих двух компонентов выбираются с учетом состава отложений, которые нужно предотвратить. Также относительные степени добавления первого и второго компонентов типично устанавливаются с учетом состава отложений. Ниже будут описаны состав компонентов и их правильный выбор.

Таким образом, агент согласно изобретению может рассматриваться как набор, содержащий первый компонент и второй компонент.

Типично первый компонент содержит водный раствор сульфонированного полимера. Например, в качестве сульфонированного полимера можно использовать лигносульфонат или продукт полимеризации сульфонированного нафталина и формальдегида. Сульфонированный полимер может присутствовать в агенте согласно изобретению в содержании от 1 до 55% от общей массы агента. В вариантах осуществления изобретения в первый компонент могут быть включены дополнительные вещества. Например, в первый компонент могут быть включены бромидная соль, такая как бромид аммония или бромид натрия. Например, содержание бромида в первом компоненте может находиться в диапазоне от 0 до 20% от общей массы агента.

В вариантах осуществления изобретения в первый компонент может быть включен ПАВ, чтобы улучшить свойства агента согласно изобретению в некоторых приложениях. Типично ПАВ является анионным или неионным. Рамками изобретения охватывается также применение комбинации ПАВов, такой, как комбинация анионного и неионного ПАВа. Примером подходящего ПАВа является этоксилированный спирт, полученный реакцией цетилового спирта с этиленоксидом. ПАВ может присутствовать в первом компоненте при содержании в интервале от 0 до 20% от общей массы агента.

Таким образом, помимо сульфонированного полимера первый компонент может дополнительно содержать бромидную соль и/или ПАВ.

Как указано выше, второй компонент агента согласно изобретению содержит гипохлорит. Гипохлорит является общеупотребительным очищающим средством для использования в быту, а также в промышленных приложениях. Кроме того, из-за окислительной активности гипохлорита второй компонент, содержащий гипохлорит, предпочтительно должен готовиться отдельно от первого компонента, чтобы сохранить активность обоих компонентов. Содержание гипохлорита во втором компоненте агента согласно изобретению может составлять от 1 до 18% от общей массы агента.

Кроме того, во второй компонент может также быть включен любой традиционный ингибитор образования накипи или комбинация полимеров, известная как ингибирующая образование накипи. Примеры обычных ингибиторов образования накипи включают полимеры, такие как низкомолекулярные полимеры, и хелатообразующие агенты, такие как EDTA и DTPA. Ингибитор образования накипи может присутствовать в содержании от 0 до 20% от общей массы агента.

В вариантах осуществления изобретения во второй компонент по изобретению может также быть включена бромидная соль. Содержание бромида во втором компоненте может находиться в диапазоне от 0 до 20% от общей массы агента.

Кроме того, во второй компонент могут быть включены один или более ПАВов, про которые известно, что они являются стабильными в растворе гипохлорита, а также повышают очищающие свойства гипохлорита. Содержание ПАВа во втором компоненте агента согласно изобретению может доходить до 5% от общей массы агента. Примеры подходящих ПАВов включают аминоксиды.

Состав микробиологического материала должен являться основой для выбора сульфонированного полимера первого компонента и его количества. Микробиологические виды, которые особенно склонны к образованию отложений, хорошо известны в данной области. Таким образом, как общее правило, если обнаружено, что проба отложения содержит большие количества определенного микробиологического материала, то содержание сульфонированного полимера, использующегося в первом компоненте, предпочтительно должно быть высоким. Наоборот, если обнаружено, что проба отложения имеет меньшее содержание микробиологического материала, содержание сульфонированного полимера в первой компоненте типично снижается.

Состав любой накипи является основой для выбора используемого ингибитора образования накипи и того, сколько этого ингибитора образования накипи предпочтительно следует использовать в способе согласно изобретению. Так, как общее правило, чем больше содержание накипи в отложении, тем выше должно быть содержание ингибитора образования накипи во втором компоненте.

Аналогично состав и содержание материала, экстрагируемого в органические растворители, должно являться основой для выбора типа и количества используемого ПАВ.

Кроме того, на выбор первого и второго компонентов влияет система бумажного производства, которую нужно обработать, и качество производимой в ней бумаги. Например, система бумажного производства, работающая при высокой скорости, более чувствительна к образованию отложений, чем система, работающая с более низкой скоростью, и может потребовать более высоких концентраций агента контроля отложений. Равным образом, тонкое бумажное полотно более подвержено повреждениям, вызванным отложениями, чем более толстое полотно и, таким образом, может потребовать более высоких концентраций агента контроля отложений.

Согласно способу по изобретению агент подается в систему бумажного производства. Предпочтительно первый и второй компоненты подаются в систему одновременно или лишь через короткие интервалы, чтобы позволить смешение этих двух компонентов в системе бумажного производства. Добавление может производиться в любом месте процесса бумажного производства. Так как технологическая вода возвращается в цикл и используется повторно, точное положение точки добавления не является критичным. Однако, так как обычно более важно иметь чистые поверхности в коротком контуре циркуляции вокруг секции формования бумагоделательной машины, предпочтительным является добавление в эту часть процесса или незадолго до нее. Предпочтительно иметь некоторую остаточную концентрацию гипохлорита в воде в секции формования бумагоделательной машины. Агент по изобретению предпочтительно подается в систему бумажного производства во время работы системы и, таким образом, позволяет обработать систему, не прерывая процесс производства бумаги. Может быть также желательным добавлять один или оба компонента во вторичную точку добавления, чтобы достичь широкого контроля отложений в машине.

Агент и/или способ по изобретению могут применяться также для предотвращения отложений в системе для получения целлюлозы, например, в приемной машине для товарной целлюлозы. Таким образом, как используется здесь, понимается, что термин "система бумажного производства" охватывает машину для получения древесной массы или бумажной массы.

В вариантах осуществления изобретения четвертой стадией является подтверждение эффективности стадий (i)-(iii). Такая стадия может включать в себя анализ влажной или сухой пробы, взятой с поверхности машины. В случае, если, несмотря на применение агента по изобретению, отложения все же образовались, предпочтительно устанавливается состав этого отложения, и затем можно соответствующим образом скорректировать состав первого и второго компонента, чтобы еще больше снизить степень образования отложений.

Далее изобретение будет проиллюстрировано следующими примерами.

Примеры

Пример 1

Пробу осажденного материала отбирают из напорного бака бумагоделательной машины. Состав пробы отложений определяется с применением комбинации обычных способов количественного анализа и определения параметров осаждений в отношении неорганических составляющих, органических составляющих и микробиологических составляющих.

Сухая проба отложений имеет содержание органических жиров примерно 30%, содержание микробиологического материала примерно 50% и содержание неорганических солей 10 мас.%. Содержание неорганических солей представлено в основном оксалатом кальция. Оставшиеся 10% составляют древесные волокна, введенные в матрицу.

Агент контролирования отложений готовят следующим образом: готовят первый компонент, растворяя в воде 25% лигносульфоната, 10% бромида аммония и 15% деканола, прореагировавшего с 15 молями этиленоксида с образованием неионного ПАВа; и готовят второй компонент, соединяя 5% гипохлоритного стабильного ПАВ Triton W 30 (DOW Chemicals), 10% ингибитора образования накипи, который, как известно, предотвращает отложения оксалата кальция, и 15% гипохлорита в воде (оставшиеся 20%). Все процентные доли указаны на общую массу агента контроля отложений. Первый компонент и второй компонент добавляются одновременно в бумагоделательную машину непосредственно перед смесительным насосом при непрерывном режиме процесса бумажного производства.

Пример 2

Пробу осажденного материала собирают из бака с белой водой машины для производства санитарно-бытовых бумаг, используя рецикловое волокно. Состав пробы отложений определяется с применением способов из примера 1. Сухая проба отложений имеет содержание органики 65 мас.%, включая смесь плавких адгезивов и клеев, и содержание микробиологического материала 25 мас.%. Неорганическая материя по существу отсутствует в отложениях. Оставшиеся 10% составляют древесные волокна, введенные в матрицу.

Агент контроля отложений готовят следующим образом. Готовят первый компонент, соединяя 30% полимера, полученного реакцией сульфонированного нафталина с формальдегидом, с 10% ПАВа, полученного реакцией олеиновой кислоты с полиэтиленгликолем, для получения ПАВа на основе диэфира. Второй компонент готовят, добавляя 10% бромида натрия к 15%-ному раствору гипохлорита. Все процентные доли указаны на полную массу агента контроля отложений. Ни в одном составе не используется ингибитор образования накипи, так как накипь в отложениях отсутствует. Первый компонент и второй компонент добавляют одновременно во входное отверстие бака с белой водой при осуществлении процесса бумажного производства.

Приведенные выше примеры использовались как эталон для получения агента согласно изобретению. Как указано выше, соответствующие содержания составляющих первого компонента и составляющих второго компонента должны подбираться на основе информации о составе отложений и чувствительности бумаги или системы бумажного производства.